Η δομή και οι λειτουργίες του κυττάρου έχουν υποστεί πολλές αλλαγές στην πορεία της εξέλιξης. Της εμφάνισης νέων οργανιδίων είχαν προηγηθεί μετασχηματισμοί στην ατμόσφαιρα και τη λιθόσφαιρα του νεαρού πλανήτη. Ένα από τα σημαντικά αποκτήματα ήταν ο κυτταρικός πυρήνας. Οι ευκαρυωτικοί οργανισμοί έλαβαν, λόγω της παρουσίας ξεχωριστών οργανιδίων, σημαντικά πλεονεκτήματα έναντι των προκαρυωτικών και γρήγορα άρχισαν να κυριαρχούν.
Ο κυτταρικός πυρήνας, η δομή και οι λειτουργίες του οποίου είναι κάπως διαφορετικές σε διαφορετικούς ιστούς και όργανα, έχει βελτιώσει την ποιότητα της βιοσύνθεσης RNA και τη μετάδοση κληρονομικών πληροφοριών.
Origin
Μέχρι σήμερα, υπάρχουν δύο κύριες υποθέσεις σχετικά με το σχηματισμό ενός ευκαρυωτικού κυττάρου. Σύμφωνα με τη συμβιωτική θεωρία, τα οργανίδια (όπως τα μαστίγια ή τα μιτοχόνδρια) ήταν κάποτε ξεχωριστοί προκαρυωτικοί οργανισμοί. Οι πρόγονοι των σύγχρονων ευκαρυωτών τους κατασπάραξαν. Το αποτέλεσμα ήταν ένας συμβιωτικός οργανισμός.
Ο πυρήνας σχηματίστηκε ως αποτέλεσμα της προεξοχής προς τα μέσατμήμα της κυτταροπλασματικής μεμβράνης. Αυτό ήταν ένα απαραίτητο απόκτημα στον δρόμο για την κατάκτηση ενός νέου τρόπου διατροφής, της φαγοκυττάρωσης, από το κύτταρο. Η σύλληψη της τροφής συνοδεύτηκε από αύξηση του βαθμού κυτταροπλασματικής κινητικότητας. Τα γενοφόρα, που ήταν το γενετικό υλικό ενός προκαρυωτικού κυττάρου και προσκολλημένα στα τοιχώματα, έπεσαν σε ζώνη ισχυρής «ροής» και χρειάζονταν προστασία. Ως αποτέλεσμα, σχηματίστηκε μια βαθιά διείσδυση ενός τμήματος της μεμβράνης που περιείχε προσκολλημένα γονοφόρα. Αυτή η υπόθεση υποστηρίζεται από το γεγονός ότι το κέλυφος του πυρήνα είναι άρρηκτα συνδεδεμένο με την κυτταροπλασματική μεμβράνη του κυττάρου.
Υπάρχει μια άλλη εκδοχή της εξέλιξης των γεγονότων. Σύμφωνα με την ιογενή υπόθεση της προέλευσης του πυρήνα, σχηματίστηκε ως αποτέλεσμα μόλυνσης ενός αρχαίου αρχαϊκού κυττάρου. Ένας ιός DNA διείσδυσε σε αυτό και σταδιακά απέκτησε τον πλήρη έλεγχο των διεργασιών της ζωής. Οι επιστήμονες που θεωρούν αυτή τη θεωρία πιο σωστή, δίνουν πολλά επιχειρήματα υπέρ της. Ωστόσο, μέχρι σήμερα, δεν υπάρχουν οριστικά στοιχεία για καμία από τις υπάρχουσες υποθέσεις.
Ένα ή περισσότερα
Τα περισσότερα από τα κύτταρα των σύγχρονων ευκαρυωτών έχουν πυρήνα. Η συντριπτική τους πλειοψηφία περιέχει μόνο ένα τέτοιο οργανίδιο. Υπάρχουν, ωστόσο, κύτταρα που έχουν χάσει τον πυρήνα λόγω κάποιων λειτουργικών χαρακτηριστικών. Αυτά περιλαμβάνουν, για παράδειγμα, ερυθροκύτταρα. Υπάρχουν επίσης κύτταρα με δύο (κιλιάτες) και μάλιστα αρκετούς πυρήνες.
Δομή του κυτταρικού πυρήνα
Ανεξάρτητα από τα χαρακτηριστικά του οργανισμού, η δομή του πυρήνα χαρακτηρίζεται από ένα σύνολο τυπικώνοργανίδια. Διαχωρίζεται από τον εσωτερικό χώρο του κυττάρου με διπλή μεμβράνη. Σε ορισμένα σημεία, το εσωτερικό και το εξωτερικό του στρώμα συγχωνεύονται, σχηματίζοντας πόρους. Η λειτουργία τους είναι να ανταλλάσσουν ουσίες μεταξύ του κυτταροπλάσματος και του πυρήνα.
