Ο πυρήνας σε ένα ευκαρυωτικό κύτταρο είναι το κεντρικό οργανίδιο από το οποίο εξαρτώνται η ζωτική δραστηριότητα και οι συνθετικές διεργασίες. Ένα σημαντικό μέρος του περιεχομένου του πυρήνα αντιπροσωπεύεται από νηματώδη μόρια DNA διαφορετικών βαθμών συμπίεσης σε συνδυασμό με πρωτεΐνες. Αυτές είναι η ευχρωματίνη (αποσυμπυκνωμένο DNA) και η ετεροχρωματίνη (συσκευασμένα κομμάτια DNA).
Η ευχρωματίνη παίζει σημαντικό ρόλο στη ζωή του κυττάρου. Διαβάζει την «οδηγία» για τη συναρμολόγηση του ριβονουκλεϊκού οξέος (RNA), που γίνεται η βάση για τη σύνθεση μορίων πολυπεπτιδίου.
Έχουν όλοι έναν πυρήνα;
Όλα τα έμβια όντα, από το μικρότερο έως το γίγαντα, διαθέτουν γενετικές πληροφορίες με τη μορφή δεοξυριβονουκλεϊκού οξέος. Υπάρχουν δύο βασικά διαφορετικές μορφές αναπαράστασής του στα κελιά:
- Οι προκαρυωτικοί οργανισμοί (προ-πυρηνικοί) έχουν μη διαμερισματοποιημένα κύτταρα. Η αποθήκη του μοναδικού τους κυκλικού DNA που δεν δεσμεύεται σε πρωτεΐνη είναι απλώς ένα έμπλαστροκυτταρόπλασμα που ονομάζεται νουκλεοειδές. Ο αναδιπλασιασμός του νουκλεϊκού οξέος και η πρωτεϊνοσύνθεση λαμβάνουν χώρα σε προκαρυώτες σε ένα μόνο κυτταρικό χώρο. Δεν θα τα δούμε με γυμνό μάτι, γιατί οι εκπρόσωποι αυτής της ομάδας οργανισμών είναι μικροσκοπικά, μεγέθους έως 3 μικρά, βακτήρια.
- Οι ευκαρυωτικοί οργανισμοί χαρακτηρίζονται από μια πιο σύνθετη κυτταρική δομή, όπου οι κληρονομικές πληροφορίες προστατεύονται από μια διπλή μεμβράνη του πυρήνα. Τα γραμμικά μόρια DNA, μαζί με τις πρωτεΐνες ιστόνης, σχηματίζουν χρωματίνη, η οποία παράγει ενεργά RNA με τη βοήθεια συμπλεγμάτων πολυενζύμων. Η πρωτεϊνοσύνθεση λαμβάνει χώρα στο κυτταρόπλασμα στα ριβοσώματα.
Ο σχηματιζόμενος πυρήνας στα ευκαρυωτικά κύτταρα μπορεί να φανεί κατά τη διάρκεια της μεσόφασης. Το καρυόπλασμα περιέχει μια πρωτεϊνική ραχοκοκαλιά (μήτρα), πυρήνες και σύμπλοκα νουκλεοπρωτεϊνών που αποτελούνται από τμήματα ετεροχρωματίνης και ευχρωματίνης. Αυτή η κατάσταση του πυρήνα παραμένει μέχρι την έναρξη της κυτταρικής διαίρεσης, όταν η μεμβράνη και οι πυρήνες εξαφανίζονται και τα χρωμοσώματα αποκτούν ένα συμπαγές σχήμα ράβδου.
Κύριο στον πυρήνα
Το κύριο συστατικό του περιεχομένου του πυρήνα, η χρωματίνη, είναι το σημασιολογικό του μέρος. Οι λειτουργίες του περιλαμβάνουν την αποθήκευση, υλοποίηση και μετάδοση γενετικών πληροφοριών για ένα κύτταρο ή έναν οργανισμό. Το άμεσα αντιγραφόμενο μέρος της χρωματίνης είναι η ευχρωματίνη, η οποία φέρει δεδομένα για τη δομή των πρωτεϊνών και τους διάφορους τύπους RNA.
