Eukariotinės ląstelės branduolys yra centrinė organelė, nuo kurios priklauso gyvybinė veikla ir sintetiniai procesai. Didelę branduolio turinio dalį sudaro įvairaus tankinimo laipsnio siūlinės DNR molekulės kartu su b altymais. Tai yra euchromatinas (dekondensuota DNR) ir heterochromatinas (tankiai supakuotos DNR dalys).
Euchromatinas atlieka svarbų vaidmenį ląstelės gyvenime. Jame rašoma ribonukleino rūgšties (RNR) surinkimo „instrukcija“, kuri tampa polipeptidų molekulių sintezės pagrindu.
Ar visi turi branduolį?
Visoms gyvoms būtybėms, nuo mažiausių iki milžiniškų, yra suteikiama genetinė informacija dezoksiribonukleino rūgšties pavidalu. Yra dvi iš esmės skirtingos jo vaizdavimo ląstelėse formos:
- Prokariotiniai organizmai (ikibranduoliniai) turi nesudarytas ląsteles. Jų vienintelės su b altymais nesusijusios žiedinės DNR saugykla yra tik lopinėliscitoplazma, vadinama nukleoidu. Nukleino rūgščių replikacija ir b altymų sintezė vyksta prokariotuose vienoje ląstelės erdvėje. Plika akimi jų nepamatysime, nes šios organizmų grupės atstovai yra mikroskopiški, iki 3 mikronų dydžio, bakterijos.
- Eukariotų organizmams būdinga sudėtingesnė ląstelių struktūra, kur paveldima informacija yra apsaugota dviguba branduolio membrana. Linijinės DNR molekulės kartu su histono b altymais sudaro chromatiną, kuris polifermentų kompleksų pagalba aktyviai gamina RNR. B altymų sintezė vyksta citoplazmoje ant ribosomų.
Susiformavęs branduolys eukariotinėse ląstelėse gali būti matomas tarpfazės metu. Karioplazmoje yra b altymų stuburas (matrica), nukleoliai ir nukleoproteinų kompleksai, susidedantys iš heterochromatino ir euchromatino sekcijų. Tokia branduolio būsena išlieka iki ląstelių dalijimosi pradžios, kai išnyksta membrana ir branduoliai, o chromosomos įgauna kompaktišką lazdelės formą.
Pagrindinis branduolyje
Pagrindinis branduolio turinio komponentas, chromatinas, yra jo semantinė dalis. Jo funkcijos apima genetinės informacijos apie ląstelę ar organizmą saugojimą, įgyvendinimą ir perdavimą. Tiesiogiai replikuota chromatino dalis yra euchromatinas, kuris perneša duomenis apie b altymų struktūrą ir įvairių tipų RNR.
Likusios branduolio dalys atlieka pagalbines funkcijas, sudaro tinkamas sąlygas genetinės informacijos įgyvendinimui:
- nucleoli -sutankintos branduolinio turinio sritys, kurios nustato ribosomų ribonukleino rūgščių sintezės vietas;
- b altymų matrica organizuoja chromosomų išsidėstymą ir visą branduolio turinį, išlaiko formą;
- Pusiau skysta vidinė branduolio aplinka, karioplazma, užtikrina molekulių pernešimą ir įvairių biocheminių procesų tėkmę;
- Dviejų sluoksnių branduolio apvalkalas, kariolema, apsaugo genetinę medžiagą, užtikrina selektyvų dvišalį molekulių ir molekulinių kompleksų laidumą dėl sudėtingų branduolio porų.
Ką reiškia chromatinas
Chromatinas gavo savo pavadinimą 1880 m. dėl Flemmingo eksperimentų stebint ląsteles. Faktas yra tas, kad fiksacijos ir dažymo metu kai kurios ląstelės dalys ypač gerai išryškėja ("chromatinas" reiškia "dažytas"). Vėliau paaiškėjo, kad šį komponentą reprezentuoja DNR su b altymais, kurie dėl savo rūgščių savybių aktyviai suvokia šarminius dažus.
Nuotraukoje centrinėje ląstelės dalyje matomos nudažytos chromosomos, kurios sudaro metafazės plokštelę.
DNR egzistavimo formos
Eukariotinių organizmų ląstelėse chromatino nukleoproteinų kompleksai gali būti dviejų būsenų.
