Struktura i funkcije ćelije pretrpele su brojne promene u toku evolucije. Pojavi novih organela prethodile su transformacije u atmosferi i litosferi mlade planete. Jedna od značajnih akvizicija bila je ćelijska jezgra. Eukariotski organizmi su dobili, zbog prisustva odvojenih organela, značajne prednosti u odnosu na prokariote i brzo su počeli da dominiraju.
Ćelijsko jezgro, čija se struktura i funkcije donekle razlikuju u različitim tkivima i organima, poboljšalo je kvalitet biosinteze RNK i prijenosa nasljednih informacija.
Porijeklo
Do danas postoje dvije glavne hipoteze o formiranju eukariotske ćelije. Prema simbiotičkoj teoriji, organele (kao što su flagele ili mitohondrije) su nekada bili zasebni prokariotski organizmi. Preci modernih eukariota su ih proždirali. Rezultat je bio simbiotski organizam.
Jezgro je formirano kao rezultat izbočenja prema unutradio citoplazmatske membrane. Ovo je bila neophodna akvizicija na putu savladavanja novog načina ishrane, fagocitoze, od strane ćelije. Hvatanje hrane je praćeno povećanjem stepena pokretljivosti citoplazme. Genofori, koji su bili genetski materijal prokariotske ćelije i pričvršćeni za zidove, pali su u zonu jakog "protoka" i bila im je potrebna zaštita. Kao rezultat, formirana je duboka invaginacija dijela membrane koji sadrži pričvršćene genofore. Ovu hipotezu podržava činjenica da je ljuska jezgra neraskidivo povezana sa citoplazmatskom membranom ćelije.
Postoji još jedna verzija razvoja događaja. Prema virusnoj hipotezi o poreklu jezgra, ono je nastalo kao rezultat infekcije drevne arhejske ćelije. U njega se infiltrirao DNK virus i postepeno stekao potpunu kontrolu nad životnim procesima. Naučnici koji ovu teoriju smatraju ispravnijom, daju mnogo argumenata u njenu korist. Međutim, do danas ne postoje uvjerljivi dokazi za bilo koju od postojećih hipoteza.
Jedan ili više
Većina ćelija modernih eukariota ima jezgro. Velika većina njih sadrži samo jednu takvu organelu. Međutim, postoje ćelije koje su izgubile jezgro zbog nekih funkcionalnih karakteristika. To uključuje, na primjer, eritrocite. Postoje i ćelije sa dva (cilijati) pa čak i nekoliko jezgara.
Struktura ćelijskog jezgra
Bez obzira na karakteristike organizma, strukturu jezgra karakteriše skup tipičnihorganele. Od unutrašnjeg prostora ćelije odvojena je dvostrukom membranom. Na nekim mjestima se njeni unutrašnji i vanjski slojevi spajaju, formirajući pore. Njihova funkcija je razmjena tvari između citoplazme i jezgra.
Prostor organela je ispunjen karioplazmom, koja se takođe naziva nuklearni sok ili nukleoplazma. Sadrži hromatin i nukleolus. Ponekad posljednja od navedenih organela ćelijskog jezgra nije prisutna ni u jednoj kopiji. U nekim organizmima, nukleoli, naprotiv, izostaju.
Membrana
Nuklearna membrana je formirana od lipida i sastoji se od dva sloja: vanjskog i unutrašnjeg. U stvari, ovo je ista ćelijska membrana. Jezgro komunicira sa kanalima endoplazmatskog retikuluma kroz perinuklearni prostor, šupljinu koju čine dva sloja membrane.
Vanjske i unutrašnje membrane imaju svoje strukturne karakteristike, ali su generalno prilično slične.
Najbliže citoplazmi
Spoljni sloj prelazi u membranu endoplazmatskog retikuluma. Njegova glavna razlika od potonjeg je znatno veća koncentracija proteina u strukturi. Membrana u direktnom kontaktu sa citoplazmom ćelije prekrivena je slojem ribozoma izvana. Povezan je sa unutrašnjom membranom brojnim porama, koje su prilično veliki proteinski kompleksi.
Unutarnji sloj
Membrana okrenuta prema ćelijskom jezgru, za razliku od spoljašnje, je glatka, nije prekrivena ribozomima. Ograničava karioplazmu. Karakteristična karakteristika unutrašnje membrane je sloj nuklearne lamine koji je oblaže sa strane,u kontaktu sa nukleoplazmom. Ova specifična proteinska struktura održava oblik omotača, uključena je u regulaciju ekspresije gena, a također promovira vezivanje hromatina za nuklearnu membranu.
Metabolizam
Interakcija jezgra i citoplazme se odvija kroz nuklearne pore. Oni su prilično složene strukture formirane od 30 proteina. Broj pora na jednom jezgru može biti različit. Zavisi od vrste ćelije, organa i organizma. Dakle, kod ljudi jezgro ćelije može imati od 3 do 5 hiljada pora, kod nekih žaba dostiže i 50.000.
Glavna funkcija pora je izmjena supstanci između jezgra i ostatka ćelijskog prostora. Neki molekuli prolaze kroz pore pasivno, bez dodatnog utroška energije. Male su veličine. Transport velikih molekula i supramolekularnih kompleksa zahtijeva potrošnju određene količine energije.
RNA molekuli sintetizirani u jezgru ulaze u ćeliju iz karioplazme. Proteini neophodni za intranuklearne procese transportuju se u suprotnom smeru.
Nukleoplazma
Nuklearni sok je koloidni rastvor proteina. Omeđen je nuklearnim omotačem i okružuje kromatin i jezgro. Nukleoplazma je viskozna tekućina u kojoj su otopljene različite tvari. To uključuje nukleotide i enzime. Prvi su neophodni za sintezu DNK. Enzimi su uključeni u transkripciju, kao iu popravku i replikaciju DNK.