Τα υπόλοιπα μέρη του πυρήνα εκτελούν βοηθητικές λειτουργίες, παρέχουν τις κατάλληλες συνθήκες για την εφαρμογή της γενετικής πληροφορίας:
- πυρήνα -συμπιεσμένες περιοχές πυρηνικού περιεχομένου που καθορίζουν τις θέσεις για τη σύνθεση ριβονουκλεϊκών οξέων για τα ριβοσώματα·
- μήτρα πρωτεΐνης οργανώνει τη διάταξη των χρωμοσωμάτων και ολόκληρου του περιεχομένου του πυρήνα, διατηρεί το σχήμα της.
- Το ημι-υγρό εσωτερικό περιβάλλον του πυρήνα, το καρυόπλασμα, εξασφαλίζει τη μεταφορά των μορίων και τη ροή διαφόρων βιοχημικών διεργασιών.
- Το κέλυφος δύο στρωμάτων του πυρήνα, το καρυόλεμμα, προστατεύει το γενετικό υλικό, παρέχει επιλεκτική αμφοτερόπλευρη αγωγιμότητα μορίων και μοριακών συμπλεγμάτων λόγω πολύπλοκων πυρηνικών πόρων.
Η
Τι σημαίνει χρωματίνη
Η χρωματίνη πήρε το όνομά της το 1880 χάρη στα πειράματα του Flemming για την παρατήρηση κυττάρων. Το γεγονός είναι ότι κατά τη στερέωση και τη χρώση, ορισμένα μέρη του κυττάρου εκδηλώνονται ιδιαίτερα καλά ("χρωματίνη" σημαίνει "χρωματισμένο"). Αργότερα αποδείχθηκε ότι αυτό το συστατικό αντιπροσωπεύεται από το DNA με πρωτεΐνες, το οποίο, λόγω των όξινων ιδιοτήτων του, αντιλαμβάνεται ενεργά τις αλκαλικές βαφές.
Τα χρωματισμένα χρωμοσώματα είναι ορατά στο κεντρικό τμήμα του κυττάρου στη φωτογραφία, σχηματίζοντας μια πλάκα μετάφασης.
Μορφές ύπαρξης DNA
Στα κύτταρα των ευκαρυωτικών οργανισμών, τα σύμπλοκα νουκλεοπρωτεϊνών της χρωματίνης μπορεί να βρίσκονται σε δύο καταστάσεις.
- Στη διαδικασία της κυτταρικής διαίρεσης, το DNA φθάνει στη μέγιστη συστροφή του και αντιπροσωπεύεται από μιτωτικά χρωμοσώματα. Κάθε κλώνος σχηματίζει ένα ξεχωριστό χρωμόσωμα.
- Κατά τη μεσοφάση, όταν το κυτταρικό DNA είναι πιο αποσυμπυκνωμένο, η χρωματίνη γεμίζει ομοιόμορφαχώρο του πυρήνα ή σχηματίζει συστάδες ορατές σε ένα μικροσκόπιο φωτός. Τέτοια χρωμοκέντρα εντοπίζονται συχνότερα κοντά στην πυρηνική μεμβράνη.
Αυτές οι καταστάσεις είναι εναλλακτικές μεταξύ τους, τα πλήρως συμπιεσμένα χρωμοσώματα δεν διατηρούνται στη μεσοφάση.
Ευχχρωματίνη και ετεροχρωματίνη
Η χρωματίνη ενδιάμεσης φάσης είναι ένα χρωμόσωμα που έχει χάσει το συμπαγές σχήμα του. Οι βρόχοι τους χαλαρώνουν, γεμίζοντας τον όγκο του πυρήνα. Υπάρχει άμεση σχέση μεταξύ του βαθμού αποσυμπύκνωσης και της λειτουργικής δραστηριότητας της χρωματίνης.
Τα μέρη του, εντελώς «ξεδιαλυμένα», ονομάζονται διάχυτη ή ενεργή χρωματίνη. Είναι πρακτικά αόρατο σε μικροσκόπιο φωτός μετά τη χρώση. Αυτό συμβαίνει επειδή η έλικα του DNA έχει πάχος μόνο 2 nm. Το άλλο του όνομα είναι ευχρωματίνη.
