Bunkové jadro je jeho najdôležitejšou organelou, miestom uchovávania a rozmnožovania dedičných informácií. Ide o membránovú štruktúru, ktorá zaberá 10-40% bunky, ktorej funkcie sú pre život eukaryotov veľmi dôležité. Avšak aj bez prítomnosti jadra je možná realizácia dedičnej informácie. Príkladom tohto procesu je životne dôležitá aktivita bakteriálnych buniek. Štrukturálne vlastnosti jadra a jeho účel sú však pre mnohobunkový organizmus veľmi dôležité.
Umiestnenie jadra v bunke a jeho štruktúra
Jadro sa nachádza v hrúbke cytoplazmy a je v priamom kontakte s drsným a hladkým endoplazmatickým retikulom. Je obklopený dvoma membránami, medzi ktorými je perinukleárny priestor. Vo vnútri jadra je matrica, chromatín a nejaké jadierka.
Niektoré zrelé ľudské bunky nemajú jadro, zatiaľ čo iné fungujú v podmienkach vážnej inhibície ich aktivity. Vo všeobecnosti je štruktúra jadra (schéma) prezentovaná ako jadrová dutina, ohraničená karyolémou z bunky, obsahujúca chromatín a jadierka fixované v nukleoplazme.jadrová matrica.
Štruktúra karyolemmy
Pre uľahčenie štúdia jadrovej bunky by mala byť jadrová bunka vnímaná ako bubliny, obmedzené škrupinami z iných bublín. Jadro je bublina s dedičnou informáciou umiestnenou v hrúbke bunky. Pred cytoplazmou je chránený dvojvrstvovou lipidovou membránou. Štruktúra obalu jadra je podobná bunkovej membráne. V skutočnosti sa líšia iba názvom a počtom vrstiev. Bez toho všetkého sú štruktúrou a funkciou identické.
Štruktúra karyolemy (jadrovej membrány) je dvojvrstvová: skladá sa z dvoch lipidových vrstiev. Vonkajšia bilipidová vrstva karyolemy je v priamom kontakte s drsným retikulom bunkovej endoplazmy. Vnútorná karyolema - s obsahom jadra. Medzi vonkajšou a vnútornou karyomembránou je perinukleárny priestor. Zrejme vznikol v dôsledku elektrostatických javov - odpudzovanie oblastí zvyškov glycerolu.
Funkciou jadrovej membrány je vytvoriť mechanickú bariéru, ktorá oddeľuje jadro od cytoplazmy. Vnútorná membrána jadra slúži ako fixačné miesto pre jadrovú matricu - reťazec proteínových molekúl, ktoré podporujú objemovú štruktúru. V dvoch jadrových membránach sú špeciálne póry: messenger RNA cez ne vstupuje do cytoplazmy až k ribozómom. V samotnej hrúbke jadra je niekoľko jadierok a chromatínu.
Vnútorná štruktúra nukleoplazmy
Vlastnosti štruktúry jadra nám umožňujú porovnať ho so samotnou bunkou. Vo vnútri jadra je tiež špeciálne prostredie (nukleoplazma),reprezentovaný gél-solom, koloidným roztokom bielkovín. V jeho vnútri sa nachádza nukleoskelet (matrica), reprezentovaný fibrilárnymi proteínmi. Hlavný rozdiel spočíva len v tom, že v jadre sú prevažne kyslé bielkoviny. Takáto reakcia prostredia je zrejme potrebná na zachovanie chemických vlastností nukleových kyselín a výskytu biochemických reakcií.
Jadierko
Štruktúra bunkového jadra nemôže byť dokončená bez jadra. Je to špirálovitá ribozomálna RNA, ktorá je v štádiu dozrievania. Neskôr sa z neho získa ribozóm – organela potrebná na syntézu bielkovín. V štruktúre jadierka sa rozlišujú dve zložky: fibrilárne a globulárne. Líšia sa iba elektrónovou mikroskopiou a nemajú vlastné membrány.
