Inti sel atau nukleus adalah organel yang ditemukan pada sel eukariotik. Diameter nukleus rata-rata hanya 5 mikrometer. Beberapa jenis sel tidak memiliki nukleus, sedangkan sebagian sel lainnya hanya memiliki satu atau beberapa nukleus. Nukleus memiliki selubung dari lapisan lipoprotein yang berguna untuk memisahkan isi nukleus dari sitoplasma.[1] Organel ini mengandung sebagian besar materi genetik sel dengan bentuk molekul DNA linier panjang yang membentuk kromosom bersama dengan beragam jenis protein. Gen di dalam kromosom-kromosom inilah yang membentuk genom inti sel.
Fungsi utama nukleus adalah untuk menjaga integritas gen-gen tersebut dan mengontrol aktivitas sel dengan mengelola ekspresi gen. Selain itu, nukleus juga berfungsi untuk mengorganisasikan gen saat terjadi pembelahan sel, memproduksi mRNA untuk mengkodekan protein, sebagai tempat sintesis ribosom, tempat terjadinya replikasi dan transkripsi dari DNA, serta mengatur kapan dan di mana ekspresi gen harus dimulai, dijalankan, dan diakhiri.
Sejarah
Nukleus adalah organel pertama yg ditemukan, yang pertama kali dideskripsikan oleh Franz Bauer pada 1802 dan dijabarkan lebih terperinci oleh ahli botani Skotlandia, Robert Brown, pada tahun 1831. Pada satu sel umumnya ditemukan hanya satu nukleus. Namun, beberapa jaringan tertentu, atau beberapa spesies tertentu memiliki lebih daripada satu nukleus. Inti-inti dalam sel multinuklei ini dapat memiliki peran yang saling mengganti atau saling mengkhususkan diri. Pada Paramecium, terdapat dua inti sel: makronukleus (inti besar) dan mikronukleus (inti kecil). Makronukleus menjamin keberlangsungan hidup, sedangkan mikronukleus bertanggung jawab terhadap reproduksi.
Struktur
Elemen struktural utama nukleus adalah membran inti, suatu membran ganda fosfolipid yang membungkus keseluruhan organel dan memisahkan bagian inti dengan sitoplasma sel, serta lamina inti, suatu struktur dalam nukleus yang memberi dukungan mekanis seperti sitoskeleton yang menyokong sel secara keseluruhan.
Secara garis besar, membran inti terdiri atas tiga bagian yaitu membran luar, ruang perinuklear, dan membran dalam.
Membran luar dari nukleus berkesinambungan dengan retikulum endoplasma (RE) kasar yang bertaburan dengan ribosom.
Sifat membran inti yang tak permeabel terhadap sebagian besar molekul membuat nukleus memerlukan pori inti agar molekul dapat bergerak melintasi membran. Pori nukleus bagaikan terowongan yang terletak pada membran nukleus yang berfungsi menghubungkan nukleoplasma dengan sitosol.
Fungsi utama dari pori nukleus adalah untuk sarana pertukaran molekul antara nukleus dengan sitoplasma. Molekul yang keluar, kebanyakan mRNA, digunakan untuk sintesis protein.
Pori nukleus tersusun atas 4 subunit yaitu:
- Subunit kolom berfungsi dalam pembentukan dinding pori nukleus.
- subunit anular berguna untuk membentuk spoke yang mengarah # menuju tengah dari pori nukleus.
- subunit lumenal mengandung protein transmembran yang menempelkan kompleks pori nukleus pada membran nukleus.
- subunit ring berfungsi untuk membentuk permukaan sitosolik (berhadapan dengan sitoplasma) dan nuklear (berhadapan dengan nukleoplasma) dari kompleks pori nukleus.
Meskipun bagian dalam nukleus tidak mengandung badan yang dibatasi oleh membran, isi nukleus tidak seragam dan memiliki beberapa badan subnukleus yang terbentuk dari protein-protein unik, molekul RNA, serta gugus DNA. Contoh utama dari badan subnukleus adalah nukleolus, yang terutama terlibat dalam pembentukan ribosom. Setelah diproduksi oleh nukleolus, ribosom diekspor ke sitoplasma untuk menjalankan fungsi translasi mRNA.
Fungsi
Nukleus menyediakan tempat untuk transkripsi genetik yang dipisahkan dari lokasi terjemahan dalam sitoplasma, memungkinkan tingkat regulasi gen yang tidak tersedia untuk prokariota. Fungsi utama inti sel adalah untuk mengontrol ekspresi gen dan memediasi replikasi DNA selama siklus sel.
Nukleus adalah organel yang ditemukan dalam sel eukariotik. Di dalam membran nuklir tertutup sepenuhnya, itu berisi sebagian besar materi genetik sel. Bahan ini disusun sebagai molekul DNA, bersama dengan berbagai protein, untuk membentuk kromosom.
