Jądro komórkowe
Trudno jest wybierać ważniejsze i mniej ważne organella komórki - w
końcu wszystkie są potrzebne, żeby to skomplikowane laboratorium
biochemiczne, jakim jest komórka, działało zgodnie z planem. Ale jednak
jądro komórkowe ma dość szczególna rolę. W końcu właśnie w nim mieści
się zakodowana informacja genetyczna, która steruje całym życiem komórki.
Budowa jądra:
Budowie
jądra można przyjrzeć się przy pomocy mikroskopu elektronowego. Zawieszone w cytoplazmie jądro komórkowe jest od niej odgraniczone
przez otoczkę jądrowa, która jest zbudowana z dwóch błon
białkowo-lipidowych. Błony tworzące otoczkę jądrową są - tak jak inne
błony biologiczne - selektywnie przepuszczalne, więc skład chemiczny
kariolimfy (płynu wypełniającego wnętrze jądra komórkowego) różni się
od składu chemicznego cytoplazmy.
Dwie błony białkowo-lipidowe otoczki
jądrowej w niektórych miejscach
łączą się ze sobą. W tych punktach znajdują się pory jądrowe, przez
które przechodzą
cząsteczki transportowane z jądra do cytoplazmy i w
przeciwnym kierunku. Pory jądrowe zbudowane są z tworzących pierścień
białek zwanych nukleoporynami. Na zewnątrz znajdują się włoski mające
charakter sensorów, a wewnątrz koszyk mogący wpuścić lub nie daną
cząsteczkę. W porach znajdują się kanały, przez które mogą swobodnie
przemieszczać się małe, hydrofilowe cząsteczki.
Oczywiście w tym wewnętrznym pierścieniu siedzą specjalne białka, które
nie pozwalają niektórym cząsteczkom przekraczać granicy otoczki
jądrowej, a inne cząsteczki przepychają na druga stronę błony.
Duże cząsteczki, takie jak białka, wymagają specjalnego mechanizmu
przechodzenia przez pory. Białka mające dostać się do jądra muszą mieć
sygnał lokalizacji jądrowej NLS. Do takiej sekwencji aminokwasów
przyczepia się białko zwane receptorem importu jądrowego (karioferyna).
Kompleks rozpoznawany jest przez sensory poru jądrowego i wciągany do
środka. W
jądrze receptor importu jądrowego odłącza się i przez por
wraca do cytoplazmy.
Do jądra dostają się w pełni sfałdowane białka z odsłoniętą sekwencją
NLS (inaczej nie łączą się z karioferynami). W ten sposób następuje
przekazanie sygnału przez np. ścieżkę Ras (odpowiednia kinaza może
dostać się do jądra i uruchomić transkrypcję danego genu). Ścieżka może
być wyłączana przez łagodną proteolizę białek (usunięcie NLS powoduje
inaktywację procesów jądrowych).
Z jądra przez pory wydostają się karioferyny, tRNA, mRNA oraz całe podjednostki rybosomów (rRNA z białkami).
Nitkowate zagęszczenia tworzące delikatną siateczkę w jądrze komórkowym
to chromatyna. Chromatyna jest zbudowana z kwasu deoksyrybonukleinowego
(DNA), w którym zakodowane są geny, oraz z różnych białek, które
przyczepiają się do DNA i pozwalają zmieścić długie cząsteczki tego
kwasu w jądrze komórkowym oraz uczestniczą w odczytywaniu informacji
genetycznych. W chromatynie można też znaleźć trochę cząsteczek kwasu
rybonukleinowego (RNA).
Cząsteczki DNA są niesamowicie długie. W mikroskopijnym jądrze jednej
komórki człowieka upchnięte są cząsteczki DNA o długości prawie dwóch
metrów. Komórka radzi sobie z pakowaniem DNA do jądra komórkowego,
nawijając cząsteczki DNA na kompleksy złożone ze specjalnych białek
histonowych (tak powstają nukleosomy, oraz układając długie sznury
nukleosomów w jeszcze bardziej skomplikowane włókna). Tak właśnie
powstaje chromatyna. Podczas podziału komórki upakowanie DNA jeszcze
bardziej się zwiększa - ze zwiewnych i cieniutkich włókien
chromatynowych powstają krótkie i grube chromosomy.
