Noyau cellulaire

Définition

Le noyau cellulaire est un organite membraneux qui se trouve normalement au centre des cellules eucaryotes. Il contient la majeure partie du matériel génétique cellulaire, organisé en plusieurs molécules d'ADN extrêmement longues et linéaires. Il contient une grande variété de protéines, telles que les histones, qui constituent les chromosomes. L'ensemble des gènes sur ces chromosomes s'appelle le génome nucléaire.

Détails du noyau cellulaire :

Le noyau cellulaire d'une cellule eucaryote est basée sur le nucléole. Dans ce diagramme, la membrane double ribosome de l'enveloppe, l'ADN (complexé sous forme de chromatine) et le nucléole sont visualisés. À l'intérieur du noyau de la cellule se trouve un liquide visqueux appelé nucléoplasme, semblable au cytoplasme situé à l'extérieur du noyau.

Explications

La structure principale qui constitue le noyau est l'enveloppe nucléaire, une double membrane qui entoure complètement l'organite et sépare ce contenu du cytoplasme, en plus de posséder des pores nucléaires qui permettent le passage à travers les membranes pour une régulation adéquate. d'expression génétique et de maintenance chromosomique.

Bien que l'intérieur du noyau ne contienne aucun sous-compartiment membranaire, son contenu est en partie compartimenté. Il existe un certain nombre de corps sous-nucléaires composés de types exclusifs de protéines, de différents types de molécules d'ARN et de segments particuliers de chromosomes, généralement divisés par l'intensité avec laquelle ils s'expriment.

Le plus connu de tous les noyaux cellulaires est le nucléole, qui est principalement impliqué dans la synthèse des ribosomes. Après avoir été produits dans le nucléole, ils sont exportés vers le cytoplasme, où ils traduisent, entre autres, l'ARNm.

Voir aussi les : pronoyau (pronucléus), micronoyau (micronucléus), macronoyau (macronucléus).

Fonction

La fonction du noyau nucléaire est de maintenir l'intégrité de ces gènes et de contrôler les activités cellulaires en régulant l'expression des gènes. C'est pourquoi on dit que le noyau est le centre de contrôle de la cellule.

Structures

Le noyau cellulaire est le plus grand organite dans les cellules animales. Dans les cellules de mammifère, le diamètre moyen du noyau est d'environ 6 micromètres (µm), ce qui représente environ 10 % du volume cellulaire total. Dans les légumes, le noyau mesure généralement entre 5 et 25 µm et est visible au microscope optique. Dans les champignons, il y a eu des cas d'espèces avec de très petits noyaux, environ 0,5 µm, qui ne sont visibles qu'au microscope électronique. Dans les Cycas et les oosphères de conifères, il atteint une taille de 0,6 mm, c'est-à-dire qu'il est visible à l'oeil nu.

Le liquide visqueux à l'intérieur est appelé nucléoplasme et sa composition est similaire à celle du cytosol situé à l'extérieur du noyau. En général, cela ressemble à un organite dense et sphérique.

⭐ Au sein des eucaryotes, le noyau cellulaire des dinoflagellés a des propriétés uniques, c'est pourquoi on lui donne le nom spécial de dinocaryon.

Dynamique et régulation

Le transport de molécules à l'extérieur et à l'intérieur du noyau cellulaire peut être effectué grâce au fait que, dans toutes les cellules eucaryotes, l'enveloppe nucléaire est perforée de pores nucléaires, constitués de grands complexes multiprotéiques. L'entrée et la sortie de molécules de gros noyau sont strictement contrôlées par des complexes de pores nucléaires.

Bien que les petites molécules puissent pénétrer dans le noyau sans régulation, les macromolécules telles que l'ARN et les protéines doivent être associées à des caryoférines appelées importines pour pouvoir pénétrer dans le noyau et être exportées.pour sortir. Les protéines chargées qui doivent être transférées du cytoplasme au noyau contiennent de courtes séquences d'acides aminés appelées signaux de localisation nucléaire qui sont liés aux importines, tandis que celles transportées du noyau au cytoplasme ont des signaux d'exportation nucléaire attachés aux exportines.

La capacité des importations et des exportations de transporter leur cargaison est régie par les GTPases, des enzymes qui hydrolysent le GTP libérant de l'énergie. La clé GTPase dans le transport nucléaire est Ran, qui peut se lier soit au GTP, soit au GDP (guanosine diphosphate), selon qu'il se situe dans le noyau ou dans le cytoplasme. Alors que les importations dépendent de Ran-GTP pour se dissocier de leur cargaison, les exportateurs ont besoin de Ran-GTP pour rejoindre leur cargaison.

Cellules anucléées et polynucléées

Bien que la plupart des cellules aient un seul noyau cellulaire, certains types de cellules en sont dépourvus, alors que d'autres ont plusieurs noyaux. Cela peut être un processus normal, comme c'est le cas avec la maturation des érythrocytes, ou le résultat d'une division cellulaire défectueuse.

