Šūnas struktūra un funkcijas evolūcijas gaitā ir piedzīvojušas vairākas izmaiņas. Pirms jaunu organellu parādīšanās notika pārvērtības jaunās planētas atmosfērā un litosfērā. Viens no nozīmīgākajiem ieguvumiem bija šūnu kodols. Atsevišķu organellu klātbūtnes dēļ eikariotu organismi ieguva ievērojamas priekšrocības salīdzinājumā ar prokariotiem un ātri sāka dominēt.
Šūnas kodols, kura struktūra un funkcijas dažādos audos un orgānos ir nedaudz atšķirīgas, ir uzlabojis RNS biosintēzes kvalitāti un iedzimtības informācijas pārraidi.
Izcelsme
Līdz šim ir divas galvenās hipotēzes par eikariotu šūnas veidošanos. Saskaņā ar simbiotisko teoriju organelli (piemēram, flagellas vai mitohondriji) kādreiz bija atsevišķi prokariotu organismi. Mūsdienu eikariotu senči tos aprija. Rezultāts bija simbiotisks organisms.
Kodols izveidojās, izvirzoties uz iekšucitoplazmas membrānas sadaļa. Tas bija nepieciešams, lai šūnā apgūtu jaunu uztura veidu, fagocitozi. Pārtikas uztveršanu pavadīja citoplazmas mobilitātes pakāpes palielināšanās. Genofori, kas bija prokariotu šūnas ģenētiskais materiāls un piestiprināti pie sienām, iekrita spēcīgas "plūsmas" zonā, un tiem bija nepieciešama aizsardzība. Rezultātā izveidojās dziļa invaginācija membrānas daļā, kurā bija pievienoti genofori. Šo hipotēzi apstiprina fakts, ka kodola apvalks ir nesaraujami saistīts ar šūnas citoplazmas membrānu.
Ir vēl viena notikumu attīstības versija. Saskaņā ar vīrusu hipotēzi par kodola izcelsmi, tas veidojies senās arhejas šūnas inficēšanās rezultātā. Tajā iefiltrējās DNS vīruss un pakāpeniski ieguva pilnīgu kontroli pār dzīvības procesiem. Zinātnieki, kuri uzskata šo teoriju par pareizāku, sniedz daudz argumentu tās labā. Tomēr līdz šim nav pārliecinošu pierādījumu nevienai no esošajām hipotēzēm.
Viens vai vairāki
Lielākajai daļai mūsdienu eikariotu šūnu ir kodols. Lielākajā daļā no tām ir tikai viena šāda organella. Tomēr ir šūnas, kas dažu funkcionālu īpašību dēļ ir zaudējušas kodolu. Tajos ietilpst, piemēram, eritrocīti. Ir arī šūnas ar diviem (ciliātiem) un pat vairākiem kodoliem.
Šūnas kodola struktūra
Neatkarīgi no organisma īpašībām kodola uzbūvi raksturo kopums tipiskuorganellas. To no šūnas iekšējās telpas atdala dubultā membrāna. Dažās vietās tās iekšējais un ārējais slānis saplūst, veidojot poras. To funkcija ir vielu apmaiņa starp citoplazmu un kodolu.
Organellu telpa ir piepildīta ar karioplazmu, ko sauc arī par kodola sulu vai nukleoplazmu. Tas satur hromatīnu un kodolu. Dažreiz pēdējā no nosauktajām šūnas kodola organellām nav vienā eksemplārā. Dažos organismos nukleolu, gluži pretēji, nav.
Membrāna
Kodolmembrānu veido lipīdi, un tā sastāv no diviem slāņiem: ārējā un iekšējā. Patiesībā šī ir tā pati šūnu membrāna. Kodols sazinās ar endoplazmatiskā retikuluma kanāliem caur perinukleāro telpu, dobumu, ko veido divi membrānas slāņi.
Ārējai un iekšējai membrānai ir savas strukturālās iezīmes, taču tās kopumā ir diezgan līdzīgas.
