Jądro w komórce eukariotycznej jest centralnym organellem, od którego zależy aktywność życiowa i procesy syntezy. Znaczna część zawartości jądra jest reprezentowana przez nitkowate cząsteczki DNA o różnym stopniu zagęszczenia w połączeniu z białkami. Są to euchromatyna (zdekondensowany DNA) i heterochromatyna (gęsto upakowane fragmenty DNA).
Euchromatyna odgrywa ważną rolę w życiu komórki. Odczytuje „instrukcję” montażu kwasu rybonukleinowego (RNA), który staje się podstawą syntezy cząsteczek polipeptydu.
Czy każdy ma rdzeń?
Wszystkim żywym istotom, od najmniejszych do olbrzymów, dostarczana jest informacja genetyczna w postaci kwasu dezoksyrybonukleinowego. Istnieją dwie zasadniczo różne formy reprezentowania go w komórkach:
- Organizmy prokariotyczne (przedjądrowe) mają komórki bez przedziałów. Repozytorium ich jedynego kolistego DNA niezwiązanego z białkami to tylko łatkacytoplazma zwana nukleoidem. Replikacja kwasów nukleinowych i synteza białek zachodzą u prokariontów w pojedynczej przestrzeni komórkowej. Nie zobaczymy ich gołym okiem, bo przedstawiciele tej grupy organizmów to mikroskopijne, do 3 mikronów, bakterie.
- Organizmy eukariotyczne charakteryzują się bardziej złożoną strukturą komórkową, w której informacje dziedziczne są chronione podwójną błoną jądra. Liniowe cząsteczki DNA wraz z białkami histonowymi tworzą chromatynę, która za pomocą kompleksów polienzymatycznych aktywnie wytwarza RNA. Synteza białek zachodzi w cytoplazmie na rybosomach.
Jądro uformowane w komórkach eukariotycznych można zobaczyć podczas interfazy. Karioplazma zawiera szkielet białkowy (matrycę), jąderka i kompleksy nukleoproteinowe składające się z odcinków heterochromatyny i euchromatyny. Ten stan jądra utrzymuje się do początku podziału komórki, kiedy błona i jąderka zanikają, a chromosomy nabierają zwartego kształtu przypominającego pręciki.
Główne w rdzeniu
Głównym składnikiem zawartości jądra, chromatyną, jest jego część semantyczna. Jego funkcje obejmują przechowywanie, wdrażanie i przekazywanie informacji genetycznej o komórce lub organizmie. Bezpośrednio replikowaną częścią chromatyny jest euchromatyna, która zawiera dane dotyczące struktury białek i różnych typów RNA.
Pozostałe części jądra pełnią funkcje pomocnicze, zapewniają odpowiednie warunki do implementacji informacji genetycznej:
- jąderka -zagęszczone obszary zawartości jądra, które określają miejsca syntezy kwasów rybonukleinowych dla rybosomów;
- macierz białkowa porządkuje układ chromosomów i całą zawartość jądra, zachowuje swój kształt;
- Półpłynne środowisko wewnętrzne jądra, karioplazma, zapewnia transport cząsteczek i przepływ różnych procesów biochemicznych;
- Dwuwarstwowa powłoka jądra, kariolemma, chroni materiał genetyczny, zapewnia selektywne obustronne przewodzenie cząsteczek i kompleksów molekularnych dzięki złożonym porom jądrowym.
Co oznacza chromatyna
Chromatin otrzymał swoją nazwę w 1880 roku dzięki eksperymentom Flemminga dotyczącym obserwacji komórek. Faktem jest, że podczas utrwalania i barwienia niektóre części komórki są szczególnie dobrze widoczne („chromatyna” oznacza „zabarwiona”). Później okazało się, że ten składnik jest reprezentowany przez DNA z białkami, które ze względu na swoje właściwości kwasowe aktywnie odbiera barwniki alkaliczne.
Zabarwione chromosomy są widoczne w środkowej części komórki na zdjęciu, tworząc płytkę metafazową.
Formy istnienia DNA
W komórkach organizmów eukariotycznych kompleksy nukleoproteinowe chromatyny mogą występować w dwóch stanach.