Chromatyna jądra nie dzielącej się komórki może być bardziej albo mniej
skondensowana. Postać bardziej rozluźniona, w której nukleosomy nie
leżą tak blisko siebie, nosi nazwę euchromatyny; geny zlokalizowane we
fragmentach DNA znajdujących się w euchromatynie często są aktywne -
białka odczytujące informacje genetyczne mają do nich łatwiejszy
dostęp. W mikroskopie euchromatyna jest widoczna jako delikatne
włókienka.
Heterochromatyna to bardziej zbity rodzaj chromatyny. W obrębie
heterochromatyny najczęściej leżą nieaktywne geny albo cząsteczki DNA,
które nic nie kodują. Odpowiednie fragmenty cząsteczek DNA są
przepisywane na cząsteczki RNA w procesie transkrypcji. Potem takie
cząsteczki RNA są transportowane do cytoplazmy i tam rybosomy
wykorzystują je do produkcji nowych cząsteczek białek, które wpływają
na rożne procesy życiowe komórki.
Wewnątrz jądra
komórkowego są jąderka - owalne, nie otoczone żadną
dodatkową błoną miejsca produkcji rybosomalnego RNA (rRNA), kwasu
nukleinowego, który wchodzi w skład rybosomów (organelli, które biorą
udział w biosyntezie białek). Komórki produkujące dużo białek (na
przykład komórki trzustki wytwarzające
enzymy trawienne) często mają
większe i wyraźniejsze jąderka.
Wszystkie elementy jądra komórkowego utrzymują się we właściwych
miejscach, bo są przyczepione do macierzy jądrowej - skomplikowanej
sieci białkowej, która tworzy wewnętrzny szkielet jądra komórki.
Szczególnie ciekawymi białkami macierzy jądrowej są laminy - cząsteczki
wyściełające wewnętrzną powierzchnie otoczki jądrowej. Laminy odpadają
od otoczki jądrowej podczas podziału komórki (wtedy są fosforylowane
przez specjalne enzymy, a otoczka jądrowa się rozpada, żeby segregacja
chromosomów mogła przebiegać prawidłowo), a podczas apoptozy są
trawione przez kaspazy - enzymy, które biorą udział w komórkowym
samobójstwie.
Erytrocyty, czyli czerwone ciałka krwi są komórkami bez jądra
komórkowego. Dojrzewające erytrocyty wypluwają z siebie jądra komórkowe
i gotowe czerwone ciałko krwi jest po brzegi napchane cząsteczkami
hemoglobiny. Może bez reszty poświęcić się przenoszeniu tlenu we krwi,
gdyż nie ma już swoich własnych genów i nie potrafi robić już nic
innego. Nie może uruchomić nowych genów i reagować na zmieniające się
warunki środowiska. Staje się takim „ogłupiałym, komórkowym zombie”,
który razem z genami traci zdolność produkcji wielu rożnych białek
zakodowanych w DNA jądra komórkowego.
W jądrze oprócz DNA znajduje się macierz jądrowa zbudowana z
nukleoplazmy oraz wielu różnych białek, m.in. enzymów regulujących
replikację, transkrypcję i syntezę pre-rybosomów, czynników
transkrypcji, białek modelujących DNA (SWI, ISWI). W jądrze znajdują
się też miejsca do modyfikowania pierwotnego transkryptu .
Funkcje jądra:
semikonserwatywne odtwarzanie struktury i zawartości informacyjnej chromatyny.
Regulowanie biosyntezy w innych przedziałach komórki:
enzymy i czynniki regulujące powstawanie rRNA na terenie jąderka
enzymy i czynniki transkrypcyjne TF regulujące transkrypcje mRNA
enzymy i czynniki regulujące powstawanie tRNA
enzymy i TF innych typów RNA
wytworzenie i podtrzymanie funkcji otoczki jądrowej,
regulacja lokalizacji jądra w komórce
regulacja przebiegu mitozy i położenia wrzeciona kariokinetycznego
Podziały
Wszystkie, komórki posiadają pierwotną umiejętność dzielenia się. Na
drodze mitozy, z każdej komórki mogą powstać dwie, identyczne pod
względem zawartego w nich DNA. Tak podział pozwala na rozwój i rozrost
organizmu. Ponadto u organizmów jednokomórkowych pozwala na szybkie i
wydajne rozmnażanie. Podstawowymi założeniami procesu mitotycznego jest
niezmienność ilości i struktury DNA komórek potomnych w porównaniu do
komórki macierzystej.
Więcej streszczeń na temat Jądro komórkowe