Nukleus adalah organel khas sel eukariotik. Dalam sel prokariotik, daerah sitoplasma tempat DNA ditemukan tersusun dalam satu molekul melingkar disebut nukleoid.
Pengertian
Nukleus adalah kompartemen fundamental dari sel eukariotik. Ini adalah struktur yang paling mencolok dari jenis sel ini dan memiliki materi genetik. Ini mengarahkan semua proses seluler: itu berisi semua instruksi yang dikodekan dalam DNA untuk melakukan reaksi yang diperlukan. Itu terlibat dalam proses pembelahan sel.
Semua sel eukariotik memiliki nukleus, kecuali beberapa contoh spesifik seperti sel darah merah dewasa (eritrosit) pada mamalia dan sel floem pada tumbuhan. Demikian pula, ada sel dengan lebih dari satu nukleus, seperti beberapa sel otot, hepatosit, dan neuron.
Nukleus ditemukan pada tahun 1802 oleh Franz Bauer; Namun, pada tahun 1830 ilmuwan Robert Brown juga mengamati struktur ini dan menjadi populer sebagai penemu utamanya. Karena ukurannya yang besar, ia dapat diamati dengan jelas di bawah mikroskop. Selain itu, ini adalah struktur pewarnaan yang mudah.
Nukleus bukanlah entitas bola yang homogen dan statis dengan DNA yang tersebar. Ini adalah struktur yang rumit dan rumit dengan berbagai komponen dan bagian di dalamnya. Selain itu, ia dinamis dan terus berubah sepanjang siklus sel.
Ciri-ciri nukleus
- Bentuk: umumnya bulat, bisa lentikular atau ellipsoid, dalam beberapa kasus berlobus
- Ukuran: umumnya antara 5-25 µm, terlihat dengan mikroskop cahaya. Dalam jamur ada inti 0,5 µm, hanya terlihat dengan mikroskop elektron.
- Posisi: itu adalah karakteristik untuk setiap jenis sel, dalam sel embrionik menempati pusat, pada sel dewasa umumnya bergeser ke satu sisi karena pusatnya ditempati oleh satu atau lebih vakuola.
- Jumlah: Sebagian besar sel tumbuhan tidak berinti, meskipun sel khusus tertentu dapat berinti banyak: coenosit, selama periode keberadaannya atau sepanjang hidup (serabut Liberia, saluran laticiferous, endosperm).
- Keberadaan: biasanya semua sel hidup memiliki inti sel, meskipun ada pengecualian. Tabung saringan floem tidak memiliki nukleus pada saat matang, namun mereka dipengaruhi oleh inti sel pendamping.
Nukleus merupakan struktur utama yang memungkinkan terjadinya diferensiasi antara sel eukariotik dan prokariotik. Ini adalah kompartemen sel terbesar. Umumnya nukleus berada dekat dengan pusat sel, namun ada pengecualian, seperti sel plasma dan sel epitel.
Ini adalah organel berbentuk bola dengan diameter rata-rata sekitar 5 µm, tetapi dapat mencapai 12 µm, tergantung pada jenis selnya. Saya dapat menempati sekitar 10% dari total volume sel.
Ia memiliki selubung nukleus yang dibentuk oleh dua membran yang memisahkannya dari sitoplasma. Materi genetik diatur bersama dengan protein di dalamnya.
Meskipun tidak ada subkompartemen membran lain di dalam nukleus, serangkaian komponen atau wilayah di dalam struktur yang memiliki fungsi spesifik dapat dibedakan.
Fungsi
Fungsi utama nukleus adalah replikasi dan transkripsi asam nukleat. Ini menyimpan informasi genetik, meneruskannya ke sel anak pada saat pembelahan sel. Sebagian dari informasi genetik disimpan dalam DNA kloroplas (5-10%) dan mitokondria (2-5%).
Nukleus mengontrol semua aktivitas seluler, menggunakan kontrolnya dengan menentukan protein enzim mana yang harus diproduksi oleh sel dan pada jam berapa. Kontrol dilakukan melalui messenger RNA. Messenger RNA, yang disintesis melalui transkripsi DNA, membawa informasi ke RNA ribosom, di dalam sitoplasma, tempat berlangsungnya sintesis protein enzimatik yang mengontrol proses metabolisme.
