Jedro ćelije je njena najvažnija organela, mesto skladištenja i reprodukcije naslednih informacija. Ovo je membranska struktura koja zauzima 10-40% ćelije, čije su funkcije vrlo važne za život eukariota. Međutim, i bez prisustva nukleusa moguća je realizacija nasljedne informacije. Primjer ovog procesa je vitalna aktivnost bakterijskih stanica. Ipak, strukturne karakteristike jezgra i njegova namena su veoma važni za višećelijski organizam.
Lokacija jezgra u ćeliji i njegova struktura
Jedro se nalazi u debljini citoplazme i u direktnom je kontaktu sa grubim i glatkim endoplazmatskim retikulumom. Okružen je s dvije membrane, između kojih je perinuklearni prostor. Unutar jezgra nalazi se matriks, hromatin i nešto jezgrica.
Neke zrele ljudske ćelije nemaju jezgro, dok druge funkcionišu u uslovima teške inhibicije njihove aktivnosti. Generalno, struktura jezgra (šema) je predstavljena kao nuklearna šupljina, ograničena kariolemom iz ćelije, koja sadrži kromatin i nukleole fiksirane u nukleoplazminuklearna matrica.
Struktura karioleme
Radi praktičnosti proučavanja ćelije jezgra, potonje treba percipirati kao mehuriće, ograničene školjkama iz drugih mehurića. Jezgro je mjehur s nasljednim informacijama smještenim u debljini ćelije. Od svoje citoplazme je zaštićen dvoslojnom lipidnom membranom. Struktura ljuske jezgra slična je ćelijskoj membrani. U stvari, razlikuju se samo po imenu i broju slojeva. Bez svega ovoga, identične su po strukturi i funkciji.
Struktura karioleme (nuklearne membrane) je dvoslojna: sastoji se od dva lipidna sloja. Spoljni bilipidni sloj karioleme je u direktnom kontaktu sa grubim retikulumom stanične endoplazme. Unutrašnja kariolema - sa sadržajem nukleusa. Između vanjske i unutrašnje kariomembrane postoji perinuklearni prostor. Očigledno je nastao zbog elektrostatičkih pojava - odbijanja područja ostataka glicerola.
Funkcija nuklearne membrane je stvaranje mehaničke barijere koja odvaja jezgro od citoplazme. Unutrašnja membrana jezgra služi kao fiksacijsko mjesto za nuklearni matriks - lanac proteinskih molekula koji podržavaju strukturu mase. Postoje posebne pore u dvije nuklearne membrane: glasnička RNK kroz njih ulazi u citoplazmu do ribozoma. U samoj debljini jezgra nalazi se nekoliko nukleola i hromatina.
Unutarnja struktura nukleoplazme
Karakteristike strukture jezgra nam omogućavaju da ga uporedimo sa samom ćelijom. Unutar jezgra postoji i posebna sredina (nukleoplazma),predstavljen gel-solom, koloidnom otopinom proteina. Unutar njega nalazi se nukleoskelet (matriks), predstavljen fibrilarnim proteinima. Glavna razlika je samo u činjenici da su u jezgri prisutni pretežno kiseli proteini. Očigledno je takva reakcija okoline potrebna da bi se očuvala hemijska svojstva nukleinskih kiselina i nastanak biohemijskih reakcija.
Nucleolus
Struktura ćelijskog jezgra ne može biti potpuna bez nukleolusa. To je spiralizirana ribosomska RNK, koja je u fazi sazrijevanja. Kasnije će se iz njega dobiti ribosom - organela neophodna za sintezu proteina. U strukturi nukleola razlikuju se dvije komponente: fibrilarna i globularna. Razlikuju se samo elektronskom mikroskopijom i nemaju svoje membrane.
Fibrilarna komponenta je u centru nukleola. To je lanac RNK ribosomalnog tipa od kojeg će se sastaviti ribosomske podjedinice. Ako uzmemo u obzir jezgru (strukturu i funkcije), onda je očito da će se od njih naknadno formirati granularna komponenta. To su iste ribosomske podjedinice sazrevanja koje su u kasnijim fazama svog razvoja. Ubrzo formiraju ribozome. Oni se uklanjaju iz nukleoplazme kroz nuklearne pore karioleme i ulaze u membranu grubog endoplazmatskog retikuluma.
Hromatin i hromozomi
Struktura i funkcije ćelijskog jezgra su organski povezane: postoje samo one strukture koje su potrebne za skladištenje i reprodukciju naslednih informacija. Tu je i karioskelet(matriks jezgre), čija je funkcija održavanje oblika organele. Međutim, najvažnija komponenta jezgre je kromatin. To su hromozomi koji igraju ulogu kartoteka raznih grupa gena.
Chromatin je kompleksni protein koji se sastoji od polipeptida kvaternarne strukture povezanog sa nukleinskom kiselinom (RNA ili DNK). Kromatin je također prisutan u bakterijskim plazmidima. Gotovo četvrtinu ukupne težine hromatina čine histoni - proteini odgovorni za "pakovanje" nasljednih informacija. Ovu osobinu strukture proučavaju biokemija i biologija. Struktura jezgra je složena upravo zbog hromatina i prisustva procesa koji naizmjenično njegovu spiralizaciju i despiralizaciju.
Prisustvo histona omogućava kondenzaciju i kompletiranje lanca DNK na malom mjestu - u ćelijskom jezgru. To se događa na sljedeći način: histoni formiraju nukleozome, koji su struktura poput kuglica. H2B, H3, H2A i H4 su glavni proteini histona. Nukleosom je formiran od četiri para svakog od predstavljenih histona. U isto vrijeme, histon H1 je linker: povezan je sa DNK na mjestu ulaska u nukleosom. Pakovanje DNK nastaje kao rezultat "namotavanja" linearne molekule oko 8 proteina histonske strukture.
