Nucleolul

NUCLEOLUL

Nucleolul este componenta nucleului vizibila doar in interfaza si este prezent in toate celulele eucariote, unde intervine in sinteza ARN-urilor ribozomale, si implicit a ribozomilor. Sunt foarte evidenti mai ales in celulele care cresc rapid, in celulele care sintetizeaza o mare cantitate de proteine si in celulele canceroase.

Dimensiuni. In majoritatea celulelor, diametrul nucleolilor este cuprins intre 0,5 - 1 μm, reprezentand pana la 30% din volumul nucleului. Marimea nucleolilor este influentata de starea functionala a celulelor si de tipul de celula. Astfel, in celulele cu metabolism intens cum sunt celulele embrionare sau limfocitele stimulate antigenic, dimensiunea lor se dubleaza.

Numarul nucleolilor este in general dependent de gradul de ploidie al nucleului, pentru un set haploid (n) de cromozomi existand un singur nucleol. In celulele diploide (2n) exista doi nucleoli, in cele tetraploide - 4, iar in cele octoploide - 8 etc.

Forma nucleolilor este rotunda sau usor ovala, iar in celulele imbatranite devine neregulata, modificandu-se astfel in functie de varsta celulei.

Pozitia nucleolilor in nucleu este dependenta de starea de activitate a nucleului si celulei. In general, nucleolii sunt situati central, dar au fost semnalate o serie de miscari de rotatie si translatie a nucleolilor spre membrana nucleara, prin care se asigura trecerea in citoplasma a unor cantitati insemnate de ARN care intervin in biogeneza componentelor majore ale ribozomilor, exceptand ribozomii din mitocondrii.

Raportul nucleolo/nucleolar reprezinta raportul dintre volumul nucleolului si volumul nucleului si este influentat de starea functionala a celulei. Cu cat celula este mai activa, in ceea ce priveste sinteza proteinelor, cu atat raportul nucleolo/nuclear este mai mare. Acest raport reprezinta un criteriu important in stabilirea varstei celulei.

In compozitia chimica a nucleolului, alaturi de ARN care reprezinta 7% din greutatea acestuia, s-a observat prezenta ADN-ului - 3% si a unui numar mare de proteine - 90%. Proteinele din nucleol sunt enzime care intervin in sinteza si maturarea ARN-urilor ribozomale, cele mai importante fiind: ARN-polimerazele, convertazele, metilazele etc.

La microscopul cu contrast de faza, nucleolul apare ca un corpuscul puternic refringent, cu structura foarte densa.

Studiile de microscopie electronica au evidentiat faptul ca nucleoli nu prezinta membrana si sunt alcatuiti din patru parti (Fig. 44):

- partea cromozomiala sau pars cromosoma (buclele de ADN);

- partea filamentoasa sau pars fibrosa (filamente precursoare de ARN ribozomal);

- partea granulara sau pars granulosa (molecule de ARN ribozomal asociate cu granule proteice);

- partea amorfa sau pars amorfa (portiunea de nucleoplasma din zona nucleolilor).

Partea cromozomiala este formata din filamente de heterocromatina dispuse la periferia nucleolului, asemanator unui invelis (cromatina perinucleolara), care patrund si in interiorul nucleolului sub forma de benzi (cromatina intranucleolara). Filamentele de cromatina se gasesc desfasurate sub forma unor bucle, fiind formate din ADN nucleolar, care contine gene multiple sau redundante. Aceste gene, in functie de specie, se repeta de un numar variabil de ori si contin informatia pentru sinteza ARN-urilor ribozomale. Deoarece serveste ca matrita pentru sinteza ARNr, ADN-ul nucleolar mai este numit si ADN ribosomal sau organizator nucleolar.

Proiect: Dezvoltarea prenatala si nasterea - factorii ce influenteaza dezvoltarea Eseu: Bazele moleculare ale apoptozei

Partea filamentoasa este formata din filamente scurte de ARN ribosomal, care se copiaza de pe genele redundante, grupate in pachete si organizate in retea. Aceste filamente constituie forma precursoare a granulelor, care apar consecutiv atasarii proteinelor ribozomale la filamentele de ARNr matur.

	Partea fibrilara

P Partea granulara

Precursori ribozomali

Partea cromozomiala

Fig.44. Nucleolul (Mariana Sincai)

Partea granulara este constituita din granule alcatuite, la randul lor, din ribonucleoproteine, fiind componenta predominanta a nucleolului.

