Jądro komórkowe jest najważniejszym organellum, miejscem przechowywania i reprodukcji informacji dziedzicznych. Jest to struktura błonowa zajmująca 10-40% komórki, której funkcje są bardzo ważne dla życia eukariontów. Jednak nawet bez obecności jądra możliwa jest realizacja informacji dziedzicznych. Przykładem tego procesu jest żywotna aktywność komórek bakteryjnych. Niemniej jednak cechy strukturalne jądra i jego przeznaczenie są bardzo ważne dla organizmu wielokomórkowego.
Lokalizacja jądra komórkowego i jego struktura
Jądro znajduje się w grubości cytoplazmy i jest w bezpośrednim kontakcie z szorstką i gładką siateczką endoplazmatyczną. Otaczają go dwie błony, między którymi znajduje się przestrzeń okołojądrowa. Wewnątrz jądra znajduje się macierz, chromatyna i trochę jąderek.
Niektóre dojrzałe komórki ludzkie nie mają jądra komórkowego, podczas gdy inne działają w warunkach silnego zahamowania ich aktywności. Ogólnie struktura jądra (schematu) jest przedstawiona jako jama jądrowa, ograniczona kariolemma z komórki, zawierająca chromatynę i jąderka utrwalone w nukleoplazmiematryca jądrowa.
Struktura kariolemmy
Dla wygody badania komórki jądra, ta ostatnia powinna być postrzegana jako pęcherzyki ograniczone powłokami innych pęcherzyków. Jądro to bańka z dziedziczną informacją zlokalizowaną w grubości komórki. Jest chroniony przed cytoplazmą przez dwuwarstwową błonę lipidową. Struktura powłoki jądra jest podobna do błony komórkowej. W rzeczywistości wyróżnia je tylko nazwa i liczba warstw. Bez tego wszystkiego są identyczne pod względem struktury i funkcji.
Struktura kariolemmy (błony jądrowej) jest dwuwarstwowa: składa się z dwóch warstw lipidowych. Zewnętrzna warstwa bilipidowa kariolemmy jest w bezpośrednim kontakcie z szorstką siateczką endoplazmy komórkowej. Kariolemma wewnętrzna - z zawartością jądra. Pomiędzy zewnętrzną i wewnętrzną błoną kariotypową znajduje się przestrzeń okołojądrowa. Podobno powstał w wyniku zjawiska elektrostatycznego - odpychania obszarów pozostałości glicerolu.
Funkcją błony jądrowej jest tworzenie mechanicznej bariery, która oddziela jądro od cytoplazmy. Wewnętrzna błona jądra służy jako miejsce wiązania macierzy jądrowej - łańcucha cząsteczek białka, które wspierają strukturę masy. W dwóch błonach jądrowych znajdują się specjalne pory: informacyjny RNA wchodzi przez nie do cytoplazmy do rybosomów. W samej grubości jądra znajduje się kilka jąderek i chromatyny.
Wewnętrzna struktura nukleoplazmy
Cechy struktury jądra pozwalają nam porównać je z samą komórką. Wewnątrz jądra znajduje się również specjalne środowisko (nukleoplazma),reprezentowany przez żel-zol, koloidalny roztwór białek. Wewnątrz znajduje się nukleoszkielet (matryca), reprezentowany przez białka fibrylarne. Główna różnica polega tylko na tym, że w jądrze występują głównie białka kwaśne. Podobno taka reakcja środowiska jest potrzebna do zachowania właściwości chemicznych kwasów nukleinowych i zachodzenia reakcji biochemicznych.
Jądro
Struktury jądra komórkowego nie można uzupełnić bez jąderka. Jest to spiralnie skręcony rybosomalny RNA, który znajduje się na etapie dojrzewania. Później uzyska się z niego rybosom - organellę niezbędną do syntezy białek. W strukturze jąderka wyróżnia się dwa składniki: włóknisty i kulisty. Różnią się tylko mikroskopią elektronową i nie mają własnych membran.
