นิวคลีโอพลาสม์หรือที่รู้จักกันในชื่อ^คาริโอพลาสม์ [ ^{1 ]} เป็น โปรโตพลาสม์ชนิดหนึ่งที่ประกอบขึ้นเป็นนิวเคลียสของเซลล์ ซึ่งเป็น ออร์แกเนลล์ที่โดดเด่นที่สุดของเซลล์ยูคาริโอติกมันถูกล้อมรอบด้วยเยื่อหุ้มนิวเคลียสหรือที่รู้จักกันในชื่อเยื่อนิวเคลียส^{[ 2 ]}นิวคลีโอพลาสม์มีลักษณะคล้ายกับไซโตพลาสม์ของเซลล์ยูคาริโอติกตรงที่เป็นสารคล้ายเจลที่พบอยู่ภายในเยื่อหุ้มเซลล์ แม้ว่านิวคลีโอพลาสม์จะเติมเต็มพื้นที่ในนิวเคลียสเท่านั้นและมีหน้าที่เฉพาะของตัวเอง นิวคลีโอพลาสม์จะแขวนโครงสร้างภายในนิวเคลียสที่ไม่ถูกล้อมรอบด้วยเยื่อหุ้มเซลล์และมีหน้าที่ในการรักษารูปร่างของนิวเคลียส^{[ 2 ]}โครงสร้างที่แขวนอยู่ในนิวคลีโอพลาสม์ ได้แก่โครโมโซมโปรตีนต่างๆนิวเคลียร์บอดี้ นิวคลี โอ ลัส นิ วคลีโอพอริน นิ วคลี โอไทด์และจุดนิวเคลียส^{[ 2 ]}

ส่วนที่เป็นของเหลวที่ละลายได้ของนิวคลีโอพลาสม์เรียกว่าคาริโอลิมฟ์^{[ 3 ]}นิวคลีโอซอล [ ^{4 ] หรือ}นิวเคลียสไฮยาโลพลาสม์

การมีอยู่ของนิวเคลียส รวมทั้งนิวคลีโอพลาสม์ ได้รับการบันทึกไว้ครั้งแรกในปี ค.ศ. 1682 โดยนักจุลทรรศน์ชาวดัตช์ชื่อ Leeuwenhoekและต่อมาได้รับการอธิบายและวาดภาพโดยFranz Bauer [ ^{5 ] อย่างไรก็ตาม}นิวเคลียสของเซลล์ยังไม่ได้รับการตั้งชื่อและอธิบายอย่างละเอียดจนกระทั่งRobert Brownนำเสนอต่อสมาคม Linneanในปี ค.ศ. 1831 ^{[ 6 ]} ส่วนนิวคลีโอพลาสม์ แม้ว่าจะได้รับการอธิบายโดย Bauer และ Brown แล้ว แต่ก็ยังไม่ได้รับการแยกออกมาเป็นหน่วยเฉพาะจนกระทั่งได้รับการตั้งชื่อในปี ค.ศ. 1882 โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวโปแลนด์ - เยอรมันEduard Strasburgerซึ่งเป็นหนึ่งในนักพฤกษศาสตร์ ที่มีชื่อเสียงที่สุด ในศตวรรษที่ 19 และเป็นบุคคลแรกที่ค้นพบไมโทซิสในพืช^{[ 7 ]}