Ο χώρος των οργανιδίων είναι γεμάτος με καρυόπλασμα, που ονομάζεται επίσης πυρηνικός χυμός ή νουκλεόπλασμα. Περιέχει χρωματίνη και τον πυρήνα. Μερικές φορές το τελευταίο από τα ονομαζόμενα οργανίδια του κυτταρικού πυρήνα δεν υπάρχει σε ένα μόνο αντίγραφο. Σε ορισμένους οργανισμούς, οι πυρήνες, αντίθετα, απουσιάζουν.
Μεμβράνη
Η πυρηνική μεμβράνη σχηματίζεται από λιπίδια και αποτελείται από δύο στρώματα: το εξωτερικό και το εσωτερικό. Στην πραγματικότητα, αυτή είναι η ίδια κυτταρική μεμβράνη. Ο πυρήνας επικοινωνεί με τα κανάλια του ενδοπλασματικού δικτύου μέσω του περιπυρηνικού χώρου, μιας κοιλότητας που σχηματίζεται από δύο στρώματα της μεμβράνης.
Η εξωτερική και η εσωτερική μεμβράνη έχουν τα δικά τους δομικά χαρακτηριστικά, αλλά είναι γενικά αρκετά παρόμοια.
Πιο κοντά στο κυτταρόπλασμα
Το εξωτερικό στρώμα περνά στη μεμβράνη του ενδοπλασματικού δικτύου. Η κύρια διαφορά του από το τελευταίο είναι η σημαντικά υψηλότερη συγκέντρωση πρωτεϊνών στη δομή. Η μεμβράνη σε άμεση επαφή με το κυτταρόπλασμα του κυττάρου καλύπτεται με ένα στρώμα ριβοσωμάτων από το εξωτερικό. Συνδέεται με την εσωτερική μεμβράνη με πολλούς πόρους, οι οποίοι είναι μάλλον μεγάλα σύμπλοκα πρωτεϊνών.
Εσωτερικό στρώμα
Η μεμβράνη που βλέπει στον κυτταρικό πυρήνα, σε αντίθεση με την εξωτερική, είναι λεία, δεν καλύπτεται από ριβοσώματα. Περιορίζει το καρυόπλασμα. Χαρακτηριστικό χαρακτηριστικό της εσωτερικής μεμβράνης είναι ένα στρώμα πυρηνικού ελάσματος που την επενδύει από το πλάι,σε επαφή με το πυρηνόπλασμα. Αυτή η ειδική δομή πρωτεΐνης διατηρεί το σχήμα του φακέλου, εμπλέκεται στη ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης και επίσης προάγει τη σύνδεση της χρωματίνης στην πυρηνική μεμβράνη.
Μεταβολισμός
Η αλληλεπίδραση του πυρήνα και του κυτταροπλάσματος πραγματοποιείται μέσω των πυρηνικών πόρων. Είναι μάλλον πολύπλοκες δομές που σχηματίζονται από 30 πρωτεΐνες. Ο αριθμός των πόρων σε έναν πυρήνα μπορεί να είναι διαφορετικός. Εξαρτάται από τον τύπο του κυττάρου, του οργάνου και του οργανισμού. Έτσι, στον άνθρωπο, ο κυτταρικός πυρήνας μπορεί να έχει από 3 έως 5 χιλιάδες πόρους, σε ορισμένους βατράχους φτάνει τους 50.000.
Η κύρια λειτουργία των πόρων είναι η ανταλλαγή ουσιών μεταξύ του πυρήνα και του υπόλοιπου κυτταρικού χώρου. Ορισμένα μόρια περνούν μέσα από τους πόρους παθητικά, χωρίς πρόσθετη δαπάνη ενέργειας. Είναι μικρά σε μέγεθος. Η μεταφορά μεγάλων μορίων και υπερμοριακών συμπλεγμάτων απαιτεί την κατανάλωση ορισμένης ποσότητας ενέργειας.
Τα μόρια
RNA που συντίθενται στον πυρήνα εισέρχονται στο κύτταρο από το καρυόπλασμα. Οι πρωτεΐνες που είναι απαραίτητες για τις ενδοπυρηνικές διεργασίες μεταφέρονται προς την αντίθετη κατεύθυνση.
Nucleoplasma
Ο πυρηνικός χυμός είναι ένα κολλοειδές διάλυμα πρωτεϊνών. Οριοθετείται από το πυρηνικό περίβλημα και περιβάλλει τη χρωματίνη και τον πυρήνα. Το νουκλεόπλασμα είναι ένα παχύρρευστο υγρό στο οποίο διαλύονται διάφορες ουσίες. Αυτά περιλαμβάνουν νουκλεοτίδια και ένζυμα. Τα πρώτα είναι απαραίτητα για τη σύνθεση DNA. Τα ένζυμα εμπλέκονται στη μεταγραφή καθώς και στην επιδιόρθωση και αντιγραφή του DNA.
