Struktura i funkcje komórki przeszły szereg zmian w toku ewolucji. Pojawienie się nowych organelli poprzedziły przemiany w atmosferze i litosferze młodej planety. Jednym ze znaczących nabytków było jądro komórkowe. Organizmy eukariotyczne otrzymały, dzięki obecności oddzielnych organelli, znaczną przewagę nad prokariotami i szybko zaczęły dominować.
Jądro komórkowe, którego struktura i funkcje są nieco inne w różnych tkankach i narządach, poprawiło jakość biosyntezy RNA i przekazywania informacji dziedzicznych.
Pochodzenie
Do tej pory istnieją dwie główne hipotezy dotyczące powstawania komórki eukariotycznej. Zgodnie z teorią symbiotyczną organelle (takie jak wici czy mitochondria) były niegdyś odrębnymi organizmami prokariotycznymi. Pożerali je przodkowie współczesnych eukariontów. W rezultacie powstał organizm symbiotyczny.
Rdzeń powstał w wyniku występu do wewnątrzodcinek błony cytoplazmatycznej. To było niezbędne nabycie przez komórkę na drodze do opanowania nowego sposobu odżywiania, fagocytozy. Wychwytywaniu pokarmu towarzyszył wzrost stopnia ruchliwości cytoplazmatycznej. Genofory, będące materiałem genetycznym komórki prokariotycznej i przyczepione do ścian, znalazły się w strefie silnego „przepływu” i wymagały ochrony. W rezultacie powstało głębokie wgłębienie odcinka błony zawierającej przyczepione genofory. Hipotezę tę potwierdza fakt, że otoczka jądra jest nierozerwalnie połączona z błoną cytoplazmatyczną komórki.
Istnieje inna wersja rozwoju wydarzeń. Zgodnie z wirusową hipotezą o pochodzeniu jądra, powstało ono w wyniku infekcji starożytnej komórki archeonowej. Przeniknął do niej wirus DNA i stopniowo przejął pełną kontrolę nad procesami życiowymi. Naukowcy, którzy uważają tę teorię za bardziej słuszną, podają wiele argumentów na jej korzyść. Jednak do chwili obecnej nie ma jednoznacznych dowodów na żadną z istniejących hipotez.
Jeden lub więcej
Większość komórek współczesnych eukariontów ma jądro. Zdecydowana większość z nich zawiera tylko jedną taką organellę. Istnieją jednak komórki, które utraciły jądro z powodu pewnych cech funkcjonalnych. Należą do nich na przykład erytrocyty. Istnieją również komórki z dwoma (rzęskami), a nawet kilkoma jądrami.
Struktura jądra komórkowego
Niezależnie od cech organizmu, struktura jądra charakteryzuje się zestawem typowychorganelle. Jest oddzielona od wewnętrznej przestrzeni komórki podwójną membraną. W niektórych miejscach jego warstwy wewnętrzne i zewnętrzne łączą się, tworząc pory. Ich funkcją jest wymiana substancji między cytoplazmą a jądrem.
Przestrzeń organelli wypełniona jest karioplazmą, zwaną także sokiem jądrowym lub nukleoplazmą. Zawiera chromatynę i jąderko. Czasami ostatnia z wymienionych organelli jądra komórkowego nie występuje w jednej kopii. Przeciwnie, w niektórych organizmach nie występują jąderka.
Membrana
Błona jądrowa składa się z lipidów i składa się z dwóch warstw: zewnętrznej i wewnętrznej. W rzeczywistości jest to ta sama błona komórkowa. Jądro komunikuje się z kanałami retikulum endoplazmatycznego przez przestrzeń okołojądrową, jamę utworzoną przez dwie warstwy błony.
Membrana zewnętrzna i wewnętrzna mają swoje własne cechy strukturalne, ale generalnie są dość podobne.
Najbliżej cytoplazmy
Warstwa zewnętrzna przechodzi do błony retikulum endoplazmatycznego. Jego główną różnicą od tego ostatniego jest znacznie wyższa koncentracja białek w strukturze. Błona w bezpośrednim kontakcie z cytoplazmą komórki pokryta jest od zewnątrz warstwą rybosomów. Jest połączona z błoną wewnętrzną licznymi porami, które są dość dużymi kompleksami białkowymi.