หน้าที่สำคัญหลายอย่างของเซลล์เกิดขึ้นในนิวเคลียส โดยเฉพาะอย่างยิ่งในนิวคลีโอพลาสม์ หน้าที่หลักของนิวคลีโอพลาสม์คือการสร้างสภาพแวดล้อมที่เหมาะสมสำหรับกระบวนการสำคัญที่เกิดขึ้นในนิวเคลียส ทำหน้าที่เป็นสารแขวนลอยสำหรับออร์แกเนลล์ทั้งหมดภายในนิวเคลียส และเก็บโครงสร้างที่ใช้ในกระบวนการเหล่านี้^{[ 2 ]}โปรตีน 34% ที่เข้ารหัสในจีโนมของมนุษย์เป็นโปรตีนที่อยู่ภายในนิวคลีโอพลาสม์^{[ 2 ]}โปรตีนเหล่านี้มีส่วนร่วมในการถอดรหัส RNAและการควบคุมยีนในนิวคลีโอพลาสม์^{[ 2 ]}โปรตีนที่อยู่ในนิวคลีโอพลาสม์มีส่วนเกี่ยวข้องกับการกระตุ้นยีนที่ใช้ในวัฏจักรเซลล์^{[ 8 ]}นิวคลีโอพอรินบางชนิดซึ่งโดยทั่วไปประกอบเป็นรูพรุนนิวเคลียร์สามารถเคลื่อนที่ได้และมีส่วนร่วมในการควบคุมการแสดงออกของยีนในนิวคลีโอพลาสม์^{[ 8 ] [ 9 ]}รูพรุนนิวเคลียร์เป็นบริเวณที่โมเลกุลเดินทางจากภายในนิวคลีโอพลาสม์ไปยังไซโตพลาสม์และในทางกลับกัน^{[ 9 ]}นิวคลีโอพลาซึมยังเป็นเส้นทางให้โมเลกุลหลายชนิดเดินทางผ่าน^{[ 9 ]}โมเลกุลขนาดเล็กสามารถผ่านรูพรุนนิวเคลียร์ได้อย่างอิสระเพื่อเข้าและออกจากนิวคลีโอพลาซึม ในขณะที่โปรตีนขนาดใหญ่ต้องการความช่วยเหลือจากตัวรับบนพื้นผิวของเยื่อหุ้มนิวเคลียส^{[ 9 ]} เชื่อกันว่าเมทริกซ์นิวเคลียร์ก็อยู่ในนิวคลีโอพลาซึมเช่นกัน โดยทำหน้าที่รักษาขนาดและรูปร่างของนิวเคลียส ในบทบาทที่คล้ายกับโครงกระดูกเซลล์ที่พบในไซโตพลาซึม^{[ 10 ]}อย่างไรก็ตาม การมีอยู่และหน้าที่ที่แน่นอนของเมทริกซ์นิวเคลียร์ยังคงไม่ชัดเจนและมีการถกเถียงกันอย่างมาก

นิวคลีโอพลาซึมเป็นของเหลวที่มีความหนืดสูงมาก ถูกห่อหุ้มด้วยเยื่อหุ้มนิวเคลียส และประกอบด้วยน้ำ โปรตีน ไอออนที่ละลายอยู่ และสารอื่นๆ อีกหลากหลายชนิด รวมถึงกรดนิวคลีอิกและแร่ธาตุต่างๆ

ในมนุษย์มียีนที่เข้ารหัสโปรตีน ประมาณ 20,000 ยีน ^{[ 11 ]}และพบว่าเกือบหนึ่งในสามของยีนเหล่านี้อยู่ในนิวคลีโอพลาสม์โดยอาศัยลำดับนิวคลีโอไทด์เฉพาะที่ (NLS) ^{[ 2 ]}โปรตีนในไซโตพลาสม์ที่เรียกว่าอิมพอร์ทินทำหน้าที่เป็นตัวรับ NLS โดยนำโปรตีนไปยังคอมเพล็กซ์รูพรุนนิวเคลียร์เพื่อขนส่งเข้าไปในนิวคลีโอพลาสม์^{[ 12 ]}โปรตีนในนิวคลีโอพลาสม์ส่วนใหญ่มีหน้าที่ในการมีส่วนร่วมและควบคุมการทำงานของเซลล์ที่ขึ้นอยู่กับ DNA รวมถึงการถอดรหัสการตัดต่อ RNAการซ่อมแซม DNA การจำลองแบบ DNAและกระบวนการเผาผลาญต่างๆ^{[ 2 ]}โปรตีนเหล่านี้แบ่งออกเป็นโปรตีนฮิสโตน ซึ่งเป็นโปรตีนชนิดหนึ่งที่จับกับ DNA และทำให้โครโมโซมมีรูปร่างและควบคุมการทำงานของยีน^{[ 13 ]}และโปรตีนที่ไม่ใช่ฮิสโตน

