BUNĚČNÉ JÁDRO: CHARAKTERISTIKA, FUNKCE, STRUKTURA - BIOLOGIE - 2025

Buněčné jádro je základní přihrádka z eukaryotických buněk. Je to nejviditelnější struktura tohoto typu buněk a má genetický materiál. Řídí všechny buněčné procesy: obsahuje všechny pokyny zakódované v DNA k provedení nezbytných reakcí. Podílí se na procesech buněčného dělení.

Všechny eukaryotické buňky mají jádro, s výjimkou několika konkrétních příkladů, jako jsou zralé červené krvinky (erytrocyty) u savců a plamenné buňky v rostlinách. Podobně existují buňky s více než jedním jádrem, jako jsou některé svalové buňky, hepatocyty a neurony.

Jádro objevil v roce 1802 Franz Bauer; V roce 1830 však vědec Robert Brown tuto strukturu pozoroval a stal se populárním jako její hlavní objevitel. Díky své velké velikosti může být jasně pozorován pod mikroskopem. Kromě toho se jedná o snadnou strukturu barvení.

Jádro není homogenní a statická sférická entita s rozptýlenou DNA. Je to složitá a složitá struktura s různými komponenty a částmi uvnitř. Kromě toho je dynamický a neustále se mění v průběhu buněčného cyklu.

vlastnosti

Jádro je hlavní strukturou, která umožňuje rozlišení mezi eukaryotickými a prokaryotickými buňkami. Je to největší komůrka buněk. Obecně je jádro blízko středu buňky, ale existují výjimky, jako jsou plazmatické buňky a epitelové buňky.

Jedná se o kulovitou organelu o průměru asi 5 µm, ale v závislosti na typu buňky může dosáhnout 12 µm. Mohu zabírat přibližně 10% z celkového objemu buněk.

Má jadernou obálku tvořenou dvěma membránami, které ji oddělují od cytoplazmy. Genetický materiál je organizován společně s proteiny v něm.

Přestože uvnitř jádra neexistují žádné další membránové dílčí součásti, lze odlišit řadu složek nebo oblastí ve struktuře, které mají specifické funkce.

Funkce

Jádru je připisováno mimořádné množství funkcí, protože obsahuje soubor všech genetických informací o buňce (kromě mitochondriální DNA a chloroplastové DNA) a řídí procesy buněčného dělení. V souhrnu jsou hlavní funkce jádra následující:

Genová regulace

Existence lipidové bariéry mezi genetickým materiálem a zbytkem cytoplazmatických složek pomáhá redukovat interference jiných složek ve fungování DNA. To představuje evoluční inovaci, která má velký význam pro skupiny eukaryot.

Řezání a spojování

Sestřihový proces messengerové RNA nastává v jádru před tím, než molekula putuje do cytoplazmy.

Cílem tohoto procesu je eliminace intronů („kusů“ genetického materiálu, které nekódují a přerušují exony, oblasti, které kódují) z RNA. Později RNA opustí jádro, kde je převedena na proteiny.

Existují další specifičtější funkce každé struktury jádra, které budou probrány později.

Struktura a složení

Jádro se skládá ze tří definovaných částí: jaderné obálky, chromatinu a jádra. Každá struktura bude podrobně popsána níže:

Jaderný obal

Jaderná obálka je složena z membrán lipidové povahy a odděluje jádro od zbytku buněčných složek. Tato membrána je dvojitá a mezi nimi je malý prostor zvaný perinukleární prostor.

Vnitřní a vnější membránový systém tvoří spojitou strukturu s endoplazmatickým retikulem

Tento membránový systém je přerušen řadou pórů. Tyto nukleární kanály umožňují výměnu materiálu s cytoplazmou, protože jádro není úplně izolované od ostatních složek.

Komplex jaderných pórů

Prostřednictvím těchto pórů dochází k výměně látek dvěma způsoby: pasivní, bez potřeby energetických výdajů; nebo aktivní, s výdaji energie. Pasivně mohou malé molekuly, jako je voda nebo soli, menší než 9 nm nebo 30-40 kDa, vstoupit a opustit.

K tomu dochází na rozdíl od molekul s vysokou molekulovou hmotností, které vyžadují, aby se ATP (energeticko-adenosintrifosfát) pohyboval těmito oddíly. Velké molekuly zahrnují kousky RNA (ribonukleová kyselina) nebo jiné biomolekuly proteinové povahy.

Póry nejsou pouhé díry, kterými molekuly procházejí. Jsou to velké proteinové struktury, které mohou obsahovat 100 nebo 200 proteinů a nazývají se „komplex jaderných pórů“. Strukturálně to vypadá hodně jako basketbalový koš. Tyto proteiny se nazývají nukleoporiny.

Tento komplex byl nalezen ve velkém počtu organismů: od kvasinek po člověka. Kromě funkce buněčného transportu se také podílí na regulaci genové exprese. Jsou nepostradatelnou strukturou pro eukaryoty.

Z hlediska velikosti a počtu může komplex dosáhnout obratlovců velikosti 125 MDa a jádro v této skupině zvířat může mít asi 2000 pórů. Tyto vlastnosti se liší podle studovaného taxonu.

Chromatin

Chromatin se nachází v jádru, ale nemůžeme ho považovat za jeho část. Je pojmenována pro svou vynikající schopnost barvit a být pozorována pod mikroskopem.

DNA je extrémně dlouhá lineární molekula v eukaryotech. Jeho stlačování je klíčovým procesem. Genetický materiál je spojen s řadou proteinů zvaných histony, které mají vysokou afinitu k DNA. Existují také jiné typy proteinů, které mohou interagovat s DNA a nejsou histony.

