Struktura i funkcije stanice doživjele su brojne promjene tijekom evolucije. Pojavi novih organela prethodile su transformacije u atmosferi i litosferi mladog planeta. Jedna od značajnih akvizicija bila je stanična jezgra. Eukariotski organizmi dobili su, zbog prisutnosti zasebnih organela, značajne prednosti u odnosu na prokariote i brzo su počeli dominirati.
Stanična jezgra, čija se struktura i funkcije donekle razlikuju u različitim tkivima i organima, poboljšala je kvalitetu biosinteze RNA i prijenosa nasljednih informacija.
Porijeklo
Do danas postoje dvije glavne hipoteze o formiranju eukariotske stanice. Prema simbiotskoj teoriji, organele (kao što su flagele ili mitohondriji) su nekoć bili zasebni prokariotski organizmi. Preci modernih eukariota su ih proždirali. Rezultat je bio simbiotski organizam.
Jezgra je nastala kao rezultat izbočenja prema unutradio citoplazmatske membrane. To je bila neophodna akvizicija na putu svladavanja novog načina prehrane, fagocitoze, od strane stanice. Hvatanje hrane popraćeno je povećanjem stupnja citoplazmatske pokretljivosti. Genofori, koji su bili genetski materijal prokariotske stanice i pričvršćeni za zidove, pali su u zonu jakog "protoka" i trebali su zaštitu. Kao rezultat, nastala je duboka invaginacija dijela membrane koji sadrži pričvršćene genofore. Ovu hipotezu podržava činjenica da je ljuska jezgre neraskidivo povezana s citoplazmatskom membranom stanice.
Postoji još jedna verzija razvoja događaja. Prema virusnoj hipotezi o podrijetlu jezgre, nastala je kao posljedica infekcije drevne arhejske stanice. U nju se infiltrirao DNK virus i postupno je stekao potpunu kontrolu nad životnim procesima. Znanstvenici koji ovu teoriju smatraju ispravnijom, daju mnogo argumenata u njezinu korist. Međutim, do danas nema uvjerljivih dokaza ni za jednu od postojećih hipoteza.
Jedan ili više
Većina stanica modernih eukariota ima jezgru. Velika većina njih sadrži samo jednu takvu organelu. Međutim, postoje stanice koje su zbog nekih funkcionalnih značajki izgubile jezgru. To uključuje, na primjer, eritrocite. Postoje i stanice s dvije (cilijati) pa čak i nekoliko jezgri.
Struktura stanične jezgre
Bez obzira na karakteristike organizma, strukturu jezgre karakterizira skup tipičnihorganele. Od unutarnjeg prostora stanice odvojena je dvostrukom membranom. Na nekim mjestima se njezini unutarnji i vanjski slojevi spajaju, stvarajući pore. Njihova je funkcija izmjena tvari između citoplazme i jezgre.
Prostor organele ispunjen je karioplazmom, koja se također naziva nuklearni sok ili nukleoplazma. Sadrži kromatin i nukleolu. Ponekad posljednja od navedenih organela stanične jezgre nije prisutna ni u jednoj kopiji. U nekim organizmima jezgre, naprotiv, izostaju.
Membrana
Nuklearna membrana formirana je od lipida i sastoji se od dva sloja: vanjskog i unutarnjeg. Zapravo, ovo je ista stanična membrana. Jezgra komunicira s kanalima endoplazmatskog retikuluma kroz perinuklearni prostor, šupljinu koju čine dva sloja membrane.
Vanjske i unutarnje membrane imaju svoje strukturne značajke, ali su općenito prilično slične.
Najbliže citoplazmi
Vanjski sloj prelazi u membranu endoplazmatskog retikuluma. Njegova glavna razlika od potonjeg je znatno veća koncentracija proteina u strukturi. Membrana u izravnom kontaktu s citoplazmom stanice izvana je prekrivena slojem ribosoma. Povezan je s unutarnjom membranom brojnim porama, koje su prilično veliki proteinski kompleksi.
Unutarnji sloj
Membrana okrenuta prema staničnoj jezgri, za razliku od vanjske, glatka je, nije prekrivena ribosomima. Ograničava karioplazmu. Karakteristična karakteristika unutarnje membrane je sloj nuklearne lamine koji je oblaže sa strane,u kontaktu s nukleoplazmom. Ova specifična proteinska struktura održava oblik ovojnice, uključena je u regulaciju ekspresije gena, a također potiče pričvršćivanje kromatina na nuklearnu membranu.
Metabolizam
Interakcija jezgre i citoplazme odvija se kroz nuklearne pore. Oni su prilično složene strukture koje čine 30 proteina. Broj pora na jednoj jezgri može biti različit. Ovisi o vrsti stanice, organa i organizma. Dakle, kod ljudi stanična jezgra može imati od 3 do 5 tisuća pora, kod nekih žaba doseže i 50 000.
Glavna funkcija pora je izmjena tvari između jezgre i ostatka staničnog prostora. Neke molekule prolaze kroz pore pasivno, bez dodatnog utroška energije. Male su veličine. Prijevoz velikih molekula i supramolekularnih kompleksa zahtijeva potrošnju određene količine energije.
RNA molekule sintetizirane u jezgri ulaze u stanicu iz karioplazme. Proteini potrebni za intranuklearne procese transportiraju se u suprotnom smjeru.
