Ląstelės struktūra ir funkcijos evoliucijos eigoje patyrė nemažai pokyčių. Prieš naujų organelių atsiradimą įvyko transformacijos jaunos planetos atmosferoje ir litosferoje. Vienas iš reikšmingų įsigijimų buvo ląstelės branduolys. Dėl atskirų organelių buvimo eukariotai gavo reikšmingų pranašumų prieš prokariotus ir greitai pradėjo dominuoti.
Ląstelės branduolys, kurio struktūra ir funkcijos skirtinguose audiniuose ir organuose šiek tiek skiriasi, pagerino RNR biosintezės kokybę ir paveldimos informacijos perdavimą.
Kilmė
Iki šiol yra dvi pagrindinės hipotezės apie eukariotinės ląstelės susidarymą. Pagal simbiotinę teoriją organelės (tokios kaip žvyneliai ar mitochondrijos) kadaise buvo atskiri prokariotiniai organizmai. Šiuolaikinių eukariotų protėviai juos prarijo. Rezultatas buvo simbiotinis organizmas.
Šerdis susidarė dėl išsikišimo į vidųcitoplazminės membranos dalis. Tai buvo būtinas įsigijimas, norint įvaldyti naują ląstelių mitybos būdą – fagocitozę. Maisto surinkimą lydėjo citoplazminio mobilumo laipsnio padidėjimas. Genoforai, kurie buvo prokariotinės ląstelės genetinė medžiaga ir pritvirtinti prie sienų, pateko į stipraus „tėkmės“zoną ir jiems reikėjo apsaugos. Dėl to susidarė gilus membranos dalies, kurioje yra pritvirtintų genoforų, invaginacija. Šią hipotezę patvirtina faktas, kad branduolio apvalkalas yra neatsiejamai susijęs su ląstelės citoplazmine membrana.
Yra ir kita įvykių raidos versija. Remiantis virusine branduolio kilmės hipoteze, jis susidarė užkrėtus senovės archeaninę ląstelę. Į ją įsiskverbė DNR virusas ir palaipsniui visiškai kontroliavo gyvybės procesus. Mokslininkai, laikantys šią teoriją teisingesne, pateikia daug argumentų jos naudai. Tačiau iki šiol nėra jokių įtikinamų įrodymų nė vienai iš esamų hipotezių.
Vienas ar daugiau
Dauguma šiuolaikinių eukariotų ląstelių turi branduolį. Daugumoje jų yra tik viena tokia organelė. Tačiau yra ląstelių, kurios dėl kai kurių funkcinių savybių prarado branduolį. Tai apima, pavyzdžiui, eritrocitus. Taip pat yra ląstelių, turinčių du (blakstienas) ir net kelis branduolius.
Ląstelės branduolio struktūra
Nepriklausomai nuo organizmo savybių, branduolio struktūrai būdingas tipiniųorganelės. Nuo ląstelės vidinės erdvės ji atskirta dviguba membrana. Vietomis jo vidinis ir išorinis sluoksniai susilieja, susidaro poros. Jų funkcija yra keistis medžiagomis tarp citoplazmos ir branduolio.
Organelių erdvė užpildyta karioplazma, dar vadinama branduolio sultimis arba nukleoplazma. Jame yra chromatino ir branduolio. Kartais paskutinės iš įvardytų ląstelės branduolio organelių nėra vienoje kopijoje. Atvirkščiai, kai kuriuose organizmuose nukleolių nėra.
Membrana
Branduolinę membraną sudaro lipidai ir ji susideda iš dviejų sluoksnių: išorinio ir vidinio. Tiesą sakant, tai yra ta pati ląstelės membrana. Branduolys susisiekia su endoplazminio tinklo kanalais per perinuklearinę erdvę – ertmę, kurią sudaro du membranos sluoksniai.
Išorinė ir vidinė membranos turi savo struktūrines ypatybes, tačiau paprastai yra gana panašios.
Arčiausiai citoplazmos
Išorinis sluoksnis pereina į endoplazminio tinklo membraną. Pagrindinis jo skirtumas nuo pastarųjų yra žymiai didesnė b altymų koncentracija struktūroje. Membrana, tiesiogiai besiliečianti su ląstelės citoplazma, iš išorės yra padengta ribosomų sluoksniu. Jis yra sujungtas su vidine membrana daugybe porų, kurios yra gana dideli b altymų kompleksai.
