Ο πυρήνας του κυττάρου είναι το πιο σημαντικό οργανίδιο του, ο τόπος αποθήκευσης και αναπαραγωγής κληρονομικών πληροφοριών. Πρόκειται για μια δομή μεμβράνης που καταλαμβάνει το 10-40% του κυττάρου, οι λειτουργίες της οποίας είναι πολύ σημαντικές για τη ζωή των ευκαρυωτών. Ωστόσο, ακόμη και χωρίς την παρουσία πυρήνα, η πραγματοποίηση κληρονομικών πληροφοριών είναι δυνατή. Ένα παράδειγμα αυτής της διαδικασίας είναι η ζωτική δραστηριότητα των βακτηριακών κυττάρων. Ωστόσο, τα δομικά χαρακτηριστικά του πυρήνα και ο σκοπός του είναι πολύ σημαντικά για έναν πολυκύτταρο οργανισμό.
Η θέση του πυρήνα στο κύτταρο και η δομή του
Ο πυρήνας βρίσκεται στο πάχος του κυτταροπλάσματος και βρίσκεται σε άμεση επαφή με το τραχύ και λείο ενδοπλασματικό δίκτυο. Περιβάλλεται από δύο μεμβράνες, μεταξύ των οποίων βρίσκεται ο περιπυρηνικός χώρος. Μέσα στον πυρήνα υπάρχει μια μήτρα, χρωματίνη και μερικοί πυρήνες.
Μερικά ώριμα ανθρώπινα κύτταρα δεν έχουν πυρήνα, ενώ άλλα λειτουργούν υπό συνθήκες σοβαρής αναστολής της δραστηριότητάς του. Γενικά, η δομή του πυρήνα (σχήμα) παρουσιάζεται ως πυρηνική κοιλότητα, που περιορίζεται από ένα καρυόλεμμα από το κύτταρο, που περιέχει χρωματίνη και πυρήνες στερεωμένους στο πυρηνόπλασμαπυρηνική μήτρα.
Δομή του καρυολέμματος
Για τη διευκόλυνση της μελέτης του κυττάρου του πυρήνα, το τελευταίο θα πρέπει να γίνεται αντιληπτό ως φυσαλίδες, που περιορίζονται από κελύφη από άλλες φυσαλίδες. Ο πυρήνας είναι μια φυσαλίδα με κληρονομικές πληροφορίες που βρίσκεται στο πάχος του κυττάρου. Προστατεύεται από το κυτταρόπλασμά του με μια διπλοστοιβάδα λιπιδική μεμβράνη. Η δομή του κελύφους του πυρήνα είναι παρόμοια με την κυτταρική μεμβράνη. Στην πραγματικότητα, διακρίνονται μόνο από το όνομα και τον αριθμό των επιπέδων. Χωρίς όλα αυτά, είναι πανομοιότυπα σε δομή και λειτουργία.
Η δομή του καρυολέμματος (πυρηνική μεμβράνη) είναι δύο στρώσεων: αποτελείται από δύο λιπιδικές στοιβάδες. Το εξωτερικό διλιπιδικό στρώμα του καρυολέμματος βρίσκεται σε άμεση επαφή με το τραχύ δίκτυο του κυτταρικού ενδοπλάσματος. Εσωτερικό καρυόλεμμα - με το περιεχόμενο του πυρήνα. Υπάρχει ένας περιπυρηνικός χώρος μεταξύ της εξωτερικής και της εσωτερικής καρυομεμβράνης. Προφανώς, σχηματίστηκε λόγω ηλεκτροστατικών φαινομένων - απώθησης περιοχών υπολειμμάτων γλυκερίνης.
Η λειτουργία της πυρηνικής μεμβράνης είναι να δημιουργεί ένα μηχανικό φράγμα που διαχωρίζει τον πυρήνα από το κυτταρόπλασμα. Η εσωτερική μεμβράνη του πυρήνα χρησιμεύει ως θέση στερέωσης για την πυρηνική μήτρα - μια αλυσίδα μορίων πρωτεΐνης που υποστηρίζουν τη δομή του όγκου. Υπάρχουν ειδικοί πόροι σε δύο πυρηνικές μεμβράνες: το αγγελιοφόρο RNA εισέρχεται στο κυτταρόπλασμα μέσω αυτών στα ριβοσώματα. Στο ίδιο το πάχος του πυρήνα υπάρχουν αρκετοί πυρήνες και χρωματίνη.
