Karakteristik Nukleus (Inti sel): Pengertian, struktur, fungsi, sejarah

Nukleus adalah daerah sel eukariotik, dibatasi oleh membran inti sel (karyon = nukleus), menyimpan kromosom di dalam, juga mengandung satu atau lebih nukleolus yang terbenam dalam nukleusnya (kariolymph).

Nukleus biasanya memiliki bentuk bulat telur atau bulat, dengan diameter rata-rata sama dengan 5μm, tetapi juga menunjukkan morfologi lobular: bilobulasi atau multilobulasi, diamati dalam sel pertahanan (beberapa jenis leukosit).

Namun, ada sel tanpa nukleus, misalnya sel darah merah pada manusia. Dengan demikian, menurut diferensiasi antara jaringan, sel-sel yang berbeda dalam organisme yang sama dapat bervariasi dalam hal jumlah nukleus, yaitu: mononukleat, hanya memiliki satu nukleus (sel epitel); binukleat, dengan dua nukleus (sel hati), dan multinukleat, mengandung beberapa nukleus (sel otot).

Karakteristik dari nukleus:

  • Dibentuk oleh dua lapisan lipoprotein;
  • Ini memiliki banyak pori-pori yang berkomunikasi dengan hialoplasma, di mana zat-zat molekul keluar dan masuk;
  • Perlindungan bahan genetik;
  • Dan penghalang fisik yang membatasi wilayah regulasi metabolisme, melalui proses transkripsi.

Namun, bahkan sel berinti, tergantung pada tahap siklus selnya, dapat mengakui perilaku yang berbeda: selama interfase, periode sintesis intens, nukleus menghadirkan aspek yang jelas, sementara pada periode multiplikasi (divisi – mitosis atau meiosis) kedua perpustakaan ketika nukleolus hancur, muncul kembali pada akhir acara ini.

Ditemukan oleh Robert Brown (1831) nukleus adalah bagian paling penting dari sel, karena mengendalikan berbagai aktivitas metabolisme, dan juga merupakan pusat keturunan.

Sel eukariotik pada umumnya tidak berinti, meskipun ada juga sel binukleat dan multinukleat. Paramecium caudatum memiliki dua inti sel (binukleat). Kondisi multinukleat atau polinukleat ditemukan di beberapa sel sumsum tulang, otot lurik, pembuluh lateks, beberapa jamur dan ganggang.

Pengertian

Nukleus atau inti sel adalah struktur yang ada dalam sel eukariotik, yang berisi DNA sel (atau DNA). Nukleus dibatasi oleh selaput inti, dan berkomunikasi dengan sitoplasma melalui pori-pori nukleus. Inti sel memiliki dua fungsi dasar: untuk mengatur reaksi kimia yang terjadi di dalam sel (metabolisme), dan untuk menyimpan informasi genetik sel. Diameter nukleus dapat bervariasi dari 11 hingga 22,25 μm.

Selain bahan genetik, nukleus juga memiliki beberapa protein dengan fungsi mengatur ekspresi gen, yang melibatkan proses transkripsi yang kompleks, pra-pemrosesan mRNA (messenger RNA), dan pengangkutan mRNA yang terbentuk ke sitoplasma. Di dalam insti sel masih ada struktur yang disebut nukleolus, yang bertanggung jawab untuk produksi subunit dari ribosom. Selaput nukleus bertanggung jawab untuk memisahkan reaksi kimia yang terjadi di dalam sitoplasma dari yang terjadi di dalam nukleus, dan untuk memungkinkan komunikasi antara kedua lingkungan ini. Komunikasi ini dilakukan oleh pori-pori nuklir yang terbentuk dari perpaduan antara membran dalam dan luar amplop nuklir.

Bagian dalam nukleus terdiri dari matriks yang disebut nukleoplasma, yang merupakan cairan seperti gel, mirip dengan sitoplasma. Ini mengandung beberapa zat yang diperlukan agar nukleus berfungsi, termasuk basa nitrogen, enzim, protein dan faktor transkripsi. Ada juga jaringan serat dalam nukleoplasma (disebut matriks nuklir), yang fungsinya masih dibahas.

