Κυτταρικός πυρήνας

Διάγραμμα ενός ζωϊκού κυττάρου. Ο πυρήνας επισημαίνεται με τον αριθμό 2.

Ο πυρήνας είναι συνήθως το μεγαλύτερο οργανίδιο ενός κυττάρου. Έχει, συνήθως, σχήμα σφαιρικό ή ωοειδές και αποτελεί το κέντρο ελέγχου του κυττάρου. Εκεί βρίσκεται το γενετικό υλικό (DNA) στο οποίο είναι καταγραμμένες οι πληροφορίες για όλα τα χαρακτηριστικά του οργανισμού . Ο πυρήνας ελέγχει, επίσης, τις κυτταρικές δραστηριότητες. Περιβάλλεται από διπλή μεμβράνη (πυρηνική) με ανοίγματα (πόρους), μέσω των οποίων γίνεται ανταλλαγή μορίων μεταξύ του πυρήνα και του υπόλοιπου κυττάρου. Τα περισσότερα σωματικά κύτταρα έχουν έναν απλό πυρήνα, μερικά, όπως τα ερυθροκύτταρα δεν διαθέτουν πυρήνα (απύρηνα), ενώ άλλα, όπως αυτά που αποτελούν τις σκελετικές μυϊκές ίνες, έχουν περισσότερους από έναν (πολυπύρηνα).

Ευκαρυωτικοί και Προκαρυωτικοί οργανισμοί

Ο πυρήνας αποτελεί το κριτήριο με το οποίο διαχωρίζονται οι οργανισμοί σε προκαρυωτικούς και ευκαρυωτικούς. Η παρουσία του πυρήνα είναι η αναγκαία και επαρκής συνθήκη ώστε να ονομαστεί ένα οργανισμός ως ευκαρυωτικός, ενώ η απουσία του χαρακτηρίζει τους προκαρυωτικούς οργανισμούς. Η κατηγορία των ευκαρυωτικών οργανισμών περιλαμβάνει όλους τους πολυκύτταρους οργανισμούς, καθώς μόνο τα ευκαρυωτικά κύτταρα μπορούν να συνεργαστούν ώστε να δημιουργηθούν οργανισμοί με περισσότερα του ενός κύτταρα. Όλα τα ζώα, τα φυτά, οι μύκητες (πολυκύτταροι και μονοκύτταροι) και τα πρωτόζωα ανήκουν στην παραπάνω κατηγορία. Η δημιουργία πυρήνα ήταν απαραίτητη για τους πολυκύτταρους οργανισμούς ώστε να προστατευτεί το DNA τους, από τις διάφορες φθορές που θα μπορούσε να υποστεί.

Αντίθετα, προκαρυωτικοί οργανισμοί είναι τα βακτήρια, που δεν έχουν πυρήνα ούτε μεμβρανώδη οργανίδια, χαρακτηριστικά που απαντώνται αποκλειστικά στα ευκαρυωτικά κύτταρα. Το βακτηριακό DNA είναι ένα δίκλωνο κυκλικό μόριο, που δεν περιβάλλεται από μεμβράνη ώστε να σχηματιστεί πυρήνας. Το μόριο αυτό βρίσκεται σε μια συγκεκριμένη περιοχή του κυτταροπλάσματος που ονομάζεται πυρηνοειδές ή πυρηνική περιοχή. Συχνά συνδέεται με την κυτταρική μεμβράνη ώστε να σταθεροποιηθεί περαιτέρω.

Φυσικές ιδιότητες και ανακάλυψη

Ο πυρήνας έχει σχήμα σφαιρικό ή ωοειδές και βρίσκεται κατά βάσει στο κέντρο, περίπου, του κυττάρου. Η διάμετρος του είναι περίπου 6 μικρόμετρα, ενώ καταλαμβάνει περίπου το 10% του όγκου του κυττάρου. Το μεγάλο μέγεθος του τον καθιστά ως το μεγαλύτερο κυτταρικό οργανίδιο, αλλά και το μόνο που μπορεί να παρατηρηθεί με το φωτονικό μικροσκόπιο. Το μεγάλο του μέγεθος βοήθησε τους επιστήμονες να τον παρατηρήσουν πρώτο σε σχέση με τα υπόλοιπα κυτταρικά οργανίδια. Συγκεκριμένα, στο τέλος του δέκατου έβδομου αιώνα ο Ολλανδός Αντουάν φαν Λέβενχουκ (1632 – 1723) ήταν ο πρώτος που παρατήρησε πυρήνα σε κύτταρα σολομού. Ωστόσο, η λειτουργία του πυρήνα ανακαλύφθηκε πολύ αργότερα.

