Buněčné jádro a jeho funkce

Struktura a funkce buňky prošly řadou změn v průběhu evoluce. Vzhledu nových organel byly předcházeny transformacemi v atmosféře a litosférou mladé planety. Jedním z významných akvizic bylo jádro buněk. Eukaryotické organismy, díky přítomnosti izolovaných organel, měly výrazné výhody oproti prokaryotům a rychle začaly ovládat.

Buněčné jádro, jehož struktura a funkce jsou poněkud odlišné v různých tkáních a orgánech, umožnily zlepšit kvalitu biosyntézy RNA a přenos dědičných informací.

Původ

K dnešnímu dni existují dvě hlavní hypotézy o vytvoření eukaryotické buňky. Podle symbiotické teorie byly organely (například flagely nebo mitochondrie) jednou oddělenými prokaryotickými organismy. Předchůdcové moderních eukaryotů je pohltili. Výsledkem je vznik symbiotického organismu.

Jádro bylo vytvořeno jako výsledek výčnělku do cytoplazmatické oblasti membrány. To je byl nutnou akvizicí na cestě k vývoji nového způsobu krmení, fagocytózy. Zachycení jídla bylo doprovázeno zvýšením stupně pohyblivosti cytoplazmy. Genofory, které byly genetickým materiálem prokaryotické buňky a připojeny ke stěnám, spadly do zóny silného "proudu" a potřebovaly ochranu. V důsledku toho byla vytvořena hluboká invaginace oblasti membrány obsahující přiložené genofory. Ve prospěch této hypotézy je skutečnost, že skořápka jádra je neoddělitelně spojena s cytoplazmatickou membránou buňky.

Existuje další verze vývoje událostí. Podle virové hypotézy původu jádra vznikla v důsledku infekce buňky starověké archie. Byla infikována virem DNA a postupně získala plnou kontrolu nad životními procesy. Vědci, kteří tuto teorii považují za správnější, vedou v jeho prospěch spoustu argumentů. K dnešnímu dni však neexistují žádné důkazy o žádné z existujících hypotéz.

Jeden nebo více

Většina buněk moderních eukaryot má jádro. Převážná většina z nich obsahuje pouze jednu podobnou organelu. Existují však buňky, které ztratily jádro kvůli některým funkcím. Patří sem například červené krvinky. Tam jsou také buňky s dvěma (infusoria) a dokonce i několik jader.

Struktura jádra buněk

Bez ohledu na charakteristiku organismu je struktura jádra charakterizována sadou typických organel. Z vnitřního prostoru buňky je oplocen dvojitou membránou. Jeho vnitřní a vnější vrstvy se na některých místech spojí, vytvářejí póry. Jejich funkcí je výměna látek mezi cytoplasmem a jádrem.

Prostor organel je naplněn karyoplasmem, nazývaným také jaderná šťáva nebo nukleoplasm. Obsahuje chromatin a jádro. Někdy poslední ze jmenovaných organelů buněčného jádra není přítomna v jediném vzorku. V některých organismech však chybí nukleony.

Membrána

Jaderná obálka je tvořena lipidy a skládá se ze dvou vrstev: vnější a vnitřní. Ve skutečnosti je to stejná buněčná membrána. Jádro komunikuje s kanály endoplazmatického retikula přes perinukleární prostor, dutinu tvořenou dvěma vrstvami obálky.

Vnější a vnitřní membrány mají ve struktuře své vlastní zvláštnosti, ale jsou celkově podobné.

Nejbližší k cytoplazmě

Vnější vrstva prochází do membrány endoplazmatického retikula. Jeho hlavní rozdíl od posledně jmenované je mnohem vyšší koncentrace proteinů ve struktuře. Membrána přímo v kontaktu s cytoplazmou buňky je zvenčí pokryta vrstvou ribozomů. S vnitřní membránou je spojena četnými póry, což jsou poměrně velké komplexy bílkovin.

Vnitřní vrstva

Membrána se změnila na buněčné jádro, na rozdíl od vnějšího, je hladká, není pokrytá ribosomy. Omezuje karyoplasmus. Charakteristickým znakem vnitřní membrány je vrstva jádrového plátna, která ji obklopuje z boku, která je v kontaktu s nukleoplasmem. Tato specifická proteinová struktura podporuje tvar membrány, podílí se na regulaci genové exprese a také podporuje připojení chromatinu k membráně jádra.

Metabolismus

Interakce jádra a cytoplazmy se provádí prostřednictvím jaderných pórů. Jsou to spíše složité struktury tvořené 30 bílkovinami. Počet pórů na jednom jádru se může lišit. To záleží na tom typ buněk, tělo a organismus. Takže buněčné jádro člověka může mít od 3 do 5 tisíc pórů, v některých žabích dosahuje 50 000.

Hlavní funkcí pórů je metabolismus mezi jádrem a zbytkem buněčného prostoru. Některé molekuly pronikají póry pasivně, bez dodatečných výdajů energie. Jsou malé velikosti. Přeprava velkých molekul a supramolekulárních komplexů vyžaduje spotřebu určitého množství energie.

Z karyoplasmu molekuly RNA syntetizované do jádra spadají do buňky. V opačném směru jsou transportovány proteiny nezbytné pro intranukleární procesy.

Nukleoplasma

Jaderná šťáva je koloidní roztok bílkovin. To je ohraničeno pláštěm jádra a obklopuje chromatin a jádro. Nukleoplasma je viskózní kapalina, ve které jsou rozpuštěny různé látky. Patří mezi ně nukleotidy a enzymy. První jsou nezbytné pro syntézu DNA. Enzymy jsou zapojeny do transkripce, stejně jako reparace a DNA replikace.