DNA yang ada dalam nukleus biasanya ditata dalam bentuk kromatin (yang dapat berupa euchromatin atau heterochromatin), selama periode interfase. Namun, selama pembelahan sel, materi genetik diatur dalam bentuk kromosom. Posisinya biasanya sentral, mengikuti bentuk sel, tetapi ini dapat bervariasi dari satu ke yang lain. Pada eritrosit mamalia, nukleus tidak ada.

Nukleus (=inti sel) adalah organel bermembran yang ditemukan di dalam sel eukariotik secara eksklusif, dan yang mengandung sebagian besar materi genetik sel, diorganisasikan ke dalam makromolekul DNA yang disebut kromosom, yang gennya ada di dalam.

Inti sel beroperasi sebagai menara pengontrol sel, karena misi utama nukleus adalah untuk melestarikan bahan genetik dan mengoperasikannya bila perlu, seperti pembelahan sel atau sintesis protein, karena DNA mengandung pola yang diperlukan untuk Semua operasi sel.

Menariknya, inti sel adalah yang pertama dari organel sel yang ditemukan melalui pengamatan mikroskopis. Yang pertama mencatat nukleus adalah Anton van Leeuwenhoek (1632-1723), dalam sel salmon.

Tetapi fungsi sebenarnya dari nukleus dan pentingnya dalam pewarisan dan reproduksi sel akan menjadi jelas jauh di kemudian hari, berkat hukum Mendel dan penemuan mitosis sel pada awal abad kedua puluh.

Inti sel adalah salah satu organel dasar sel, yang sangat diperlukan untuk mencapai tingkat kompleksitas kehidupan yang tinggi, karena kita adalah makhluk multiseluler. Faktanya, dalam kehadiran nukleus di dalam sitoplasma sel, sel prokariotik (lebih primitif) dan eukariota (lebih berevolusi) dibedakan.

Struktur

1. Selubung inti (Karyotheca):

Ini mengikat inti di luar dan memisahkan nukleus dari sitoplasma. Selubung inti terdiri dari dua membran lipoprotein dan trilaminar yang diatur secara konsentris, yang masing-masing tebalnya 60-90 A °. Membran bagian dalam halus sedangkan membran luar mungkin halus atau permukaan sitoplasmiknya mengandung ribosom. Kedua membran dipisahkan oleh ruang perinuklear transparan, lebar 100-700 A °. Membran luar sering dihubungkan ke retikulum endoplasma.

Amplop nukleus dilubangi oleh pori-pori inti yang membantu dalam pengangkutan material antara inti dan sitoplasma. Dua membran amplop menjadi kontinu di daerah pori-pori. Pori-pori nukleus memiliki struktur yang kompleks. Mereka mungkin memiliki diafragma, septum, dan steker bahan padat elektron atau nukleoplasmin, annuli.

Pori inti annulated dapat memiliki 9 silinder, satu pusat dan delapan perangkat. Pori-pori nukleus memungkinkan bagian selektif dari bahan antara nukleus dan sitoplasma, mis. K +, Na +. Sub-unit Cl- dan ribosom berkumpul di nukleolus. Dengan cara yang sama RNA polimerase dan DNA polimerase yang disintesis dalam sitoplasma selanjutnya ditransfer ke nukleus melalui pori-pori ini.

2. Nukleoplasma atau Getah nukleus atau Karyolymph:

Ini adalah zat transparan, semi-fluida dan koloid yang mengisi inti sel. Ini mengandung nukleosida dan sejumlah enzim, (mis. DNA polimerase, RNA polimerase, nukleosida fosforilase) yang diperlukan untuk sintesis dan fungsi DNA, RNA, nukleoprotein, dll.

3. Matriks nukleus:

Ini adalah jaringan serat protein asam halus yang berfungsi sebagai perancah untuk kromatin. Di pinggiran, di bawah selubung nukelus, matriks inti membentuk lapisan berserat padat yang disebut lamina inti di mana ujung terminal serat kromatin atau telomer tertanam.

4. Kromatin:

Ini adalah kompleks fibrilar DNA-protein herediter yang dinamai demikian karena kemampuannya untuk diwarnai dengan pewarna dasar tertentu (Gk. Chroma-color; Flemming, 1879). Kromatin terjadi dalam bentuk serat yang tumpang tindih dan melingkar yang tampaknya menghasilkan jaringan yang disebut retikulum kromatin. Mereka didistribusikan ke seluruh nukleoplasma.

