Cellkärnan är dess viktigaste organell, platsen för lagring och reproduktion av ärftlig information. Detta är en membranstruktur som upptar 10-40% av cellen, vars funktioner är mycket viktiga för eukaryoternas liv. Men även utan närvaron av en kärna är förverkligandet av ärftlig information möjlig. Ett exempel på denna process är den vitala aktiviteten hos bakterieceller. Ändå är kärnans strukturella egenskaper och dess syfte mycket viktiga för en flercellig organism.
Placering av kärnan i cellen och dess struktur
Kärnan är belägen i cytoplasmans tjocklek och är i direkt kontakt med det grova och släta endoplasmatiska retikulumet. Den är omgiven av två membran, mellan vilka är det perinukleära utrymmet. Inuti kärnan finns en matris, kromatin och några nukleoler.
Vissa mogna mänskliga celler har ingen kärna, medan andra fungerar under förhållanden med allvarlig hämning av dess aktivitet. I allmänhet presenteras strukturen av kärnan (schemat) som en kärnkavitet, begränsad av ett karyolemma från cellen, innehållande kromatin och nukleoler fixerade i nukleoplasmankärnkraftsmatris.
Karyolemmas struktur
För bekvämligheten med att studera kärncellen bör den senare uppfattas som bubblor, begränsade av skal från andra bubblor. Kärnan är en bubbla med ärftlig information som ligger i cellens tjocklek. Det skyddas från sin cytoplasma av ett dubbelskikts lipidmembran. Strukturen på kärnans skal liknar cellmembranet. Faktum är att de endast kännetecknas av namnet och antalet lager. Utan allt detta är de identiska till struktur och funktion.
Strukturen av karyolemma (kärnmembranet) är tvålagers: den består av två lipidlager. Det yttre bilipidlagret av karyolemma är i direkt kontakt med cellendoplasmans grova retikulum. Inre karyolemma - med innehållet i kärnan. Det finns ett perinukleärt utrymme mellan det yttre och inre karyomembranet. Tydligen bildades det på grund av elektrostatiska fenomen - avstötning av områden med glycerolrester.
Kärnmembranets funktion är att skapa en mekanisk barriär som skiljer kärnan från cytoplasman. Det inre membranet av kärnan fungerar som ett fixeringsställe för kärnmatrisen - en kedja av proteinmolekyler som stöder bulkstrukturen. Det finns speciella porer i två kärnmembran: budbärar-RNA kommer in i cytoplasman genom dem till ribosomerna. I själva kärnans tjocklek finns flera nukleoler och kromatin.
Nukleoplasmans inre struktur
Särdrag i kärnans struktur gör att vi kan jämföra den med själva cellen. Inuti kärnan finns också en speciell miljö (nukleoplasma),representeras av en gel-sol, en kolloidal lösning av proteiner. Inuti det finns ett nukleoskelett (matris), representerat av fibrillära proteiner. Huvudskillnaden ligger bara i det faktum att övervägande sura proteiner finns i kärnan. Tydligen behövs en sådan reaktion av omgivningen för att bevara de kemiska egenskaperna hos nukleinsyror och förekomsten av biokemiska reaktioner.
Nucleolus
Strukturen av cellkärnan kan inte fullbordas utan kärnan. Det är ett spiraliserat ribosom alt RNA, som är i mognadsstadiet. Senare kommer en ribosom att erhållas från den - en organell som är nödvändig för proteinsyntes. I kärnans struktur särskiljs två komponenter: fibrillär och globulär. De skiljer sig endast genom elektronmikroskopi och har inga egna membran.
Den fibrillära komponenten är i mitten av kärnan. Det är en sträng av RNA av ribosomal typ från vilken ribosomala subenheter kommer att sättas ihop. Om vi betraktar kärnan (struktur och funktioner), är det uppenbart att en granulär komponent senare kommer att bildas av dem. Dessa är samma mognad ribosomala subenheter som är i de senare stadierna av sin utveckling. De bildar snart ribosomer. De avlägsnas från nukleoplasman genom kärnporerna i karyolemma och kommer in i membranet i det grova endoplasmatiska retikulum.
Kromatin och kromosomer
Strukturen och funktionerna hos cellkärnan är organiskt sammanlänkade: det finns bara de strukturer som behövs för att lagra och reproducera ärftlig information. Det finns också ett karyoskelett(kärnmatris), vars funktion är att bibehålla organellens form. Den viktigaste komponenten i kärnan är dock kromatin. Dessa är kromosomer som spelar rollen som arkivskåp för olika grupper av gener.
Kromatin är ett komplext protein som består av en polypeptid med en kvartär struktur kopplad till en nukleinsyra (RNA eller DNA). Kromatin finns också i bakteriella plasmider. Nästan en fjärdedel av kromatinets totala vikt består av histoner - proteiner som ansvarar för "förpackningen" av ärftlig information. Denna egenskap hos strukturen studeras av biokemi och biologi. Strukturen av kärnan är komplex just på grund av kromatinet och närvaron av processer som alternerar dess spiralisering och despiralisering.
Närvaron av histoner gör det möjligt att kondensera och komplettera DNA-strängen på en liten plats - i cellkärnan. Detta sker enligt följande: histoner bildar nukleosomer, som är en struktur som pärlor. H2B, H3, H2A och H4 är de viktigaste histonproteinerna. Nukleosomen bildas av fyra par av var och en av de presenterade histonerna. Samtidigt är histon H1 en länk: den är associerad med DNA vid platsen för inträde i nukleosomen. DNA-packning sker som ett resultat av "lindningen" av en linjär molekyl runt 8 histonstrukturproteiner.