Struktura jaderné šťávy se liší v závislosti na stavu buňky. Dvě jsou stacionární a objevují se během štěpného období. První je charakteristická pro mezifázi (čas mezi rozdělením). V tomto případě je jaderná šťáva charakterizována rovnoměrným rozdělením nukleových kyselin a nestrukturovaných molekul DNA. Během tohoto období existuje dědičný materiál ve formě chromatinu. Rozdělení buněčného jádra je doprovázeno transformací chromatinu na chromozomy. V této době se mění struktura karyoplasmu: genetický materiál získává určitou strukturu, jaderná obálka se zhroutí a karyoplasma se mísí s cytoplasmem.

Chromozomy

Hlavními funkcemi nukleoproteinových struktur chromatinu transformovaných v době rozdělení jsou skladování, realizace a přenos dědičných informací, které obsahují buněčné jádro. Chromozomy jsou charakterizovány určitou formou: jsou rozděleny na části nebo ramena primárním zúžením, také nazývaným celé číslo. Jeho uspořádáním jsou rozlišeny tři typy chromozomů:

• tyčový nebo akrocentrický: pro ně je umístění celých čísel téměř na konci, jedna ruka se ukáže jako velmi malá;
• raznopchie nebo submetacentrické mají ramena nerovné délky;
• rovnostranné nebo metacentrické.

Sada chromozomů v buňce se nazývá karyotyp. U každého druhu je fixní. V tomto případě mohou různé buňky stejného organismu obsahovat diploidní (dvojitou) nebo haploidní (jedinou) množinu. První variant je charakteristický pro somatické buňky, které tvoří hlavně tělo. Haploid set je výsadou sexuálních buněk. Lidské somatické buňky obsahují 46 chromozomů, sexuální - 23.

Chromozomy diploidního souboru jsou dvojice. Stejné nukleoproteinové struktury v páru se nazývají alelické. Mají stejnou strukturu a mají stejné funkce.

Strukturní jednotkou chromozomů je gen. Je to oblast molekuly DNA, která kóduje specifický protein.

Nucleolus

Buněčné jádro má ještě jeden organoid - jádro. Neodděluje se od karyoplasmu membránou, ale je snadno vidět během studie buňky mikroskopem. Některé jádra mohou mít několik nucleoli. Tam jsou také ty, ve kterých takové organelles chybí úplně.

Ve tvaru jádro připomíná kouli, je spíše malý. Obsahuje různé proteiny. Hlavní funkcí jádra je syntéza ribozomální RNA a samotných ribozomů. Jsou nezbytné pro tvorbu polypeptidových řetězců. Nukleoly jsou tvořeny kolem zvláštních částí genomu. Oni byli nazýváni organizátory nucleolus. Zde jsou obsaženy geny ribozomální RNA. Nucleolus je mimo jiné místem s nejvyšší koncentrací bílkovin v buňce. Některé z proteinů jsou potřebné k plnění funkcí organoidu.

Nucleolus se skládá ze dvou složek: granulární a fibrilární. Prvním z nich jsou zralé podjednotky ribozomů. Ve fibrilárním centru, syntéza ribozomální RNA. Granulární složka obklopuje vláknitou složku umístěnou ve středu jádra.

Buněčné jádro a jeho funkce

Úloha jádra je neoddělitelně spojena s jeho strukturou. Vnitřní struktury organoidu společně realizují nejdůležitější procesy v buňce. Obsahuje genetické informace, které určují strukturu a funkce buňky. Jádro je zodpovědné za ukládání a přenos dědičných informací, které se vyskytují během mitózy a meiózy. V prvním případě obdrží dceřinná buňka identickou sadu genů identických s mateřskou buňkou. V důsledku meiózy se vytvářejí pohlavní buňky s haploidní sadou chromozomů.

Dalším méně důležitým úkolem jádra je regulace intracelulárních procesů. Provádí se jako kontrola syntézy proteinů zodpovědných za strukturu a fungování buněčných prvků.

Účinek na syntézu proteinů má ještě jeden výraz. Jádro, které řídí procesy uvnitř buňky, spojuje všechny jeho organoidy do jediného systému s dobře fungujícím mechanismem práce. Závady v něm v zásadě vedou ke smrti buňky.

Konečně, jádro je místem syntézy ribozomálních podjednotek, které jsou odpovědné za tvorbu všech stejných bílkovin z aminokyselin. Ribosomy jsou nepostradatelné v procesu transkripce.

Eukaryotická buňka je dokonalejší strukturu než prokaryotické. Vznik organel s vlastní membránou zvýšila účinnost intracelulárních procesů. Vznik jádro obklopené lipidové membrány, hraje velmi důležitou roli v tomto vývoji. Ochrana genetické informace membrány nechá zvládnout dávné jednobuněčné organismy s novými způsoby života. Mezi nimi byl i fagocytózy, což je jedna z verzí vedlo k symbiotické organismu, který se později stal předchůdcem moderního eukaryotické buňky se všemi jejími charakteristickými organel. Buněčné jádro, struktura a funkce některých nových struktur oprávnění k použití kyslíku v metabolismu. Výsledkem bylo radikální změna v zemské biosféry, to položilo základ pro vznik a rozvoj mnohobuněčných organismů. Dnes, eukaryotické organismy, ke kterým člověk patří, ovládají planetu a nic nenasvědčuje žádným změnám v tomto plánu.