Εσωτερική δομή του νουκλεοπλάσματος
Τα χαρακτηριστικά της δομής του πυρήνα μας επιτρέπουν να τον συγκρίνουμε με το ίδιο το κύτταρο. Μέσα στον πυρήνα υπάρχει επίσης ένα ειδικό περιβάλλον (νουκλεόπλασμα),αντιπροσωπεύεται από ένα gel-sol, ένα κολλοειδές διάλυμα πρωτεϊνών. Μέσα σε αυτό υπάρχει ένας πυρηνικός σκελετός (μήτρα), που αντιπροσωπεύεται από ινώδεις πρωτεΐνες. Η κύρια διαφορά έγκειται μόνο στο γεγονός ότι στον πυρήνα υπάρχουν κυρίως όξινες πρωτεΐνες. Προφανώς, μια τέτοια αντίδραση του περιβάλλοντος χρειάζεται για να διατηρηθούν οι χημικές ιδιότητες των νουκλεϊκών οξέων και η εμφάνιση βιοχημικών αντιδράσεων.
Nucleolus
Η δομή του κυτταρικού πυρήνα δεν μπορεί να ολοκληρωθεί χωρίς τον πυρήνα. Είναι ένα σπειροειδές ριβοσωμικό RNA, το οποίο βρίσκεται στο στάδιο της ωρίμανσης. Αργότερα, ένα ριβόσωμα θα ληφθεί από αυτό - ένα οργανίδιο απαραίτητο για τη σύνθεση πρωτεϊνών. Στη δομή του πυρήνα διακρίνονται δύο συστατικά: ινώδη και σφαιρικό. Διαφέρουν μόνο από την ηλεκτρονική μικροσκοπία και δεν έχουν δικές τους μεμβράνες.
Το ινώδες συστατικό βρίσκεται στο κέντρο του πυρήνα. Είναι ένας κλώνος RNA ριβοσωμικού τύπου από τον οποίο θα συναρμολογηθούν ριβοσωματικές υπομονάδες. Εάν λάβουμε υπόψη τον πυρήνα (δομή και λειτουργίες), τότε είναι προφανές ότι στη συνέχεια θα σχηματιστεί ένα κοκκώδες στοιχείο από αυτά. Πρόκειται για τις ίδιες ωριμάζουσες ριβοσωματικές υπομονάδες που βρίσκονται στα τελευταία στάδια της ανάπτυξής τους. Σύντομα σχηματίζουν ριβοσώματα. Απομακρύνονται από το πυρηνόπλασμα μέσω των πυρηνικών πόρων του καρυολέμματος και εισέρχονται στη μεμβράνη του τραχιού ενδοπλασματικού δικτύου.
Χρωματίνη και χρωμοσώματα
Η δομή και οι λειτουργίες του κυτταρικού πυρήνα συνδέονται οργανικά: υπάρχουν μόνο εκείνες οι δομές που χρειάζονται για την αποθήκευση και την αναπαραγωγή κληρονομικών πληροφοριών. Υπάρχει και καρυοσκελετός(πυρήνα μήτρα), η λειτουργία του οποίου είναι να διατηρεί το σχήμα του οργανιδίου. Ωστόσο, το πιο σημαντικό συστατικό του πυρήνα είναι η χρωματίνη. Αυτά είναι χρωμοσώματα που παίζουν το ρόλο των ντουλαπιών αρχείων διαφόρων ομάδων γονιδίων.
Η χρωματίνη είναι μια σύνθετη πρωτεΐνη που αποτελείται από ένα πολυπεπτίδιο τεταρτοταγούς δομής συνδεδεμένο με ένα νουκλεϊκό οξύ (RNA ή DNA). Η χρωματίνη υπάρχει επίσης σε βακτηριακά πλασμίδια. Σχεδόν το ένα τέταρτο του συνολικού βάρους της χρωματίνης αποτελείται από ιστόνες – πρωτεΐνες που είναι υπεύθυνες για τη «συσκευασία» των κληρονομικών πληροφοριών. Αυτό το χαρακτηριστικό της δομής μελετάται από τη βιοχημεία και τη βιολογία. Η δομή του πυρήνα είναι πολύπλοκη ακριβώς λόγω της χρωματίνης και της παρουσίας διεργασιών που εναλλάσσουν τη σπειροειδοποίηση και την αποσπείρωση του.
Η παρουσία ιστονών καθιστά δυνατή τη συμπύκνωση και την ολοκλήρωση του κλώνου DNA σε ένα μικρό μέρος - στον πυρήνα του κυττάρου. Αυτό συμβαίνει ως εξής: οι ιστόνες σχηματίζουν νουκλεοσώματα, τα οποία είναι μια δομή σαν σφαιρίδια. Τα H2B, H3, H2A και H4 είναι οι κύριες πρωτεΐνες ιστόνης. Το νουκλεόσωμα σχηματίζεται από τέσσερα ζεύγη καθεμίας από τις παρουσιαζόμενες ιστόνες. Ταυτόχρονα, η ιστόνη Η1 είναι ένας συνδέτης: συνδέεται με το DNA στο σημείο εισόδου στο νουκλεόσωμα. Η συσκευασία του DNA προκύπτει ως αποτέλεσμα της "περιέλιξης" ενός γραμμικού μορίου γύρω από 8 πρωτεΐνες με δομή ιστόνης.
