Cellens struktur och funktioner har genomgått ett antal förändringar under evolutionens gång. Uppkomsten av nya organeller föregicks av omvandlingar i atmosfären och litosfären på den unga planeten. Ett av de betydande förvärven var cellkärnan. Eukaryota organismer fick, på grund av närvaron av separata organeller, betydande fördelar jämfört med prokaryoter och började snabbt dominera.
Cellkärnan, vars struktur och funktioner är något olika i olika vävnader och organ, har förbättrat kvaliteten på RNA-biosyntes och överföringen av ärftlig information.
Ursprung
Hintills finns det två huvudhypoteser om bildandet av en eukaryot cell. Enligt den symbiotiska teorin var organeller (som flageller eller mitokondrier) en gång separata prokaryota organismer. De moderna eukaryoternas förfäder slukade dem. Resultatet blev en symbiotisk organism.
Kärnan bildades som ett resultat av utskjutande inåtsektion av det cytoplasmatiska membranet. Detta var ett nödvändigt förvärv på vägen till att bemästra ett nytt sätt att näring, fagocytos, av cellen. Infångningen av mat åtföljdes av en ökning av graden av cytoplasmatisk rörlighet. Genoforer, som var det genetiska materialet i en prokaryotisk cell och fäst vid väggarna, föll in i en zon med starkt "flöde" och behövde skydd. Som ett resultat bildades en djup invagination av en sektion av membranet innehållande bifogade genoforer. Denna hypotes stöds av det faktum att kärnans skal är oupplösligt kopplat till cellens cytoplasmatiska membran.
Det finns en annan version av händelseutvecklingen. Enligt den virala hypotesen om kärnans ursprung bildades den som ett resultat av infektion av en gammal arkeisk cell. Ett DNA-virus infiltrerade det och fick gradvis fullständig kontroll över livsprocesser. Forskare som anser att denna teori är mer korrekt, ger många argument till dess fördel. Men hittills finns det inga avgörande bevis för någon av de befintliga hypoteserna.
En eller flera
De flesta celler i moderna eukaryoter har en kärna. De allra flesta av dem innehåller bara en sådan organell. Det finns dock celler som har förlorat kärnan på grund av vissa funktionella egenskaper. Dessa inkluderar till exempel erytrocyter. Det finns också celler med två (ciliater) och till och med flera kärnor.
Struktur av cellkärnan
Oavsett organismens egenskaper kännetecknas kärnans struktur av en uppsättning typiskaorganeller. Det är separerat från cellens inre utrymme med ett dubbelt membran. På vissa ställen smälter dess inre och yttre skikt samman och bildar porer. Deras funktion är att utbyta ämnen mellan cytoplasman och kärnan.
Organellutrymmet är fyllt med karyoplasma, även kallat kärnsav eller nukleoplasma. Den innehåller kromatin och kärnan. Ibland finns inte den sista av de namngivna organellerna i cellkärnan i en enda kopia. I vissa organismer saknas nukleoler tvärtom.
Membran
Kärnmembranet bildas av lipider och består av två lager: yttre och inre. I själva verket är detta samma cellmembran. Kärnan kommunicerar med kanalerna i det endoplasmatiska retikulumet genom det perinukleära utrymmet, en hålighet som bildas av två lager av membranet.
De yttre och inre membranen har sina egna strukturella egenskaper, men är i allmänhet ganska lika.
Närmast cytoplasman
Det yttre lagret passerar in i membranet i det endoplasmatiska retikulumet. Dess huvudsakliga skillnad från den senare är en betydligt högre koncentration av proteiner i strukturen. Membranet i direkt kontakt med cellens cytoplasma är täckt med ett lager av ribosomer från utsidan. Den är ansluten till det inre membranet av många porer, som är ganska stora proteinkomplex.
Innerlager
Membranet som vetter mot cellkärnan, till skillnad från den yttre, är slätt, inte täckt med ribosomer. Det begränsar karyoplasman. Ett karakteristiskt kännetecken för det inre membranet är ett lager av nukleär lamina som fodrar det från sidan,i kontakt med nukleoplasman. Denna specifika proteinstruktur bibehåller formen på höljet, är involverad i regleringen av genuttryck och främjar även vidhäftning av kromatin till kärnmembranet.
Metabolism
Samverkan mellan kärnan och cytoplasman utförs genom kärnporer. De är ganska komplexa strukturer som bildas av 30 proteiner. Antalet porer på en kärna kan vara olika. Det beror på typen av cell, organ och organism. Så hos människor kan cellkärnan ha från 3 till 5 tusen porer, hos vissa grodor når den 50 000.
Huvudfunktionen hos porerna är utbytet av ämnen mellan kärnan och resten av cellutrymmet. Vissa molekyler passerar genom porerna passivt, utan extra energiförbrukning. De är små i storleken. Transport av stora molekyler och supramolekylära komplex kräver förbrukning av en viss mängd energi.
RNA-molekyler som syntetiseras i kärnan kommer in i cellen från karyoplasman. Proteiner som är nödvändiga för intranukleära processer transporteras i motsatt riktning.
Nucleoplasma
Kärnjuice är en kolloidal lösning av proteiner. Det begränsas av kärnhöljet och omger kromatinet och nukleolen. Nukleoplasma är en trögflytande vätska i vilken olika ämnen är lösta. Dessa inkluderar nukleotider och enzymer. De förra är väsentliga för DNA-syntes. Enzymer är involverade i transkription såväl som DNA-reparation och replikering.
