Celično jedro je njena najpomembnejša organela, mesto shranjevanja in razmnoževanja dednih informacij. To je membranska struktura, ki zaseda 10-40% celice, katere funkcije so zelo pomembne za življenje evkariontov. Vendar pa je tudi brez prisotnosti jedra možna realizacija dednih informacij. Primer tega procesa je vitalna aktivnost bakterijskih celic. Kljub temu so strukturne značilnosti jedra in njegov namen zelo pomembni za večcelični organizem.
Lokacija jedra v celici in njegova struktura
Jedro se nahaja v debelini citoplazme in je v neposrednem stiku z hrapavim in gladkim endoplazmatskim retikulumom. Obdana je z dvema membranama, med katerima je perinuklearni prostor. Znotraj jedra je matriks, kromatin in nekaj jedrcev.
Nekatere zrele človeške celice nimajo jedra, druge pa delujejo v pogojih hude inhibicije njihovega delovanja. Na splošno je struktura jedra (shema) predstavljena kot jedrska votlina, omejena s kariolemo iz celice, ki vsebuje kromatin in nukleole, fiksirane v nukleoplazmijedrska matrica.
Struktura karioleme
Za udobje preučevanja jedrne celice je treba slednje dojemati kot mehurčke, omejene z lupinami drugih mehurčkov. Jedro je mehurček z dednimi informacijami, ki se nahajajo v debelini celice. Pred svojo citoplazmo je zaščiten z dvoslojno lipidno membrano. Struktura lupine jedra je podobna celični membrani. Pravzaprav se razlikujejo le po imenu in številu plasti. Brez vsega tega so po strukturi in funkciji enaki.
Struktura karioleme (jedrske membrane) je dvoslojna: sestavljena je iz dveh lipidnih plasti. Zunanja bilipidna plast karioleme je v neposrednem stiku z grobim retikulumom celične endoplazme. Notranja kariolema - z vsebino jedra. Med zunanjo in notranjo kariomembrano je perinuklearni prostor. Očitno je nastal zaradi elektrostatičnih pojavov - odbijanja področij ostankov glicerola.
Naloga jedrske membrane je ustvariti mehansko pregrado, ki ločuje jedro od citoplazme. Notranja membrana jedra služi kot fiksacijsko mesto za jedrski matriks - verigo beljakovinskih molekul, ki podpirajo strukturo v razsutem stanju. V dveh jedrskih membranah so posebne pore: sporočilna RNA skozi njih vstopi v citoplazmo do ribosomov. V sami debelini jedra je več nukleolov in kromatina.
Notranja struktura nukleoplazme
Lastnosti strukture jedra nam omogočajo, da ga primerjamo s samo celico. V notranjosti jedra je tudi posebno okolje (nukleoplazma),ki ga predstavlja gel-sol, koloidna raztopina beljakovin. V njem je nukleoskelet (matriks), ki ga predstavljajo fibrilarni proteini. Glavna razlika je le v tem, da so v jedru prisotne pretežno kisle beljakovine. Očitno je takšna reakcija okolja potrebna za ohranitev kemičnih lastnosti nukleinskih kislin in za nastanek biokemičnih reakcij.
nucleolus
Strukture celičnega jedra ni mogoče dokončati brez nukleola. Je spiralizirana ribosomska RNA, ki je v fazi zorenja. Kasneje bo iz njega pridobljen ribosom - organela, potrebna za sintezo beljakovin. V strukturi nukleola ločimo dve komponenti: fibrilarno in globularno. Razlikujejo se le po elektronski mikroskopiji in nimajo lastnih membran.
Fibrilarna komponenta je v središču nukleola. Je veriga RNA ribosomskega tipa, iz katere bodo sestavljene ribosomske podenote. Če upoštevamo jedro (strukturo in funkcije), potem je očitno, da se bo iz njih kasneje oblikovala zrnata komponenta. To so iste zoreče ribosomske podenote, ki so v poznejših fazah svojega razvoja. Kmalu tvorijo ribosome. Odstranijo se iz nukleoplazme skozi jedrske pore karioleme in vstopijo v membrano grobega endoplazemskega retikuluma.
Kromatin in kromosomi
Struktura in funkcije celičnega jedra so organsko povezane: obstajajo samo tiste strukture, ki so potrebne za shranjevanje in reprodukcijo dednih informacij. Obstaja tudi karioskelet(matriks jedra), katerega funkcija je ohranjanje oblike organela. Vendar je najpomembnejša sestavina jedra kromatin. To so kromosomi, ki igrajo vlogo kartotečnih omar različnih skupin genov.
Kromatin je kompleksen protein, ki je sestavljen iz polipeptida kvartarne strukture, povezanega z nukleinsko kislino (RNA ali DNK). Kromatin je prisoten tudi v bakterijskih plazmidih. Skoraj četrtino celotne teže kromatina sestavljajo histoni – beljakovine, ki so odgovorne za »pakiranje« dednih informacij. To značilnost strukture preučujeta biokemija in biologija. Struktura jedra je kompleksna prav zaradi kromatina in prisotnosti procesov, ki izmenjujejo njegovo spiralizacijo in despiralizacijo.
Prisotnost histonov omogoča kondenzacijo in dokončanje verige DNK na majhnem mestu – v celičnem jedru. To se zgodi na naslednji način: histoni tvorijo nukleosome, ki so struktura kot kroglice. H2B, H3, H2A in H4 so glavni proteini histona. Nukleosom tvorijo štirje pari vsakega od predstavljenih histonov. Hkrati je histon H1 povezovalec: povezan je z DNK na mestu vstopa v nukleosom. Pakiranje DNK nastane kot posledica "navijanja" linearne molekule okoli 8 proteinov histonske strukture.