Komponent włóknisty znajduje się w centrum jąderka. Jest to nić RNA typu rybosomalnego, z której zostaną złożone podjednostki rybosomalne. Jeśli weźmiemy pod uwagę rdzeń (strukturę i funkcje), oczywiste jest, że z nich zostanie następnie utworzony składnik ziarnisty. Są to te same dojrzewające podjednostki rybosomalne, które znajdują się na późniejszych etapach rozwoju. Wkrótce tworzą rybosomy. Są one usuwane z nukleoplazmy przez pory jądrowe kariolemmy i wchodzą do błony siateczki szorstkiej endoplazmatycznej.
Chromatyna i chromosomy
Struktura i funkcje jądra komórkowego są organicznie powiązane: istnieją tylko te struktury, które są potrzebne do przechowywania i odtwarzania informacji dziedzicznych. Jest też karioszkielet(matryca jądra), której funkcją jest utrzymanie kształtu organelli. Jednak najważniejszym składnikiem jądra jest chromatyna. Są to chromosomy, które pełnią rolę segregatorów różnych grup genów.
Chromatyna to złożone białko, które składa się z polipeptydu o strukturze czwartorzędowej połączonego z kwasem nukleinowym (RNA lub DNA). Chromatyna jest również obecna w plazmidach bakteryjnych. Prawie jedną czwartą całkowitej masy chromatyny stanowią histony – białka odpowiedzialne za „pakowanie” informacji dziedzicznych. Ta cecha struktury jest badana przez biochemię i biologię. Struktura jądra jest złożona właśnie ze względu na chromatynę i obecność procesów naprzemiennych jej spiralizację i despiralizację.
Obecność histonów umożliwia skondensowanie i uzupełnienie nici DNA w małym miejscu - w jądrze komórkowym. Dzieje się to w następujący sposób: histony tworzą nukleosomy, które są strukturą jak koraliki. H2B, H3, H2A i H4 to główne białka histonowe. Nukleosom tworzą cztery pary każdego z prezentowanych histonów. Jednocześnie histon H1 jest łącznikiem: jest związany z DNA w miejscu wejścia do nukleosomu. Pakowanie DNA następuje w wyniku „zwijania” liniowej cząsteczki wokół 8 białek o strukturze histonów.
Struktura jądra, której schemat przedstawiono powyżej, sugeruje obecność podobnej do solenoidu struktury DNA uzupełnionego na histonach. Grubość tego konglomeratu wynosi około 30 nm. Jednocześnie konstrukcję można dodatkowo zagęszczać, aby zajmowała mniej miejsca i była mniej narażona na działanieuszkodzenia mechaniczne, które nieuchronnie występują w trakcie życia ogniwa.
Ułamki chromatynowe
Struktura, struktura i funkcje jądra komórkowego skupiają się na utrzymaniu dynamicznych procesów spiralizacji i despiralizacji chromatyny. Dlatego istnieją dwie jego główne frakcje: silnie spiralizowana (heterochromatyna) i lekko spiralizowana (euchromatyna). Są rozdzielone zarówno strukturalnie, jak i funkcjonalnie. W heterochromatynie DNA jest dobrze chroniony przed wszelkimi wpływami i nie może być transkrybowany. Euchromatyna jest mniej chroniona, ale geny można zduplikować w celu syntezy białek. Najczęściej sekcje heterochromatyny i euchromatyny zmieniają się na całej długości całego chromosomu.
Chromosomy
Jądro komórkowe, którego struktura i funkcje są opisane w tej publikacji, zawiera chromosomy. Jest to złożona i kompaktowo upakowana chromatyna, którą można zobaczyć pod mikroskopem świetlnym. Jest to jednak możliwe tylko wtedy, gdy komórka znajduje się na szkiełku na etapie podziału mitotycznego lub mejotycznego. Jednym z etapów jest spiralizacja chromatyny z powstawaniem chromosomów. Ich budowa jest niezwykle prosta: chromosom ma telomer i dwa ramiona. Każdy organizm wielokomórkowy tego samego gatunku ma taką samą strukturę jądra. Jego tabela zestawu chromosomów jest również podobna.