Struktura nuklearnog soka se menja u zavisnosti od stanja ćelije. Postoje dva od njih - stacionarni ikoji se dešavaju tokom podele. Prvi je karakterističan za interfazu (vrijeme između podjela). Istovremeno, nuklearni sok se odlikuje ravnomjernom raspodjelom nukleinskih kiselina i nestrukturiranih molekula DNK. Tokom ovog perioda, nasljedni materijal postoji u obliku hromatina. Podjela ćelijskog jezgra je praćena transformacijom hromatina u hromozome. U ovom trenutku, struktura karioplazme se mijenja: genetski materijal dobija određenu strukturu, nuklearni omotač se uništava, a karioplazma se miješa sa citoplazmom.
Hromozomi
Glavne funkcije nukleoproteinskih struktura kromatina transformiranog u vrijeme diobe su skladištenje, implementacija i prijenos nasljednih informacija sadržanih u ćelijskom jezgru. Kromozomi se odlikuju određenim oblikom: podijeljeni su na dijelove ili krakove primarnom suženjem, koje se naziva i celimerom. Prema lokaciji razlikuju se tri tipa hromozoma:
- štapčasti ili akrocentrični: karakteriše ih postavljanje celimera skoro na kraju, jedan krak je veoma mali;
- diverzifikovani ili submetacentrični imaju krakove nejednake dužine;
- jednakostrani ili metacentrični.
Skup hromozoma u ćeliji naziva se kariotip. Svaka vrsta je fiksna. U tom slučaju različite ćelije istog organizma mogu sadržavati diploidni (dvostruki) ili haploidni (jednostruki) skup. Prva opcija je tipična za somatske ćelije, koje uglavnom čine tijelo. Haploidni set je privilegija zametnih ćelija. ljudske somatske ćelijesadrže 46 hromozoma, spol - 23.
Hromozomi diploidnog skupa čine parove. Identične nukleoproteinske strukture uključene u par nazivaju se alelne. Imaju istu strukturu i obavljaju iste funkcije.
Strukturna jedinica hromozoma je gen. To je dio molekule DNK koji kodira određeni protein.
Nucleolus
Ćelijsko jezgro ima još jednu organelu - nukleolus. Nije odvojen od karioplazme membranom, ali se lako uočava kada se ćelija pregleda mikroskopom. Neka jezgra mogu imati više nukleola. Ima i onih u kojima takve organele potpuno nema.
Oblik nukleolusa podsjeća na sferu, ima prilično malu veličinu. Sadrži različite proteine. Glavna funkcija nukleola je sinteza ribosomske RNK i samih ribozoma. Oni su neophodni za stvaranje polipeptidnih lanaca. Nukleoli se formiraju oko posebnih regija genoma. Zovu se nukleolarni organizatori. Sadrži gene ribosomske RNK. Nukleolus je, između ostalog, mjesto s najvećom koncentracijom proteina u ćeliji. Dio proteina je neophodan za obavljanje funkcije organoida.
Nukleolus se sastoji od dvije komponente: granularne i fibrilarne. Prvi je sazrevanje podjedinica ribosoma. U fibrilarnom centru se vrši sinteza ribosomske RNK. Zrnasta komponenta okružuje fibrilarnu komponentu koja se nalazi u centru nukleola.
Jedro ćelije i njegove funkcije
Uloga kojaigra jezgro, neraskidivo je povezan sa njegovom strukturom. Unutrašnje strukture organoida zajednički provode najvažnije procese u ćeliji. U njemu se nalaze genetske informacije koje određuju strukturu i funkciju ćelije. Jezgro je odgovorno za skladištenje i prijenos nasljednih informacija tokom mitoze i mejoze. U prvom slučaju ćelija kćerka prima skup gena identičnih roditeljskoj. Kao rezultat mejoze, formiraju se zametne ćelije sa haploidnim setom hromozoma.
Još jedna ne manje važna funkcija jezgra je regulacija intracelularnih procesa. Obavlja se kao rezultat kontrole sinteze proteina odgovornih za strukturu i funkcioniranje ćelijskih elemenata.
Uticaj na sintezu proteina ima još jedan izraz. Jezgro, koje kontroliše procese unutar ćelije, ujedinjuje sve njene organele u jedan sistem sa dobro funkcionalnim mehanizmom rada. Neuspjesi u tome dovode, po pravilu, do smrti ćelije.
Konačno, jezgro je mjesto sinteze podjedinica ribosoma, koje su odgovorne za stvaranje istog proteina iz aminokiselina. Ribosomi su neophodni u procesu transkripcije.
Eukariotska ćelija je savršenija struktura od prokariotske. Pojava organela sa sopstvenom membranom omogućila je povećanje efikasnosti intracelularnih procesa. Formiranje jezgra okruženog dvostrukom lipidnom membranom odigralo je vrlo važnu ulogu u ovoj evoluciji. Zaštita nasljednih informacija membranom omogućila je ovladavanje drevnim jednoćelijskim organizmimaorganizama na nove načine života. Među njima je bila i fagocitoza, koja je, prema jednoj verziji, dovela do pojave simbiotskog organizma, koji je kasnije postao rodonačelnik moderne eukariotske ćelije sa svim njenim karakterističnim organelama. Ćelijsko jezgro, struktura i funkcije nekih novih struktura omogućile su korištenje kisika u metabolizmu. Posljedica toga bila je kardinalna promjena u Zemljinoj biosferi, postavljeni su temelji za formiranje i razvoj višećelijskih organizama. Danas, eukariotski organizmi, koji uključuju ljude, dominiraju planetom, i ništa ne nagoveštava promjene u tom pogledu.