Δομές του πυρήνα

Στον πυρήνα εντοπίζονται οι παρακάτω δομές:

Πυρηνική μεμβράνη

Ο πυρήνας περιβάλλεται από διπλή μεμβράνη που ονομάζεται πυρηνική μεμβράνη ή πυρηνικός φάκελος. Η εξωτερική μεμβράνη αποτελεί συνέχεια της μεμβράνης του ενδοπλασματικού δικτύου. Η επικοινωνία μεταξύ του πυρήνα και του κυτταροπλάσματος επιτυγχάνεται με την βοήθεια των πυρηνικών πόρων, που διαθέτει η πυρηνική μεμβράνη. Οι πόροι αυτοί μεταφέρουν διάφορα μόρια από και προς τον πυρήνα με ενεργό μεταφορά χρησιμοποιώντας την ενέργεια που απελευθερώνει η υδρόλυση του ATP.

Η πυρηνική μεμβράνη περιβάλλεται από δύο δίκτυα πρωτεϊνικών ινιδίων. Τα δίκτυα αυτά βοηθούν στην στήριξη του πυρήνα. Το εσωτερικό δίκτυο ινιδίων ονομάζεται πυρηνικός υμένας και αποτελείται από μια πρωτεΐνη, την λαμίνη. Το εξωτερικό δίκτυο είναι λιγότερο οργανωμένο. Τα δίκτυα αυτά αποδιαττάσονται σε κάθε μίτωση και αναδιατάσσονται αργότερα.

Πυρηνίσκος

Ο πυρηνίσκος ή πυρήνιο, είναι η πλέον ευδιάκριτη δομή στον πυρήνα ενός ευκαρυωτικού κυττάρου. Είναι η δομή στην οποία συγκεντρώνονται τα διάφορα τμήματα των χρωμοσωμάτων που περιέχουν γονίδια τα οποία κωδικοποιούν το ριβοσωμικό RNA (ή rRNA). Στη συνέχεια τα μόρια του rRNA που παράγονται από τα συγκεκριμένα γονίδια συνδέονται με πρωτεΐνες που κωδικοποιούνται από γονίδια του DNA του πυρήνα, αλλά έχουν εξαχθεί στο κυτταρόπλασμα για να παραχθούν μέσω μετάφρασης του mRNA αλλά και να τροποποιηθούν. Οι πρωτεΐνες αυτές εισέρχονται στον πυρήνα διαμέσου των πυρηνικών πόρων. Έτσι σχηματίζονται τα ριβοσώματα, ριβοπρωτεϊνικά σύμπλοκα τα οποία είναι απαραίτητα στην μετάφραση του RNA. Στην συνέχεια τα ριβοσώματα εξέρχονται στο κυτταρόπλασμα όπου συνδέονται στο ενδοπλασματικό δίκτυο ή παραμένουν ελεύθερα.

Χρωμοσώματα

Τα χρωμοσώματα αποτελούν τις δομές στις οποίες βρίσκεται το DNA. Τα χρωμοσώματα εκτός από DNA περιέχουν και πρωτεΐνες. Το σύμπλοκο των πρωτεϊνών με το DNA ονομάζεται χρωματίνη. Τα χρωμοσώματα σχηματίζονται όταν τα δίκτυα ινιδίων χρωματίνης αναδιπλώνονται και συσκευάζονται με την βοήθεια ειδικών πρωτεϊνών. Είναι αξιοσημείωτο το γεγονός ότι το DNA του κυττάρου έχει συνολικό μήκος 2 μέτρα (στον άνθρωπο)), χωράει στον πυρήνα του κυττάρου που έχει διάμετρο μόλις 6 μικρόμετρα! Αυτό οφείλεται στην εξαιρετικά μεγάλη συμπίεση του. Τα χρωμοσώματα είναι προσδεδεμένα με την βοήθεια πρωτεϊνών στο πυρηνικό περίβλημα.

Πυρηνόπλασμα

Ο χώρος που περιβάλλεται από την πυρηνική μεμβράνη ονομάζεται πυρηνόπλασμα. Το πυρηνόπλασμα είναι ουσιαστικά ένα διάλυμα που περιέχει RNA και πρωτεΐνες που εξυπηρετούν τις ειδικές λειτουργίες του πυρήνα. Πάντως διαφέρει αρκετά από χημική άποψη σε σχέση με το κυτταρόπλασμα. Η διαφορά οφείλεται στους πυρηνικούς πόρους που μεταφέρουν επιλεκτικά τις διάφορες ουσίες.

Πηγή

• Μαυρικάκη Ε., Γκούβρα Μ., Καμπούρη Α. Βιολογία Γ' Γυμνασίου, ΟΕΔΒ, 2009