Šūna ir dzīvu organismu elementāra vienība uz Zemes, un tai ir sarežģīta struktūru ķīmiskā organizācija, ko sauc par organellām. Tie ietver kodolu, kura struktūru un funkcijas mēs pētīsim šajā rakstā.
Eukariotu kodolu pazīmes
Kodolšūnās ir bezmembrānas noapaļotas organellas, kas ir blīvākas nekā karioplazma un ko sauc par kodoliem vai nukleoliem. Tie tika atklāti 19. gadsimtā. Tagad kodoli ir diezgan pilnībā izpētīti, pateicoties elektronu mikroskopijai. Gandrīz līdz 20. gadsimta 50. gadiem nukleolu funkcijas nebija noteiktas, un zinātnieki šo organellu drīzāk uzskatīja par mitozes laikā izmantoto rezerves vielu rezervuāru.
Mūsdienu pētījumi ir atklājuši, ka organoīds satur nukleoproteīna granulas. Turklāt bioķīmiskie eksperimenti ir apstiprinājuši, ka organelle satur lielu daudzumu olb altumvielu. Tie ir tie, kas nosaka tā augsto blīvumu. Papildus olb altumvielām kodols satur RNS un nelielu daudzumu DNS.
Šūnu cikls
Interesanti, ka šūnas dzīvē, kas sastāv noatpūtas periods (starpfāze) un dalīšanās (mejoze - dzimumā, mitoze - somatiskajās šūnās), nukleoli netiek pastāvīgi saglabāti. Tātad starpfāzē obligāti atrodas kodols ar kodolu, kura funkcijas ir genoma saglabāšana un proteīnu sintezējošu organellu veidošanās. Šūnu dalīšanās sākumā, proti, profāzē, tās izzūd un no jauna veidojas tikai telofāzes beigās, paliekot šūnā līdz nākamajai dalīšanās reizei vai līdz apoptozei – tās nāvei.
Kodolenerģijas organizētājs
Pagājušā gadsimta 30. gados zinātnieki atklāja, ka nukleolu veidošanos kontrolē noteiktas dažu hromosomu sadaļas. Tie satur gēnus, kas glabā informāciju par kodola uzbūvi un funkcijām šūnā. Pastāv korelācija starp nukleolu organizētāju skaitu un pašām organellām. Piemēram, spīļotas vardes kariotipa sastāvā ir divas nukleolus veidojošas hromosomas, un attiecīgi tās somatisko šūnu kodolos ir divi nukleoli.
Tā kā kodola funkcijas, kā arī tā klātbūtne ir cieši saistītas ar šūnu dalīšanos un ribosomu veidošanos, pašu organellu nav ļoti specializētos smadzeņu audos, asinīs un arī blastomēros. graujoša zigota.
Nukleola pastiprināšana
Starpfāzes sintētiskajā stadijā kopā ar DNS pašdublēšanos notiek pārmērīga rRNS gēnu skaita replikācija. Tā kā kodola galvenās funkcijas ir ribosomu veidošanās, šo organellu skaits strauji palielinās DNS lokusu pārmērīgas sintēzes dēļ, kas nes informāciju par RNS. Nukleoproteīni, kas nav saistīti arhromosomas sāk darboties autonomi. Tā rezultātā kodolā veidojas daudzi nukleoli, kas attālinās no kodolu veidojošajām hromosomām. Šo parādību sauc par rRNS gēna amplifikāciju. Turpinot pētīt nukleolu funkcijas šūnā, atzīmējam, ka to aktīvākā sintēze notiek mejozes reducēšanās dalījuma profāzē, kā rezultātā pirmās kārtas oocīti var saturēt vairākus simtus nukleolu.
Šīs parādības bioloģiskā nozīme kļūst skaidra, ņemot vērā, ka embrioģenēzes sākumposmā: sasmalcināšanā un blastulācijā, ir nepieciešams milzīgs skaits ribosomu, lai sintezētu galveno būvmateriālu - proteīnu. Pastiprināšana ir diezgan izplatīts process; tā notiek augu, kukaiņu, abinieku, rauga un arī dažu protistu oģenēzē.
Organellu histoķīmiskais sastāvs
Turpināsim eikariotu šūnu un to struktūru izpēti un aplūkosim kodolu, kura uzbūve un funkcijas ir savstarpēji saistītas. Ir konstatēts, ka tajā ir trīs veidu elementi:
- Nukleonēma (šķiedru veidojumi). Tie ir neviendabīgi un satur fibrillas un gabaliņus. Būdami gan augu, gan dzīvnieku šūnu sastāvā, nukleonēmi veido fibrilārus centrus. Kodola citoķīmiskā struktūra un funkcijas ir atkarīgas arī no matricas klātbūtnes tajā - terciārās struktūras atbalsta proteīnu molekulu tīkla.