นิวคลีโอพลาสม์ประกอบด้วยเอนไซม์หลายชนิดที่มีบทบาทสำคัญในการสังเคราะห์ DNA และ RNA รวมถึงDNA polymeraseและRNA polymeraseซึ่งทำหน้าที่ในการจำลอง DNA และการถอดรหัส RNA ตามลำดับ นอกจากนี้ นิวคลีโอพลาสม์ยังเป็นที่อยู่ของเอนไซม์หลายชนิดที่มีบทบาทสำคัญในกระบวนการเผาผลาญของเซลล์NAD+ synthaseถูกเก็บไว้ในนิวคลีโอพลาสม์และทำหน้าที่ในการขนส่งอิเล็กตรอนและปฏิกิริยารีดอกซ์ที่เกี่ยวข้องกับห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนและการสังเคราะห์อะดีโนซีนไตรฟอสเฟต (ATP) ^{[ 14 ]}ไพรูเวตไคเนสก็พบในนิวคลีโอพลาสม์ในปริมาณมากเช่นกัน เอนไซม์นี้เกี่ยวข้องกับขั้นตอนสุดท้ายของไกลโคไล ซิส โดย เร่งปฏิกิริยาการเปลี่ยนฟอสโฟอีโนลไพรูเวต (PEP) เป็นไพรูเวตพร้อมกับการฟอสฟอริเลชันของอะดีโนซีนไดฟอสเฟต (ADP) เป็น ATP ^{[ 15 ]}ที่สำคัญ นิวคลีโอพลาสม์ประกอบด้วยโคแฟคเตอร์และโคเอนไซม์ รวมถึงอะเซทิล-โคเอซึ่งมีบทบาทสำคัญในวัฏจักรกรดซิตริก [ ^{16 ] และเอทีพี ซึ่งเกี่ยวข้องกับการ จัด}เก็บและถ่ายโอนพลังงาน

องค์ประกอบไอออนของนิวคลีโอพลาซึมมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการรักษาสภาวะสมดุลภายในเซลล์และสิ่งมีชีวิตโดยรวม ไอออนที่พบในนิวคลีโอพลาซึม ได้แก่โซเดียมโพแทสเซียมแคลเซียมฟอสฟอรัสและแมกนีเซียมไอออนเหล่านี้เป็นตัวสำคัญในหน้าที่ทางชีวภาพต่างๆ โซเดียมและโพแทสเซียมมีบทบาทสำคัญในปั๊มโซเดียม-โพแทสเซียมซึ่งเป็น ATPase ข้ามเยื่อหุ้มเซลล์ที่สูบโซเดียมไอออน 3 ตัวออกจากเซลล์สำหรับทุกๆ โพแทสเซียมไอออน 2 ตัวที่สูบเข้าไปในเซลล์ ทำให้เกิดการไล่ระดับไอออน^{[ 17 ]}แม้ว่าโดยทั่วไปแล้วปั๊มนี้จะถือว่าเป็น โปรตีน เยื่อหุ้มพลาสมาแต่ก็มีการบันทึกการมีอยู่ของมันในเยื่อหุ้มนิวเคลียส ซึ่งควบคุมการไล่ระดับไอออนระหว่างไซโตพลาซึมและนิวคลีโอพลาซึมของเซลล์ และมีส่วนช่วยในการรักษาสภาวะสมดุลของแคลเซียมภายในเซลล์^{[ 18 ]}ไอออนเหล่านี้ยังกำหนดการไล่ระดับความเข้มข้นที่มีอยู่ระหว่างไซโตพลาซึมและนิวคลีโอพลาซึม ซึ่งทำหน้าที่ควบคุมการไหลของไอออนข้ามเยื่อหุ้มนิวเคลียส^{[ 19 ]}มีความสำคัญในการรักษาระดับออสโมลาริตีของนิวคลีโอพลาซึม ซึ่งส่งผลให้โครงสร้างของเยื่อหุ้มนิวเคลียสและออร์แกเนลล์ที่แขวนลอยอยู่ในนิวคลีโอพลาซึมมีความสมบูรณ์

นิวคลีโอพลาสม์ค่อนข้างคล้ายกับไซโตพลาสม์ โดยความแตกต่างหลักคือนิวคลีโอพลาสม์อยู่ภายในนิวเคลียส ในขณะที่ไซโตพลาสม์อยู่ภายในเซลล์ นอกนิวเคลียส องค์ประกอบไอออนของทั้งสองเกือบจะเหมือนกันเนื่องจากปั๊มไอออนและการซึมผ่านของเยื่อหุ้มนิวเคลียส อย่างไรก็ตาม โปรตีนในของเหลวทั้งสองนี้แตกต่างกันอย่างมาก โปรตีนในไซโตพลาสม์เรียกว่าโปรตีนไซโตโซลิก ซึ่งผลิตโดยไรโบโซมอิสระในขณะที่โปรตีนที่อยู่ในนิวคลีโอพลาสม์จะต้องผ่านกระบวนการในเอนโดพลาสมิกเรติคูลัมและกอลจิแอพพาราตัสก่อนที่จะถูกส่งไปยังนิวคลีโอพลาสม์เป็นส่วนหนึ่งของเส้นทางการหลั่งโปรตีนเหล่านี้ยังแตกต่างกันในด้านหน้าที่ เนื่องจากโปรตีนที่อยู่ในนิวคลีโอพลาสม์ส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับกระบวนการที่ขึ้นอยู่กับ DNA รวมถึงการแบ่งเซลล์และการควบคุมยีน ในขณะที่โปรตีนไซโตโซลิกส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการดัดแปลงโปรตีน การย่อยสลาย mRNA กระบวนการเผาผลาญ การส่งสัญญาณ และการตายของเซลล์^{[ 20 ]}

