Stanična jezgra je njezina najvažnija organela, mjesto skladištenja i reprodukcije nasljednih informacija. Ovo je membranska struktura koja zauzima 10-40% stanice, čije su funkcije vrlo važne za život eukariota. Međutim, i bez prisutnosti jezgre, moguća je realizacija nasljedne informacije. Primjer ovog procesa je vitalna aktivnost bakterijskih stanica. Ipak, strukturne značajke jezgre i njezina namjena vrlo su važni za višestanični organizam.
Položaj jezgre u stanici i njena struktura
Jezgra se nalazi u debljini citoplazme i u izravnom je kontaktu s hrapavim i glatkim endoplazmatskim retikulumom. Okružen je s dvije membrane, između kojih je perinuklearni prostor. Unutar jezgre nalazi se matriks, kromatin i neke jezgre.
Neke zrele ljudske stanice nemaju jezgru, dok druge funkcioniraju u uvjetima teške inhibicije njezine aktivnosti. Općenito, struktura jezgre (shema) predstavljena je kao nuklearna šupljina, ograničena kariolemom iz stanice, koja sadrži kromatin i jezgre fiksirane u nukleoplazminuklearna matrica.
Struktura karioleme
Radi praktičnosti proučavanja jezgrene stanice, potonje treba percipirati kao mjehuriće, ograničene školjkama iz drugih mjehurića. Jezgra je mjehurić s nasljednim informacijama smještenim u debljini stanice. Od svoje citoplazme zaštićena je dvoslojnom lipidnom membranom. Struktura ljuske jezgre slična je staničnoj membrani. Zapravo, razlikuju se samo po imenu i broju slojeva. Bez svega toga, identične su strukturom i funkcijom.
Struktura karioleme (nuklearne membrane) je dvoslojna: sastoji se od dva sloja lipida. Vanjski bilipidni sloj karioleme u izravnom je kontaktu s grubim retikulumom stanične endoplazme. Unutarnja kariolema - sa sadržajem jezgre. Između vanjske i unutarnje kariomembrane nalazi se perinuklearni prostor. Očito je nastao uslijed elektrostatičkih pojava - odbijanja područja ostataka glicerola.
Funkcija nuklearne membrane je stvaranje mehaničke barijere koja odvaja jezgru od citoplazme. Unutarnja membrana jezgre služi kao fiksacijsko mjesto za nuklearni matriks - lanac proteinskih molekula koji podržavaju strukturu mase. U dvije nuklearne membrane postoje posebne pore: glasnička RNA kroz njih ulazi u citoplazmu do ribosoma. U samoj debljini jezgre nalazi se nekoliko nukleola i kromatin.
Unutarnja struktura nukleoplazme
Obilježja strukture jezgre omogućuju nam da je usporedimo sa samom stanicom. Unutar jezgre postoji i posebna okolina (nukleoplazma),predstavljen gel-solom, koloidnom otopinom proteina. Unutar njega nalazi se nukleoskelet (matriks), predstavljen fibrilarnim proteinima. Glavna razlika leži samo u činjenici da su u jezgri prisutni pretežno kiseli proteini. Očigledno je takva reakcija okoline potrebna za očuvanje kemijskih svojstava nukleinskih kiselina i nastanak biokemijskih reakcija.
Nucleolus
Struktura stanične jezgre ne može se dovršiti bez nukleola. To je spiralizirana ribosomska RNA, 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 središtu nukleola. To je lanac RNA ribosomskog tipa iz kojeg će se sastaviti ribosomske podjedinice. Ako uzmemo u obzir jezgru (strukturu i funkcije), onda je očito da će se od njih naknadno formirati granulirana komponenta. To su iste sazrijevajuće ribosomske podjedinice koje su u kasnijim fazama svog razvoja. Ubrzo formiraju ribosome. Uklanjaju se iz nukleoplazme kroz nuklearne pore karioleme i ulaze u membranu grubog endoplazmatskog retikuluma.
Kromatin i kromosomi
Struktura i funkcije stanične jezgre organski su povezane: postoje samo one strukture koje su potrebne za pohranjivanje i reprodukciju nasljednih informacija. Tu je i karioskelet(matriks jezgre), čija je funkcija održavanje oblika organele. Međutim, najvažnija komponenta jezgre je kromatin. To su kromosomi koji igraju ulogu kartoteka raznih skupina gena.
Kromatin je složen protein koji se sastoji od polipeptida kvaternarne strukture povezanog s nukleinskom kiselinom (RNA ili DNA). Kromatin je također prisutan u bakterijskim plazmidima. Gotovo četvrtinu ukupne težine kromatina čine histoni – proteini odgovorni za “pakiranje” nasljednih informacija. Ovu značajku strukture proučavaju biokemija i biologija. Struktura jezgre složena je upravo zbog kromatina i prisutnosti procesa koji izmjenjuju njegovu spiralizaciju i despiralizaciju.
Prisutnost histona omogućuje kondenzaciju i kompletiranje lanca DNK na malom mjestu - u jezgri stanice. To se događa na sljedeći način: histoni tvore nukleosome, koji su struktura poput kuglica. H2B, H3, H2A i H4 su glavni proteini histona. Nukleosom tvore četiri para svakog od prikazanih histona. Istodobno, histon H1 je povezivač: povezan je s DNK na mjestu ulaska u nukleosom. Pakiranje DNK nastaje kao rezultat "namotavanja" linearne molekule oko 8 proteina histonske strukture.
