Eukariotu šūnas kodols ir centrālā organelle, no kuras ir atkarīga dzīvībai svarīgā darbība un sintētiskie procesi. Ievērojamu daļu kodola satura veido dažādas blīvēšanas pakāpes pavedienveida DNS molekulas kombinācijā ar olb altumvielām. Tie ir eihromatīns (dekondensēta DNS) un heterohromatīns (blīvi iesaiņoti DNS gabali).
Euhromatīnam ir svarīga loma šūnas dzīvē. Tajā lasāma "instrukcija" ribonukleīnskābes (RNS) montāžai, kas kļūst par pamatu polipeptīdu molekulu sintēzei.
Vai visiem ir kodols?
Visas dzīvās būtnes, no mazākās līdz milzim, tiek nodrošinātas ar ģenētisko informāciju dezoksiribonukleīnskābes veidā. Ir divi būtiski atšķirīgi veidi, kā to attēlot šūnās:
- Prokariotiskajiem organismiem (pirmskodola) ir nesadalītas šūnas. Viņu vienīgās ar olb altumvielām nesaistītās cirkulārās DNS krātuve ir tikai plāksteriscitoplazma, ko sauc par nukleoīdu. Nukleīnskābju replikācija un proteīnu sintēze notiek prokariotos vienā šūnu telpā. Ar neapbruņotu aci tās neredzēsim, jo šīs organismu grupas pārstāvji ir mikroskopiski, līdz 3 mikroniem lieli, baktērijas.
- Eukariotiskajiem organismiem ir raksturīga sarežģītāka šūnu struktūra, kur iedzimto informāciju aizsargā kodola dubultā membrāna. Lineārās DNS molekulas kopā ar histona proteīniem veido hromatīnu, kas ar polienzīmu kompleksu palīdzību aktīvi ražo RNS. Olb altumvielu sintēze notiek citoplazmā uz ribosomām.
Eukariotu šūnās izveidojušos kodolu var redzēt starpfāzes laikā. Karioplazma satur proteīna mugurkaulu (matricu), nukleolus un nukleoproteīnu kompleksus, kas sastāv no heterohromatīna un eihromatīna sekcijām. Šāds kodola stāvoklis saglabājas līdz šūnu dalīšanās sākumam, kad pazūd membrāna un kodoli, un hromosomas iegūst kompaktu stieņa formu.
Galvenais kodolā
Kodola satura galvenā sastāvdaļa hromatīns ir tā semantiskā daļa. Tās funkcijas ietver ģenētiskās informācijas par šūnu vai organismu uzglabāšanu, ieviešanu un pārsūtīšanu. Hromatīna tieši replicētā daļa ir eihromatīns, kas satur datus par proteīnu struktūru un dažāda veida RNS.
Pārējās kodola daļas pilda palīgfunkcijas, nodrošina atbilstošus apstākļus ģenētiskās informācijas realizācijai:
- nucleoli -sablīvētas kodola satura zonas, kas nosaka ribosomu ribonukleīnskābju sintēzes vietas;
- proteīna matrica organizē hromosomu izkārtojumu un visu kodola saturu, saglabā savu formu;
- Kodola pusšķidra iekšējā vide karioplazma nodrošina molekulu transportēšanu un dažādu bioķīmisko procesu plūsmu;
- Kodola divslāņu apvalks, kariolemma, aizsargā ģenētisko materiālu, nodrošina selektīvu divpusēju molekulu un molekulāro kompleksu vadītspēju sarežģītu kodola poru dēļ.
Ko nozīmē hromatīns
Hromatīns ieguva savu nosaukumu 1880. gadā, pateicoties Flemminga eksperimentiem ar šūnu novērošanu. Fakts ir tāds, ka fiksācijas un krāsošanas laikā dažas šūnas daļas īpaši labi izpaužas ("hromatīns" nozīmē "krāsots"). Vēlāk izrādījās, ka šo komponentu attēlo DNS ar olb altumvielām, kas savu skābo īpašību dēļ aktīvi uztver sārmainas krāsvielas.
Fotoattēlā šūnas centrālajā daļā ir redzamas iekrāsotas hromosomas, kas veido metafāzes plāksni.
DNS eksistences formas
Eukariotu organismu šūnās hromatīna nukleoproteīnu kompleksi var būt divos stāvokļos.
