Štruktúra a funkcie bunky prešli v priebehu evolúcie množstvom zmien. Vzniku nových organel predchádzali premeny atmosféry a litosféry mladej planéty. Jednou z významných akvizícií bolo bunkové jadro. Eukaryotické organizmy získali vďaka prítomnosti oddelených organel oproti prokaryotom významné výhody a rýchlo začali dominovať.
Jadro bunky, ktorého štruktúra a funkcie sú v rôznych tkanivách a orgánoch trochu odlišné, zlepšilo kvalitu biosyntézy RNA a prenos dedičných informácií.
Pôvod
K dnešnému dňu existujú dve hlavné hypotézy o vytvorení eukaryotickej bunky. Podľa symbiotickej teórie boli organely (ako bičíky alebo mitochondrie) kedysi samostatnými prokaryotickými organizmami. Predkovia moderných eukaryotov ich zožrali. Výsledkom bol symbiotický organizmus.
Jadro vzniklo ako výsledok vyčnievania dovnútračasť cytoplazmatickej membrány. Bola to nevyhnutná akvizícia na ceste k zvládnutiu nového spôsobu výživy, fagocytózy, bunkou. Zachytenie potravy bolo sprevádzané zvýšením stupňa cytoplazmatickej mobility. Genofóry, ktoré boli genetickým materiálom prokaryotickej bunky a prichytené na stenách, sa dostali do zóny silného „prúdenia“a potrebovali ochranu. V dôsledku toho sa vytvorila hlboká invaginácia časti membrány obsahujúcej pripojené genofóry. Túto hypotézu podporuje skutočnosť, že obal jadra je neoddeliteľne spojený s cytoplazmatickou membránou bunky.
Existuje ďalšia verzia vývoja udalostí. Podľa vírusovej hypotézy o pôvode jadra vzniklo v dôsledku infekcie starovekej archaickej bunky. Prenikol do nej DNA vírus a postupne získal úplnú kontrolu nad životnými procesmi. Vedci, ktorí považujú túto teóriu za správnejšiu, uvádzajú veľa argumentov v jej prospech. K dnešnému dňu však neexistujú presvedčivé dôkazy pre žiadnu z existujúcich hypotéz.
Jedno alebo viac
Väčšina buniek moderných eukaryotov má jadro. Prevažná väčšina z nich obsahuje iba jednu takúto organelu. Existujú však bunky, ktoré stratili jadro kvôli niektorým funkčným vlastnostiam. Patria sem napríklad erytrocyty. Existujú aj bunky s dvoma (nálevníky) a dokonca aj niekoľkými jadrami.
Štruktúra bunkového jadra
Bez ohľadu na vlastnosti organizmu sa štruktúra jadra vyznačuje súborom typickýchorganely. Od vnútorného priestoru bunky je oddelený dvojitou membránou. Na niektorých miestach sa jej vnútorné a vonkajšie vrstvy spájajú a vytvárajú póry. Ich funkciou je výmena látok medzi cytoplazmou a jadrom.
Priestor organel je vyplnený karyoplazmou, ktorá sa tiež nazýva jadrová miazga alebo nukleoplazma. Obsahuje chromatín a jadierko. Niekedy posledná z menovaných organel bunkového jadra nie je prítomná v jedinej kópii. V niektorých organizmoch jadierka naopak chýbajú.
Membrána
Jadrová membrána je tvorená lipidmi a pozostáva z dvoch vrstiev: vonkajšej a vnútornej. V skutočnosti ide o rovnakú bunkovú membránu. Jadro komunikuje s kanálmi endoplazmatického retikula cez perinukleárny priestor, dutinu tvorenú dvoma vrstvami membrány.
Vonkajšie a vnútorné membrány majú svoje vlastné štrukturálne vlastnosti, ale vo všeobecnosti sú dosť podobné.
Najbližšie k cytoplazme
Vonkajšia vrstva prechádza do membrány endoplazmatického retikula. Jeho hlavným rozdielom od druhého je výrazne vyššia koncentrácia bielkovín v štruktúre. Membrána v priamom kontakte s cytoplazmou bunky je z vonkajšej strany pokrytá vrstvou ribozómov. S vnútornou membránou je spojený početnými pórmi, ktoré sú pomerne veľkými proteínovými komplexmi.