Implementacja funkcji jądra
Główne cechy struktury jądra są związane z wykonywaniem określonych funkcji i koniecznością ich kontrolowania. Jądro pełni rolę repozytorium informacji dziedzicznych, czyli jest rodzajem segregatora zzapisane sekwencje aminokwasów wszystkich białek, które mogą być syntetyzowane w komórce. Oznacza to, że aby pełnić jakąkolwiek funkcję, komórka musi syntetyzować białko, którego struktura jest zakodowana w genie.
Aby jądro mogło "zrozumieć", które konkretne białko musi zostać zsyntetyzowane we właściwym czasie, istnieje system receptorów zewnętrznych (błonowych) i wewnętrznych. Informacje z nich docierają do jądra poprzez przekaźniki molekularne. Najczęściej odbywa się to poprzez mechanizm cyklazy adenylanowej. W ten sposób na komórkę działają hormony (adrenalina, noradrenalina) oraz niektóre leki o hydrofilowej strukturze.
Drugi mechanizm przekazywania informacji ma charakter wewnętrzny. Jest charakterystyczny dla cząsteczek lipofilnych - kortykosteroidów. Substancja ta przenika przez błonę bilipidową komórki i trafia do jądra, gdzie oddziałuje z jej receptorem. W wyniku aktywacji kompleksów receptorowych znajdujących się na błonie komórkowej (mechanizm cyklazy adenylanowej) lub na kariolemie wyzwalana jest reakcja aktywacyjna określonego genu. Replikuje się, na jego podstawie budowany jest informacyjny RNA. Później, zgodnie ze strukturą tego ostatniego, syntetyzowane jest białko, które pełni określoną funkcję.
Jądro organizmów wielokomórkowych
W organizmie wielokomórkowym cechy strukturalne jądra są takie same jak w organizmie jednokomórkowym. Chociaż są pewne niuanse. Po pierwsze, wielokomórkowość oznacza, że pewna liczba komórek będzie miała swoją własną specyficzną funkcję (lub kilka). Oznacza to, że niektóre geny zawsze będądesspiralizowani, podczas gdy inni są nieaktywni.
Na przykład w komórkach tkanki tłuszczowej synteza białek będzie nieaktywna i dlatego większość chromatyny ulega spiralizacji. A w komórkach, na przykład zewnątrzwydzielniczej części trzustki, zachodzą procesy biosyntezy białek. Dlatego ich chromatyna ulega despiracji. W tych obszarach, których geny replikują się najczęściej. Jednocześnie ważna jest kluczowa cecha: zestaw chromosomów wszystkich komórek jednego organizmu jest taki sam. Tylko ze względu na zróżnicowanie funkcji w tkankach niektóre z nich są wyłączane z pracy, podczas gdy inne są częściej despiralizowane niż inne.
Komórki jądrowe ciała
Istnieją komórki, których cechy strukturalne jądra nie mogą być brane pod uwagę, ponieważ w wyniku swojej życiowej aktywności albo hamują jej funkcję, albo całkowicie się jej pozbywają. Najprostszym przykładem są czerwone krwinki. Są to komórki krwi, których jądro jest obecne tylko we wczesnych stadiach rozwoju, kiedy syntetyzowana jest hemoglobina. Gdy tylko jest go wystarczająco dużo do przenoszenia tlenu, jądro jest usuwane z komórki, aby ułatwić jej transport bez zakłócania transportu tlenu.
Ogólnie rzecz biorąc, erytrocyt to worek cytoplazmatyczny wypełniony hemoglobiną. Podobna struktura jest charakterystyczna dla komórek tłuszczowych. Struktura jądra komórkowego adipocytów jest niezwykle uproszczona, zmniejsza się i przesuwa do błony, a procesy syntezy białek są maksymalnie zahamowane. Komórki te również przypominają „worki” wypełnione tłuszczem, choć oczywiście urozmaiconejest w nich nieco więcej reakcji biochemicznych niż w erytrocytach. Płytki krwi również nie mają jądra, ale nie należy ich uważać za pełnoprawne komórki. Są to fragmenty komórek niezbędne do realizacji procesów hemostazy.