- Šūnu dalīšanās procesā DNS sasniedz maksimālo pagriezienu, un to attēlo mitotiskās hromosomas. Katrs pavediens veido atsevišķu hromosomu.
- Starpfāzes laikā, kad šūnas DNS ir visvairāk dekondensēta, hromatīns vienmērīgi piepildāskodola telpa vai veido gaismas mikroskopā redzamus pudurus. Šādi hromocentri biežāk tiek atklāti kodola membrānas tuvumā.
Šie stāvokļi ir alternatīvi viens otram, pilnībā sablīvētas hromosomas starpfāzē netiek saglabātas.
Euhromatīns un heterohromatīns
Starpfāzes hromatīns ir hromosoma, kas ir zaudējusi savu kompakto formu. Viņu cilpas ir atbrīvotas, aizpildot kodola tilpumu. Pastāv tieša saistība starp dekondensācijas pakāpi un hromatīna funkcionālo aktivitāti.
Tās daļas, kas ir pilnībā "atšķetinātas", tiek sauktas par difūzo vai aktīvo hromatīnu. Pēc krāsošanas tas ir praktiski neredzams gaismas mikroskopā. Tas ir tāpēc, ka DNS spirāle ir tikai 2 nm bieza. Tā otrs nosaukums ir eihromatīns.
Šis stāvoklis nodrošina fermentatīvos kompleksus ar piekļuvi semantiskiem DNS fragmentiem, to brīvu piesaisti un funkcionēšanu. RNS ziņneses struktūra (transkripcija) tiek nolasīta no difūzajiem reģioniem ar RNS polimerāžu palīdzību, vai arī pati DNS tiek kopēta (replikācija). Jo augstāka ir šūnas sintētiskā aktivitāte šobrīd, jo lielāks ir eihromatīna īpatsvars kodolā.
Izkliedētās hromatīna daļas mijas ar kompaktām, dažādi savītām heterohromatīna zonām. Lielāka blīvuma dēļ iekrāsotais heterohromatīns ir skaidri redzams starpfāzu kodolos.
Attēlā parādīts hromatīns ar dažādu blīvēšanas pakāpi:
- 1 - divpavedienu DNS molekula;
- 2 - histonsolb altumvielas;
- 3 - DNS, kas aptīta ap histona kompleksu 1,67 apgriezienus, veido nukleozomu;
- 4 - solenoīds;
- 5 - starpfāzu hromosoma.
Definīcijas smalkumi
Euhromatīns noteiktā brīdī var nebūt iesaistīts sintētiskos procesos. Šajā gadījumā tas īslaicīgi ir kompaktākā stāvoklī, un to var sajaukt ar heterohromatīnu.
Īsts heterohromatīns, to sauc arī par konstitutīvu, nenes semantisko slodzi un dekondensējas tikai replikācijas procesā. DNS šajās vietās satur īsas, atkārtotas sekvences, kas nekodē aminoskābes. Mitotiskajās hromosomās tie atrodas primārā sašaurināšanās un telomērisko galu reģionā. Tie arī atdala transkribētās DNS sadaļas, veidojot starpkalārus (starpkalārus) fragmentus.
Kā eihromatīns "darbojas"
Euhromatīns satur gēnus, kas galu galā nosaka proteīnu struktūru (strukturālos gēnus). Nukleotīdu secības dekodēšana olb altumvielās notiek ar starpnieka palīdzību, kas atšķirībā no hromosomām spēj atstāt kodolu - vēstnesis RNS.
Transkripcijas laikā RNS tiek sintezēta uz DNS šablona no brīvajiem adenil-, uridil-, citidil- un guanilnukleotīdiem. Transkripciju veic enzīmu komplekss RNS polimerāze.
Daži gēni nosaka cita veida RNS (transporta un ribosomu) secību, kas nepieciešama, lai pabeigtu proteīnu sintēzes procesus citoplazmā no plkst.aminoskābes.
Vienas hromosomas heterohromatīns bieži tiek apvienots labi iezīmētā hromocentrā. Ap to ir despiralizēta eihromatīna cilpas. Pateicoties šai DNS kodola konfigurācijai, enzīmu kompleksi un brīvie nukleotīdi, kas nepieciešami eihromatīna funkciju īstenošanai, viegli iekļaujas semantiskajās daļās.
