Клетката е елементарната единица на живите организми на Земята и има сложна химическа организация от структури, наречени органели. Те включват ядрото, чиято структура и функции ще проучим в тази статия.
Характеристики на еукариотните ядра
Ядрените клетки съдържат немембранни заоблени органели, по-плътни от кариоплазмата и наречени нуклеоли или нуклеоли. Те са открити през 19 век. Сега ядрата са напълно проучени благодарение на електронната микроскопия. Почти до 50-те години на 20-ти век функциите на нуклеолите не са определени и учените смятат тази органела по-скоро за резервоар от резервни вещества, използвани по време на митоза.
Съвременните изследвания установяват, че органоидът включва гранули с нуклеопротеинов характер. Освен това биохимичните експерименти потвърдиха, че органелата съдържа голямо количество протеини. Именно те определят неговата висока плътност. В допълнение към протеините, ядрото съдържа РНК и малко количество ДНК.
Клетъчен цикъл
Интересно е, че в живота на една клетка, която се състои отпериод на покой (интерфаза) и делене (мейоза - в пола, митоза - в соматичните клетки), нуклеолите не са трайно запазени. Така че в интерфазата задължително присъства ядрото с ядрото, чиито функции са запазването на генома и образуването на протеин-синтезиращи органели. В началото на клетъчното делене, а именно в профаза, те изчезват и се образуват отново едва в края на телофазата, оставайки в клетката до следващото делене или до апоптоза - нейната смърт.
Ядреен организатор
През 30-те години на миналия век учените откриха, че образуването на нуклеоли се контролира от определени участъци от някои хромозоми. Те съдържат гени, които съхраняват информация за структурата и функциите на ядрото в клетката. Съществува корелация между броя на нуклеоларните организатори и самите органели. Например жабата с нокти съдържа в кариотипа си две хромозоми, образуващи ядра и съответно има две нуклеоли в ядрата на нейните соматични клетки.
Тъй като функциите на ядрото, както и неговото присъствие, са тясно свързани с клетъчното делене и образуването на рибозоми, самите органели отсъстват във високоспециализираните мозъчни тъкани, кръвта, а също и в бластомерите на смачкване на зигота.
Усилване на нуклеол
В синтетичния стадий на интерфаза, заедно със самодупликацията на ДНК, има прекомерна репликация на броя на гените на рРНК. Тъй като основните функции на ядрото са производството на рибозоми, броят на тези органели рязко се увеличава поради свръхсинтеза на ДНК локуси, които носят информация за РНК. Нуклеопротеини, които не са свързани схромозомите започват да функционират автономно. В резултат на това в ядрото се образуват много нуклеоли, които се дистанцират от образуващите ядра хромозоми. Това явление се нарича амплификация на rRNA ген. Продължавайки да изучаваме функциите на ядрото в клетката, отбелязваме, че техният най-активен синтез протича в профазата на редукционното деление на мейозата, в резултат на което ооцитите от първи ред могат да съдържат няколко стотин ядра.
Биологичното значение на това явление става ясно, като се има предвид, че в ранните етапи на ембриогенезата: смачкване и бластулация, са необходими огромен брой рибозоми за синтезиране на основния строителен материал - протеина. Амплификацията е доста често срещан процес; среща се в оогенезата на растения, насекоми, земноводни, дрожди, а също и при някои протисти.
Хистохимичен състав на органела
Нека продължим изучаването на еукариотните клетки и техните структури и да разгледаме ядрото, чиято структура и функции са взаимосвързани. Установено е, че съдържа три вида елементи:
- Нуклеонема (филаментозни образувания). Те са хетерогенни и съдържат фибрили и бучки. Като част от растителни и животински клетки, нуклеонемите образуват фибриларни центрове. Цитохимичната структура и функции на ядрото също зависят от наличието на матрица в него - мрежа от поддържащи протеинови молекули от третичната структура.
- Вакуоли (светли зони).
- Грънулирани гранули (нуклеолини).
От гледна точка на химическия анализ, тази органела е почти изцяло съставена от РНК и протеин, иДНК се намира само в периферията й, образувайки пръстеновидна структура - перинуклеоларен хроматин.
И така, установихме, че ядрото се състои от пет образувания: фибриларни и гранулирани центрове, хроматин, протеинов ретикулум и плътен фибриларен компонент..
Видове нуклеоли
Биохимичната структура на тези органели зависи от вида на клетките, в които се намират, както и от характеристиките на техния метаболизъм. Има 5 основни структурни типа нуклеол. Първият - ретикуларен, е най-често срещаният и се характеризира с изобилие от плътен фибриларен материал, бучки нуклеопротеини и нуклеон. Процесът на пренаписване на информация от нуклеоларните организатори е много активен, така че фибриларните центрове са слабо видими в зрителното поле на микроскопа.
Тъй като основните функции на ядрото в клетката са синтеза на рибозомни субединици, от които се образуват протеин-синтезиращи органели, ретикуларният тип организация е присъщ както на растителните, така и на животинските клетки. Пръстеновидният тип нуклеоли се намира в клетките на съединителната тъкан: лимфоцити и ендотелиоцити, в които гените на рРНК практически не се транскрибират. Остатъчните нуклеоли се появяват в клетки, които напълно са загубили способността си да транскрибират, като нормобласти и ентероцити.
Сегрегираният вид е присъщ на клетките, които са преживели интоксикация с канцерогени, антибиотици. И накрая, компактният тип на ядрото се характеризира с много фибриларни центрове и малко количествонуклеонем.
Протеинов нуклеоларен матрикс
Нека продължим изучаването на вътрешната структура на структурите на ядрото и да определим какви са функциите на ядрото в клетъчния метаболизъм. Известно е, че около 60% от сухата маса на тази органела се дължи на протеините, които изграждат хроматина, рибозомните частици, а също и от самите нуклеоларни протеини. Нека се спрем на тях по-подробно. Някои от протеините участват в обработката – образуването на зряла рибозомна РНК. Те включват РНК полимераза 1 и нуклеаза, които премахват допълнителни триплети от краищата на молекулата на рРНК. Фибриларинният протеин се намира в плътния фибриларен компонент и, подобно на нуклеазата, извършва обработка. Друг протеин е нуклеолинът. Заедно с фибриларина се намира в PFC и FC на нуклеолите и в нуклеоларните организатори на хромозомите на профазата на митозата.
Полипептид като нуклеофозина се намира в гранулираната зона и плътния фибриларен компонент, участва в образуването на рибозоми от 40 S и 60 S субединици.
Каква е функцията на ядрото
Синтезът на рибозомна РНК е основната задача, която трябва да изпълнява ядрото. По това време на повърхността му (а именно във фибриларни центрове) се извършва транскрипция с участието на ензима РНК полимераза. Върху този нуклеоларен организатор се синтезират стотици пре-рибозоми, наречени рибонуклеопротеинови глобули. Те образуват рибозомни субединици, които напускат кариоплазмата през ядрените пори и се озовават в цитоплазмата на клетката. Малката субединица 40S се свързва с информационната РНК и едва след това с тяхголямата субединица 40S е прикрепена. Образува се зряла рибозома, способна да извършва транслация - синтеза на клетъчни протеини.
В тази статия проучихме структурата и функциите на ядрото в растителните и животинските клетки.