Serat kromatin dibedakan menjadi dua daerah — eukromatin dan heterokromatin. Eukromatin adalah bagian berserat yang tipis (30-80A0 tebal) yang bercahaya ringan dan membentuk sebagian besar kromatin. Heterokromatin lebih luas (tebal 250 A0) bernoda gelap dan bagian terpadatkan yang melekat di sana-sini pada eukromatin. Bergantung pada ukuran butiran yang dibentuk oleh heterokromatin, mereka disebut kromosentra, kariosom.

Seluruh kromatin tidak fungsional. Umumnya hanya sebagian dari euchromatin yang berhubungan dengan protein asam mengambil bagian dalam transkripsi atau pembentukan RNA. Selama profilase pembelahan nuklir, serat kromatin terpadatkan untuk membentuk sejumlah struktur seperti benang yang disebut kromosom.

5. Nukleolus:

Nukleolus pertama kali ditemukan oleh Fontana pada tahun 1781, dijelaskan oleh Wagner pada tahun 1840 dan diberi nama yang sekarang oleh Bowman pada tahun 1840. Nukleolus adalah struktur terbuka, bulat atau sedikit tidak beraturan yang dilekatkan pada kromatin pada suatu wilayah spesifik yang disebut nukleolar organizer region (NOR).

Yang terkandung dalam nukleus ukurannya tergantung pada aktivitas sintetis sel terutama dalam sel yang tidak penting untuk sintesis protein, misalnya sel sperma dan blastomer.

Sejarah

Inti sel adalah organel pertama yang ditemukan, yang pertama kali dijelaskan oleh Franz Bauer, pada 1802. Nukleus kemudian dijelaskan secara lebih rinci oleh ahli botani Skotlandia Robert Brown pada tahun 1831, dalam sebuah ceramah di London Linnean Society. Brown sedang mempelajari anggrek di bawah mikroskop ketika ia mengamati daerah buram, yang ia sebut halo atau nukleus, yang ditemukan di sel-sel di lapisan luar, pada bunga. Pada saat itu tidak menyarankan fungsi potensial nukleus.

Pada tahun 1838, Matthias Schleiden mengusulkan bahwa nukleus berperan dalam pembentukan sel, setelah memperkenalkan nama “cytoblast” (generator sel). Dia percaya bahwa dia telah mengamati sel-sel baru yang muncul di sekitar “sitoblas”. Franz Meyen adalah penentang kuat teori ini, setelah menjelaskan sel-sel yang berlipat ganda dengan pembagian dan percaya bahwa banyak sel tidak akan memiliki inti. Gagasan bahwa sel dapat dihasilkan lagi, oleh “cytoblast”, bertentangan dengan karya Robert Remak (1852) dan Rudolf Virchow (1855), yang secara meyakinkan menyebarkan paradigma bahwa sel hanya dihasilkan oleh sel lain (” Omnis selula dan selula “). Namun, fungsi nukleus masih belum jelas.

Antara tahun 1876 dan 1878, Oscar Hertwig menerbitkan beberapa penelitian tentang pembuahan dalam telur landak laut, menunjukkan bahwa inti sperma memasuki oosit, bergabung dengan nukleusnya. Ini adalah pertama kalinya disarankan bahwa seseorang berkembang dari sel berinti tunggal. Ini bertentangan dengan teori Ernst Haeckel bahwa filogeni lengkap suatu spesies diulangi selama perkembangan embrionik, termasuk generasi sel berinti pertama dari “Monerula”, massa tanpa struktur, dari lendir primordial ( “Urschleim”).

Kebutuhan akan inti sperma untuk pembuahan telah dibahas selama beberapa waktu. Namun, Hertwig mengkonfirmasi pengamatannya pada kelompok hewan lain, seperti amfibi dan moluska. Eduard Strasburger menghasilkan hasil yang sama pada tanaman (1884). Ini membuka jalan untuk menetapkan inti sebagai memiliki peran utama dalam faktor keturunan. Pada tahun 1873, Agustus Weismann mendalilkan kesetaraan sel paternal dan sel ibu untuk keturunan. Fungsi nukleus, sebagai pembawa informasi genetik, baru menjadi jelas kemudian, setelah mitosis ditemukan dan keturunan Mendel ditemukan kembali pada awal abad ke-20. Pada saat itu, teori kromosom keturunan diturunkan.