Fibrilárna zložka je v strede jadierka. Je to reťazec RNA ribozomálneho typu, z ktorého sa budú zostavovať ribozomálne podjednotky. Ak vezmeme do úvahy jadro (štruktúru a funkcie), potom je zrejmé, že sa z nich následne vytvorí zrnitý komponent. Ide o rovnaké zrejúce ribozomálne podjednotky, ktoré sú v neskorších štádiách svojho vývoja. Čoskoro tvoria ribozómy. Z nukleoplazmy sa odstraňujú cez jadrové póry karyolemy a vstupujú do membrány hrubého endoplazmatického retikula.
Chromatín a chromozómy
Štruktúra a funkcie bunkového jadra sú organicky prepojené: existujú len tie štruktúry, ktoré sú potrebné na ukladanie a reprodukciu dedičných informácií. Existuje aj karyoskelet(matica jadra), ktorej funkciou je udržiavať tvar organely. Najdôležitejšou zložkou jadra je však chromatín. Sú to chromozómy, ktoré zohrávajú úlohu kartoték rôznych skupín génov.
Chromatín je komplexný proteín, ktorý pozostáva z polypeptidu kvartérnej štruktúry spojeného s nukleovou kyselinou (RNA alebo DNA). Chromatín je prítomný aj v bakteriálnych plazmidoch. Takmer štvrtinu celkovej hmotnosti chromatínu tvoria históny – bielkoviny zodpovedné za „balenie“dedičnej informácie. Túto vlastnosť štruktúry študuje biochémia a biológia. Štruktúra jadra je zložitá práve kvôli chromatínu a prítomnosti procesov striedajúcich jeho špirálovitosť a despiralizáciu.
Prítomnosť histónov umožňuje kondenzovať a skompletizovať reťazec DNA na malom mieste – v bunkovom jadre. Deje sa to nasledovne: históny tvoria nukleozómy, ktoré sú štruktúrou ako guľôčky. H2B, H3, H2A a H4 sú hlavné histónové proteíny. Nukleozóm je tvorený štyrmi pármi každého z prezentovaných histónov. Histón H1 je zároveň linker: je spojený s DNA v mieste vstupu do nukleozómu. Balenie DNA nastáva ako výsledok „navinutia“lineárnej molekuly okolo 8 proteínov histónovej štruktúry.
Štruktúra jadra, ktorej schéma je uvedená vyššie, naznačuje prítomnosť štruktúry DNA podobnej solenoidom dotvorenej na histónoch. Hrúbka tohto konglomerátu je asi 30 nm. Súčasne môže byť konštrukcia ďalej zhutňovaná, aby zaberala menej miesta a bola menej vystavenámechanické poškodenie, ku ktorému nevyhnutne dochádza počas životnosti bunky.
Chromatínové frakcie
Štruktúra, štruktúra a funkcie bunkového jadra sú fixované na udržiavanie dynamických procesov chromatínovej spiralizácie a despiralizácie. Preto existujú dve jeho hlavné frakcie: silne špirálovitá (heterochromatín) a mierne špirálovitá (euchromatín). Sú oddelené konštrukčne aj funkčne. V heterochromatíne je DNA dobre chránená pred akýmikoľvek vplyvmi a nedá sa prepísať. Euchromatín je menej chránený, ale gény môžu byť duplikované na syntézu proteínov. Najčastejšie sa úseky heterochromatínu a euchromatínu striedajú po celej dĺžke celého chromozómu.
Chromozómy
Bunkové jadro, ktorého štruktúra a funkcie sú opísané v tejto publikácii, obsahuje chromozómy. Je to komplexný a kompaktne zabalený chromatín, ktorý je možné vidieť pod svetelným mikroskopom. To je však možné len vtedy, ak sa bunka nachádza na podložnom sklíčku v štádiu mitotického alebo meiotického delenia. Jedným z etáp je spiralizácia chromatínu s tvorbou chromozómov. Ich štruktúra je mimoriadne jednoduchá: chromozóm má teloméru a dve ramená. Každý mnohobunkový organizmus toho istého druhu má rovnakú štruktúru jadra. Jeho tabuľka chromozómov je tiež podobná.