Strukturen av kärnan, vars schema presenteras ovan, antyder närvaron av en solenoidliknande struktur av DNA färdigställd på histoner. Tjockleken på detta konglomerat är cirka 30 nm. Samtidigt kan strukturen komprimeras ytterligare för att ta mindre plats och bli mindre utsatt förmekanisk skada som oundvikligen uppstår under cellens livstid.
kromatinfraktioner
Strukturen, strukturen och funktionerna hos cellkärnan är fixerade vid att upprätthålla de dynamiska processerna för kromatinspiralisering och despiralisering. Därför finns det två huvudfraktioner av det: starkt spiraliserad (heterokromatin) och lätt spiraliserad (eukromatin). De är åtskilda både strukturellt och funktionellt. I heterokromatin är DNA väl skyddat från alla influenser och kan inte transkriberas. Eukromatin är mindre skyddat, men gener kan dupliceras för proteinsyntes. Oftast alternerar sektioner av heterokromatin och eukromatin genom hela kromosomens längd.
kromosomer
Cellkärnan, vars struktur och funktioner beskrivs i denna publikation, innehåller kromosomer. Det är ett komplext och kompakt packat kromatin som kan ses under ljusmikroskopi. Detta är dock endast möjligt om en cell är placerad på glasskivan i skedet av mitotisk eller meiotisk delning. Ett av stegen är spiraliseringen av kromatin med bildandet av kromosomer. Deras struktur är extremt enkel: kromosomen har en telomer och två armar. Varje flercellig organism av samma art har samma struktur av kärnan. Hans kromosomdukade bord är också liknande.
Implementering av kärnfunktioner
Huvuddragen i kärnans struktur är relaterade till utförandet av vissa funktioner och behovet av att kontrollera dem. Kärnan spelar rollen som ett förråd av ärftlig information, det vill säga det är ett slags arkivskåp medskrivna sekvenser av aminosyror av alla proteiner som kan syntetiseras i cellen. Det betyder att för att utföra någon funktion måste en cell syntetisera ett protein vars struktur kodas i genen.
För att kärnan ska "förstå" vilket särskilt protein som behöver syntetiseras vid rätt tidpunkt, finns det ett system av externa (membran) och interna receptorer. Information från dem kommer till kärnan genom molekylära sändare. Oftast realiseras detta genom adenylatcyklasmekanismen. Det är så hormoner (adrenalin, noradrenalin) och vissa läkemedel med hydrofil struktur verkar på cellen.
Den andra mekanismen för informationsöverföring är intern. Det är karakteristiskt för lipofila molekyler - kortikosteroider. Detta ämne penetrerar cellens bilipidmembran och går till kärnan, där det interagerar med sin receptor. Som ett resultat av aktiveringen av receptorkomplex belägna på cellmembranet (adenylatcyklasmekanism) eller på karyolemma utlöses aktiveringsreaktionen av en viss gen. Den replikerar, på grundval av dess byggs budbärar-RNA. Senare, enligt strukturen av den senare, syntetiseras ett protein som utför en viss funktion.
Kärnan i flercelliga organismer
I en flercellig organism är kärnans strukturella egenskaper desamma som i en encelliga. Även om det finns några nyanser. För det första innebär multicellularitet att ett antal celler kommer att ha sin egen specifika funktion (eller flera). Det betyder att vissa gener alltid kommer att vara detdespiraliseras medan andra är inaktiva.
Till exempel, i fettvävnadsceller, kommer proteinsyntesen att vara inaktiv, och därför spiraliseras det mesta av kromatinet. Och i celler, till exempel den exokrina delen av bukspottkörteln, pågår processerna för proteinbiosyntes. Därför despiraliseras deras kromatin. I de områden vars gener replikeras oftast. Samtidigt är en nyckelfunktion viktig: kromosomuppsättningen av alla celler i en organism är densamma. Endast på grund av differentieringen av funktioner i vävnaderna stängs vissa av dem av från arbetet, medan andra despiraliseras oftare än andra.
Kroppens kärnceller
Det finns celler vars strukturella egenskaper hos kärnan kanske inte beaktas, eftersom de som ett resultat av sin vitala aktivitet antingen hämmar dess funktion eller blir helt av med den. Det enklaste exemplet är röda blodkroppar. Dessa är blodkroppar, vars kärna är närvarande endast i de tidiga utvecklingsstadierna, när hemoglobin syntetiseras. Så snart det finns tillräckligt av det för att transportera syre, avlägsnas kärnan från cellen för att underlätta det utan att störa syretransporten.
I allmänna termer är en erytrocyt en cytoplasmatisk säck fylld med hemoglobin. En liknande struktur är karakteristisk för fettceller. Strukturen av cellkärnan hos adipocyter är extremt förenklad, den minskar och skiftar till membranet, och processerna för proteinsyntes hämmas maxim alt. Dessa celler liknar också "påsar" fyllda med fett, även om, naturligtvis, variationendet finns något fler biokemiska reaktioner i dem än i erytrocyter. Blodplättar har inte heller någon kärna, men de bör inte betraktas som fullvärdiga celler. Dessa är fragment av celler som är nödvändiga för implementering av hemostasprocesser.