Vnútorná vrstva
Membrána smerujúca k jadru bunky je na rozdiel od vonkajšej hladká, nepokrytá ribozómami. Obmedzuje karyoplazmu. Charakteristickým znakom vnútornej membrány je vrstva jadrovej laminy, ktorá ju lemuje zo strany,v kontakte s nukleoplazmou. Táto špecifická proteínová štruktúra udržuje tvar obalu, podieľa sa na regulácii génovej expresie a tiež podporuje pripojenie chromatínu na jadrovú membránu.
Metabolizmus
Interakcia jadra a cytoplazmy sa uskutočňuje prostredníctvom jadrových pórov. Sú to pomerne zložité štruktúry tvorené 30 proteínmi. Počet pórov na jednom jadre môže byť rôzny. Závisí to od typu bunky, orgánu a organizmu. Takže u ľudí môže mať bunkové jadro od 3 do 5 tisíc pórov, u niektorých žiab dosahuje 50 000.
Hlavnou funkciou pórov je výmena látok medzi jadrom a zvyškom bunkového priestoru. Niektoré molekuly prechádzajú cez póry pasívne, bez dodatočného výdaja energie. Sú malých rozmerov. Transport veľkých molekúl a supramolekulových komplexov si vyžaduje spotrebu určitého množstva energie.
Molekuly RNA syntetizované v jadre sa dostávajú do bunky z karyoplazmy. Proteíny potrebné pre vnútrojadrové procesy sa transportujú opačným smerom.
Nukleoplazma
Jadrová šťava je koloidný roztok bielkovín. Je ohraničený jadrovým obalom a obklopuje chromatín a jadierko. Nukleoplazma je viskózna kvapalina, v ktorej sú rozpustené rôzne látky. Patria sem nukleotidy a enzýmy. Prvé sú nevyhnutné pre syntézu DNA. Enzýmy sa podieľajú na transkripcii, ako aj na oprave a replikácii DNA.
Štruktúra jadrovej šťavy sa mení v závislosti od stavu bunky. Sú dve - stacionárne avyskytujúce sa pri delení. Prvý je charakteristický pre medzifázu (čas medzi deleniami). Jadrová šťava sa zároveň vyznačuje rovnomernou distribúciou nukleových kyselín a neštruktúrovaných molekúl DNA. Počas tohto obdobia existuje dedičný materiál vo forme chromatínu. Delenie bunkového jadra je sprevádzané premenou chromatínu na chromozómy. V tomto čase sa mení štruktúra karyoplazmy: genetický materiál získava určitú štruktúru, jadrový obal je zničený a karyoplazma je zmiešaná s cytoplazmou.
Chromozómy
Hlavnými funkciami nukleoproteínových štruktúr chromatínu transformovaného v čase delenia sú uchovávanie, implementácia a prenos dedičných informácií obsiahnutých v bunkovom jadre. Chromozómy sa vyznačujú určitým tvarom: sú rozdelené na časti alebo ramená primárnym zúžením, nazývaným aj coeloméra. Podľa umiestnenia sa rozlišujú tri typy chromozómov:
- tyčinkovité alebo akrocentrické: vyznačujú sa umiestnením coeloméry takmer na konci, jedno rameno je veľmi malé;
- diverzifikované alebo submetacentrické majú ruky nerovnakej dĺžky;
- rovnostranné alebo metacentrické.
Súbor chromozómov v bunke sa nazýva karyotyp. Každý typ je pevný. V tomto prípade môžu rôzne bunky toho istého organizmu obsahovať diploidnú (dvojitú) alebo haploidnú (jedinú) sadu. Prvá možnosť je typická pre somatické bunky, ktoré tvoria hlavne telo. Haploidný súbor je výsadou zárodočných buniek. ľudské somatické bunkyobsahuje 46 chromozómov, pohlavie - 23.
