Jezgra u eukariotskoj stanici središnja je organela o kojoj ovise vitalna aktivnost i sintetski procesi. Značajan dio sadržaja jezgre predstavljaju filamentne DNA molekule različitog stupnja zbijenosti u kombinaciji s proteinima. To su eukromatin (dekondenzirana DNK) i heterokromatin (gusto zbijeni dijelovi DNK).
Eukromatin igra važnu ulogu u životu stanice. Ona glasi "uputu" za sastavljanje ribonukleinske kiseline (RNA), koja postaje osnova za sintezu polipeptidnih molekula.
Imaju li svi jezgru?
Sva živa bića, od najmanjih do divova, imaju genetske informacije u obliku deoksiribonukleinske kiseline. Postoje dva fundamentalno različita oblika predstavljanja u ćelijama:
- Prokariotski organizmi (prednuklearni) imaju stanice bez odjeljaka. Skladište njihove jedine kružne DNK koja nije vezana na proteine je samo zakrpacitoplazma koja se zove nukleoid. Replikacija nukleinske kiseline i sinteza proteina odvijaju se u prokariotima u jednom staničnom prostoru. Nećemo ih vidjeti golim okom, jer su predstavnici ove skupine organizama mikroskopske, veličine do 3 mikrona, bakterije.
- Eukariotske organizme karakterizira složenija stanična struktura, gdje je nasljedna informacija zaštićena dvostrukom membranom jezgre. Linearne molekule DNA, zajedno s histonskim proteinima, tvore kromatin, koji uz pomoć polienzimskih kompleksa aktivno proizvodi RNA. Sinteza proteina događa se u citoplazmi na ribosomima.
Formirana jezgra u eukariotskim stanicama može se vidjeti tijekom interfaze. Karioplazma sadrži proteinsku okosnicu (matriks), nukleole i nukleoproteinske komplekse koji se sastoje od dijelova heterokromatina i eukromatina. Ovo stanje jezgre traje do početka diobe stanice, kada membrana i jezgre nestanu, a kromosomi poprime kompaktan štapićasti oblik.
Glavni u jezgri
Glavna komponenta sadržaja jezgre, kromatin, je njezin semantički dio. Njegove funkcije uključuju pohranu, provedbu i prijenos genetskih informacija o stanici ili organizmu. Izravno replicirani dio kromatina je eukromatin, koji nosi podatke o strukturi proteina i raznim vrstama RNA.
Preostali dijelovi nukleusa obavljaju pomoćne funkcije, osiguravaju odgovarajuće uvjete za implementaciju genetskih informacija:
- nukleoli -zbijena područja nuklearnog sadržaja koja određuju mjesta za sintezu ribonukleinskih kiselina za ribosome;
- proteinski matriks organizira raspored kromosoma i cjelokupnog sadržaja jezgre, održava svoj oblik;
- Polutekuće unutarnje okruženje jezgre, karioplazma, osigurava transport molekula i tijek različitih biokemijskih procesa;
- Dvoslojna ljuska jezgre, kariolema, štiti genetski materijal, osigurava selektivno bilateralno provođenje molekula i molekularnih kompleksa zbog složenih nuklearnih pora.
Što znači kromatin
Chromatin je dobio ime 1880. zahvaljujući Flemmingovim eksperimentima na promatranju stanica. Činjenica je da se tijekom fiksacije i bojenja neki dijelovi stanice posebno dobro očituju ("kromatin" znači "obojen"). Kasnije se pokazalo da ovu komponentu predstavlja DNK s proteinima, koji zbog svojih kiselih svojstava aktivno percipira alkalne boje.
Obojeni kromosomi vidljivi su u središnjem dijelu stanice na fotografiji, tvoreći metafaznu ploču.
Oblici postojanja DNK
U stanicama eukariotskih organizama, nukleoproteinski kompleksi kromatina mogu biti u dva stanja.
- U procesu stanične diobe, DNK doseže svoj maksimalni zaokret i predstavljena je mitotičkim kromosomima. Svaki lanac tvori zasebni kromosom.
- Tijekom interfaze, kada se stanična DNK najviše dekondenzira, kromatin se ravnomjerno ispunjavaprostor jezgre ili tvori nakupine vidljive u svjetlosnom mikroskopu. Takvi se krocentri češće otkrivaju u blizini nuklearne membrane.
Ova stanja su alternativa jedno drugom, potpuno zbijeni kromosomi nisu sačuvani u interfazi.
Eukromatin i heterokromatin
Interfazni kromatin je kromosom koji je izgubio svoj kompaktni oblik. Njihove petlje su olabavljene, ispunjavajući volumen jezgre. Postoji izravna veza između stupnja dekondenzacije i funkcionalne aktivnosti kromatina.
Njegovi dijelovi, potpuno "raspleteni", nazivaju se difuznim ili aktivnim kromatinom. Praktički 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 osigurava enzimskim kompleksima pristup semantičkim fragmentima DNK, njihovo slobodno vezivanje i funkcioniranje. Struktura glasničke RNA (transkripcija) se čita iz difuznih regija pomoću RNA polimeraza, ili se sama DNK kopira (replikacija). Što je veća sintetička aktivnost stanice u ovom trenutku, veći je udio eukromatina u jezgri.
Difuzni dijelovi kromatina izmjenjuju se s kompaktnim, različito uvijenim zonama heterokromatina. Zbog veće gustoće obojeni heterokromatin jasno je vidljiv u interfaznim jezgrama.
Slika prikazuje kromatin različitog stupnja zbijenosti:
- 1 - dvolančana DNK molekula;
- 2 - histonproteini;
- 3 - DNK omotana oko kompleksa histona za 1,67 okreta formira nukleosom;
- 4 - solenoid;
- 5 - interfazni kromosom.
Suptilnosti definicije
Euchromatin u određenom trenutku možda neće biti uključen u sintetske procese. U ovom slučaju, privremeno je u kompaktnijem stanju i može se zamijeniti s heterokromatinom.
Pravi heterokromatin, naziva se i konstitutivnim, ne nosi semantičko opterećenje i dekondenzira se samo u procesu replikacije. DNK na tim mjestima sadrži kratke, ponavljajuće sekvence koje ne kodiraju aminokiseline. U mitotičkim kromosomima nalaze se u području primarne konstrikcije i telomernih završetaka. Oni također odvajaju dijelove transkribirane DNK, tvoreći interkalarne (interkalarne) fragmente.
Kako euchromatin "radi"
Euchromatin sadrži gene koji u konačnici određuju strukturu proteina (strukturni geni). Dekodiranje nukleotidnog niza u protein događa se uz pomoć posrednika koji je sposoban, za razliku od kromosoma, napustiti jezgru - glasničke RNA.
Tijekom transkripcije, RNA se sintetizira na DNK šablonu iz slobodnih adenil, uridil, citidil i guanil nukleotida. Transkripciju provodi enzimski kompleks RNA polimeraza.
Neki geni određuju slijed drugih vrsta RNA (transportne i ribosomske) potrebne za završetak procesa sinteze proteina u citoplazmi izaminokiseline.
Heterokromatin jednog kromosoma često se sklapa u dobro označeni kromocentar. Oko njega su petlje despiraliziranog euhromatina. Zahvaljujući ovoj konfiguraciji jezgre DNK, enzimski kompleksi i slobodni nukleotidi, potrebni za provedbu funkcija eukromatina, lako se uklapaju u semantičke dijelove.
