Το κύτταρο είναι η στοιχειώδης μονάδα των ζωντανών οργανισμών στη Γη και έχει μια πολύπλοκη χημική οργάνωση δομών που ονομάζονται οργανίδια. Αυτά περιλαμβάνουν τον πυρήνα, τη δομή και τις λειτουργίες του οποίου θα μελετήσουμε σε αυτό το άρθρο.
Χαρακτηριστικά των ευκαρυωτικών πυρήνων
Τα πυρηνικά κύτταρα περιέχουν στρογγυλεμένα οργανίδια χωρίς μεμβράνη, πιο πυκνά από το καρυόπλασμα και ονομάζονται πυρήνες ή πυρήνες. Ανακαλύφθηκαν τον 19ο αιώνα. Τώρα οι πυρήνες έχουν μελετηθεί πλήρως χάρη στην ηλεκτρονική μικροσκοπία. Σχεδόν μέχρι τη δεκαετία του '50 του 20ου αιώνα, οι λειτουργίες των πυρήνων δεν είχαν προσδιοριστεί και οι επιστήμονες θεωρούσαν αυτό το οργανίδιο, μάλλον, ως δεξαμενή εφεδρικών ουσιών που χρησιμοποιούνται κατά τη μίτωση.
Σύγχρονη έρευνα έχει αποδείξει ότι το οργανοειδές περιλαμβάνει κόκκους νουκλεοπρωτεϊνικής φύσης. Επιπλέον, βιοχημικά πειράματα έχουν επιβεβαιώσει ότι το οργανίδιο περιέχει μεγάλη ποσότητα πρωτεϊνών. Είναι αυτοί που καθορίζουν την υψηλή πυκνότητά του. Εκτός από τις πρωτεΐνες, ο πυρήνας περιέχει RNA και μικρή ποσότητα DNA.
Κυτταρικός κύκλος
Είναι ενδιαφέρον ότι στη ζωή ενός κυττάρου, το οποίο αποτελείται απόπερίοδος ανάπαυσης (ενδιάμεση φάση) και διαίρεσης (μείωση - στο φύλο, μίτωση - σε σωματικά κύτταρα), οι πυρήνες δεν διατηρούνται μόνιμα. Έτσι, στη μεσοφάση, ο πυρήνας με τον πυρήνα, του οποίου οι λειτουργίες είναι η διατήρηση του γονιδιώματος και ο σχηματισμός οργανιδίων που συνθέτουν πρωτεΐνες, είναι αναγκαστικά παρόν. Στην αρχή της κυτταρικής διαίρεσης, δηλαδή στην προφάση, εξαφανίζονται και επανασχηματίζονται μόνο στο τέλος της τελοφάσης, παραμένοντας στο κύτταρο μέχρι την επόμενη διαίρεση ή μέχρι την απόπτωση - τον θάνατό της.
διοργανωτής πυρηνικών
Στη δεκαετία του '30 του περασμένου αιώνα, οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι ο σχηματισμός πυρήνων ελέγχεται από ορισμένα τμήματα ορισμένων χρωμοσωμάτων. Περιέχουν γονίδια που αποθηκεύουν πληροφορίες σχετικά με τη δομή και τις λειτουργίες του πυρήνα στο κύτταρο. Υπάρχει συσχέτιση μεταξύ του αριθμού των πυρηνικών οργανωτών και των ίδιων των οργανιδίων. Για παράδειγμα, ο βάτραχος με νύχια περιέχει στον καρυότυπο του δύο χρωμοσώματα που σχηματίζουν πυρήνα και, κατά συνέπεια, υπάρχουν δύο πυρήνες στους πυρήνες των σωματικών του κυττάρων.
Δεδομένου ότι οι λειτουργίες του πυρήνα, καθώς και η παρουσία του, σχετίζονται στενά με την κυτταρική διαίρεση και το σχηματισμό ριβοσωμάτων, τα ίδια τα οργανίδια απουσιάζουν σε εξαιρετικά εξειδικευμένους εγκεφαλικούς ιστούς, στο αίμα, καθώς και στα βλαστομερή ενός σύνθλιψη ζυγώτη.
