Клетъчното ядро е нейната най-важна органела, мястото за съхранение и възпроизвеждане на наследствена информация. Това е мембранна структура, която заема 10-40% от клетката, чиито функции са много важни за живота на еукариотите. Въпреки това, дори и без наличието на ядро, е възможно реализирането на наследствена информация. Пример за този процес е жизнената активност на бактериалните клетки. Независимо от това, структурните характеристики на ядрото и неговото предназначение са много важни за многоклетъчния организъм.
Местоположение на ядрото в клетката и неговата структура
Ядрото е разположено в дебелината на цитоплазмата и е в пряк контакт с грубия и гладък ендоплазмен ретикулум. Той е заобиколен от две мембрани, между които е перинуклеарното пространство. Вътре в ядрото има матрица, хроматин и някои нуклеоли.
Някои зрели човешки клетки нямат ядро, докато други функционират при условия на силно инхибиране на тяхната активност. Като цяло структурата на ядрото (схема) е представена като ядрена кухина, ограничена от кариолема от клетката, съдържаща хроматин и ядра, фиксирани в нуклеоплазматаядрена матрица.
Структура на кариолемата
За удобство на изучаването на ядрената клетка, последната трябва да се възприема като мехурчета, ограничени от черупки от други мехурчета. Ядрото е мехурче с наследствена информация, разположена в дебелината на клетката. Той е защитен от цитоплазмата си от двуслойна липидна мембрана. Структурата на обвивката на ядрото е подобна на клетъчната мембрана. Всъщност те се отличават само с името и броя на слоевете. Без всичко това те са идентични по структура и функция.
Структурата на кариолемата (ядрена мембрана) е двуслойна: състои се от два липидни слоя. Външният билипиден слой на кариолемата е в пряк контакт с грубия ретикулум на клетъчната ендоплазма. Вътрешна кариолема - със съдържанието на ядрото. Между външната и вътрешната кариомембрана има перинуклеарно пространство. Явно се е образувал поради електростатични явления - отблъскване на области от остатъци от глицерол.
Функцията на ядрената мембрана е да създаде механична бариера, която отделя ядрото от цитоплазмата. Вътрешната мембрана на ядрото служи като място за фиксиране на ядрената матрица - верига от протеинови молекули, които поддържат обемната структура. Има специални пори в две ядрени мембрани: информационната РНК навлиза в цитоплазмата през тях до рибозомите. В самата дебелина на ядрото има няколко нуклеоли и хроматин.
Вътрешна структура на нуклеоплазмата
Особеностите на структурата на ядрото ни позволяват да го сравним със самата клетка. Вътре в ядрото има и специална среда (нуклеоплазма),представено от гел-зол, колоиден разтвор на протеини. Вътре в него има нуклеоскелет (матрица), представен от фибриларни протеини. Основната разлика се състои само във факта, че в ядрото присъстват предимно кисели протеини. Очевидно такава реакция на околната среда е необходима за запазване на химичните свойства на нуклеиновите киселини и възникването на биохимични реакции.
Nucleolus
Структурата на клетъчното ядро не може да бъде завършена без ядрото. Това е спирализирана рибозомна РНК, която е в етап на съзряване. По-късно от него ще се получи рибозома - органел, необходим за синтеза на протеини. В структурата на ядрото се разграничават два компонента: фибриларен и глобуларен. Те се различават само по електронна микроскопия и нямат свои собствени мембрани.
Фибриларният компонент е в центъра на ядрото. Това е верига от рибозомен тип РНК, от която ще бъдат сглобени рибозомни субединици. Ако разгледаме ядрото (структура и функции), тогава е очевидно, че впоследствие от тях ще се образува гранулиран компонент. Това са същите зреещи рибозомни субединици, които са в по-късните етапи на своето развитие. Те скоро образуват рибозоми. Те се отстраняват от нуклеоплазмата през ядрените пори на кариолемата и навлизат в мембраната на грубия ендоплазмен ретикулум.
Хроматин и хромозоми
Структурата и функциите на клетъчното ядро са органично свързани: има само онези структури, които са необходими за съхраняване и възпроизвеждане на наследствена информация. Има и кариоскелет(ядрен матрикс), чиято функция е да поддържа формата на органела. Въпреки това, най-важният компонент на ядрото е хроматинът. Това са хромозоми, които играят ролята на файлови шкафове на различни групи гени.
Хроматинът е сложен протеин, който се състои от полипептид с кватернерна структура, свързан с нуклеинова киселина (РНК или ДНК). Хроматинът присъства и в бактериалните плазмиди. Почти една четвърт от общото тегло на хроматина се състои от хистони - протеини, отговорни за "опаковането" на наследствената информация. Тази особеност на структурата се изучава от биохимията и биологията. Структурата на ядрото е сложна именно поради хроматина и наличието на процеси, редуващи неговата спирализация и деспирализация.
Наличието на хистони прави възможно кондензирането и завършването на ДНК веригата на малко място - в клетъчното ядро. Това се случва по следния начин: хистоните образуват нуклеозоми, които са структура като мъниста. H2B, H3, H2A и H4 са основните хистонови протеини. Нуклеозомата се образува от четири двойки от всеки от представените хистони. В същото време хистон Н1 е линкер: той е свързан с ДНК на мястото на влизане в нуклеозомата. Опаковката на ДНК се получава в резултат на "навиването" на линейна молекула около 8 протеина на хистонова структура.