Fungsi

Fungsi utama inti sel adalah untuk mengontrol ekspresi gen dan memediasi replikasi DNA selama siklus sel. Nukleus juga berfungsi menyediakan lokasi untuk transkripsi, yang terpisah dari lokasi translasi, dalam sitoplasma. Nukleus memungkinkan untuk tingkat regulasi genetik yang tidak tersedia pada prokariota.

Kompartementalisasi sel

Selaput nukleus memungkinkan inti untuk mengontrol kontennya, memisahkannya dari sisa sitoplasma bila perlu. Ini penting untuk mengendalikan proses di kedua sisi membran inti. Dalam beberapa kasus, di mana proses sitoplasma perlu dibatasi, komponen kunci dipindahkan ke nukleus, di mana ia berinteraksi dengan faktor transkripsi yang mengatur produksi enzim tertentu dalam jalur metabolisme. Mekanisme pengaturan ini terjadi dalam kasus glikolisis, jalur metabolisme yang bertindak untuk memecah glukosa untuk menghasilkan energi. Heksokinase adalah enzim yang bertanggung jawab untuk langkah pertama glikolisis, membentuk glukosa-6-fosfat dari glukosa. Pada konsentrasi tinggi fruktosa-6-fosfat, protein regulator menghilangkan heksokinase ke nukleus, di mana ia membentuk di mana kompleks transkripsional represif bersama dengan protein nuklir, untuk mengurangi ekspresi gen yang terlibat dalam glikolisis.

Untuk mengontrol gen yang ditranskripsi, sel mencegah beberapa faktor transkripsi, yang bertanggung jawab untuk mengatur ekspresi gen, dari memiliki akses ke DNA, sampai mereka diaktifkan oleh jalur pensinyalan lain. Ini mencegah bahkan tingkat rendah ekspresi gen yang tidak pantas. Misalnya, dalam kasus gen yang dikendalikan oleh NF-κB, yang terlibat dalam sebagian besar respons inflamasi, transkripsi diinduksi sebagai respons terhadap jalur pensinyalan, seperti yang diprakarsai oleh molekul pensinyalan yang disebut TNF-α, yang berikatan dengan suatu reseptor pada membran sel, menghasilkan rekrutmen protein pensinyalan dan akhirnya aktivasi faktor transkripsi NF-κB. Sinyal lokalisasi nuklir dalam protein NF-κB memungkinkannya untuk diangkut melalui pori nuklir ke inti, di mana ia menstimulasi transkripsi gen target.

Partisi memungkinkan sel untuk mencegah translasi mRNA yang tidak diiris. MRNA eukariotik mengandung intron yang harus dihilangkan sebelum translasi terjadi dan menimbulkan protein fungsional. Penyambungan dilakukan di dalam nukleus sebelum mRNA dapat diakses oleh ribosom untuk memberikan terjemahan. Tanpa nukleus, ribosom akan menerjemahkan mRNA yang baru ditranskripsikan (belum diproses) menjadi protein yang cacat dan tidak berfungsi.

Ekspresi gen

Ekspresi gen melibatkan transkripsi, di mana DNA digunakan sebagai model untuk produksi RNA. Dalam kasus gen yang mengkode protein, RNA yang dihasilkan oleh proses ini adalah messenger RNA, yang kemudian perlu diterjemahkan oleh ribosom untuk membentuk protein. Karena ribosom terletak di luar nukleus, mRNA yang dihasilkan perlu diekspor.

Karena nukleus adalah tempat transkripsi, inti sel juga mengandung berbagai protein yang dapat secara langsung memediasi transkripsi atau terlibat dalam mengatur prosesnya. Protein-protein ini termasuk helikase yang melepaskan untai ganda dari molekul DNA, untuk memudahkan aksesnya, RNA polimerase yang mensintesis molekul RNA, topoisomerase yang mengubah jumlah pelipatan dalam DNA, serta berbagai macam faktor transkripsi yang mengatur ekspresi gen.