Nukleoplazma
Nuklearni sok je koloidna otopina proteina. Omeđen je nuklearnom ovojnicom i okružuje kromatin i nukleolus. 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 i popravak i replikaciju DNK.
Struktura nuklearnog soka mijenja se ovisno o stanju stanice. Dvije su od njih - stacionarne inastaju tijekom diobe. Prvi je karakterističan za interfazu (vrijeme između podjela). Istodobno, nuklearni sok odlikuje se ujednačenom raspodjelom nukleinskih kiselina i nestrukturiranih molekula DNA. Tijekom tog razdoblja, nasljedni materijal postoji u obliku kromatina. Podjela stanične jezgre je popraćena transformacijom kromatina u kromosome. U tom se trenutku mijenja struktura karioplazme: genetski materijal dobiva određenu strukturu, nuklearna ovojnica se uništava, a karioplazma se miješa s citoplazmom.
Kromosomi
Glavne funkcije nukleoproteinskih struktura kromatina transformiranog u vrijeme diobe su pohranjivanje, implementacija i prijenos nasljednih informacija sadržanih u staničnoj jezgri. Kromosome karakterizira određeni oblik: podijeljeni su na dijelove ili krakove primarnom suženjem, također nazvanom coelomera. Prema svom položaju razlikuju se tri vrste kromosoma:
- štapićasto ili akrocentrično: karakterizira ih postavljanje coelomera gotovo na kraju, jedan krak je vrlo mali;
- diverzificirani ili submetacentrični imaju krakove nejednake duljine;
- jednakostrani ili metacentrični.
Skup kromosoma u stanici naziva se kariotip. Svaka vrsta je fiksna. U tom slučaju različite stanice istog organizma mogu sadržavati diploidni (dvostruki) ili haploidni (jednostruki) skup. Prva opcija tipična je za somatske stanice, koje uglavnom čine tijelo. Haploidni skup je privilegija zametnih stanica. ljudske somatske stanicesadrže 46 kromosoma, spol - 23.
Kromosomi diploidnog skupa čine parove. Identične nukleoproteinske strukture uključene u par nazivaju se alelne. Imaju istu strukturu i obavljaju iste funkcije.
Strukturna jedinica kromosoma je gen. To je dio molekule DNK koji kodira određeni protein.
Nucleolus
Jezgra stanice ima još jednu organelu - nukleolus. Nije odvojena od karioplazme membranom, ali se to lako uočava kada se mikroskopom pregleda stanica. Neke jezgre mogu imati više jezgara. Ima i onih u kojima takve organele potpuno nema.
Oblik jezgre podsjeća na kuglu, prilično je male veličine. Sadrži razne proteine. Glavna funkcija nukleola je sinteza ribosomske RNA i samih ribosoma. Neophodni su za stvaranje polipeptidnih lanaca. Nukleoli se formiraju oko posebnih područja genoma. Zovu se nukleolarni organizatori. Sadrži gene ribosomske RNA. Nukleolus je, između ostalog, mjesto s najvećom koncentracijom proteina u stanici. Dio proteina je neophodan za obavljanje funkcija organoida.
Nukleolus se sastoji od dvije komponente: granularne i fibrilarne. Prva je sazrijevanje podjedinica ribosoma. U fibrilarnom centru se provodi sinteza ribosomske RNA. Zrnasta komponenta okružuje fibrilarnu komponentu smještenu u središtu nukleola.
Jezgra stanice i njezine funkcije
Uloga kojaigra jezgru, neraskidivo je povezan sa svojom strukturom. Unutarnje strukture organoida zajednički provode najvažnije procese u stanici. U njemu se nalaze genetske informacije koje određuju strukturu i funkciju stanice. Jezgra je odgovorna za pohranu i prijenos nasljednih informacija tijekom mitoze i mejoze. U prvom slučaju stanica kćer prima skup gena identičnih roditeljskoj. Kao rezultat mejoze, formiraju se zametne stanice s haploidnim skupom kromosoma.
Još jedna ne manje važna funkcija jezgre je regulacija unutarstaničnih procesa. Provodi se kao rezultat kontrole sinteze proteina odgovornih za strukturu i funkcioniranje staničnih elemenata.
Utjecaj na sintezu proteina ima još jedan izraz. Jezgra, koja kontrolira procese unutar stanice, ujedinjuje sve njezine organele u jedinstveni sustav s dobro funkcionirajućim mehanizmom rada. Neuspjesi u tome dovode, u pravilu, do smrti stanice.
Konačno, jezgra je mjesto sinteze podjedinica ribosoma, koje su odgovorne za stvaranje istog proteina iz aminokiselina. Ribosomi su nezamjenjivi u procesu transkripcije.
Eukariotska stanica je savršenija struktura od prokariotske. Pojava organela s vlastitom membranom omogućila je povećanje učinkovitosti unutarstaničnih procesa. Stvaranje jezgre okružene dvostrukom lipidnom membranom odigralo je vrlo važnu ulogu u ovoj evoluciji. Zaštita nasljednih informacija membranom omogućila je ovladavanje drevnim jednostaničnim 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 stanice sa svim svojim karakterističnim organelama. Stanična jezgra, 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 stvaranje i razvoj višestaničnih organizama. Danas eukariotski organizmi, koji uključuju ljude, dominiraju planetom i ništa ne nagovještava promjene u tom pogledu.