- Vakuoli (gaiši apgabali).
- Granulētas granulas (nukleolīni).
No ķīmiskās analīzes viedokļa šī organella gandrīz pilnībā sastāv no RNS un olb altumvielām, unDNS atrodas tikai tās perifērijā, veidojot gredzenveida struktūru – perinukleolāro hromatīnu.
Tātad, mēs esam noskaidrojuši, ka kodols sastāv no pieciem veidojumiem: fibrillāriem un granulētiem centriem, hromatīna, proteīna retikuluma un blīva fibrilāra komponenta.
Kodololu veidi
Šo organellu bioķīmiskā struktūra ir atkarīga no šūnu veida, kurās tie atrodas, kā arī no to vielmaiņas īpašībām. Ir 5 galvenie kodolu strukturālie veidi. Pirmais - retikulārais, ir visizplatītākais, un to raksturo blīva fibrilāra materiāla, nukleoproteīnu un nukleona gabaliņu pārpilnība. Informācijas pārrakstīšanas process no kodola organizatoriem ir ļoti aktīvs, tāpēc fibrilārie centri ir slikti redzami mikroskopa redzes laukā.
Tā kā galvenās šūnas kodola funkcijas ir ribosomu apakšvienību sintēze, no kurām veidojas proteīnus sintezējošās organellas, retikulārais organizācijas veids ir raksturīgs gan augu, gan dzīvnieku šūnām. Gredzenveida nukleolu tips ir sastopams saistaudu šūnās: limfocītos un endotēliocītos, kuros rRNS gēni praktiski netiek transkribēti. Atlikušie nukleoli rodas šūnās, kuras ir pilnībā zaudējušas spēju transkribēt, piemēram, normoblastos un enterocītos.
Segregētas sugas ir raksturīgas šūnām, kuras ir piedzīvojušas intoksikāciju ar kancerogēniem, antibiotikām. Un, visbeidzot, kompaktajam kodola tipam raksturīgi daudzi fibrilāri centri un neliels daudzumsnucleonem.
Proteīna nukleolārā matrica
Turpināsim kodola struktūru iekšējās uzbūves izpēti un noskaidrosim, kādas ir kodola funkcijas šūnu metabolismā. Ir zināms, ka aptuveni 60% no šīs organellas sausās masas veido olb altumvielas, kas veido hromatīnu, ribosomu daļiņas, kā arī paši nukleolārie proteīni. Pakavēsimies pie tiem sīkāk. Daļa proteīnu ir iesaistīti apstrādē – nobriedušas ribosomu RNS veidošanā. Tie ietver RNS polimerāzi 1 un nukleāzi, kas noņem papildu tripletus no rRNS molekulas galiem. Fibrilīna proteīns atrodas blīvajā fibrilārajā komponentā un, tāpat kā nukleāze, veic apstrādi. Vēl viens proteīns ir nukleolīns. Kopā ar fibrilīnu tas ir atrodams nukleolu PFC un FC, kā arī mitozes profāzes hromosomu nukleolārajos organizētājos.
Polipeptīds, piemēram, nukleofosīns, atrodas granulētajā zonā un blīvajā fibrilārajā komponentā, tas ir iesaistīts ribosomu veidošanā no 40 S un 60 S apakšvienībām.
Kāda ir kodola funkcija
Ribosomu RNS sintēze ir galvenais uzdevums, kas jāveic kodolam. Šajā laikā uz tās virsmas (proti, fibrilārajos centros) notiek transkripcija, piedaloties RNS polimerāzes enzīmam. Uz šī nukleolārā organizatora tiek sintezēts simtiem preribosomu, ko sauc par ribonukleoproteīna globulām. Tie veido ribosomu apakšvienības, kas caur kodola porām atstāj karioplazmu un nonāk šūnas citoplazmā. 40S mazā apakšvienība saistās ar ziņneša RNS un tikai pēc tam ar tāmpievienota 40S lielā apakšvienība. Izveidojas nobriedusi ribosoma, kas spēj veikt translāciju – šūnu proteīnu sintēzi.
Šajā rakstā mēs pētījām kodola uzbūvi un funkcijas augu un dzīvnieku šūnās.