V histonech se DNA zhroutí a tvoří chromozomy. Jedná se o dynamické struktury, které se neustále nenacházejí v jejich typickém tvaru (Xs a Ys, na které jsme zvyklí v ilustracích v knihách). Toto uspořádání se objeví pouze během procesů buněčného dělení.

Ve zbývajících fázích (když buňka není v procesu dělení) nelze jednotlivé chromozomy rozlišit. Tato skutečnost nenaznačuje, že chromozomy jsou homogenně nebo narušeny v celém jádru.

Na rozhraní jsou chromozomy organizovány do specifických domén. V savčích buňkách zabírá každý chromozom specifické „území“.

Typy chromatinů

Lze rozlišit dva typy chromatinu: heterochromatin a euchromatin. První je vysoce kondenzovaný a nachází se na periferii jádra, takže transkripční aparát nemá přístup k těmto genům. Euchromatin je organizován volněji.

Heterochromatin je rozdělen do dvou typů: konstitutivní heterochromatin, který se nikdy neexprimuje; a fakultativní heterochromatin, který není přepisován v některých buňkách a je v jiných.

Nejznámějším příkladem heterochromatinu jako regulátoru genové exprese je kondenzace a inaktivace chromozomu X. U savců mají samice chromosomy XX sex, zatímco samci jsou XY.

Z důvodů dávkování genů nemohou mít ženy v X dvakrát tolik genů než muži. Aby se tomuto konfliktu zabránilo, je X chromozom náhodně inaktivován (stává se heterochromatinem) v každé buňce.

Nucleolus

Jádro je velmi důležitá vnitřní struktura jádra. Nejedná se o kompartment ohraničený membránovými strukturami, jedná se o tmavší oblast jádra se specifickými funkcemi.

V této oblasti jsou geny, které kódují ribozomální RNA, seskupeny a přepsány RNA polymerázou I. V lidské DNA jsou tyto geny nalezeny v satelitech následujících chromozomů: 13, 14, 15, 21 a 22. Jsou to nukleární organizátoři.

Na druhé straně je jádro rozděleno do tří diskrétních oblastí: fibrilární centra, fibrilární komponenty a granulované komponenty.

Nedávné studie nashromáždily stále více důkazů o možných dalších funkcích jádra, nejen omezených na syntézu a sestavení ribozomální RNA.

V současné době se předpokládá, že jádro může být zapojeno do sestavování a syntézy různých proteinů. V této jaderné zóně byly také prokázány post-transkripční modifikace.

Nukleolus je také zapojen do regulačních funkcí. Jedna studie ukázala, jak to souvisí s proteiny potlačujícími nádor.

Cajalova těla

Kajalská těla (nazývaná také stočená těla) nesou toto jméno na počest svého objevitele Santana Ramóna y Cajala. V roce 1903 tento výzkumník tyto neurony pozoroval v neuronech.

Jsou to malé struktury ve formě koulí a existují od 1 do 5 kopií na jádro. Tato těla jsou velmi komplexní s poměrně velkým počtem komponent, včetně těchto transkripčních faktorů a sestřihových strojů.

Tyto sférické struktury byly nalezeny v různých částech jádra, protože se jedná o mobilní struktury. Obvykle se vyskytují v nukleoplazmě, i když v rakovinných buňkách byly nalezeny v jádru.

V jádru jsou dva typy těl Boxu, roztříděné podle velikosti: velké a malé.

Těla PML

Těla PML (promyelocytická leukémie) jsou malé sférické subnukleární oblasti klinického významu, protože byly spojeny s virovými infekcemi a onkogenezí.

Jsou známy v literatuře různými jmény, jako je jaderná doména 10, těla Kremera a onkogenní domény PML.

Jádro má 10 až 30 z těchto domén a má průměr 0,2 až 1,0 um. Mezi jeho funkce patří regulace genů a syntéza RNA.

Reference

1. Adam, SA (2001). Komplex jaderných pórů. Biologie genomu, 2 (9), recenze0007.1-reviews0007.6.
2. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2003). Biologie: život na Zemi. Pearsonovo vzdělávání.
3. Boisvert, FM, Hendzel, MJ a Bazett-Jones, DP (2000). Jaderná tělesa promyelocytové leukémie (PML) jsou proteinové struktury, které nehromadí RNA. The Journal of Cell Biology, 148 (2), 283-292.
4. Busch, H. (2012). Buněčné jádro. Elsevier.
5. Cooper, GM, a Hausman, RE (2000). Buňka: molekulární přístup. Sunderland, MA: Sinajští spolupracovníci.
6. Curtis, H., & Schnek, A. (2008). Curtis. Biologie. Panamerican Medical Ed.
7. Dundr, M., & Misteli, T. (2001). Funkční architektura v buněčném jádru. Biochemical Journal, 356 (2), 297-310.
8. Eynard, AR, Valentich, MA a Rovasio, RA (2008). Histologie a embryologie člověka: buněčné a molekulární základy. Panamerican Medical Ed.
9. Hetzer, MW (2010). Jaderná obálka. Perspektivy Cold Spring Harbor v biologii, 2 (3), a000539.
10. Kabachinski, G., & Schwartz, TU (2015). Struktura a funkce jaderných pórů na první pohled. Journal of Cell Science, 128 (3), 423-429.
11. Montaner, AT (2002). Cajalovo příslušenství. Rev esp patol, 35, (4), 529-532.
12. Newport, JW, a Forbes, DJ (1987). Jádro: struktura, funkce a dynamika. Každoroční přehled biochemie, 56 (1), 535-565.