Vistuvāk citoplazmai
Ārējais slānis nonāk endoplazmatiskā tīkla membrānā. Tās galvenā atšķirība no pēdējās ir ievērojami augstāka proteīnu koncentrācija struktūrā. Membrāna, kas ir tiešā saskarē ar šūnas citoplazmu, no ārpuses ir pārklāta ar ribosomu slāni. Tas ir savienots ar iekšējo membrānu ar daudzām porām, kas ir diezgan lieli olb altumvielu kompleksi.
Iekšējais slānis
Membrāna, kas vērsta pret šūnas kodolu, atšķirībā no ārējās, ir gluda, nav pārklāta ar ribosomām. Tas ierobežo karioplazmu. Iekšējās membrānas raksturīga iezīme ir kodola slānis, kas to izklāj no sāniem,saskarē ar nukleoplazmu. Šī specifiskā proteīna struktūra saglabā apvalka formu, ir iesaistīta gēnu ekspresijas regulēšanā, kā arī veicina hromatīna piesaisti kodola membrānai.
Metabolisms
Kodola un citoplazmas mijiedarbība tiek veikta caur kodola porām. Tās ir diezgan sarežģītas struktūras, ko veido 30 proteīni. Poru skaits vienā kodolā var būt atšķirīgs. Tas ir atkarīgs no šūnas, orgāna un organisma veida. Tātad cilvēkiem šūnu kodolā var būt no 3 līdz 5 tūkstošiem poru, dažās vardēs tas sasniedz 50 000.
Poru galvenā funkcija ir vielu apmaiņa starp kodolu un pārējo šūnas telpu. Dažas molekulas iziet cauri porām pasīvi, bez papildu enerģijas tērēšanas. Tie ir maza izmēra. Lielu molekulu un supramolekulāru kompleksu transportēšana prasa noteiktu enerģijas daudzumu.
RNS molekulas, kas sintezētas kodolā, nonāk šūnā no karioplazmas. Intranukleārajiem procesiem nepieciešamās olb altumvielas tiek transportētas pretējā virzienā.
Nukleoplazma
Kodolsula ir koloidāls olb altumvielu šķīdums. To ierobežo kodola apvalks un ieskauj hromatīnu un kodolu. Nukleoplazma ir viskozs šķidrums, kurā ir izšķīdinātas dažādas vielas. Tie ietver nukleotīdus un fermentus. Pirmie ir būtiski DNS sintēzei. Fermenti ir iesaistīti transkripcijā, kā arī DNS labošanā un replikācijā.
Kodolsulas struktūra mainās atkarībā no šūnas stāvokļa. Tās ir divas - stacionāras unkas rodas sadalīšanas laikā. Pirmais ir raksturīgs starpfāzei (laikam starp sadalījumiem). Tajā pašā laikā kodola sula izceļas ar vienmērīgu nukleīnskābju un nestrukturētu DNS molekulu sadalījumu. Šajā periodā iedzimtais materiāls pastāv hromatīna formā. Šūnu kodola dalīšanos pavada hromatīna pārvēršanās hromosomās. Šajā laikā karioplazmas struktūra mainās: ģenētiskais materiāls iegūst noteiktu struktūru, kodola apvalks tiek iznīcināts un karioplazma tiek sajaukta ar citoplazmu.
Hromosomas
Hromatīna, kas transformēts sadalīšanās laikā, nukleoproteīnu struktūru galvenās funkcijas ir šūnas kodolā esošās iedzimtās informācijas uzglabāšana, ieviešana un pārraide. Hromosomām ir raksturīga noteikta forma: tās ir sadalītas daļās vai rokās ar primāro sašaurināšanos, ko sauc arī par koelomēru. Pēc atrašanās vietas izšķir trīs hromosomu veidus:
- stieņveida vai akrocentriski: tiem raksturīgs koelomēra novietojums gandrīz beigās, viena roka ir ļoti maza;
- dažādām vai submetacentriskām rokām ir nevienāda garuma;
- vienādmalu vai metacentrisks.
Hromosomu kopu šūnā sauc par kariotipu. Katrs veids ir fiksēts. Šajā gadījumā viena un tā paša organisma dažādas šūnas var saturēt diploīdu (dubultu) vai haploīdu (vienu) komplektu. Pirmā iespēja ir raksturīga somatiskajām šūnām, kas galvenokārt veido ķermeni. Haploīdais komplekts ir dzimumšūnu privilēģija. cilvēka somatiskās šūnassatur 46 hromosomas, dzimums - 23.