Ενίσχυση νουκλεολών
Στο συνθετικό στάδιο της μεσοφάσης, μαζί με τον αυτοδιπλασιασμό του DNA, υπάρχει υπερβολική αντιγραφή του αριθμού των γονιδίων rRNA. Δεδομένου ότι οι κύριες λειτουργίες του πυρήνα είναι η παραγωγή ριβοσωμάτων, ο αριθμός αυτών των οργανιδίων αυξάνεται απότομα λόγω της υπερσύνθεσης των τόπων DNA που μεταφέρουν πληροφορίες για το RNA. Νουκλεοπρωτεΐνες που δεν σχετίζονται μετα χρωμοσώματα αρχίζουν να λειτουργούν αυτόνομα. Ως αποτέλεσμα, πολλοί πυρήνες σχηματίζονται στον πυρήνα, αποστασιοποιημένοι από τα χρωμοσώματα που σχηματίζουν πυρήνα. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται ενίσχυση γονιδίου rRNA. Συνεχίζοντας τη μελέτη των λειτουργιών του πυρήνα στο κύτταρο, σημειώνουμε ότι η πιο ενεργή σύνθεσή τους συμβαίνει στην πρόφαση της αναγωγικής διαίρεσης της μείωσης, με αποτέλεσμα τα ωοκύτταρα πρώτης τάξης να περιέχουν αρκετές εκατοντάδες πυρήνες.
Η βιολογική σημασία αυτού του φαινομένου γίνεται σαφής, δεδομένου ότι στα πρώιμα στάδια της εμβρυογένεσης: σύνθλιψη και εκτόξευση, απαιτείται ένας τεράστιος αριθμός ριβοσωμάτων για τη σύνθεση του κύριου δομικού υλικού - της πρωτεΐνης. Η ενίσχυση είναι μια αρκετά κοινή διαδικασία· συμβαίνει στην ωογένεση φυτών, εντόμων, αμφιβίων, ζυμομυκήτων, καθώς και σε ορισμένους πρωτίστες.
Ιστοχημική σύνθεση του οργανιδίου
Ας συνεχίσουμε τη μελέτη των ευκαρυωτικών κυττάρων και των δομών τους και ας εξετάσουμε τον πυρήνα, η δομή και οι λειτουργίες του οποίου είναι αλληλένδετες. Έχει διαπιστωθεί ότι περιέχει τρία είδη στοιχείων:
- Πυρηνιδήματα (νηματοειδείς σχηματισμοί). Είναι ετερογενή και περιέχουν ινίδια και σβώλους. Όντας μέρος τόσο των φυτικών όσο και των ζωικών κυττάρων, τα νουκλεονήματα σχηματίζουν ινιδιακά κέντρα. Η κυτταροχημική δομή και οι λειτουργίες του πυρήνα εξαρτώνται επίσης από την παρουσία μιας μήτρας σε αυτό - ένα δίκτυο υποστηρικτικών πρωτεϊνικών μορίων της τριτογενούς δομής.
- Vacuoles (ελαφρές περιοχές).
- Κοκκώδεις κόκκοι (νουκλεολίνες).
Από την άποψη της χημικής ανάλυσης, αυτό το οργανίδιο αποτελείται σχεδόν εξ ολοκλήρου από RNA και πρωτεΐνη, καιΤο DNA βρίσκεται μόνο στην περιφέρειά του, σχηματίζοντας μια δομή σε σχήμα δακτυλίου - περιπυρηνική χρωματίνη.
Έχουμε λοιπόν διαπιστώσει ότι ο πυρήνας αποτελείται από πέντε σχηματισμούς: ινώδη και κοκκώδη κέντρα, χρωματίνη, πρωτεϊνικό δίκτυο και ένα πυκνό ινιώδες συστατικό.
Τύποι πυρηνόλιθων
Η βιοχημική δομή αυτών των οργανιδίων εξαρτάται από τον τύπο των κυττάρων στα οποία υπάρχουν, καθώς και από τα χαρακτηριστικά του μεταβολισμού τους. Υπάρχουν 5 κύριοι δομικοί τύποι πυρήνων. Το πρώτο - δικτυωτό, είναι το πιο κοινό και χαρακτηρίζεται από αφθονία πυκνού ινιδώδους υλικού, σβώλους νουκλεοπρωτεϊνών και νουκλεόνης. Η διαδικασία επανεγγραφής πληροφοριών από τους πυρηνικούς οργανωτές είναι πολύ ενεργή, επομένως τα ινιδιακά κέντρα δεν είναι ορατά στο οπτικό πεδίο του μικροσκοπίου.