Vidinis sluoksnis
Membrana, nukreipta prieš ląstelės branduolį, skirtingai nei išorinė, yra lygi, nepadengta ribosomomis. Tai riboja karioplazmą. Būdingas vidinės membranos bruožas yra branduolio sluoksnis, išklotas iš šono,sąlytyje su nukleoplazma. Ši specifinė b altymo struktūra išlaiko apvalkalo formą, dalyvauja reguliuojant genų ekspresiją, taip pat skatina chromatino prisijungimą prie branduolio membranos.
Metabolizmas
Branduolių ir citoplazmos sąveika vyksta per branduolio poras. Tai gana sudėtingos struktūros, sudarytos iš 30 b altymų. Porų skaičius vienoje šerdyje gali būti skirtingas. Tai priklauso nuo ląstelės, organo ir organizmo tipo. Taigi, žmogaus ląstelės branduolyje gali būti nuo 3 iki 5 tūkstančių porų, kai kurių varlių porų skaičius siekia 50 000.
Pagrindinė porų funkcija – medžiagų apykaita tarp branduolio ir likusios ląstelės erdvės. Kai kurios molekulės pro poras praeina pasyviai, be papildomų energijos sąnaudų. Jie yra mažo dydžio. Didelių molekulių ir supramolekulinių kompleksų transportavimas reikalauja tam tikro energijos kiekio.
Branduolyje susintetintos RNR molekulės į ląstelę patenka iš karioplazmos. Intrabranduoliniams procesams būtini b altymai transportuojami priešinga kryptimi.
Nukleoplazma
Branduolinės sultys yra koloidinis b altymų tirpalas. Jį riboja branduolio apvalkalas ir supa chromatiną bei branduolį. Nukleoplazma yra klampus skystis, kuriame yra ištirpusios įvairios medžiagos. Tai apima nukleotidus ir fermentus. Pirmieji yra būtini DNR sintezei. Fermentai dalyvauja transkripcijoje, taip pat DNR atstatyme ir replikacijoje.
Branduolinių sulčių struktūra kinta priklausomai nuo ląstelės būklės. Jų yra dvi – stacionarios iratsirandantys dalijimosi metu. Pirmasis būdingas tarpfazei (laikui tarp padalijimų). Tuo pačiu metu branduolinės sultys išsiskiria vienodu nukleorūgščių ir nestruktūrizuotų DNR molekulių pasiskirstymu. Per šį laikotarpį paveldima medžiaga egzistuoja chromatino pavidalu. Ląstelės branduolio dalijimąsi lydi chromatino transformacija į chromosomas. Šiuo metu karioplazmos struktūra pasikeičia: genetinė medžiaga įgauna tam tikrą struktūrą, sunaikinamas branduolio apvalkalas, o karioplazma susimaišo su citoplazma.
Chromosomos
Pagrindinės dalijimosi metu transformuoto chromatino nukleoproteinų struktūrų funkcijos yra ląstelės branduolyje esančios paveldimos informacijos saugojimas, įgyvendinimas ir perdavimas. Chromosomos pasižymi tam tikra forma: pirminiu susiaurėjimu, dar vadinamu koelomeru, jos suskirstytos į dalis arba rankas. Pagal jo vietą išskiriami trys chromosomų tipai:
- lazdelės formos arba akrocentriniai: jiems būdingas koelomero išsidėstymas beveik gale, viena ranka labai maža;
- įvairios arba submetacentrinės turi nevienodo ilgio rankas;
- lygiakraščiai arba metacentriniai.
Chromosomų rinkinys ląstelėje vadinamas kariotipu. Kiekvienas tipas yra fiksuotas. Šiuo atveju skirtingose to paties organizmo ląstelėse gali būti diploidinis (dvigubas) arba haploidinis (vienas) rinkinys. Pirmasis variantas būdingas somatinėms ląstelėms, kurios daugiausia sudaro kūną. Haploidinis rinkinys yra lytinių ląstelių privilegija. žmogaus somatinės ląstelėsyra 46 chromosomos, lytis - 23.