Kompartementalisasi sel
Amplop nuklir memungkinkan inti untuk mengontrol isinya, dan memisahkan mereka dari sisa sitoplasma jika diperlukan. Ini penting untuk mengendalikan proses di kedua sisi membran nuklir. Dalam kebanyakan kasus di mana proses sitoplasma perlu dibatasi, peserta kunci dipindahkan ke inti, di mana ia berinteraksi dengan faktor transkripsi untuk menurunkan regulasi produksi enzim tertentu di jalur.
Mekanisme pengaturan ini terjadi dalam kasus glikolisis, jalur seluler untuk memecah glukosa untuk menghasilkan energi. Hexokinase adalah enzim yang bertanggung jawab untuk langkah pertama glikolisis, membentuk glukosa-6-fosfat dari glukosa. Pada konsentrasi tinggi fruktosa-6-fosfat, molekul yang dibuat kemudian dari glukosa-6-fosfat, protein regulator menghilangkan hexokinase ke inti, di mana ia membentuk kompleks penekan transkripsi dengan protein nuklir untuk mengurangi ekspresi gen yang terlibat dalam glikolisis.
Untuk mengontrol gen mana yang ditranskripsi, sel memisahkan beberapa protein faktor transkripsi yang bertanggung jawab untuk mengatur ekspresi gen dari akses fisik ke DNA sampai mereka diaktifkan oleh jalur pensinyalan lainnya. Ini mencegah bahkan tingkat rendah ekspresi gen yang tidak pantas.
Misalnya, dalam kasus gen yang dikontrol NF-κB, yang terlibat dalam sebagian besar respons inflamasi, transkripsi diinduksi sebagai respons terhadap jalur sinyal seperti yang diprakarsai oleh molekul pensinyalan TNF-α, berikatan dengan reseptor membran sel, menghasilkan rekrutmen protein pensinyalan, dan akhirnya mengaktifkan faktor transkripsi NF-κB. Sinyal lokalisasi nuklir pada protein NF-κB memungkinkannya untuk diangkut melalui pori-pori nuklir dan ke dalam nukleus, di mana ia menstimulasi transkripsi gen target.
Kompartementalisasi memungkinkan sel untuk mencegah terjemahan mRNA yang tidak diiris. MRNA eukariotik mengandung intron yang harus dihilangkan sebelum diterjemahkan untuk menghasilkan protein fungsional. Penyambungan dilakukan di dalam nukleus sebelum mRNA dapat diakses oleh ribosom untuk diterjemahkan. Tanpa nukleus, ribosom akan menerjemahkan mRNA yang baru ditranskripsi (tidak diproses), menghasilkan protein yang cacat dan tidak berfungsi.
Ekspresi gen
Ekspresi gen pertama melibatkan transkripsi, di mana DNA digunakan sebagai templat untuk menghasilkan RNA. Dalam kasus gen yang mengkode protein, RNA yang dihasilkan dari proses ini adalah messenger RNA (mRNA), 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, nukleus juga mengandung berbagai protein yang dapat secara langsung memediasi transkripsi atau terlibat dalam pengaturan prosesnya. Protein ini termasuk helikase, yang melepaskan molekul DNA beruntai ganda untuk memfasilitasi akses ke sana, RNA polimerase, yang mengikat promotor DNA untuk mensintesis molekul RNA yang sedang tumbuh, topoisomerase, yang mengubah jumlah supercoiling dalam DNA, membantunya berputar dan bersantai, serta berbagai faktor transkripsi yang mengatur ekspresi.
Memproses pra-mRNA
Artikel utama: modifikasi pasca-transkripsi
Molekul mRNA yang baru disintesis dikenal sebagai transkrip primer atau pra-mRNA. Mereka harus menjalani modifikasi pasca transkripsional dalam nukleus sebelum diekspor ke sitoplasma; mRNA yang muncul dalam sitoplasma tanpa modifikasi ini terdegradasi daripada digunakan untuk terjemahan protein. Tiga modifikasi utama adalah 5 'capping, 3' polyadenylation, dan RNA splicing. Sementara di dalam nukleus, pre-mRNA dikaitkan dengan berbagai protein dalam kompleks yang dikenal sebagai partikel ribonukleoprotein heterogen (hnRNPs). Penambahan topi 5 'terjadi co-transkripsi dan merupakan langkah pertama dalam modifikasi pasca-transkripsi. Ekor poli-adenin 3 'hanya ditambahkan setelah transkripsi selesai.
Penyambungan RNA, yang dilakukan oleh kompleks yang disebut spliceosome, adalah proses di mana intron, atau wilayah DNA yang tidak mengkode protein, dikeluarkan dari pre-mRNA dan sisa ekson yang terhubung membentuk kembali satu molekul kontinu tunggal . Proses ini biasanya terjadi setelah 5 'capping dan 3' polyadenylation tetapi dapat dimulai sebelum sintesis selesai dalam transkrip dengan banyak ekson. [5] Banyak pra-mRNA, termasuk antibodi yang mengkode, dapat disambungkan dengan berbagai cara untuk menghasilkan mRNA dewasa yang berbeda yang menyandikan urutan protein yang berbeda. Proses ini dikenal sebagai splicing alternatif, dan memungkinkan produksi sejumlah besar protein dari jumlah DNA yang terbatas.
