Jadro v eukaryotickej bunke je centrálna organela, od ktorej závisí životná aktivita a syntetické procesy. Významnú časť obsahu jadra predstavujú vláknité molekuly DNA rôzneho stupňa zhutnenia v kombinácii s proteínmi. Sú to euchromatín (dekondenzovaná DNA) a heterochromatín (husto zbalené kúsky DNA).
Euchromatín hrá dôležitú úlohu v živote bunky. Znie „návod“na zostavenie ribonukleovej kyseliny (RNA), ktorá sa stáva základom pre syntézu polypeptidových molekúl.
Má každý jadro?
Všetky živé bytosti, od najmenších až po obrov, sú vybavené genetickou informáciou vo forme deoxyribonukleovej kyseliny. Existujú dve zásadne odlišné formy jej znázornenia v bunkách:
- Prokaryotické organizmy (predjadrové) majú bunky bez oddelení. Úložisko ich jedinej kruhovej DNA, ktorá nie je viazaná na bielkoviny, je len náplasťoucytoplazma nazývaná nukleoid. Replikácia nukleových kyselín a syntéza proteínov prebiehajú v prokaryotoch v jedinom bunkovom priestore. Voľným okom ich neuvidíme, pretože zástupcovia tejto skupiny organizmov sú mikroskopické, až 3 mikróny veľké baktérie.
- Eukaryotické organizmy sa vyznačujú zložitejšou bunkovou štruktúrou, kde dedičnú informáciu chráni dvojitá membrána jadra. Lineárne molekuly DNA tvoria spolu s histónovými proteínmi chromatín, ktorý pomocou polyenzýmových komplexov aktívne produkuje RNA. K syntéze bielkovín dochádza v cytoplazme na ribozómoch.
Vytvorené jadro v eukaryotických bunkách možno vidieť počas interfázy. Karyoplazma obsahuje proteínový hlavný reťazec (matrix), jadierka a nukleoproteínové komplexy pozostávajúce z úsekov heterochromatínu a euchromatínu. Tento stav jadra pretrváva až do začiatku bunkového delenia, kedy membrána a jadierka zmiznú a chromozómy získajú kompaktný tyčinkovitý tvar.
Hlavné v jadre
Hlavnou zložkou obsahu jadra, chromatínu, je jeho sémantická časť. Medzi jeho funkcie patrí ukladanie, implementácia a prenos genetických informácií o bunke alebo organizme. Priamo replikovanou časťou chromatínu je euchromatín, ktorý nesie údaje o štruktúre proteínov a rôznych typoch RNA.
Zostávajúce časti jadra vykonávajú pomocné funkcie a poskytujú vhodné podmienky na implementáciu genetickej informácie:
- jadierka -kompaktné oblasti jadrového obsahu, ktoré určujú miesta pre syntézu ribonukleových kyselín pre ribozómy;
- proteínová matrica organizuje usporiadanie chromozómov a celého obsahu jadra, udržuje svoj tvar;
- Polotekuté vnútorné prostredie jadra, karyoplazma, zabezpečuje transport molekúl a tok rôznych biochemických procesov;
- Dvojvrstvový obal jadra, karyolemma, chráni genetický materiál, poskytuje selektívne bilaterálne vedenie molekúl a molekulárnych komplexov vďaka zložitým jadrovým pórom.
Čo znamená chromatín
Chromatín dostal svoje meno v roku 1880 vďaka Flemmingovým experimentom na pozorovaní buniek. Faktom je, že počas fixácie a farbenia sa niektoré časti bunky obzvlášť dobre prejavujú ("chromatín" znamená "zafarbené"). Neskôr sa ukázalo, že túto zložku predstavuje DNA s proteínmi, ktorá vďaka svojim kyslým vlastnostiam aktívne vníma alkalické farbivá.
Zafarbené chromozómy sú na fotografii viditeľné v centrálnej časti bunky a tvoria metafázovú platňu.
Formy existencie DNA
V bunkách eukaryotických organizmov môžu byť nukleoproteínové komplexy chromatínu v dvoch stavoch.