Η δομή του πυρηνικού χυμού αλλάζει ανάλογα με την κατάσταση του κυττάρου. Υπάρχουν δύο από αυτά - ακίνητα καιπου συμβαίνει κατά τη διαίρεση. Το πρώτο είναι χαρακτηριστικό της ενδιάμεσης φάσης (ο χρόνος μεταξύ των διαιρέσεων). Ταυτόχρονα, ο πυρηνικός χυμός διακρίνεται από ομοιόμορφη κατανομή νουκλεϊκών οξέων και αδόμητων μορίων DNA. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, το κληρονομικό υλικό υπάρχει με τη μορφή χρωματίνης. Η διαίρεση του κυτταρικού πυρήνα συνοδεύεται από τη μετατροπή της χρωματίνης σε χρωμοσώματα. Αυτή τη στιγμή, η δομή του καρυοπλάσματος αλλάζει: το γενετικό υλικό αποκτά μια ορισμένη δομή, το πυρηνικό περίβλημα καταστρέφεται και το καρυόπλασμα αναμιγνύεται με το κυτταρόπλασμα.
Χρωμοσώματα
Οι κύριες λειτουργίες των δομών νουκλεοπρωτεϊνών της μετασχηματισμένης χρωματίνης κατά τη στιγμή της διαίρεσης είναι η αποθήκευση, η εφαρμογή και η μετάδοση κληρονομικών πληροφοριών που περιέχονται στον πυρήνα του κυττάρου. Τα χρωμοσώματα χαρακτηρίζονται από ένα συγκεκριμένο σχήμα: χωρίζονται σε μέρη ή βραχίονες από μια πρωταρχική στένωση, που ονομάζεται επίσης κοελομερές. Ανάλογα με τη θέση του, διακρίνονται τρεις τύποι χρωμοσωμάτων:
- ραβδόμορφα ή ακροκεντρικά: χαρακτηρίζονται από την τοποθέτηση του κοελομερούς σχεδόν στο άκρο, ο ένας βραχίονας είναι πολύ μικρός,
- διαφοροποιημένοι ή υπομετακεντρικοί έχουν βραχίονες άνισου μήκους;
- ισόπλευρο ή μετακεντρικό.
Το σύνολο των χρωμοσωμάτων σε ένα κύτταρο ονομάζεται καρυότυπος. Κάθε τύπος είναι σταθερός. Σε αυτή την περίπτωση, διαφορετικά κύτταρα του ίδιου οργανισμού μπορεί να περιέχουν ένα διπλοειδές (διπλό) ή απλοειδές (μονό) σύνολο. Η πρώτη επιλογή είναι χαρακτηριστική για τα σωματικά κύτταρα, τα οποία αποτελούν κυρίως το σώμα. Το απλοειδές σύνολο είναι προνόμιο των γεννητικών κυττάρων. ανθρώπινα σωματικά κύτταραπεριέχει 46 χρωμοσώματα, φύλο - 23.
Τα χρωμοσώματα του διπλοειδούς συνόλου σχηματίζουν ζεύγη. Οι ίδιες δομές νουκλεοπρωτεϊνών που περιλαμβάνονται σε ένα ζεύγος ονομάζονται αλληλικές. Έχουν την ίδια δομή και εκτελούν τις ίδιες λειτουργίες.
Η δομική μονάδα των χρωμοσωμάτων είναι το γονίδιο. Είναι ένα τμήμα του μορίου DNA που κωδικοποιεί μια συγκεκριμένη πρωτεΐνη.
Nucleolus
Ο πυρήνας του κυττάρου έχει ένα ακόμη οργανίδιο - τον πυρήνα. Δεν διαχωρίζεται από το καρυόπλασμα με μεμβράνη, αλλά είναι εύκολο να το παρατηρήσετε κατά την εξέταση του κυττάρου με μικροσκόπιο. Μερικοί πυρήνες μπορεί να έχουν πολλαπλούς πυρήνες. Υπάρχουν επίσης εκείνα στα οποία τέτοια οργανίδια απουσιάζουν εντελώς.
Το σχήμα του πυρήνα μοιάζει με σφαίρα, έχει αρκετά μικρό μέγεθος. Περιέχει διάφορες πρωτεΐνες. Η κύρια λειτουργία του πυρήνα είναι η σύνθεση του ριβοσωμικού RNA και των ίδιων των ριβοσωμάτων. Είναι απαραίτητα για τη δημιουργία πολυπεπτιδικών αλυσίδων. Οι πυρήνες σχηματίζονται γύρω από ειδικές περιοχές του γονιδιώματος. Ονομάζονται πυρηνικοί οργανωτές. Περιέχει τα ριβοσωματικά γονίδια RNA. Ο πυρήνας, μεταξύ άλλων, είναι το μέρος με τη μεγαλύτερη συγκέντρωση πρωτεΐνης στο κύτταρο. Μέρος των πρωτεϊνών είναι απαραίτητο για την εκτέλεση των λειτουργιών του οργανοειδούς.