Δεδομένου ότι οι κύριες λειτουργίες του πυρήνα στο κύτταρο είναι η σύνθεση ριβοσωμικών υπομονάδων, από τις οποίες σχηματίζονται οργανίδια που συνθέτουν πρωτεΐνες, ο δικτυωτός τύπος οργάνωσης είναι εγγενής τόσο στα φυτικά όσο και στα ζωικά κύτταρα. Ο δακτυλιοειδής τύπος πυρήνων βρίσκεται σε κύτταρα συνδετικού ιστού: λεμφοκύτταρα και ενδοθηλοκύτταρα, στα οποία τα γονίδια rRNA πρακτικά δεν μεταγράφονται. Υπολειμματικοί πυρήνες εμφανίζονται σε κύτταρα που έχουν χάσει εντελώς την ικανότητα μεταγραφής, όπως οι νορμοβλάστες και τα εντεροκύτταρα.
Τα διαχωρισμένα είδη είναι εγγενή σε κύτταρα που έχουν υποστεί δηλητηρίαση με καρκινογόνες ουσίες, αντιβιοτικά. Και, τέλος, ο συμπαγής τύπος του πυρήνα χαρακτηρίζεται από πολλά ινιδιακά κέντρα και μικρή ποσότηταnucleonem.
Πυρηνική μήτρα πρωτεΐνης
Ας συνεχίσουμε τη μελέτη της εσωτερικής δομής των δομών του πυρήνα και ας προσδιορίσουμε ποιες είναι οι λειτουργίες του πυρήνα στον κυτταρικό μεταβολισμό. Είναι γνωστό ότι περίπου το 60% της ξηρής μάζας αυτού του οργανιδίου οφείλεται στις πρωτεΐνες που συνθέτουν τη χρωματίνη, τα ριβοσωμικά σωματίδια και επίσης από τις ίδιες τις πυρηνικές πρωτεΐνες. Ας σταθούμε σε αυτά με περισσότερες λεπτομέρειες. Μερικές από τις πρωτεΐνες εμπλέκονται στην επεξεργασία - τον σχηματισμό ώριμου ριβοσωμικού RNA. Αυτές περιλαμβάνουν την RNA πολυμεράση 1 και τη νουκλεάση, που αφαιρούν επιπλέον τρίδυμα από τα άκρα του μορίου rRNA. Η πρωτεΐνη fibrillarin βρίσκεται στο πυκνό ινιδικό συστατικό και, όπως η νουκλεάση, πραγματοποιεί επεξεργασία. Μια άλλη πρωτεΐνη είναι η νουκλεολίνη. Μαζί με τη φιμριλλαρίνη, βρίσκεται στο PFC και στο FC των πυρήνων και στους πυρηνικούς οργανωτές των χρωμοσωμάτων της πρόφασης της μίτωσης.
Ένα πολυπεπτίδιο όπως η νουκλεοφοσίνη βρίσκεται στην κοκκώδη ζώνη και στο πυκνό ινιδικό συστατικό, εμπλέκεται στο σχηματισμό ριβοσωμάτων από 40 S και 60 S υπομονάδες.
Ποια είναι η λειτουργία του πυρήνα
Η σύνθεση του ριβοσωμικού RNA είναι η κύρια εργασία που πρέπει να εκτελέσει ο πυρήνας. Αυτή τη στιγμή, η μεταγραφή λαμβάνει χώρα στην επιφάνειά του (δηλαδή, σε ινιδιακά κέντρα) με τη συμμετοχή του ενζύμου πολυμεράσης RNA. Σε αυτόν τον πυρηνικό οργανωτή, συντίθενται εκατοντάδες προ-ριβοσώματα, που ονομάζονται ριβονουκλεοπρωτεϊνικά σφαιρίδια. Σχηματίζουν ριβοσωματικές υπομονάδες, οι οποίες φεύγουν από το καρυόπλασμα μέσω των πυρηνικών πόρων και καταλήγουν στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου. Η μικρή υπομονάδα 40S δεσμεύεται στο αγγελιοφόρο RNA και μόνο μετά σε αυτούςη μεγάλη υπομονάδα 40S είναι προσαρτημένη. Σχηματίζεται ένα ώριμο ριβόσωμα, ικανό να πραγματοποιήσει μετάφραση - τη σύνθεση κυτταρικών πρωτεϊνών.
Σε αυτό το άρθρο, μελετήσαμε τη δομή και τις λειτουργίες του πυρήνα σε φυτικά και ζωικά κύτταρα.