Αυτή η κατάσταση παρέχει στα ενζυματικά σύμπλοκα πρόσβαση σε σημασιολογικά θραύσματα DNA, την ελεύθερη προσκόλληση και λειτουργία τους. Η δομή του αγγελιαφόρου RNA (μεταγραφή) διαβάζεται από διάχυτες περιοχές από RNA πολυμεράσες ή το ίδιο το DNA αντιγράφεται (αντιγραφή). Όσο υψηλότερη είναι η συνθετική δραστηριότητα του κυττάρου αυτή τη στιγμή, τόσο μεγαλύτερη είναι η αναλογία της ευχρωματίνης στον πυρήνα.
Διάχυτες τομές χρωματίνης εναλλάσσονται με συμπαγείς, διαφορετικά στριμμένες ζώνες ετεροχρωματίνης. Λόγω της μεγαλύτερης πυκνότητας, η χρωματισμένη ετεροχρωματίνη είναι καθαρά ορατή στους μεσοφασικούς πυρήνες.
Το σχήμα δείχνει χρωματίνη διαφορετικών βαθμών συμπύκνωσης:
- 1 - δίκλωνο μόριο DNA;
- 2 - ιστόνηπρωτεΐνες;
- 3 - Το DNA τυλιγμένο γύρω από το σύμπλεγμα ιστόνης για 1,67 στροφές σχηματίζει ένα νουκλεόσωμα.
- 4 - ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα;
- 5 - μεσοφασικό χρωμόσωμα.
λεπτότητες του ορισμού
Η ευχρωματίνη σε μια συγκεκριμένη χρονική στιγμή μπορεί να μην εμπλέκεται σε συνθετικές διαδικασίες. Σε αυτήν την περίπτωση, είναι προσωρινά σε πιο συμπαγή κατάσταση και μπορεί να εκληφθεί λανθασμένα με ετεροχρωματίνη.
Η πραγματική ετεροχρωματίνη, ονομάζεται επίσης συστατική, δεν φέρει σημασιολογικό φορτίο και αποσυμπυκνώνεται μόνο στη διαδικασία της αντιγραφής. Το DNA σε αυτές τις θέσεις περιέχει σύντομες, επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες που δεν κωδικοποιούν αμινοξέα. Στα μιτωτικά χρωμοσώματα, βρίσκονται στην περιοχή της πρωταρχικής συστολής και των τελομερών απολήξεων. Διαχωρίζουν επίσης τμήματα του μεταγραμμένου DNA, σχηματίζοντας ενδιάμεσα (ενδιάμεσα) θραύσματα.
Πώς "λειτουργεί" η ευχρωματίνη
Η ευχρωματίνη περιέχει γονίδια που τελικά καθορίζουν τη δομή των πρωτεϊνών (δομικά γονίδια). Η αποκωδικοποίηση της νουκλεοτιδικής αλληλουχίας σε πρωτεΐνη πραγματοποιείται με τη βοήθεια ενός ενδιάμεσου μέσου ικανού, σε αντίθεση με τα χρωμοσώματα, να εγκαταλείψει τον πυρήνα - αγγελιοφόρο RNA.
Κατά τη διάρκεια της μεταγραφής, το RNA συντίθεται σε ένα εκμαγείο DNA από ελεύθερα νουκλεοτίδια αδενυλίου, ουριδυλίου, κυτιδυλίου και γουανυλίου. Η μεταγραφή πραγματοποιείται από το ένζυμο σύμπλοκο RNA πολυμεράση.
Μερικά γονίδια καθορίζουν την αλληλουχία άλλων τύπων RNA (μεταφοράς και ριβοσώματος) που είναι απαραίτητα για την ολοκλήρωση των διεργασιών της πρωτεϊνικής σύνθεσης στο κυτταρόπλασμα απόαμινοξέα.
Η ετεροχρωματίνη ενός μεμονωμένου χρωμοσώματος συχνά συγκεντρώνεται σε ένα καλά σημειωμένο χρωμόσωμα. Γύρω του υπάρχουν θηλιές αποσπείρας ευχρωματίνης. Χάρη σε αυτή τη διαμόρφωση του πυρήνα του DNA, τα σύμπλοκα ενζύμων και τα ελεύθερα νουκλεοτίδια, απαραίτητα για την υλοποίηση των λειτουργιών της ευχρωματίνης, ταιριάζουν εύκολα στα σημασιολογικά μέρη.