Partea amorfa este componenta omogena, considerata ca o matrice pentru celelalte trei componente. Aceasta matrice contine numeroase proteinenzime, implicate in transcriptia genelor multiple in ARNr si formarea ARNr mature. Principalele proteinenzime sunt ARN-polimerazele, convertazele, metilazele etc.

Raportul dintre cele patru componente structurale ale nucleolilor variaza in functie de activitatea celulei.

In ceea ce priveste cantitatea crescuta de ARN din nucleol, aceasta se explica prin faptul ca nucleolul constituie o statie intermediara obligatorie pentru ARNm si ARNt in transferul lor spre citoplasma. In nucleol s-au identificat mai multe tipuri de ARN si anume: ARN-45 S, ARN-41 S, ARN-32 S, ARN-20 S, etc. Aceste tipuri corespund diferitelor grade de maturare a ARN-urilor ribozomale.

Functia nucleolilor si biogeneza lor

Nucleolul este considerat a fi centrul de sinteza a ribozomilor. ADN-ul nuclear formeaza bucle de eucromatina care patrund in partea fibrilara a nucleolului, unde sunt transcrise de o ARN-polimeraza. In urma transcriptiei primare rezulta o molecula de ARNr-45 S, din care, prin interventia unei endonucleaze, se formeaza ARN-41 S. Ulterior, molecula de ARN-41 S este scindat de catre o convertaza, in ARN-20 S si ARN-32 S. ARN-20 S prin metilare genereaza forma matura de ARN-18 S, care, prin combinare cu proteine specifice, va genera subunitatea ribozomala mica, de 40 S. In acelasi mod, prin metilarea ARN-32 S apare forma matura de ARN-28 S, care, asociat cu proteine specifice si cu un ARN-5 S extranucleolar formeaza subunitatea ribozomala mare, de 60 S.

Asamblarea celor doua tipuri mature de ARNr in particule, prin complexare cu proteinele specifice se realizeaza concomitent cu transcriptia. Particulele ribozomale sunt stocate temporar in componenta granulara - pars granulosa - inainte de a fi transferate in citoplasma. Trecerea acestor particule in citoplasma este inlesnita de miscarile nucleolului spre membrana nucleara, unde particulele ribozomale traverseaza porii nucleari cu buzunaras.

Reglarea biosintezei de ARN-uri ribozomale se realizeaza printr-un mecanism de feed-back, in care subunitatile ribozomale actioneaza ca inhibitori ai genelor responsabile de sinteza ARNr. In momentul in care o parte din ribozomi isi inceteaza functia si sunt distrusi se reia procesul de sinteza a ARN-urilor ribozomale si formarea de noi ribozomi.

In cursul ciclului celular, nucleolul sufera modificari majore. Prezenta nucleolului este indispensabila pentru desfasurarea normala a proceselor care au loc in diviziunea celulara, desi pe masura ce celula se apropie de diviziune, nucleolul se reduce ca marime iar apoi, in timpul diviziunii celulare (in profaza) dispare ca entitate structurala. Distrugerea lui in interfaza blocheaza celulele in faza premergatoare multiplicarii celulare. Segmentele de ADN cu gene redundante sunt inglobate in cromozomii organizatori ai nucleolilor, in regiunea constrictiilor secundare. Astfel, componenta cromozomiala a nucleolilor persista pe tot parcursul diviziunii celulare, ea fiind insa inclusa in cromozomii somatici si distribuita celulelor fiice. Celelalte trei componente, fibroasa, granuloasa si amorfa sunt neoformate rapid dupa terminarea diviziunii.

Activitatea nucleolului este influentata de o serie de factori fizici, chimici si biologici. Astfel, caldura, razele X si ultraviolete inhiba activitatea nucleolilor, oprind mai ales fenomenele de transcriptie ale genelor redundante. De asemenea, o serie de substante antimitotice si antibiotice (actinomicina D, mitomicina C, fluorouracilul etc) precum si unele toxine microbiene, inhiba sintezele de ARN ribozomal prin blocarea activitatii enzimelor specifice. Acesti factori inhibitori ai activitatii nucleolare pot fi utilizati cu mult succes in terapia unor tumori canceroase, avand in vedere multiplicarea si hipertofia nucleolara care are loc in celulele tumorale ca urmare a accelerarii proceselor de sinteza. Primele incercari in acest sens au dat rezultate satisfacatoare si incurajatoare in vederea abordarii unor metodologii eficiente in tratamentul maladiilor canceroase.