Warstwa wewnętrzna
Błona skierowana w stronę jądra komórkowego, w przeciwieństwie do zewnętrznej, jest gładka, niepokryta rybosomami. Ogranicza karioplazmę. Cechą charakterystyczną membrany wewnętrznej jest wyściełająca ją z boku warstwa blaszki jądrowej,w kontakcie z nukleoplazmą. Ta specyficzna struktura białka utrzymuje kształt otoczki, bierze udział w regulacji ekspresji genów, a także sprzyja przyłączaniu chromatyny do błony jądrowej.
Metabolizm
Oddziaływanie jądra i cytoplazmy odbywa się przez pory jądrowe. Są to dość złożone struktury utworzone przez 30 białek. Liczba porów na jednym rdzeniu może być różna. Zależy to od rodzaju komórki, narządu i organizmu. Tak więc u ludzi jądro komórkowe może mieć od 3 do 5 tysięcy porów, u niektórych żab dochodzi do 50 000.
Główną funkcją porów jest wymiana substancji między jądrem a resztą przestrzeni komórkowej. Niektóre cząsteczki przechodzą przez pory pasywnie, bez dodatkowego nakładu energii. Są małe. Transport dużych cząsteczek i kompleksów supramolekularnych wymaga zużycia określonej ilości energii.
Cząsteczki RNA zsyntetyzowane w jądrze przedostają się do komórki z karioplazmy. Białka niezbędne do procesów wewnątrzjądrowych są transportowane w przeciwnym kierunku.
Nukleoplazma
Sok jądrowy to koloidalny roztwór białek. Jest związany otoczką jądrową i otacza chromatynę i jąderko. Nukleoplazma to lepka ciecz, w której rozpuszczają się różne substancje. Należą do nich nukleotydy i enzymy. Te pierwsze są niezbędne do syntezy DNA. Enzymy biorą udział w transkrypcji oraz naprawie i replikacji DNA.
Struktura soku jądrowego zmienia się w zależności od stanu komórki. Są dwa z nich - stacjonarne iwystępujące podczas podziału. Pierwsza jest charakterystyczna dla interfazy (czasu między podziałami). Jednocześnie sok jądrowy wyróżnia się równomiernym rozmieszczeniem kwasów nukleinowych i nieustrukturyzowanych cząsteczek DNA. W tym okresie materiał dziedziczny istnieje w postaci chromatyny. Podziałowi jądra komórkowego towarzyszy przemiana chromatyny w chromosomy. W tym czasie zmienia się struktura karioplazmy: materiał genetyczny nabiera określonej struktury, otoczka jądrowa ulega zniszczeniu, a karioplazma miesza się z cytoplazmą.
Chromosomy
Główne funkcje struktur nukleoproteinowych chromatyny transformowanej w czasie podziału to przechowywanie, wdrażanie i przekazywanie informacji dziedzicznych zawartych w jądrze komórkowym. Chromosomy charakteryzują się określonym kształtem: są podzielone na części lub ramiona przez pierwotne przewężenie, zwane także celomerem. W zależności od lokalizacji rozróżnia się trzy typy chromosomów:
- w kształcie pręta lub akrocentryczny: charakteryzują się umieszczeniem celomerów prawie na końcu, jedno ramię jest bardzo małe;
- zróżnicowane lub submetacentryczne mają ramiona o nierównej długości;
- równoboczny lub metacentryczny.
Zestaw chromosomów w komórce nazywa się kariotypem. Każdy typ jest ustalony. W takim przypadku różne komórki tego samego organizmu mogą zawierać zestaw diploidalny (podwójny) lub haploidalny (pojedynczy). Pierwsza opcja jest typowa dla komórek somatycznych, które głównie tworzą organizm. Zestaw haploidalny to przywilej komórek zarodkowych. ludzkie komórki somatycznezawierają 46 chromosomów, płeć - 23.