Struktura jedra, katere shema je predstavljena zgoraj, kaže na prisotnost solenoidne strukture DNK, dokončane na histonih. Debelina tega konglomerata je približno 30 nm. Hkrati je mogoče konstrukcijo dodatno stisniti, da zavzame manj prostora in je manj izpostavljenamehanske poškodbe, ki se neizogibno pojavijo med življenjsko dobo celice.
kromatinske frakcije
Struktura, struktura in funkcije celičnega jedra so osredotočene na vzdrževanje dinamičnih procesov spiralizacije in despiralizacije kromatina. Zato obstajata dve njegovi glavni frakciji: močno spiralizirana (heterokromatin) in rahlo spiralizirana (evkromatin). Ločeni so tako strukturno kot funkcionalno. V heterokromatinu je DNK dobro zaščitena pred kakršnimi koli vplivi in je ni mogoče prepisati. Evhromatin je manj zaščiten, vendar se lahko geni za sintezo beljakovin podvojijo. Najpogosteje se deli heterokromatina in evhromatina izmenjujejo po dolžini celotnega kromosoma.
kromosomi
Celično jedro, katerega struktura in funkcije so opisane v tej publikaciji, vsebuje kromosome. Gre za kompleksen in kompaktno zapakiran kromatin, ki ga je mogoče videti pod svetlobnim mikroskopom. Vendar je to mogoče le, če se celica nahaja na stekelcu v fazi mitotične ali mejotske delitve. Ena od stopenj je spiralizacija kromatina s tvorbo kromosomov. Njihova struktura je izjemno preprosta: kromosom ima telomer in dve kraki. Vsak večcelični organizem iste vrste ima enako zgradbo jedra. Podobna je tudi njegova tabela kromosomov.
Izvedba funkcij jedra
Glavne značilnosti strukture jedra so povezane z izvajanjem določenih funkcij in potrebo po njihovem nadzoru. Jedro igra vlogo skladišča dednih informacij, torej je nekakšna datotečna omara zzapisana zaporedja aminokislin vseh beljakovin, ki jih je mogoče sintetizirati v celici. To pomeni, da mora celica za izvajanje katere koli funkcije sintetizirati protein, katerega struktura je kodirana v genu.
Da bi jedro "razumelo", kateri protein je treba sintetizirati ob pravem času, obstaja sistem zunanjih (membranskih) in notranjih receptorjev. Informacije iz njih prihajajo v jedro preko molekularnih prenašalcev. Najpogosteje se to uresniči preko mehanizma adenilat ciklaze. Tako na celico delujejo hormoni (adrenalin, norepinefrin) in nekatera zdravila s hidrofilno strukturo.
Drugi mehanizem prenosa informacij je notranji. Značilen je za lipofilne molekule – kortikosteroide. Ta snov prodre v bilipidno membrano celice in gre v jedro, kjer sodeluje s svojim receptorjem. Kot posledica aktivacije receptorskih kompleksov, ki se nahajajo na celični membrani (adenilat ciklazni mehanizem) ali na kariolemi, se sproži aktivacijska reakcija določenega gena. Replicira se, na njegovi podlagi je zgrajena selska RNA. Kasneje se glede na strukturo slednjega sintetizira beljakovina, ki opravlja določeno funkcijo.
Jedro večceličnih organizmov
V večceličnem organizmu so strukturne značilnosti jedra enake kot pri enoceličnem. Čeprav obstaja nekaj odtenkov. Prvič, večceličnost pomeni, da bo več celic imelo svojo specifično funkcijo (ali več). To pomeni, da bodo nekateri geni vednodespiralizirani, medtem ko so drugi neaktivni.
Na primer, v celicah maščobnega tkiva bo sinteza beljakovin neaktivna, zato je večina kromatina spiralizirana. In v celicah, na primer eksokrinem delu trebušne slinavke, potekajo procesi biosinteze beljakovin. Zato je njihov kromatin despiraliziran. Na tistih področjih, katerih geni se najpogosteje replicirajo. Hkrati je pomembna ključna lastnost: kromosomski niz vseh celic enega organizma je enak. Le zaradi diferenciacije funkcij v tkivih so nekateri izključeni iz dela, drugi pa so pogosteje despiralizirani.
Jedrske celice telesa
Obstajajo celice, katerih strukturne značilnosti jedra se morda ne upoštevajo, saj zaradi svoje vitalne aktivnosti bodisi zavirajo njegovo delovanje ali pa se ga popolnoma znebijo. Najpreprostejši primer so rdeče krvne celice. To so krvne celice, katerih jedro je prisotno le v zgodnjih fazah razvoja, ko se sintetizira hemoglobin. Takoj, ko ga je dovolj za prenašanje kisika, se jedro odstrani iz celice, da se olajša, ne da bi se motil transport kisika.
Na splošno je eritrocit citoplazemska vrečka, napolnjena s hemoglobinom. Podobna struktura je značilna za maščobne celice. Struktura celičnega jedra adipocitov je izjemno poenostavljena, zmanjša se in premakne na membrano, procesi sinteze beljakovin pa so maksimalno zavirani. Te celice spominjajo tudi na "vrečke", napolnjene z maščobo, čeprav so seveda raznolikev njih je nekoliko več biokemičnih reakcij kot v eritrocitih. Trombociti tudi nimajo jedra, vendar jih ne bi smeli šteti za polnopravne celice. To so fragmenti celic, potrebni za izvajanje procesov hemostaze.