Nukleus dikaitkan dengan sejumlah fungsi yang luar biasa, karena ia mengandung kumpulan semua informasi genetik sel (tidak termasuk DNA mitokondria dan DNA kloroplas) dan mengarahkan proses pembelahan sel. Singkatnya, fungsi utama kernel adalah sebagai berikut:
Regulasi gen
Adanya penghalang lipid antara materi genetik dan komponen sitoplasma lainnya membantu mengurangi gangguan komponen lain dalam fungsi DNA. Ini merupakan inovasi evolusioner yang sangat penting bagi kelompok eukariota.
Pemotongan dan penyambungan
Proses penyambungan RNA duta terjadi di nukleus, sebelum molekul bergerak ke sitoplasma.
Tujuan dari proses ini adalah menghilangkan intron (“potongan” materi genetik yang tidak dikode dan yang mengganggu ekson, area yang dikodekan) dari RNA. Kemudian, RNA meninggalkan nukleus, di mana ia diterjemahkan menjadi protein.
Ada fungsi lain yang lebih spesifik dari setiap struktur kernel yang akan dibahas nanti.
Struktur dan komposisi
Nukleus terdiri dari tiga bagian yang ditentukan: selubung nukleus, kromatin, dan nukleolus. Kami akan menjelaskan setiap struktur secara rinci di bawah ini:
Selaput inti
Selubung nukleus terdiri dari membran yang bersifat lipid dan memisahkan nukleus dari komponen seluler lainnya. Membran ini berlipat ganda dan di antara keduanya ada ruang kecil yang disebut ruang perinuklear.
Sistem membran dalam dan luar membentuk struktur kontinu dengan retikulum endoplasma
Sistem membran ini terganggu oleh serangkaian pori-pori. Saluran nukleus ini memungkinkan terjadinya pertukaran materi dengan sitoplasma karena nukleus tidak sepenuhnya terisolasi dari komponen lainnya.
Kompleks pori nuklir
Melalui pori-pori ini pertukaran zat terjadi dalam dua cara: pasif, tanpa perlu pengeluaran energi; atau aktif, dengan pengeluaran energi. Secara pasif, molekul kecil seperti air atau garam, lebih kecil dari 9 nm atau 30-40 kDa, dapat masuk dan keluar.
Ini terjadi berbeda dengan molekul dengan berat molekul tinggi, yang membutuhkan ATP (energi-adenosin trifosfat) untuk bergerak melalui kompartemen ini. Molekul besar termasuk potongan RNA (asam ribonukleat) atau biomolekul lain yang bersifat protein.
Pori-pori bukan hanya lubang yang dilewati molekul. Mereka adalah struktur protein besar, yang dapat mengandung 100 atau 200 protein dan disebut “kompleks pori nukleus”. Secara struktural, ini sangat mirip dengan ring basket. Protein ini disebut nukleoporin.
Kompleks ini telah ditemukan di sejumlah besar organisme: dari ragi hingga manusia. Selain fungsi transpor seluler, ia juga terlibat dalam regulasi ekspresi gen. Mereka adalah struktur yang sangat diperlukan untuk eukariota.
Dari segi ukuran dan jumlah, kompleks dapat mencapai ukuran 125 MDa pada vertebrata, dan nukleus pada kelompok hewan ini dapat memiliki sekitar 2000 pori. Ciri-ciri ini bervariasi menurut takson yang dipelajari.
Kromatin
Kromatin ditemukan di dalam nukleus, tetapi kita tidak dapat menganggapnya sebagai kompartemennya. Dinamai karena kemampuannya yang luar biasa untuk mewarnai dan diamati di bawah mikroskop.
DNA adalah molekul linier yang sangat panjang pada eukariota. Pemadatannya adalah proses utama. Materi genetik dikaitkan dengan serangkaian protein yang disebut histon, yang memiliki afinitas tinggi terhadap DNA. Ada juga jenis protein lain yang dapat berinteraksi dengan DNA dan mereka bukan histon.
Dalam histon, DNA menggulung dan membentuk kromosom. Ini adalah struktur dinamis dan tidak selalu ditemukan dalam bentuk tipikal mereka (X dan Y yang biasa kita lihat dalam ilustrasi di buku). Pengaturan ini hanya muncul selama proses pembelahan sel.