Pemrosesan pra-mRNA

Molekul mRNA yang baru dibuat dikenal sebagai transkrip primer. Mereka harus menjalani modifikasi pasca-transkripsional dalam nukleus sebelum diekspor ke sitoplasma; mRNA yang muncul dalam nukleus tanpa modifikasi ini terdegradasi alih-alih diterjemahkan menjadi protein. Tiga modifikasi utama adalah: penyisipan tutup pada ujung 5 ‘, poliadenilasi pada ujung 3’, dan penyambungan RNA. Sementara di dalam nukleus, pra-RNA dikaitkan dengan berbagai protein, dalam kompleks yang disebut partikel ribonukleoprotein heterogen (hnRPN). Penambahan lapisan 5 ‘terjadi co-transkripsi dan merupakan langkah pertama dalam modifikasi pasca-transkripsi. Beberapa ekor adenin pada ujung 3 ‘hanya ditambahkan setelah transkripsi selesai.

Penyambungan RNA, yang dilakukan oleh sebuah kompleks yang disebut spliceosome, adalah proses di mana intron, atau wilayah DNA yang tidak mengkodekan protein, dikeluarkan dari pra-mRNA dan ekson yang tersisa dihubungkan kembali ke dalam molekul kontinu. Proses ini biasanya terjadi setelah penyisipan penutup 5 ‘dan polyadenylation 3’, tetapi dapat dimulai sebelum sintesis lengkap dalam transkrip dengan banyak ekson. Banyak pra-mRNA, termasuk yang mengkode antibodi, dapat disambung dengan berbagai cara, menghasilkan mRNA dewasa yang berbeda yang menyandikan protein dengan struktur primer yang berbeda. Proses ini dikenal sebagai splicing alternatif dan memungkinkan produksi berbagai protein dari jumlah DNA yang terbatas.

Sel anukleat dan polinukleat

Meskipun sebagian besar sel memiliki inti tunggal, beberapa jenis sel tidak memiliki nukleus dan lainnya memiliki beberapa inti. Ini dapat berasal dari proses normal, seperti pematangan eritrosit mamalia, atau menjadi hasil dari pembelahan sel yang tidak berhasil.

Sel anukleat tidak memiliki inti dan karenanya tidak dapat membelah untuk menghasilkan keturunan sel. Jenis sel ini yang paling terkenal adalah eritrosit mamalia, yang juga tidak memiliki organel lain seperti mitokondria dan berfungsi terutama untuk mengangkut oksigen dari paru-paru ke jaringan sel. Eritrosit mengalami pematangan melalui proses yang disebut erythropoiesis, yang terjadi di sumsum tulang dan di mana nukleus, organel, dan ribosom hilang. Nukleus dikeluarkan selama proses membedakan eritroblast menjadi retikulosit, prekursor langsung menuju eritrosit dewasa. Kehadiran mutagen dapat menyebabkan pelepasan beberapa eritrosit “mikronukleasi” yang belum matang. Sel berinti juga dapat muncul dari pembelahan sel yang tidak diproses dengan baik, di mana salah satu sel anak tidak memiliki inti dan yang lainnya adalah binukleat.

Sel polinukleat memiliki banyak nukleus. Sebagian besar spesies protozoa dari kelas Acantharea dan beberapa jamur di mikoriza memiliki sel berinti. Pada manusia, sel-sel otot rangka, yang disebut miosit, menjadi berinti banyak selama perkembangannya; susunan inti yang dihasilkan, dekat dengan pinggiran sel, memungkinkan ruang intraseluler maksimum untuk miofibril. Sel multinukleat juga bisa abnormal pada manusia; misalnya, sel yang berasal dari fusi monosit dan makrofag, yang dikenal sebagai sel raksasa berinti, kadang-kadang menyertai reaksi peradangan [50] dan juga terlibat dalam pembentukan tumor.

Tahapan Metamorfosis semut, kupu kupu dan katak
Contoh Ekologi: Tujuan, jenis, peranan, cabang
10 Ciri-ciri Nematoda yang penting berikut ini
Siklus hidup Bakteriofag: Pengertian, struktur, terapi