- W procesie podziału komórki DNA osiąga maksymalny skręt i jest reprezentowane przez chromosomy mitotyczne. Każda nić tworzy oddzielny chromosom.
- Podczas interfazy, kiedy DNA komórki ulega największej dekondensacji, chromatyna wypełnia się równomiernieprzestrzeni jądra lub tworzy grudki widoczne w mikroskopie świetlnym. Takie chromocentra są częściej wykrywane w pobliżu błony jądrowej.
Te stany są alternatywne względem siebie, w pełni skompaktowane chromosomy nie są zachowywane w interfazie.
Euchromatyna i heterochromatyna
Chromatyna międzyfazowa to chromosom, który stracił swój zwarty kształt. Ich pętle są poluzowane, wypełniając objętość jądra. Istnieje bezpośredni związek między stopniem dekondensacji a czynnością funkcjonalną chromatyny.
Jej części, całkowicie „rozplątane”, nazywane są rozproszoną lub aktywną chromatyną. Po barwieniu jest praktycznie niewidoczny pod mikroskopem świetlnym. Dzieje się tak, ponieważ helisa DNA ma tylko 2 nm grubości. Jego inna nazwa to euchromatyna.
Ten stan zapewnia kompleksom enzymatycznym dostęp do semantycznych fragmentów DNA, ich swobodne przyłączanie i funkcjonowanie. Struktura informacyjnego RNA (transkrypcja) jest odczytywana z obszarów rozproszonych przez polimerazy RNA lub sam DNA jest kopiowany (replikacja). Im wyższa aktywność syntetyczna komórki w tej chwili, tym większy udział euchromatyny w jądrze.
Rozproszone sekcje chromatyny na przemian ze zwartymi, różnie skręconymi strefami heterochromatyny. Ze względu na większą gęstość zabarwiona heterochromatyna jest wyraźnie widoczna w jądrach międzyfazowych.
Rysunek przedstawia chromatynę o różnym stopniu zagęszczenia:
- 1 - dwuniciowa cząsteczka DNA;
- 2 - histonbiałka;
- 3 - DNA owinięte wokół kompleksu histonów przez 1,67 obrotu tworzy nukleosom;
- 4 - solenoid;
- 5 - chromosom międzyfazowy.
Subtelności definicji
Euchromatyna w określonym momencie może nie być zaangażowana w procesy syntetyczne. W tym przypadku jest chwilowo bardziej zwarty i można go pomylić z heterochromatyną.
Prawdziwa heterochromatyna, zwana także konstytutywną, nie przenosi obciążenia semantycznego i ulega dekondensacji tylko w procesie replikacji. DNA w tych miejscach zawiera krótkie, powtarzające się sekwencje, które nie kodują aminokwasów. W chromosomach mitotycznych znajdują się one w rejonie pierwotnego zwężenia i zakończeń telomerycznych. Oddzielają również sekcje transkrybowanego DNA, tworząc interkalarne (interkalarne) fragmenty.
Jak „działa” euchromatyna
Euchromatyna zawiera geny, które ostatecznie determinują strukturę białek (geny strukturalne). Odkodowanie sekwencji nukleotydowej do białka odbywa się za pomocą pośrednika zdolnego, w przeciwieństwie do chromosomów, do opuszczenia jądra - informacyjnego RNA.
Podczas transkrypcji RNA jest syntetyzowany na matrycy DNA z wolnych nukleotydów adenylowych, urydylowych, cytydylowych i guanylowych. Transkrypcję przeprowadza kompleks enzymatyczny polimeraza RNA.
Niektóre geny określają sekwencję innych typów RNA (transportowych i rybosomalnych) niezbędnych do zakończenia procesów syntezy białek w cytoplazmie zaminokwasy.
Heterochromatyna pojedynczego chromosomu jest często łączona w dobrze zaznaczony chromocentrum. Wokół niego znajdują się pętle desspiralizowanej euchromatyny. Dzięki takiej konfiguracji rdzeniowego DNA, kompleksy enzymatyczne i wolne nukleotydy, niezbędne do realizacji funkcji euchromatyny, łatwo dopasowują się do części semantycznych.