- Ląstelių dalijimosi procese DNR pasiekia maksimalų posūkį ir yra pavaizduota mitozinėmis chromosomomis. Kiekviena grandis sudaro atskirą chromosomą.
- Tarpfazės metu, kai ląstelės DNR yra labiausiai dekondensuota, chromatinas tolygiai prisipildobranduolio erdvė arba formuoja šviesos mikroskopu matomus gumulelius. Tokie chromocentrai dažniau aptinkami šalia branduolinės membranos.
Šios būsenos yra alternatyvios viena kitai, visiškai sutankintos chromosomos tarpfazėje neišsaugomos.
Euchromatinas ir heterochromatinas
Interfazinis chromatinas yra chromosoma, praradusi kompaktišką formą. Jų kilpos atsilaisvina, užpildo branduolio tūrį. Yra tiesioginis ryšys tarp dekondensacijos laipsnio ir funkcinio chromatino aktyvumo.
Jo dalys, visiškai „išskleistos“, vadinamos difuziniu arba aktyviuoju chromatinu. Po dažymo jis praktiškai nematomas šviesos mikroskopu. Taip yra todėl, kad DNR spiralė yra tik 2 nm storio. Kitas jo pavadinimas yra euchromatinas.
Ši būsena suteikia fermentiniams kompleksams prieigą prie semantinių DNR fragmentų, laisvo jų prijungimo ir veikimo. RNR pasiuntinio struktūra (transkripcija) RNR polimerazės nuskaitoma iš difuzinių sričių arba nukopijuojama (replikacija) pati DNR. Kuo didesnis sintetinis ląstelės aktyvumas šiuo metu, tuo didesnė euchromatino dalis branduolyje.
Išsklaidytos chromatino sekcijos kaitaliojasi su kompaktiškomis, skirtingai susuktomis heterochromatino zonomis. Dėl didesnio tankio nudažytas heterochromatinas aiškiai matomas tarpfaziniuose branduoliuose.
Paveikslėlyje parodytas įvairaus tankinimo laipsnio chromatinas:
- 1 – dvigrandė DNR molekulė;
- 2 – histonasb altymai;
- 3 – DNR, apvyniota aplink histono kompleksą 1,67 apsisukimų, sudaro nukleozomą;
- 4 – solenoidas;
- 5 – tarpfazinė chromosoma.
Apibrėžimo subtilybės
Euchromatinas tam tikru momentu gali nedalyvauti sintetiniuose procesuose. Šiuo atveju jis laikinai yra kompaktiškesnis ir gali būti supainiotas su heterochromatinu.
Tikrasis heterochromatinas, dar vadinamas konstituciniu, neatlieka semantinės apkrovos ir dekondensuojasi tik replikacijos procese. Šiose vietose esančioje DNR yra trumpos, pasikartojančios sekos, kurios nekoduoja aminorūgščių. Mitozinėse chromosomose jie yra pirminio susiaurėjimo ir telomerinių galūnių srityje. Jie taip pat atskiria transkribuotos DNR dalis, sudarydami tarpkalarinius (tarpkalarinius) fragmentus.
Kaip „veikia euchromatinas“
Euchromatino sudėtyje yra genų, kurie galiausiai lemia b altymų struktūrą (struktūriniai genai). Nukleotidų sekos dekodavimas į b altymą vyksta naudojant tarpininką, galintį, skirtingai nei chromosomos, palikti branduolį – pasiuntinio RNR.
Transkripcijos metu RNR sintetinama DNR šablone iš laisvųjų adenilo, uridilo, citidilo ir guanilo nukleotidų. Transkripciją vykdo fermentų kompleksas RNR polimerazė.
Kai kurie genai nustato kitų tipų RNR (transporto ir ribosomų) seką, reikalingą b altymų sintezės procesams citoplazmoje užbaigti.aminorūgštys.
Vienos chromosomos heterochromatinas dažnai surenkamas į gerai pažymėtą chromocentrą. Aplink jį yra despiralizuoto euchromatino kilpos. Dėl šios pagrindinės DNR konfigūracijos fermentų kompleksai ir laisvieji nukleotidai, būtini euchromatino funkcijoms įgyvendinti, lengvai telpa į semantines dalis.