Chromosomy z zestawu diploidalnego tworzą pary. Identyczne struktury nukleoproteinowe zawarte w parze nazywane są allelami. Mają taką samą strukturę i pełnią te same funkcje.
Jednostką strukturalną chromosomów jest gen. Jest to fragment cząsteczki DNA, który koduje określone białko.
Jądro
Jądro komórkowe ma jeszcze jedną organellę - jąderko. Nie jest oddzielona od karioplazmy błoną, ale łatwo ją zauważyć podczas badania komórki pod mikroskopem. Niektóre jądra mogą mieć wiele jąder. Są też takie, w których takich organelli zupełnie nie ma.
Kształt jąderka przypomina kulę, ma dość mały rozmiar. Zawiera różne białka. Główną funkcją jąderka jest synteza rybosomalnego RNA i samych rybosomów. Są niezbędne do tworzenia łańcuchów polipeptydowych. Wokół specjalnych regionów genomu tworzą się jądra. Nazywa się je organizatorami jąder. Zawiera geny rybosomalnego RNA. Jąderko to między innymi miejsce o najwyższym stężeniu białka w komórce. Część białek jest niezbędna do pełnienia funkcji organoidu.
Jąderko składa się z dwóch składników: ziarnistego i włóknistego. Pierwsza to dojrzewające podjednostki rybosomów. W centrum fibrylarnym przeprowadzana jest synteza rybosomalnego RNA. Składnik ziarnisty otacza składnik włóknisty znajdujący się w centrum jąderka.
Jądro komórkowe i jego funkcje
Rola, któraodgrywa rdzeń, jest nierozerwalnie związany z jego strukturą. Struktury wewnętrzne organoidu wspólnie realizują najważniejsze procesy w komórce. Zawiera informację genetyczną, która określa strukturę i funkcję komórki. Jądro jest odpowiedzialne za przechowywanie i przekazywanie informacji dziedzicznych podczas mitozy i mejozy. W pierwszym przypadku komórka potomna otrzymuje zestaw genów identycznych z rodzicem. W wyniku mejozy powstają komórki rozrodcze z haploidalnym zestawem chromosomów.
Kolejną nie mniej ważną funkcją jądra jest regulacja procesów wewnątrzkomórkowych. Odbywa się w wyniku kontrolowania syntezy białek odpowiedzialnych za budowę i funkcjonowanie elementów komórkowych.
Wpływ na syntezę białek ma inny wyraz. Jądro, kontrolujące procesy wewnątrz komórki, łączy wszystkie jej organelle w jeden system z dobrze funkcjonującym mechanizmem pracy. Awarie w nim prowadzą z reguły do śmierci komórki.
Na koniec, jądro jest miejscem syntezy podjednostek rybosomów, które są odpowiedzialne za powstawanie tego samego białka z aminokwasów. Rybosomy są niezbędne w procesie transkrypcji.
Komórka eukariotyczna jest bardziej doskonałą strukturą niż komórka prokariotyczna. Pojawienie się organelli z własną błoną umożliwiło zwiększenie wydajności procesów wewnątrzkomórkowych. Bardzo ważną rolę w tej ewolucji odegrało utworzenie jądra otoczonego podwójną błoną lipidową. Ochrona informacji dziedzicznych przez błonę umożliwiła opanowanie starożytnych organizmów jednokomórkowychorganizmy na nowe sposoby życia. Wśród nich była fagocytoza, która według jednej wersji doprowadziła do powstania organizmu symbiotycznego, który później stał się protoplastą współczesnej komórki eukariotycznej ze wszystkimi jej charakterystycznymi organellami. Jądro komórkowe, budowa i funkcje niektórych nowych struktur umożliwiły wykorzystanie tlenu w metabolizmie. Konsekwencją tego była kardynalna zmiana w biosferze Ziemi, położono podwaliny pod powstawanie i rozwój organizmów wielokomórkowych. Dziś na planecie dominują organizmy eukariotyczne, w tym ludzie, i nic nie zapowiada zmian w tym zakresie.