Les cellules anucléées n'ont pas de noyau et sont donc incapables de se diviser pour produire des cellules filles. Le cas le plus connu de cellules anucléées est l'érythrocyte de mammifère, auquel il manque également d'autres organites comme les mitochondries, qui servent en principe de véhicule de transport de l'oxygène des poumons aux tissus. Les érythrocytes mûrissent grâce à l'érythropoïèse de la moelle osseuse, où ils perdent leur noyau, leurs organites et leurs ribosomes.

Le noyau est expulsé au cours du processus de différenciation des érythroblastes en réticulocytes, qui est le précurseur immédiat de l'érythrocyte mature. Les mutagènes peuvent induire la libération de certains globules rouges immatures "micronucléés" dans la circulation sanguine; des cellules énucléées peuvent également exister à partir d'une division cellulaire défectueuse dans une cellule sans noyau de fille, tandis que l'autre en a deux.

Les cellules polynucléées contiennent plusieurs noyaux. La plupart des protozoaires de classe Acantharea, et certains champignons qui forment des mycorhizes, sont des cellules polynucléées naturellement. D'autres exemples sont les parasites intestinaux du genre Giardia, qui a deux noyaux dans chaque cellule. Chez l'homme, le muscle squelettique a des cellules, appelées myocytes., qui deviennent polynucléées au cours de leur développement.

La disposition résultante des noyaux dans la région périphérique de la cellule permet un maximum d'espace intracellulaire pour les myofibrilles. Les cellules multinucléées peuvent également être anormales chez l'homme.

Par exemple, ceux qui résultent de la fusion de monocytes et de macrophages, appelés cellules multinucléées géantes, peuvent parfois être observés accompagnant une inflammation, et sont également impliqués dans la formation de tumeurs.

Évolution

Étant le meilleur élément qui définit la cellule eucaryote, l'origine évolutive du noyau cellulaire a fait l'objet de nombreuses spéculations. Parmi les théories proposées, quatre peuvent être considérées comme les principales, bien qu'aucune d'entre elles n'ait trouvé un large soutien.

La théorie endosymbiotique connue sous le nom de "modèle synophique" suggère qu'une relation symbiotique entre les archées et les bactéries a créé la première cellule eucaryote nucléée. On suppose que la symbiose a eu lieu lorsqu'un ancien archée semblable aux méthanogènes actuels a été envahi et parasité par une bactérie semblable à la myxobactérie actuelle, formant finalement le noyau primitif.

Cette théorie est analogue à une théorie acceptée de l'origine des mitochondries et des chloroplastes eucaryotes, qui auraient été développés par une relation d'endosymbiote similaire entre les protoeucaryotes et les bactéries aérobies. L'origine archaïque du noyau est corroborée par le fait que les archées et les eucaryotes possèdent des gènes similaires dans certaines protéines, notamment les histones.

En observant que les myxobactéries sont mobiles, ils peuvent former des complexes multicellulaires et posséder des protéines G similaires à celles des eucaryotes, une origine bactérienne de la cellule eucaryote peut également être acceptée. Une proposition similaire stipule qu'une cellule de type eucaryote, le chronocyte, est apparue en premier, puis des archées et des bactéries phagocytées pour donner naissance au noyau et à la cellule eucaryote.

Un modèle plus controversé, connu sous le nom d'eucaryogenèse virale, indique que de nombreuses caractéristiques de la cellule eucaryote, telles que la présence d'un noyau qui continue avec la membrane, sont issues de l'infection d'un ancêtre procaryote par un grand virus à ADN (éventuellement d'un virus nucléocytoplasmique). Grand ADN). Ceci est suggéré sur la base des similitudes entre les eucaryotes et les virus tels que les brins linéaires d'ADN, le traitement de "coiffage" de l'extrémité 5 'de l'ARNm et la forte liaison protéique de l'ADN (fabrication des analogues d'histone de l'enveloppe virale).

Une version de cette proposition suggère que le noyau a évolué de concert avec la phagocytose pour donner naissance à un prédateur de cellules primitives. Une autre variante propose que les eucaryotes soient issus d'Archaea primitives infectées par un poxvirus, sur la base de la similitude des ADN polymérases modernes entre eux et des eucaryotes. Il a été suggéré que la question non résolue de l'évolution de sexualité pourrait être liée à l'hypothèse d'eucaryogenèse virale.

Ce modèle des théories non-endosymbiotiques propose que les cellules protoeucaryotes se soient développées à partir de bactéries sans stade symbiote. Ce modèle est basé sur l'existence d'une bactérie moderne appartenant au bord des planctomycètes possédant une structure nucléaire avec des pores primitifs et d'autres structures membranaires compartimentées.

Enfin, une proposition très récente suggère que les variantes traditionnelles des théories endosymbiotiques sont insuffisantes pour expliquer l'origine du noyau eucaryote. Ce modèle, appelé hypothèse d'exomembrane, suggère que le noyau provenait plutôt d'une cellule ancestrale d'origine qui a développé une deuxième membrane cellulaire externe. La membrane interne qui entourait la cellule d'origine devint alors la membrane nucléaire, évoluant pour développer des structures de pores de plus en plus élaborées pour le passage de composants cellulaires synthétisés de manière interne, tels que des sous-unités ribosomales.

En rapport avec "noyau cellulaire"

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