Diploidinio rinkinio chromosomos sudaro poras. Identiškos nukleoproteinų struktūros, įtrauktos į porą, vadinamos alelinėmis. Jie turi tą pačią struktūrą ir atlieka tas pačias funkcijas.
Struktūrinis chromosomų vienetas yra genas. Tai DNR molekulės dalis, koduojanti konkretų b altymą.
Nucleolus
Ląstelės branduolys turi dar vieną organelę – branduolį. Jis nėra atskirtas nuo karioplazmos membrana, tačiau jį nesunku pastebėti tiriant ląstelę mikroskopu. Kai kurie branduoliai gali turėti kelis branduolius. Taip pat yra tokių, kuriose tokių organelių visiškai nėra.
Branduolių forma primena sferą, yra gana mažo dydžio. Jame yra įvairių b altymų. Pagrindinė branduolio funkcija yra ribosomų RNR ir pačių ribosomų sintezė. Jie reikalingi polipeptidinėms grandinėms sukurti. Branduoliai susidaro aplink specialius genomo regionus. Jie vadinami branduolio organizatoriais. Jame yra ribosomų RNR genai. Branduolys, be kita ko, yra vieta, kurioje ląstelėje yra didžiausia b altymų koncentracija. Dalis b altymų yra būtini organoido funkcijoms atlikti.
Branduolą sudaro du komponentai: granuliuotas ir fibrilinis. Pirmasis yra bręstantys ribosomų subvienetai. Fibriliniame centre vyksta ribosomų RNR sintezė. Granuliuotas komponentas supa fibrilinį komponentą, esantį branduolio centre.
Ląstelės branduolys ir jo funkcijos
Vaidmuo, kurįvaidina pagrindą, yra neatsiejamai susijęs su jo struktūra. Organoido vidinės struktūros kartu įgyvendina svarbiausius procesus ląstelėje. Jame saugoma genetinė informacija, kuri lemia ląstelės struktūrą ir funkciją. Branduolys yra atsakingas už paveldimos informacijos saugojimą ir perdavimą mitozės ir mejozės metu. Pirmuoju atveju dukterinė ląstelė gauna genų rinkinį, identišką tėvui. Dėl mejozės susidaro lytinės ląstelės su haploidiniu chromosomų rinkiniu.
Kita ne mažiau svarbi branduolio funkcija – tarpląstelinių procesų reguliavimas. Jis atliekamas kontroliuojant b altymų, atsakingų už ląstelių elementų struktūrą ir funkcionavimą, sintezę.
Įtaka b altymų sintezei turi kitą išraišką. Branduolys, valdantis procesus ląstelės viduje, sujungia visas jos organeles į vientisą sistemą su gerai veikiančiu darbo mechanizmu. Gedimai joje, kaip taisyklė, sukelia ląstelių mirtį.
Galiausiai, branduolys yra ribosomų subvienetų, atsakingų už to paties b altymo susidarymą iš aminorūgščių, sintezės vieta. Ribosomos yra nepakeičiamos transkripcijos procese.
Eukariotinė ląstelė yra tobulesnė struktūra nei prokariotinė. Organelių su savo membrana atsiradimas leido padidinti tarpląstelinių procesų efektyvumą. Šioje evoliucijoje labai svarbų vaidmenį suvaidino branduolio, apsupto dviguba lipidine membrana, susidarymas. Paveldimos informacijos apsauga membrana leido senovės vienaląsčiams organizmams įsisavintiorganizmai naujais gyvenimo būdais. Tarp jų buvo ir fagocitozė, dėl kurios, remiantis viena versija, atsirado simbiotinis organizmas, vėliau tapęs šiuolaikinės eukariotinės ląstelės pirmtaku su visomis jai būdingomis organelėmis. Ląstelės branduolys, kai kurių naujų struktūrų struktūra ir funkcijos leido metabolizmui panaudoti deguonį. To pasekmė – kardinaliai pasikeitė Žemės biosfera, buvo padėti pamatai daugialąsčių organizmų formavimuisi ir vystymuisi. Šiandien planetoje dominuoja eukariotiniai organizmai, tarp kurių yra ir žmonės, ir niekas nenumato pokyčių šiuo atžvilgiu.