Strukturen av kärnjuice förändras beroende på cellens tillstånd. Det finns två av dem - stationära ochinträffar under delning. Den första är karakteristisk för interfas (tiden mellan divisioner). Samtidigt kännetecknas kärnjuice av en enhetlig fördelning av nukleinsyror och ostrukturerade DNA-molekyler. Under denna period finns det ärftliga materialet i form av kromatin. Uppdelningen av cellkärnan åtföljs av omvandlingen av kromatin till kromosomer. Vid denna tidpunkt förändras karyoplasmans struktur: det genetiska materialet får en viss struktur, kärnhöljet förstörs och karyoplasman blandas med cytoplasman.
kromosomer
Huvudfunktionerna för nukleoproteinstrukturerna i kromatinet som transformeras vid tidpunkten för delningen är lagring, implementering och överföring av ärftlig information som finns i cellkärnan. Kromosomer kännetecknas av en viss form: de är uppdelade i delar eller armar genom en primär sammandragning, även kallad coelomeren. Beroende på dess placering särskiljs tre typer av kromosomer:
- stavformade eller akrocentriska: de kännetecknas av placeringen av coelomeren nästan i slutet, ena armen är mycket liten;
- diversifierad eller submetacentrisk har armar av olika längd;
- liksidig eller metacentrisk.
Mängden kromosomer i en cell kallas en karyotyp. Varje typ är fast. I det här fallet kan olika celler av samma organism innehålla en diploid (dubbel) eller haploid (enkel) uppsättning. Det första alternativet är typiskt för somatiska celler, som huvudsakligen utgör kroppen. Den haploida uppsättningen är ett privilegium för könsceller. mänskliga somatiska cellerinnehåller 46 kromosomer, kön - 23.
Kromosomer i den diploida uppsättningen bildar par. Identiska nukleoproteinstrukturer som ingår i ett par kallas alleliska. De har samma struktur och utför samma funktioner.
Den strukturella enheten för kromosomer är genen. Det är en del av DNA-molekylen som kodar för ett specifikt protein.
Nucleolus
Cellkärnan har ytterligare en organell - kärnan. Det är inte skilt från karyoplasman av ett membran, men det är lätt att märka när man undersöker cellen med ett mikroskop. Vissa kärnor kan ha flera nukleoler. Det finns också de där sådana organeller är helt frånvarande.
Formen på kärnan liknar en sfär, har en ganska liten storlek. Den innehåller olika proteiner. Nukleolus huvudfunktion är syntesen av ribosom alt RNA och själva ribosomerna. De är nödvändiga för skapandet av polypeptidkedjor. Nukleoler bildas runt speciella områden i genomet. De kallas nukleolära organisatörer. Den innehåller de ribosomala RNA-generna. Nukleolen är bland annat den plats med högst koncentration av protein i cellen. En del av proteinerna är nödvändiga för att utföra organoidens funktioner.
Nukleolen består av två komponenter: granulär och fibrillär. Den första är de mogna ribosomsubenheterna. I fibrillärcentret utförs syntesen av ribosom alt RNA. Den granulära komponenten omger den fibrillära komponenten som är belägen i centrum av kärnan.
Cellkärna och dess funktioner
Rollen somspelar kärnan, är oupplösligt kopplad till dess struktur. Organoidens inre strukturer implementerar tillsammans de viktigaste processerna i cellen. Den innehåller den genetiska informationen som bestämmer cellens struktur och funktion. Kärnan ansvarar för lagring och överföring av ärftlig information under mitos och meios. I det första fallet får dottercellen en uppsättning gener som är identiska med föräldern. Som ett resultat av meios bildas könsceller med en haploid uppsättning kromosomer.
En annan inte mindre viktig funktion hos kärnan är regleringen av intracellulära processer. Det utförs som ett resultat av att kontrollera syntesen av proteiner som är ansvariga för strukturen och funktionen hos cellulära element.
Påverkan på proteinsyntes har ett annat uttryck. Kärnan, som styr processerna inuti cellen, förenar alla dess organeller till ett enda system med en välfungerande arbetsmekanism. Misslyckanden i den leder som regel till celldöd.
Slutligen är kärnan platsen för syntes av ribosomsubenheter, som är ansvariga för bildandet av samma protein från aminosyror. Ribosomer är oumbärliga i transkriptionsprocessen.
Den eukaryota cellen är en mer perfekt struktur än den prokaryota. Utseendet på organeller med sitt eget membran gjorde det möjligt att öka effektiviteten av intracellulära processer. Bildandet av en kärna omgiven av ett dubbelt lipidmembran spelade en mycket viktig roll i denna utveckling. Skyddet av ärftlig information genom membranet gjorde det möjligt för forntida encelliga organismer att bemästraorganismer på nya sätt att leva. Bland dem var fagocytos, som enligt en version ledde till uppkomsten av en symbiotisk organism, som senare blev stamfadern till den moderna eukaryota cellen med alla dess karakteristiska organeller. Cellkärnan, strukturen och funktionerna hos några nya strukturer gjorde det möjligt att använda syre i ämnesomsättningen. Konsekvensen av detta blev en kardinal förändring i jordens biosfär, grunden lades för bildning och utveckling av flercelliga organismer. Idag dominerar eukaryota organismer, inklusive människor, planeten, och ingenting förebådar förändringar i detta avseende.