Diploīdās kopas hromosomas veido pārus. Identiskas nukleoproteīnu struktūras, kas iekļautas pārī, sauc par alēliskajām. Tām ir vienāda struktūra un tās veic tās pašas funkcijas.
Hromosomu struktūrvienība ir gēns. Tā ir DNS molekulas sadaļa, kas kodē noteiktu proteīnu.
Nucleolus
Šūnas kodolā ir vēl viena organelle - kodols. To no karioplazmas neatdala membrāna, taču to ir viegli pamanīt, pētot šūnu ar mikroskopu. Dažiem kodoliem var būt vairāki kodoli. Ir arī tādi, kuros šādu organellu pilnībā nav.
Kodola forma atgādina sfēru, ir diezgan maza izmēra. Tas satur dažādus proteīnus. Kodola galvenā funkcija ir ribosomu RNS un pašu ribosomu sintēze. Tie ir nepieciešami polipeptīdu ķēžu izveidošanai. Nukleoli veidojas ap īpašiem genoma reģioniem. Tos sauc par nukleolu organizatoriem. Tas satur ribosomu RNS gēnus. Kodols, cita starpā, ir vieta ar visaugstāko olb altumvielu koncentrāciju šūnā. Daļa olb altumvielu ir nepieciešama organoīda funkciju veikšanai.
Kodols sastāv no diviem komponentiem: granulu un fibrilāru. Pirmā ir nobriešanas ribosomu apakšvienības. Fibrilārajā centrā tiek veikta ribosomu RNS sintēze. Granulētais komponents ieskauj fibrilāro komponentu, kas atrodas kodola centrā.
Šūnas kodols un tā funkcijas
Loma, kasspēlē kodolu, ir nesaraujami saistīta ar tā struktūru. Organoīda iekšējās struktūras kopīgi īsteno svarīgākos procesus šūnā. Tajā atrodas ģenētiskā informācija, kas nosaka šūnas struktūru un funkcijas. Kodols ir atbildīgs par iedzimtas informācijas uzglabāšanu un pārraidi mitozes un meiozes laikā. Pirmajā gadījumā meitas šūna saņem gēnu komplektu, kas ir identisks vecākam. Mejozes rezultātā veidojas dzimumšūnas ar haploīdu hromosomu kopu.
Vēl viena ne mazāk svarīga kodola funkcija ir intracelulāro procesu regulēšana. To veic, kontrolējot par šūnu elementu struktūru un darbību atbildīgo proteīnu sintēzi.
Ietekmei uz proteīnu sintēzi ir cita izpausme. Kodols, kontrolējot procesus šūnas iekšienē, apvieno visas tās organellas vienotā sistēmā ar labi funkcionējošu darba mehānismu. Neveiksmes tajā, kā likums, izraisa šūnu nāvi.
Visbeidzot, kodols ir ribosomu apakšvienību sintēzes vieta, kas ir atbildīgas par viena un tā paša proteīna veidošanos no aminoskābēm. Ribosomas ir neaizstājamas transkripcijas procesā.
Eukariotu šūna ir perfektāka struktūra nekā prokariotu šūna. Organellu parādīšanās ar savu membrānu ļāva palielināt intracelulāro procesu efektivitāti. Šajā evolūcijā ļoti svarīga loma bija kodola veidošanās, ko ieskauj dubultlipīdu membrāna. Iedzimtas informācijas aizsardzība ar membrānu ļāva seniem vienšūnu organismiem to apgūtorganismi jaunos dzīves veidos. Starp tiem bija fagocitoze, kas saskaņā ar vienu versiju izraisīja simbiotiska organisma rašanos, kas vēlāk kļuva par mūsdienu eikariotu šūnas priekšteci ar visām tai raksturīgajām organellām. Šūnas kodols, dažu jaunu struktūru struktūra un funkcijas ļāva izmantot skābekli vielmaiņas procesā. Tā sekas bija kardinālas izmaiņas Zemes biosfērā, tika likts pamats daudzšūnu organismu veidošanai un attīstībai. Mūsdienās uz planētas dominē eikariotu organismi, tostarp cilvēki, un nekas neliecina par izmaiņām šajā ziņā.