ไซโตพลาซึมและนิวคลีโอพลาซึมต่างก็เป็นโครงสร้างที่มีลักษณะเป็นเจลสูงซึ่งถูกห่อหุ้มด้วยโครงสร้างที่เป็นเยื่อหุ้ม ได้แก่ เยื่อหุ้มพลาสมาและเยื่อหุ้มนิวเคลียส ตามลำดับ อย่างไรก็ตาม ในขณะที่ไซโตพลาซึมถูกห่อหุ้มด้วย เยื่อ หุ้มลิพิด สองชั้นเพียงชั้นเดียว เยื่อหุ้มนิวเคลียสที่แบ่งนิวคลีโอพลาซึมออกเป็นส่วนๆ นั้นประกอบด้วยเยื่อหุ้มลิพิดสองชั้นแยกกัน ได้แก่ เยื่อหุ้มชั้นนอกและเยื่อหุ้มชั้นใน^{[ 21 ]} ไซโตพลาซึมยังพบได้ในเซลล์ทุกชนิดที่รู้จัก ในขณะที่นิวคลีโอพลาซึมพบได้เฉพาะในเซลล์ยูคาริโอติกเท่านั้น เนื่องจากเซลล์โปรคาริโอติกไม่มีนิวเคลียสที่ชัดเจนและออร์แกเนลล์ที่มีเยื่อหุ้ม นอกจากนี้ ในระหว่างการแบ่งเซลล์ ไซโต พลาซึมจะแบ่งตัวในระหว่างไซโทคิเนซิสในขณะที่นิวคลีโอพลาซึมจะถูกปล่อยออกมาพร้อมกับการสลายตัวของเยื่อหุ้มนิวเคลียส และจะกลับเข้าไปใหม่ก็ต่อเมื่อเยื่อหุ้มนิวเคลียสก่อตัวขึ้นใหม่

ออร์แกเนลล์และโครงสร้างอื่นๆ ภายในไซโตพลาสม์และนิวคลีโอพลาสม์ถูกจัดระเบียบโดยเส้นใยโปรตีนภายในช่องของแต่ละส่วน ไซโตพลาสม์ประกอบด้วยโครงกระดูกเซลล์ ซึ่งเป็นเครือข่ายของเส้นใยโปรตีนที่พบในเซลล์ทุกเซลล์ ในขณะที่นิวคลีโอพลาสม์เชื่อกันว่าประกอบด้วยเมทริกซ์นิวเคลียร์ ซึ่งเป็นเครือข่ายของเส้นใยที่คล้ายคลึงกันในเชิงสมมติฐานที่จัดระเบียบออร์แกเนลล์และข้อมูลทางพันธุกรรมภายในนิวเคลียส แม้ว่าโครงสร้างและหน้าที่ของโครงกระดูกเซลล์จะได้รับการบันทึกไว้อย่างดีแล้ว แต่หน้าที่ที่แน่นอน หรือแม้แต่การมีอยู่ของเมทริกซ์นิวเคลียร์ ก็ยังเป็นที่ถกเถียงกันอยู่^{[ 22 ]}แม้ว่าองค์ประกอบที่แน่นอนของเมทริกซ์นิวเคลียร์จะยังไม่ได้รับการยืนยัน แต่เส้นใยระดับกลาง ชนิด V ที่รู้จักกันในชื่อนิวเคลียร์ลามิน ได้รับการบันทึกไว้ในนิวคลีโอพลาสม์ ทำหน้าที่ในการรองรับโครงสร้างของนิวเคลียส รวมถึงการควบคุมการจำลองแบบ DNA การถอดรหัส และการจัดระเบียบโครมาติน^{[ 23 ]}การไหลเวียนของไซโตพลาสซึมซึ่งเป็นการไหลเวียนเป็นวงกลมของไซโตพลาสซึมที่ขับเคลื่อนโดยโครงร่างไซโต ได้รับการบันทึกไว้อย่างดีในไซโตพลาสซึม ซึ่งช่วยในการขนส่งภายในเซลล์ แต่กระบวนการนี้ยังไม่ได้รับการบันทึกไว้ในนิวคลีโอพลาสซึม