- V procese delenia buniek dosahuje DNA maximálny zákrut a je reprezentovaná mitotickými chromozómami. Každý reťazec tvorí samostatný chromozóm.
- Počas interfázy, keď je bunková DNA najviac dekondenzovaná, sa chromatín rovnomerne naplnípriestor jadra alebo tvoria zhluky viditeľné vo svetelnom mikroskope. Takéto chromocentá sa častejšie detegujú v blízkosti jadrovej membrány.
Tieto stavy sú navzájom alternatívne, plne zhutnené chromozómy nie sú zachované v interfáze.
Euchromatín a heterochromatín
Interfázový chromatín je chromozóm, ktorý stratil svoj kompaktný tvar. Ich slučky sa uvoľnia a vyplnia objem jadra. Existuje priamy vzťah medzi stupňom dekondenzácie a funkčnou aktivitou chromatínu.
Jeho časti, úplne „rozmotané“, sa nazývajú difúzny alebo aktívny chromatín. Po zafarbení je pod svetelným mikroskopom prakticky neviditeľný. Je to preto, že špirála DNA má hrúbku iba 2 nm. Jeho ďalší názov je euchromatín.
Tento stav poskytuje enzymatickým komplexom prístup k sémantickým fragmentom DNA, ich voľnému prichyteniu a fungovaniu. Štruktúra messenger RNA (transkripcia) je čítaná z difúznych oblastí RNA polymerázami, alebo je samotná DNA kopírovaná (replikácia). Čím vyššia je momentálne syntetická aktivita bunky, tým väčší je podiel euchromatínu v jadre.
Difúzne úseky chromatínu sa striedajú s kompaktnými, rôzne skrútenými zónami heterochromatínu. Vďaka väčšej hustote je zafarbený heterochromatín jasne viditeľný v interfázových jadrách.
Na obrázku je znázornený chromatín rôzneho stupňa zhutnenia:
- 1 - dvojvláknová molekula DNA;
- 2 – histónproteíny;
- 3 - DNA obalená okolo histónového komplexu na 1,67 otáčky tvorí nukleozóm;
- 4 - solenoid;
- 5 - interfázový chromozóm.
Jemnosti definície
Euchromatín v určitom časovom bode nemusí byť súčasťou syntetických procesov. V tomto prípade je dočasne v kompaktnejšom stave a môže byť zamenený za heterochromatín.
Skutočný heterochromatín, nazývaný aj konštitutívny, nenesie sémantickú záťaž a dekondenzuje až v procese replikácie. DNA na týchto miestach obsahuje krátke, opakujúce sa sekvencie, ktoré nekódujú aminokyseliny. V mitotických chromozómoch sú v oblasti primárnej konstrikcie a telomerických zakončení. Tiež oddeľujú úseky transkribovanej DNA a vytvárajú interkalárne (interkalárne) fragmenty.
Ako euchromatín „funguje“
Euchromatín obsahuje gény, ktoré v konečnom dôsledku určujú štruktúru proteínov (štrukturálne gény). K dekódovaniu nukleotidovej sekvencie na proteín dochádza pomocou sprostredkovateľa schopného, na rozdiel od chromozómov, opustiť jadro - messenger RNA.
Počas transkripcie sa RNA syntetizuje na templáte DNA z voľných adenylových, uridylových, cytidylových a guanylových nukleotidov. Transkripcia sa uskutočňuje enzýmovým komplexom RNA polymeráza.
Niektoré gény určujú sekvenciu iných typov RNA (transportnej a ribozomálnej) potrebných na dokončenie procesov syntézy bielkovín v cytoplazme zaminokyseliny.
Heterochromatín jedného chromozómu je často zostavený do dobre označeného chromocentra. Okolo neho sú slučky despiralizovaného euchromatínu. Vďaka tejto konfigurácii jadra DNA, komplexy enzýmov a voľné nukleotidy, potrebné na realizáciu funkcií euchromatínu, ľahko zapadajú do sémantických častí.