Η δομή του πυρήνα, το σχήμα του οποίου παρουσιάζεται παραπάνω, υποδηλώνει την παρουσία μιας δομής DNA που μοιάζει με σωληνοειδές συμπληρωμένη στις ιστόνες. Το πάχος αυτού του συμπλέγματος είναι περίπου 30 nm. Ταυτόχρονα, η δομή μπορεί να συμπιεστεί περαιτέρω ώστε να καταλαμβάνει λιγότερο χώρο και να είναι λιγότερο εκτεθειμένημηχανική βλάβη που συμβαίνει αναπόφευκτα κατά τη διάρκεια της ζωής του κυττάρου.
Κλάσματα χρωματίνης
Η δομή, η δομή και οι λειτουργίες του πυρήνα του κυττάρου καθορίζονται στη διατήρηση των δυναμικών διαδικασιών σπειροειδοποίησης και απελευθέρωσης της χρωματίνης. Επομένως, υπάρχουν δύο κύρια κλάσματα του: έντονα σπειροειδής (ετεροχρωματίνη) και ελαφρώς σπειροειδής (ευχρωματίνη). Διαχωρίζονται τόσο δομικά όσο και λειτουργικά. Στην ετεροχρωματίνη, το DNA προστατεύεται καλά από τυχόν επιρροές και δεν μπορεί να μεταγραφεί. Η ευχρωματίνη είναι λιγότερο προστατευμένη, αλλά τα γονίδια μπορούν να αντιγραφούν για τη σύνθεση πρωτεϊνών. Τις περισσότερες φορές, τμήματα ετεροχρωματίνης και ευχρωματίνης εναλλάσσονται σε όλο το μήκος ολόκληρου του χρωμοσώματος.
Χρωμοσώματα
Ο κυτταρικός πυρήνας, η δομή και οι λειτουργίες του οποίου περιγράφονται σε αυτή τη δημοσίευση, περιέχει χρωμοσώματα. Είναι μια πολύπλοκη και συμπαγής χρωματίνη που μπορεί να φανεί κάτω από μικροσκόπιο φωτός. Ωστόσο, αυτό είναι δυνατό μόνο εάν ένα κύτταρο βρίσκεται στη γυάλινη πλάκα στο στάδιο της μιτωτικής ή μειοτικής διαίρεσης. Ένα από τα στάδια είναι η σπειροειδοποίηση της χρωματίνης με το σχηματισμό χρωμοσωμάτων. Η δομή τους είναι εξαιρετικά απλή: το χρωμόσωμα έχει ένα τελομερές και δύο βραχίονες. Κάθε πολυκύτταρος οργανισμός του ίδιου είδους έχει την ίδια δομή του πυρήνα. Ο πίνακας χρωμοσωμάτων του είναι επίσης παρόμοιος.
Υλοποίηση συναρτήσεων πυρήνα
Τα κύρια χαρακτηριστικά της δομής του πυρήνα σχετίζονται με την εκτέλεση ορισμένων λειτουργιών και την ανάγκη ελέγχου τους. Ο πυρήνας παίζει το ρόλο ενός αποθετηρίου κληρονομικών πληροφοριών, δηλαδή είναι ένα είδος ντουλάπι αρχείων μεγραπτές αλληλουχίες αμινοξέων όλων των πρωτεϊνών που μπορούν να συντεθούν στο κύτταρο. Αυτό σημαίνει ότι για να εκτελέσει οποιαδήποτε λειτουργία, ένα κύτταρο πρέπει να συνθέσει μια πρωτεΐνη, η δομή της οποίας κωδικοποιείται στο γονίδιο.
Για να «καταλάβει» ο πυρήνας ποια συγκεκριμένη πρωτεΐνη χρειάζεται να συντεθεί την κατάλληλη στιγμή, υπάρχει ένα σύστημα εξωτερικών (μεμβρανών) και εσωτερικών υποδοχέων. Οι πληροφορίες από αυτά έρχονται στον πυρήνα μέσω μοριακών πομπών. Τις περισσότερες φορές αυτό πραγματοποιείται μέσω του μηχανισμού αδενυλικής κυκλάσης. Έτσι δρουν στο κύτταρο οι ορμόνες (αδρεναλίνη, νορεπινεφρίνη) και ορισμένα φάρμακα με υδρόφιλη δομή.
