Jezgro u eukariotskoj ćeliji je centralna organela o kojoj zavise vitalna aktivnost i sintetički procesi. Značajan dio sadržaja jezgra predstavljaju filamentni DNK molekuli različitog stepena zbijenosti u kombinaciji sa proteinima. To su euhromatin (dekondenzovana DNK) i heterohromatin (gusto zbijeni komadi DNK).
Euchromatin igra važnu ulogu u životu ćelije. U njemu se čita "instrukcija" za sastavljanje ribonukleinske kiseline (RNA), koja postaje osnova za sintezu polipeptidnih molekula.
Da li svi imaju jezgro?
Sva živa bića, od najmanjih do velikih, imaju genetske informacije u obliku deoksiribonukleinske kiseline. Postoje dva fundamentalno različita oblika predstavljanja u ćelijama:
- Prokariotski organizmi (prenuklearni) imaju ćelije bez pregrada. Skladište njihove jedine kružne DNK koja nije vezana za proteine je samo zakrpacitoplazma koja se zove nukleoid. Replikacija nukleinske kiseline i sinteza proteina odvijaju se u prokariotima u jednom ćelijskom prostoru. Nećemo ih vidjeti golim okom, jer su predstavnici ove grupe organizama mikroskopske, veličine do 3 mikrona, bakterije.
- Eukariotske organizme karakterizira složenija ćelijska struktura, gdje je nasljedna informacija zaštićena dvostrukom membranom jezgra. Linearne molekule DNK, zajedno s histonskim proteinima, formiraju kromatin, koji uz pomoć polienzimskih kompleksa aktivno proizvodi RNK. Sinteza proteina se dešava u citoplazmi na ribosomima.
Formirano jezgro u eukariotskim ćelijama može se vidjeti tokom interfaze. Karioplazma sadrži proteinsku kičmu (matriks), nukleole i nukleoproteinske komplekse koji se sastoje od dijelova heterohromatina i euhromatina. Ovo stanje jezgra traje do početka diobe ćelije, kada membrana i jezgre nestaju, a hromozomi dobijaju kompaktan štapićasti oblik.
Glavni u jezgru
Glavna komponenta sadržaja jezgra, hromatin, je njegov semantički dio. Njegove funkcije uključuju skladištenje, implementaciju i prijenos genetskih informacija o ćeliji ili organizmu. Direktno replicirani dio hromatina je euhromatin, koji nosi podatke o strukturi proteina i različitih tipova RNK.
Preostali dijelovi nukleusa obavljaju pomoćne funkcije, obezbjeđuju odgovarajuće uslove za implementaciju genetskih informacija:
- nukleoli -zbijena područja nuklearnog sadržaja koja određuju mjesta za sintezu ribonukleinskih kiselina za ribozome;
- proteinski matriks organizuje raspored hromozoma i celokupnog sadržaja jezgra, održava svoj oblik;
- Polutečno unutrašnje okruženje jezgra, karioplazma, obezbeđuje transport molekula i protok različitih biohemijskih procesa;
- Dvoslojna ljuska jezgra, kariolema, štiti genetski materijal, obezbeđuje selektivno bilateralno provođenje molekula i molekularnih kompleksa zbog složenih nuklearnih pora.
Šta znači kromatin
Chromatin je dobio ime 1880. godine zahvaljujući Flemingovim eksperimentima na posmatranju ćelija. Činjenica je da se prilikom fiksacije i bojenja neki dijelovi ćelije posebno dobro ispoljavaju ("hromatin" znači "obojen"). Kasnije se ispostavilo da ovu komponentu predstavlja DNK sa proteinima, koji zbog svojih kiselih svojstava aktivno percipira alkalne boje.
Obojeni hromozomi su vidljivi u centralnom delu ćelije na fotografiji, formirajući metafaznu ploču.
Oblici postojanja DNK
U ćelijama eukariotskih organizama, nukleoproteinski kompleksi hromatina mogu biti u dva stanja.