Struktura jezgre, čija je shema prikazana gore, sugerira prisutnost solenoidne strukture DNK završene na histonima. Debljina ovog konglomerata je oko 30 nm. Istodobno, konstrukcija se može dodatno zbijati kako bi zauzela manje prostora i bila manje izloženamehanička oštećenja koja se neizbježno događaju tijekom životnog vijeka ćelije.
Kromatinske frakcije
Struktura, struktura i funkcije stanične jezgre fiksirane su na održavanje dinamičkih procesa spiralizacije i despiralizacije kromatina. Stoga postoje dvije njegove glavne frakcije: snažno spiralizirana (heterokromatin) i blago spiralizirana (eukromatin). Oni su strukturno i funkcionalno odvojeni. U heterokromatinu je DNK dobro zaštićena od bilo kakvih utjecaja i ne može se transkribirati. Euchromatin je manje zaštićen, ali se geni mogu duplicirati za sintezu proteina. Najčešće se dijelovi heterokromatina i eukromatina izmjenjuju cijelom dužinom cijelog kromosoma.
Kromosomi
Stanična jezgra, čija su struktura i funkcije opisane u ovoj publikaciji, sadrži kromosome. To je složen i kompaktno upakiran kromatin koji se može vidjeti pod svjetlosnim mikroskopom. Međutim, to je moguće samo ako se stanica nalazi na stakalcu u fazi mitotičke ili mejotičke diobe. Jedna od faza je spiralizacija kromatina s stvaranjem kromosoma. Njihova je struktura krajnje jednostavna: kromosom ima telomeru i dva kraka. Svaki višestanični organizam iste vrste ima istu građu jezgre. Njegova tablica kromosoma je također slična.
Implementacija funkcija kernela
Glavne značajke strukture jezgre vezane su za obavljanje određenih funkcija i potrebu za njihovom kontrolom. Jezgra ima ulogu spremišta nasljednih informacija, odnosno svojevrsni je kartoteka szapisane sekvence aminokiselina svih proteina koji se mogu sintetizirati u stanici. To znači da za obavljanje bilo koje funkcije stanica mora sintetizirati protein čija je struktura kodirana u genu.
Da bi jezgra "shvatila" koji pojedini protein treba sintetizirati u pravo vrijeme, postoji sustav vanjskih (membranskih) i unutarnjih receptora. Informacije iz njih dolaze u jezgru putem molekularnih prijenosnika. Najčešće se to ostvaruje putem mehanizma adenilat ciklaze. Tako na stanicu djeluju hormoni (adrenalin, norepinefrin) i neki lijekovi hidrofilne strukture.
Drugi mehanizam prijenosa informacija je interni. Karakteristična je za lipofilne molekule – kortikosteroide. Ova tvar prodire u bilipidnu membranu stanice i odlazi u jezgru, gdje stupa u interakciju sa svojim receptorom. Kao rezultat aktivacije receptorskih kompleksa koji se nalaze na staničnoj membrani (adenilat ciklazni mehanizam) ili na kariolemi, pokreće se aktivacijska reakcija određenog gena. Replicira se, na njegovoj osnovi se gradi glasnička RNA. Kasnije se, prema strukturi potonjeg, sintetizira protein koji obavlja određenu funkciju.
Jezgra višestaničnih organizama
U višestaničnom organizmu, strukturne značajke jezgre su iste kao i u jednostaničnom. Iako postoje neke nijanse. Prvo, višećeličnost podrazumijeva da će određeni broj stanica imati vlastitu specifičnu funkciju (ili nekoliko). To znači da će neki geni uvijek bitidespiraliziran dok su drugi neaktivni.
Na primjer, u stanicama masnog tkiva, sinteza proteina će biti neaktivna, pa je stoga većina kromatina spiralizirana. A u stanicama, na primjer, egzokrinom dijelu gušterače, u tijeku su procesi biosinteze proteina. Stoga je njihov kromatin despiraliziran. U onim područjima čiji se geni najčešće repliciraju. Pritom je važna ključna značajka: kromosomski skup svih stanica jednog organizma je isti. Samo zbog diferencijacije funkcija u tkivima, neki od njih su isključeni s posla, dok su drugi češće despiralizirani od drugih.
Nuklearne stanice tijela
Postoje stanice čije se strukturne značajke jezgre ne mogu uzeti u obzir, jer kao rezultat svoje vitalne aktivnosti one ili inhibiraju njezinu funkciju ili je se potpuno oslobode. Najjednostavniji primjer su crvene krvne stanice. To su krvne stanice, čija je jezgra prisutna samo u ranim fazama razvoja, kada se sintetizira hemoglobin. Čim ga ima dovoljno za prijenos kisika, jezgra se uklanja iz stanice kako bi se olakšala bez ometanja transporta kisika.
Općenito govoreći, eritrocit je citoplazmatska vrećica ispunjena hemoglobinom. Slična je struktura karakteristična za masne stanice. Struktura stanične jezgre adipocita krajnje je pojednostavljena, smanjuje se i pomiče na membranu, a procesi sinteze proteina su maksimalno inhibirani. Ove stanice također podsjećaju na "vreće" ispunjene masnoćom, iako su, naravno, različiteu njima je nešto više biokemijskih reakcija nego u eritrocitima. Trombociti također nemaju jezgru, ali ih ne treba smatrati punopravnim stanicama. To su fragmenti stanica neophodnih za provođenje procesa hemostaze.