Структурата на ядрото, чиято схема е представена по-горе, предполага наличието на подобна на соленоид структура на ДНК, завършена върху хистони. Дебелината на този конгломерат е около 30 nm. В същото време структурата може да бъде допълнително уплътнена, за да заеме по-малко място и да бъде по-малко изложенамеханични повреди, които неизбежно възникват по време на живота на клетката.
Хроматин фракции
Структурата, структурата и функциите на клетъчното ядро са фокусирани върху поддържането на динамичните процеси на спирализация и деспирализация на хроматина. Следователно има две основни фракции от него: силно спирализирана (хетерохроматин) и леко спирализирана (еухроматин). Те са разделени както структурно, така и функционално. В хетерохроматина ДНК е добре защитена от всякакви влияния и не може да бъде транскрибирана. Еухроматинът е по-малко защитен, но гените могат да бъдат дублирани за протеинов синтез. Най-често участъците от хетерохроматин и еухроматин се редуват по цялата дължина на цялата хромозома.
Хромозоми
Клетъчното ядро, чиято структура и функции са описани в тази публикация, съдържа хромозоми. Това е сложен и компактно опакован хроматин, който може да се види под светлинна микроскопия. Това обаче е възможно само ако клетката се намира върху предметното стъкло на етапа на митотично или мейотично делене. Един от етапите е спирализацията на хроматина с образуването на хромозоми. Тяхната структура е изключително проста: хромозомата има теломер и две рамена. Всеки многоклетъчен организъм от един и същи вид има една и съща структура на ядрото. Неговата таблица с набор от хромозоми също е подобна.
Внедряване на функции на ядрото
Основните особености на структурата на ядрото са свързани с изпълнението на определени функции и необходимостта от тяхното контролиране. Ядрото играе ролята на хранилище на наследствена информация, тоест е един вид файлов шкаф снаписани последователности от аминокиселини на всички протеини, които могат да бъдат синтезирани в клетката. Това означава, че за да изпълнява някаква функция, клетката трябва да синтезира протеин, чиято структура е кодирана в гена.
За да може ядрото да "разбере" кой конкретен протеин трябва да бъде синтезиран в точното време, има система от външни (мембранни) и вътрешни рецептори. Информацията от тях идва в ядрото чрез молекулярни предаватели. Най-често това се осъществява чрез аденилатциклазния механизъм. Ето как действат върху клетката хормоните (адреналин, норепинефрин) и някои лекарства с хидрофилна структура.
Вторият механизъм за трансфер на информация е вътрешен. Характерно е за липофилните молекули - кортикостероидите. Това вещество прониква в билипидната мембрана на клетката и отива в ядрото, където взаимодейства с нейния рецептор. В резултат на активирането на рецепторни комплекси, разположени върху клетъчната мембрана (аденилатциклазен механизъм) или върху кариолемата, се задейства реакцията на активиране на определен ген. Той се възпроизвежда, на негова основа се изгражда информационна РНК. По-късно, според структурата на последния, се синтезира протеин, който изпълнява определена функция.
Ядрото на многоклетъчните организми
В многоклетъчния организъм структурните характеристики на ядрото са същите като при едноклетъчния. Въпреки че има някои нюанси. Първо, многоклетъчността предполага, че определен брой клетки ще имат своя собствена специфична функция (или няколко). Това означава, че някои гени винаги ще бъдатдеспирализиран, докато другите са неактивни.
Например, в клетките на мастната тъкан, протеиновият синтез ще бъде неактивен и следователно по-голямата част от хроматина е спирализирана. И в клетките, например, екзокринната част на панкреаса, процесите на биосинтеза на протеини продължават. Следователно техният хроматин е деспирализиран. В онези области, чиито гени се репликират най-често. В същото време е важна ключова характеристика: хромозомният набор на всички клетки на един организъм е еднакъв. Само поради диференцирането на функциите в тъканите, някои от тях са изключени от работа, докато други се деспирализират по-често от други.
Ядрени клетки на тялото
Има клетки, чиито структурни особености на ядрото може да не се вземат предвид, тъй като в резултат на жизнената си дейност те или инхибират неговата функция, или напълно се освобождават от нея. Най-простият пример са червените кръвни клетки. Това са кръвни клетки, чието ядро присъства само в ранните етапи на развитие, когато се синтезира хемоглобин. Веднага щом има достатъчно от него за пренасяне на кислород, ядрото се отстранява от клетката, за да се улесни, без да се пречи на транспорта на кислород.
Общо казано, еритроцитът е цитоплазмен сак, пълен с хемоглобин. Подобна структура е характерна за мастните клетки. Структурата на клетъчното ядро на адипоцитите е изключително опростена, намалява и се измества към мембраната, а процесите на протеинов синтез са максимално инхибирани. Тези клетки също приличат на "торбички", пълни с мазнини, въпреки че, разбира се, разнообразиетов тях има малко повече биохимични реакции, отколкото в еритроцитите. Тромбоцитите също нямат ядро, но не трябва да се считат за пълноценни клетки. Това са фрагменти от клетки, необходими за осъществяване на процесите на хемостаза.
