Ядрото в еукариотната клетка е централната органела, от която зависят жизнената дейност и синтетичните процеси. Значителна част от съдържанието на ядрото е представено от нишковидни ДНК молекули с различна степен на уплътняване в комбинация с протеини. Това са еухроматин (декондензирана ДНК) и хетерохроматин (плътно опаковани парчета ДНК).
Еухроматинът играе важна роля в живота на клетката. В него се чете "инструкцията" за сглобяването на рибонуклеинова киселина (РНК), която става основа за синтеза на полипептидни молекули.
Всеки има ли ядро?
Всички живи същества, от най-малките до гигантите, са снабдени с генетична информация под формата на дезоксирибонуклеинова киселина. Има две фундаментално различни форми на представянето му в клетки:
- Прокариотните организми (предядрени) имат клетки без компартменти. Хранилището на тяхната единствена кръгова ДНК, която не е свързана с протеини, е просто пластирцитоплазма, наречена нуклеоид. Репликацията на нуклеинова киселина и протеиновият синтез се извършват в прокариотите в едно клетъчно пространство. Няма да ги видим с просто око, защото представителите на тази група организми са микроскопични, до 3 микрона големи, бактерии.
- Еукариотните организми се характеризират с по-сложна клетъчна структура, където наследствената информация е защитена от двойна мембрана на ядрото. Линейните ДНК молекули, заедно с хистонови протеини, образуват хроматин, който активно произвежда РНК с помощта на полиензимни комплекси. Синтезът на протеин се осъществява в цитоплазмата върху рибозомите.
Образуваното ядро в еукариотните клетки може да се види по време на интерфазата. Кариоплазмата съдържа протеинов гръбнак (матрикс), нуклеоли и нуклеопротеинови комплекси, състоящи се от участъци от хетерохроматин и еухроматин. Това състояние на ядрото се запазва до началото на клетъчното делене, когато мембраната и нуклеолите изчезват и хромозомите придобиват компактна пръчковидна форма.
Основно в ядрото
Основният компонент на съдържанието на ядрото, хроматинът, е неговата семантична част. Неговите функции включват съхранение, внедряване и предаване на генетична информация за клетка или организъм. Директно репликираната част на хроматина е еухроматин, който носи данни за структурата на протеините и различните видове РНК.
Останалите части на ядрото изпълняват спомагателни функции, осигуряват подходящи условия за прилагане на генетична информация:
- нуклеоли -уплътнени области с ядрено съдържание, които определят местата за синтез на рибонуклеинови киселини за рибозоми;
- протеиновата матрица организира подреждането на хромозомите и цялото съдържание на ядрото, поддържа формата си;
- Полутечната вътрешна среда на ядрото, кариоплазмата, осигурява транспортирането на молекули и протичането на различни биохимични процеси;
- Двуслойната обвивка на ядрото, кариолемата, защитава генетичния материал, осигурява селективно двустранно провеждане на молекули и молекулярни комплекси поради сложни ядрени пори.
Какво означава хроматин
Хроматин получава името си през 1880 г. благодарение на експериментите на Флеминг за наблюдение на клетките. Факт е, че по време на фиксиране и оцветяване някои части от клетката се проявяват особено добре („хроматин“означава „оцветен“). По-късно се оказа, че този компонент е представен от ДНК с протеини, която поради киселинните си свойства активно възприема алкалните багрила.
Оцветените хромозоми се виждат в централната част на клетката на снимката, образувайки метафазна плоча.
Форми на съществуване на ДНК
В клетките на еукариотните организми нуклеопротеиновите комплекси на хроматина могат да бъдат в две състояния.
- В процеса на клетъчно делене, ДНК достига максималното си усукване и е представена от митотични хромозоми. Всяка нишка образува отделна хромозома.
- По време на интерфаза, когато клетъчната ДНК е най-декондензирана, хроматинът се запълва равномернопространство на ядрото или образува бучки, видими в светлинен микроскоп. Такива хромоцентри се откриват по-често близо до ядрената мембрана.
Тези състояния са алтернативни едно на друго, напълно уплътнените хромозоми не се запазват в интерфазата.
Еухроматин и хетерохроматин
Интерфазният хроматин е хромозома, която е загубила своята компактна форма. Техните бримки се разхлабват, запълвайки обема на ядрото. Съществува пряка връзка между степента на декондензация и функционалната активност на хроматина.
Неговите части, напълно "разплетени", се наричат дифузен или активен хроматин. Той е практически невидим под светлинен микроскоп след оцветяване. Това е така, защото спиралата на ДНК е с дебелина само 2 nm. Другото му име е еухроматин.
Това състояние осигурява на ензимните комплекси достъп до семантични ДНК фрагменти, тяхното свободно прикрепване и функциониране. Структурата на информационната РНК (транскрипция) се чете от дифузни области чрез РНК полимерази или самата ДНК се копира (репликация). Колкото по-висока е синтетичната активност на клетката в момента, толкова по-голям е делът на еухроматин в ядрото.
Дифузни участъци от хроматин се редуват с компактни, различно усукани зони на хетерохроматин. Поради по-голямата плътност, оцветеният хетерохроматин се вижда ясно в интерфазните ядра.
Фигурата показва хроматин с различна степен на уплътняване:
- 1 - двуверижна ДНК молекула;
- 2 - хистонпротеини;
- 3 - ДНК, увита около хистоновия комплекс за 1,67 оборота, образува нуклеозома;
- 4 - соленоид;
- 5 - интерфазна хромозома.
Тънкостите на дефиницията
Еухроматин в определен момент от време може да не участва в синтетични процеси. В този случай той е временно в по-компактно състояние и може да бъде сбъркан с хетерохроматин.
Истинският хетерохроматин, нарича се още конститутивен, не носи семантичен товар и се декондензира само в процеса на репликация. ДНК на тези места съдържа къси, повтарящи се последователности, които не кодират аминокиселини. В митотичните хромозоми те са в областта на първичната констрикция и теломерните окончания. Те също така отделят участъци от транскрибирана ДНК, образувайки интеркаларни (интеркаларни) фрагменти.
Как "работи" еухроматин
Euchromatin съдържа гени, които в крайна сметка определят структурата на протеините (структурни гени). Декодирането на нуклеотидната последователност в протеин става с помощта на посредник, способен, за разлика от хромозомите, да напусне ядрото - информационна РНК.
По време на транскрипция, РНК се синтезира върху ДНК шаблон от свободни аденил, уридил, цитидил и гуанил нуклеотиди. Транскрипцията се извършва от ензимния комплекс РНК полимераза.
Някои гени определят последователността на други видове РНК (транспортна и рибозомна), необходими за завършване на процесите на протеинов синтез в цитоплазмата отаминокиселини.
Хетерохроматинът на една хромозома често се събира в добре маркиран хромоцентър. Около него има бримки от деспирализиран еухроматин. Благодарение на тази конфигурация на ядрото на ДНК, ензимните комплекси и свободните нуклеотиди, необходими за изпълнението на функциите на еухроматина, лесно се вписват в семантичните части.