Ο δεύτερος μηχανισμός μεταφοράς πληροφοριών είναι εσωτερικός. Είναι χαρακτηριστικό των λιπόφιλων μορίων - κορτικοστεροειδών. Αυτή η ουσία διεισδύει στη διλιπιδική μεμβράνη του κυττάρου και πηγαίνει στον πυρήνα, όπου αλληλεπιδρά με τον υποδοχέα του. Ως αποτέλεσμα της ενεργοποίησης συμπλοκών υποδοχέων που βρίσκονται στην κυτταρική μεμβράνη (μηχανισμός αδενυλικής κυκλάσης) ή στο καρυόλεμα, πυροδοτείται η αντίδραση ενεργοποίησης ενός συγκεκριμένου γονιδίου. Αντιγράφεται, στη βάση του δημιουργείται αγγελιοφόρος RNA. Αργότερα, σύμφωνα με τη δομή της τελευταίας, συντίθεται μια πρωτεΐνη που εκτελεί μια συγκεκριμένη λειτουργία.
Ο πυρήνας των πολυκύτταρων οργανισμών
Σε έναν πολυκύτταρο οργανισμό, τα δομικά χαρακτηριστικά του πυρήνα είναι τα ίδια όπως σε έναν μονοκύτταρο. Αν και υπάρχουν κάποιες αποχρώσεις. Πρώτον, η πολυκυτταρικότητα συνεπάγεται ότι ένας αριθμός κυττάρων θα έχει τη δική του συγκεκριμένη λειτουργία (ή πολλά). Αυτό σημαίνει ότι κάποια γονίδια θα υπάρχουν πάντααπελπισμένος ενώ άλλοι είναι ανενεργοί.
Για παράδειγμα, στα κύτταρα του λιπώδους ιστού, η πρωτεϊνική σύνθεση θα είναι ανενεργή και επομένως το μεγαλύτερο μέρος της χρωματίνης σπειροειδοποιείται. Και στα κύτταρα, για παράδειγμα, στο εξωκρινές τμήμα του παγκρέατος, οι διαδικασίες βιοσύνθεσης πρωτεϊνών είναι σε εξέλιξη. Επομένως, η χρωματίνη τους απελευθερώνεται. Σε εκείνες τις περιοχές των οποίων τα γονίδια αντιγράφονται συχνότερα. Ταυτόχρονα, ένα βασικό χαρακτηριστικό είναι σημαντικό: το σύνολο των χρωμοσωμάτων όλων των κυττάρων ενός οργανισμού είναι το ίδιο. Μόνο λόγω της διαφοροποίησης των λειτουργιών στους ιστούς, μερικοί από αυτούς απενεργοποιούνται από την εργασία, ενώ άλλοι απελευθερώνονται συχνότερα από άλλους.
Πυρηνικά κύτταρα του σώματος
Υπάρχουν κύτταρα, τα δομικά χαρακτηριστικά του πυρήνα των οποίων μπορεί να μην ληφθούν υπόψη, επειδή ως αποτέλεσμα της ζωτικής τους δραστηριότητας είτε αναστέλλουν τη λειτουργία του είτε τον απαλλάσσουν εντελώς. Το απλούστερο παράδειγμα είναι τα ερυθρά αιμοσφαίρια. Αυτά είναι κύτταρα αίματος, ο πυρήνας των οποίων υπάρχει μόνο στα αρχικά στάδια ανάπτυξης, όταν συντίθεται η αιμοσφαιρίνη. Μόλις υπάρχει αρκετό από αυτό για να μεταφέρει οξυγόνο, ο πυρήνας αφαιρείται από το κύτταρο προκειμένου να διευκολυνθεί χωρίς να παρεμβαίνει στη μεταφορά οξυγόνου.
Γενικά, ένα ερυθροκύτταρο είναι ένας κυτταροπλασματικός σάκος γεμάτος με αιμοσφαιρίνη. Μια παρόμοια δομή είναι χαρακτηριστική των λιποκυττάρων. Η δομή του κυτταρικού πυρήνα των λιποκυττάρων είναι εξαιρετικά απλοποιημένη, μειώνεται και μετατοπίζεται στη μεμβράνη και οι διαδικασίες της πρωτεϊνοσύνθεσης αναστέλλονται στο μέγιστο. Αυτά τα κύτταρα μοιάζουν επίσης με «σακούλες» γεμάτες λίπος, αν και, φυσικά, η ποικιλίαυπάρχουν ελαφρώς περισσότερες βιοχημικές αντιδράσεις σε αυτά παρά στα ερυθροκύτταρα. Τα αιμοπετάλια επίσης δεν έχουν πυρήνα, αλλά δεν πρέπει να θεωρούνται πλήρως κύτταρα. Αυτά είναι θραύσματα κυττάρων που είναι απαραίτητα για την εφαρμογή των διαδικασιών αιμόστασης.