Struktura jezgra, čija je shema prikazana gore, sugerira prisustvo solenoidne strukture DNK završene na histonima. Debljina ovog konglomerata je oko 30 nm. Istovremeno, konstrukcija se može dodatno zbijati kako bi zauzela manje prostora i bila manje izloženamehanička oštećenja koja neminovno nastaju tokom životnog vijeka ćelije.
Chromatin fractions
Struktura, struktura i funkcije ćelijskog jezgra su fiksirane na održavanje dinamičkih procesa spiralizacije i despiralizacije hromatina. Dakle, postoje dvije njegove glavne frakcije: jako spiralizirana (heterohromatin) i blago spiralizirana (euhromatin). Razdvojeni su i strukturno i funkcionalno. U heterohromatinu, DNK je dobro zaštićena od bilo kakvih uticaja i ne može se transkribovati. Euhromatin je manje zaštićen, ali se geni mogu duplicirati za sintezu proteina. Najčešće se dijelovi heterohromatina i euhromatina izmjenjuju cijelom dužinom cijelog hromozoma.
Hromozomi
Jezgro ćelije, čija su struktura i funkcije opisane u ovoj publikaciji, sadrži hromozome. To je složen i kompaktno upakovan kromatin koji se može vidjeti pod svjetlosnim mikroskopom. Međutim, to je moguće samo ako se ćelija nalazi na stakalcu u fazi mitotičke ili mejotičke diobe. Jedna od faza je spiralizacija hromatina sa formiranjem hromozoma. Njihova struktura je izuzetno jednostavna: hromozom ima telomeru i dva kraka. Svaki višećelijski organizam iste vrste ima istu strukturu jezgra. Njegova tablica hromozoma je također slična.
Implementacija kernel funkcija
Glavne karakteristike strukture nukleusa vezane su za obavljanje određenih funkcija i potrebu za njihovom kontrolom. Nukleus igra ulogu spremišta nasljednih informacija, odnosno, to je neka vrsta kartoteke sazapisane sekvence aminokiselina svih proteina koji se mogu sintetizirati u ćeliji. To znači da, da bi izvršila bilo koju funkciju, stanica mora sintetizirati protein čija je struktura kodirana u genu.
Da bi jezgro "shvatilo" koji određeni protein treba sintetizirati u pravo vrijeme, postoji sistem vanjskih (membranskih) i unutrašnjih receptora. Informacije iz njih dolaze do jezgra preko molekularnih transmitera. Najčešće se to ostvaruje putem mehanizma adenilat ciklaze. Ovako na ćeliju djeluju hormoni (adrenalin, norepinefrin) i neki lijekovi hidrofilne strukture.
Drugi mehanizam prenosa informacija je interni. Karakteristično je za lipofilne molekule - kortikosteroide. Ova supstanca prodire u bilipidnu membranu ćelije i odlazi u jezgro, gdje stupa u interakciju sa svojim receptorom. Kao rezultat aktivacije receptorskih kompleksa koji se nalaze na ćelijskoj membrani (adenilat ciklazni mehanizam) ili na kariolemi, pokreće se reakcija aktivacije određenog gena. On se replicira, na njegovoj osnovi se gradi glasnička RNK. Kasnije se, prema strukturi potonjeg, sintetiše protein koji obavlja određenu funkciju.
Jezgro višećelijskih organizama
U višećelijskom organizmu, strukturne karakteristike jezgra su iste kao i u jednoćelijskom. Iako postoje neke nijanse. Prvo, multicelularnost implicira da će određeni broj ćelija imati svoju specifičnu funkciju (ili nekoliko). To znači da će neki geni uvijek postojatidespiraliziran dok su drugi neaktivni.
Na primjer, u ćelijama masnog tkiva, sinteza proteina će biti neaktivna i stoga je većina hromatina spiralizirana. A u stanicama, na primjer, egzokrinom dijelu pankreasa, u tijeku su procesi biosinteze proteina. Stoga je njihov kromatin despiraliziran. U onim područjima čiji se geni najčešće repliciraju. Pritom je važna ključna karakteristika: hromozomski set svih ćelija jednog organizma je isti. Samo zbog diferencijacije funkcija u tkivima, neki od njih su isključeni iz posla, dok su drugi češće despiralizovani od drugih.
Nuklearne ćelije tijela
Postoje ćelije čije se strukturne karakteristike jezgra možda ne uzimaju u obzir, jer kao rezultat svoje vitalne aktivnosti one ili inhibiraju njegovu funkciju ili je se potpuno oslobode. Najjednostavniji primjer su crvena krvna zrnca. To su krvna zrnca čije je jezgro prisutno samo u ranim fazama razvoja, kada se sintetizira hemoglobin. Čim ga ima dovoljno da prenosi kiseonik, jezgro se uklanja iz ćelije kako bi se olakšalo bez ometanja transporta kiseonika.
Uopšteno govoreći, eritrocit je citoplazmatska vrećica ispunjena hemoglobinom. Slična struktura je karakteristična za masne ćelije. Struktura ćelijskog jezgra adipocita je krajnje pojednostavljena, smanjuje se i prelazi na membranu, a procesi sinteze proteina su maksimalno inhibirani. Ove ćelije takođe podsećaju na "vreće" ispunjene masnoćom, iako su, naravno, različiteu njima ima nešto više biohemijskih reakcija nego u eritrocitima. Trombociti također nemaju jezgro, ali ih ne treba smatrati punopravnim stanicama. Ovo su fragmenti ćelija neophodnih za sprovođenje procesa hemostaze.