Ο πυρήνας αποτελείται από δύο συστατικά: κοκκώδη και ινώδη. Η πρώτη είναι οι υπομονάδες ριβοσώματος που ωριμάζουν. Στο ινιδιακό κέντρο πραγματοποιείται η σύνθεση του ριβοσωμικού RNA. Το κοκκώδες συστατικό περιβάλλει το ινώδες στοιχείο που βρίσκεται στο κέντρο του πυρήνα.
Ο πυρήνας του κυττάρου και οι λειτουργίες του
Ο ρόλος πουπαίζει τον πυρήνα, είναι άρρηκτα συνδεδεμένος με τη δομή του. Οι εσωτερικές δομές του οργανοειδούς υλοποιούν από κοινού τις πιο σημαντικές διεργασίες στο κύτταρο. Στεγάζει τις γενετικές πληροφορίες που καθορίζουν τη δομή και τη λειτουργία του κυττάρου. Ο πυρήνας είναι υπεύθυνος για την αποθήκευση και τη μετάδοση κληρονομικών πληροφοριών κατά τη διάρκεια της μίτωσης και της μείωσης. Στην πρώτη περίπτωση, το θυγατρικό κύτταρο λαμβάνει ένα σύνολο γονιδίων πανομοιότυπα με το γονέα. Ως αποτέλεσμα της μείωσης, τα γεννητικά κύτταρα σχηματίζονται με ένα απλοειδές σύνολο χρωμοσωμάτων.
Μια άλλη όχι λιγότερο σημαντική λειτουργία του πυρήνα είναι η ρύθμιση των ενδοκυτταρικών διεργασιών. Διεξάγεται ως αποτέλεσμα του ελέγχου της σύνθεσης πρωτεϊνών που είναι υπεύθυνες για τη δομή και τη λειτουργία των κυτταρικών στοιχείων.
Η επίδραση στη σύνθεση πρωτεϊνών έχει άλλη έκφραση. Ο πυρήνας, που ελέγχει τις διεργασίες μέσα στο κύτταρο, ενώνει όλα τα οργανίδια του σε ένα ενιαίο σύστημα με έναν καλά λειτουργικό μηχανισμό εργασίας. Οι αποτυχίες σε αυτό οδηγούν, κατά κανόνα, σε κυτταρικό θάνατο.
Τέλος, ο πυρήνας είναι η θέση σύνθεσης υπομονάδων ριβοσώματος, οι οποίες είναι υπεύθυνες για το σχηματισμό της ίδιας πρωτεΐνης από αμινοξέα. Τα ριβοσώματα είναι απαραίτητα στη διαδικασία της μεταγραφής.
Το ευκαρυωτικό κύτταρο είναι πιο τέλεια δομή από το προκαρυωτικό. Η εμφάνιση οργανιδίων με τη δική τους μεμβράνη κατέστησε δυνατή την αύξηση της αποτελεσματικότητας των ενδοκυτταρικών διεργασιών. Ο σχηματισμός ενός πυρήνα που περιβάλλεται από μια διπλή λιπιδική μεμβράνη έπαιξε πολύ σημαντικό ρόλο σε αυτή την εξέλιξη. Η προστασία των κληρονομικών πληροφοριών από τη μεμβράνη έδωσε τη δυνατότητα στους αρχαίους μονοκύτταρους οργανισμούς να κυριαρχήσουνοργανισμών σε νέους τρόπους ζωής. Μεταξύ αυτών ήταν η φαγοκυττάρωση, η οποία, σύμφωνα με μια εκδοχή, οδήγησε στην εμφάνιση ενός συμβιωτικού οργανισμού, ο οποίος αργότερα έγινε ο πρόγονος του σύγχρονου ευκαρυωτικού κυττάρου με όλα τα χαρακτηριστικά οργανίδια του. Ο κυτταρικός πυρήνας, η δομή και οι λειτουργίες ορισμένων νέων δομών κατέστησαν δυνατή τη χρήση οξυγόνου στο μεταβολισμό. Η συνέπεια αυτού ήταν μια βασική αλλαγή στη βιόσφαιρα της Γης, τέθηκαν τα θεμέλια για το σχηματισμό και την ανάπτυξη πολυκύτταρων οργανισμών. Σήμερα, οι ευκαρυωτικοί οργανισμοί, στους οποίους περιλαμβάνονται οι άνθρωποι, κυριαρχούν στον πλανήτη και τίποτα δεν προμηνύει αλλαγές από αυτή την άποψη.