- U procesu ćelijske diobe, DNK dostiže svoj maksimalni zaokret i predstavljena je mitotičkim hromozomima. Svaki lanac formira poseban hromozom.
- Tokom interfaze, kada je ćelijska DNK najviše dekondenzirana, kromatin se ravnomjerno popunjavaprostor jezgra ili formira nakupine vidljive u svjetlosnom mikroskopu. Takvi hromocentri se češće otkrivaju u blizini nuklearne membrane.
Ova stanja su alternativna jedno drugom, potpuno zbijeni hromozomi nisu sačuvani u interfazi.
Eukromatin i heterohromatin
Interfazni hromatin je hromozom koji je izgubio svoj kompaktan oblik. Njihove petlje su olabavljene, ispunjavajući volumen jezgra. Postoji direktna veza između stepena dekondenzacije i funkcionalne aktivnosti hromatina.
Njegovi dijelovi, potpuno "raspleteni", nazivaju se difuznim ili aktivnim kromatinom. Praktično je nevidljiv pod svjetlosnim mikroskopom nakon bojenja. To je zato što je spirala DNK debela samo 2 nm. Njegovo drugo ime je euchromatin.
Ovo stanje omogućava enzimskim kompleksima pristup semantičkim DNK fragmentima, njihovom slobodnom vezivanju i funkcionisanju. Struktura glasničke RNK (transkripcija) se čita iz difuznih regiona pomoću RNA polimeraza, ili se sama DNK kopira (replikacija). Što je veća sintetička aktivnost ćelije u ovom trenutku, veći je udio eukromatina u jezgru.
Difuzni delovi hromatina se smenjuju sa kompaktnim, različito uvijenim zonama heterohromatina. Zbog veće gustine, obojeni heterohromatin je jasno vidljiv u interfaznim jezgrima.
Slika prikazuje hromatin različitog stepena zbijenosti:
- 1 - dvolančani DNK molekul;
- 2 - histonproteini;
- 3 - DNK omotana oko histonskog kompleksa za 1,67 okreta formira nukleosom;
- 4 - solenoid;
- 5 - interfazni hromozom.
Suptilnosti definicije
Euchromatin u određenom trenutku možda neće biti uključen u sintetičke procese. U ovom slučaju, privremeno je u kompaktnijem stanju i može se zamijeniti za heterohromatin.
Pravi heterohromatin, naziva se i konstitutivnim, ne nosi semantičko opterećenje i dekondenzuje se samo u procesu replikacije. DNK na ovim lokacijama sadrži kratke, ponavljajuće sekvence koje ne kodiraju aminokiseline. U mitotičkim hromozomima, oni su u području primarne konstrikcije i telomernih završetaka. Oni također razdvajaju dijelove transkribirane DNK, formirajući interkalarne (interkalarne) fragmente.
Kako euchromatin "radi"
Euchromatin sadrži gene koji u konačnici određuju strukturu proteina (strukturni geni). Dekodiranje nukleotidne sekvence u protein odvija se uz pomoć posrednika koji je sposoban, za razliku od hromozoma, da napusti jezgro - glasničke RNA.
Tokom transkripcije, RNK se sintetiše na DNK šablonu iz slobodnih adenil, uridil, citidil i guanil nukleotida. Transkripciju vrši enzimski kompleks RNA polimeraza.
Neki geni određuju slijed drugih tipova RNK (transportne i ribosomske) neophodnih za završetak procesa sinteze proteina u citoplazmi izaminokiseline.
Heterohromatin jednog hromozoma se često sklapa u dobro označeni hromocentar. Oko njega su petlje despiralizovanog euhromatina. Zahvaljujući ovoj konfiguraciji jezgre DNK, kompleksi enzima i slobodni nukleotidi, neophodni za realizaciju funkcija eukromatina, lako se uklapaju u semantičke dijelove.