Implementácia funkcií jadra
Hlavné znaky štruktúry jadra súvisia s výkonom určitých funkcií a potrebou ich kontroly. Jadro zohráva úlohu úložiska dedičných informácií, to znamená, že ide o akúsi kartotéku spísané sekvencie aminokyselín všetkých proteínov, ktoré je možné v bunke syntetizovať. To znamená, že na to, aby mohla bunka vykonávať akúkoľvek funkciu, musí syntetizovať proteín, ktorého štruktúra je zakódovaná v géne.
Na to, aby jadro „pochopilo“, ktorý konkrétny proteín je potrebné v správnom čase syntetizovať, existuje systém vonkajších (membránových) a vnútorných receptorov. Informácie z nich prichádzajú do jadra prostredníctvom molekulárnych prenášačov. Najčastejšie sa to realizuje mechanizmom adenylátcyklázy. Takto na bunku pôsobia hormóny (adrenalín, norepinefrín) a niektoré lieky s hydrofilnou štruktúrou.
Druhý mechanizmus prenosu informácií je interný. Je charakteristický pre lipofilné molekuly - kortikosteroidy. Táto látka preniká bilipidovou membránou bunky a ide do jadra, kde interaguje s jej receptorom. V dôsledku aktivácie receptorových komplexov nachádzajúcich sa na bunkovej membráne (mechanizmus adenylátcyklázy) alebo na karyoléme sa spustí aktivačná reakcia určitého génu. Replikuje sa, na jej základe je postavená messenger RNA. Neskôr sa podľa ich štruktúry syntetizuje proteín, ktorý vykonáva určitú funkciu.
Jadro mnohobunkových organizmov
V mnohobunkovom organizme sú štrukturálne znaky jadra rovnaké ako v jednobunkovom organizme. Aj keď existujú určité nuansy. Po prvé, mnohobunkovosť znamená, že množstvo buniek bude mať svoju vlastnú špecifickú funkciu (alebo niekoľko). To znamená, že niektoré gény budú vždydespiralizovaný, zatiaľ čo ostatní sú neaktívni.
Napríklad v bunkách tukového tkaniva bude syntéza proteínov neaktívna, a preto je väčšina chromatínu špirálovitá. A v bunkách, napríklad v exokrinnej časti pankreasu, prebiehajú procesy biosyntézy bielkovín. Preto je ich chromatín despiralizovaný. V tých oblastiach, ktorých gény sa replikujú najčastejšie. Zároveň je dôležitá kľúčová vlastnosť: chromozómový súbor všetkých buniek jedného organizmu je rovnaký. Len kvôli diferenciácii funkcií v tkanivách sú niektoré z nich vypnuté z práce, zatiaľ čo iné sú dešpiralizované častejšie ako iné.
Jadrové bunky tela
Existujú bunky, ktorých štrukturálne vlastnosti jadra sa nemusia brať do úvahy, pretože v dôsledku svojej životnej aktivity buď inhibujú jeho funkciu, alebo sa ho úplne zbavujú. Najjednoduchším príkladom sú červené krvinky. Sú to krvinky, ktorých jadro je prítomné iba v počiatočných štádiách vývoja, keď sa syntetizuje hemoglobín. Akonáhle je ho dostatok na prenášanie kyslíka, jadro sa z bunky odstráni, aby sa to uľahčilo bez zasahovania do prenosu kyslíka.
Vo všeobecnosti je erytrocyt cytoplazmatický vak naplnený hemoglobínom. Podobná štruktúra je charakteristická pre tukové bunky. Štruktúra bunkového jadra adipocytov je extrémne zjednodušená, klesá a posúva sa na membránu a procesy syntézy proteínov sú maximálne inhibované. Tieto bunky tiež pripomínajú "vrecia" naplnené tukom, aj keď, samozrejme, rozmanitosťje v nich o niečo viac biochemických reakcií ako v erytrocytoch. Krvné doštičky tiež nemajú jadro, ale nemali by sa považovať za plnohodnotné bunky. Sú to fragmenty buniek potrebné na realizáciu procesov hemostázy.