Chromozómy diploidnej množiny tvoria páry. Identické nukleoproteínové štruktúry zahrnuté v páre sa nazývajú alelické. Majú rovnakú štruktúru a vykonávajú rovnaké funkcie.
Štruktúrnou jednotkou chromozómov je gén. Je to časť molekuly DNA, ktorá kóduje špecifický proteín.
Jadierko
Jadro bunky má ešte jednu organelu – nukleolus. Nie je oddelený od karyoplazmy membránou, ale pri skúmaní bunky mikroskopom je ľahké si ho všimnúť. Niektoré jadrá môžu mať viacero jadier. Existujú aj také, v ktorých takéto organely úplne chýbajú.
Tvar jadierka pripomína guľu, má pomerne malú veľkosť. Obsahuje rôzne bielkoviny. Hlavnou funkciou jadierka je syntéza ribozomálnej RNA a samotných ribozómov. Sú nevyhnutné pre tvorbu polypeptidových reťazcov. Jadierka sa tvoria okolo špeciálnych oblastí genómu. Nazývajú sa nukleárne organizátory. Obsahuje gény ribozomálnej RNA. Jadierko je okrem iného miestom s najvyššou koncentráciou bielkovín v bunke. Časť bielkovín je nevyhnutná na plnenie funkcií organoidu.
Jadierko sa skladá z dvoch zložiek: granulárneho a fibrilárneho. Prvým sú dozrievajúce ribozómové podjednotky. Vo fibrilárnom centre sa uskutočňuje syntéza ribozomálnej RNA. Zrnitý komponent obklopuje fibrilárny komponent umiestnený v strede jadierka.
Jadro bunky a jeho funkcie
Úloha, ktoráhrá jadro, je neoddeliteľne spojené s jeho štruktúrou. Vnútorné štruktúry organoidu spoločne realizujú najdôležitejšie procesy v bunke. Obsahuje genetickú informáciu, ktorá určuje štruktúru a funkciu bunky. Jadro je zodpovedné za ukladanie a prenos dedičných informácií počas mitózy a meiózy. V prvom prípade dcérska bunka dostane sadu génov identických s rodičovskou. V dôsledku meiózy sa tvoria zárodočné bunky s haploidnou sadou chromozómov.
Ďalšou nemenej dôležitou funkciou jadra je regulácia vnútrobunkových procesov. Vykonáva sa ako výsledok riadenia syntézy proteínov zodpovedných za štruktúru a fungovanie bunkových prvkov.
Vplyv na syntézu bielkovín má ešte jeden výraz. Jadro, ktoré riadi procesy vo vnútri bunky, spája všetky jej organely do jedného systému s dobre fungujúcim mechanizmom práce. Zlyhania v ňom spravidla vedú k bunkovej smrti.
Konečne, jadro je miestom syntézy ribozómových podjednotiek, ktoré sú zodpovedné za tvorbu rovnakého proteínu z aminokyselín. Ribozómy sú nevyhnutné v procese transkripcie.
Eukaryotická bunka je dokonalejšia štruktúra ako prokaryotická. Vzhľad organel s vlastnou membránou umožnil zvýšiť účinnosť intracelulárnych procesov. Veľmi dôležitú úlohu v tomto vývoji zohralo vytvorenie jadra obklopeného dvojitou lipidovou membránou. Ochrana dedičnej informácie membránou umožnila ovládnuť staré jednobunkovceorganizmy v nových spôsoboch života. Medzi nimi bola fagocytóza, ktorá podľa jednej verzie viedla k vzniku symbiotického organizmu, ktorý sa neskôr stal predchodcom modernej eukaryotickej bunky so všetkými jej charakteristickými organelami. Bunkové jadro, štruktúra a funkcie niektorých nových štruktúr umožnili využiť kyslík v látkovej premene. Dôsledkom toho bola zásadná zmena v biosfére Zeme, bol položený základ pre vznik a vývoj mnohobunkových organizmov. Dnes na planéte dominujú eukaryotické organizmy, medzi ktoré patrí aj človek, a nič nenaznačuje zmeny v tomto smere.