Pada tahap selanjutnya (saat sel tidak dalam proses membelah), kromosom individu tidak dapat dibedakan. Fakta ini tidak menunjukkan bahwa kromosom tersebar secara homogen atau tidak teratur di seluruh nukleus.
Di interfase, kromosom diatur ke dalam domain tertentu. Dalam sel mamalia, setiap kromosom menempati “wilayah” tertentu.
Jenis kromatin
Dua jenis kromatin dapat dibedakan: heterokromatin dan eukromatin. Yang pertama sangat padat dan terletak di pinggiran nukleus, sehingga mesin transkripsi tidak memiliki akses ke gen ini. Eukromatin diatur lebih longgar.
Heterokromatin dibagi menjadi dua jenis: heterokromatin konstitutif, yang tidak pernah diekspresikan; dan heterokromatin fakultatif, yang tidak ditranskripsi di beberapa sel dan di sel lain.
Contoh heterokromatin yang paling terkenal sebagai pengatur ekspresi gen adalah kondensasi dan inaktivasi kromosom X. Pada mamalia, betina memiliki kromosom kelamin XX, sedangkan jantan adalah XY.
Untuk alasan dosis gen, wanita tidak dapat memiliki gen dua kali lebih banyak di X daripada pria. Untuk menghindari konflik ini, kromosom X dinonaktifkan secara acak (menjadi heterokromatin) di setiap sel.
Nukleolus
Nukleolus adalah struktur internal nukleus yang sangat relevan. Ini bukan kompartemen yang dibatasi oleh struktur membran, ini adalah area nukleus yang lebih gelap dengan fungsi tertentu.
Gen yang mengkode RNA ribosom, ditranskripsi oleh RNA polimerase I. Dalam DNA manusia, gen ini ditemukan di satelit dari kromosom berikut: 13, 14, 15, 21 dan 22 dikelompokkan di area ini. penyelenggara nukleolus.
Pada gilirannya, nukleolus dipisahkan menjadi tiga wilayah terpisah: pusat fibrillar, komponen fibrillar, dan komponen granular.
Studi terbaru telah mengumpulkan lebih banyak bukti tentang kemungkinan fungsi tambahan nukleolus, tidak hanya terbatas pada sintesis dan perakitan RNA ribosom.
Saat ini diyakini bahwa nukleolus mungkin terlibat dalam perakitan dan sintesis protein yang berbeda. Modifikasi pasca-transkripsi juga telah dibuktikan di zona nuklir ini.
Nukleolus juga terlibat dalam fungsi pengaturan. Satu studi menunjukkan bagaimana hal itu terkait dengan protein penekan tumor.
Badan Cajal
Badan Cajal (juga disebut badan melingkar) menggunakan nama ini untuk menghormati penemunya, Santiago Ramón y Cajal. Peneliti ini mengamati sel-sel ini di neuron pada tahun 1903.
Mereka adalah struktur kecil dalam bentuk bola dan ada dari 1 hingga 5 salinan per nukleus. Badan ini sangat kompleks dengan jumlah komponen yang cukup tinggi, termasuk faktor transkripsi dan mesin yang berhubungan dengan penyambungan.
Struktur bola ini telah ditemukan di berbagai bagian nukleus, karena mereka adalah struktur bergerak. Mereka umumnya ditemukan di nukleoplasma, meskipun dalam sel kanker mereka telah ditemukan di nukleolus.
Ada dua jenis badan Kotak pada nukleusnya, diklasifikasikan menurut ukurannya: besar dan kecil.
Badan PML
Badan PML (untuk akronimnya dalam bahasa Inggris, leukemia promyelocytic) adalah area subnuklear bola kecil dengan kepentingan klinis, karena telah dikaitkan dengan infeksi virus dan onkogenesis.
Mereka dikenal dengan berbagai nama dalam literatur, seperti domain nuklir 10, badan Kremer, dan domain onkogenik PML.
Sebuah nukleus memiliki 10 sampai 30 domain ini dan memiliki diameter 0,2 sampai 1,0 µm. Fungsinya meliputi regulasi gen dan sintesis RNA.
