Ядро в эукариотической клітці - центральна органелла, від якої залежить життєдіяльність і синтетичні процеси. Значуща частина вмісту ядра представлена ниткоподібними молекулами ДНК різного ступеня компактизації в поєднанні з білками. Це еухроматин (деконденсированные ДНК) і гетерохроматин (щільно упаковані частини ДНК). У життєдіяльності клітини еухроматин відіграє важливу роль. З нього зчитується "інструкція" по збірці рибонуклеїнової кислоти (РНК), що стає основою для синтезу молекул поліпептидів.
У всіх є ядро?
Всі живі істоти, від найдрібніших до гігантських, забезпечені генетичною інформацією у вигляді дезоксирибонуклеїнової кислоти. Існують дві принципово відмінні форми подання її в клітинах:
Прокариотические організми (доядерные) мають не розділені на компартменты клітини. Сховище їх єдиною кільцевої ДНК, не зв'язаної з білками, це просто ділянка цитоплазми, званий нуклеоидом. Реплікацію нуклеїнової кислоти і синтез білків проходять у прокаріотів у єдиному просторі клітин. Ми не побачимо їх неозброєним оком, адже представниками цієї групи організмів є мікроскопічні, розміром до 3 мкм, бактерії. Эукариотические організми характеризуються більш складним пристроєм клітини, де спадкова інформація захищена подвійною мембраною ядра. Лінійні молекули ДНК спільно з білками-гистонами утворюють хроматин, активно продукує РНК за допомогою полиферментных комплексів. Синтез білка відбувається в цитоплазмі на рибосомах. Оформлене ядро в клітинах еукаріотів можна побачити в період інтерфази. У кариоплазме міститься білковий остов (матрикс), ядерця і нуклеопротеиновые комплекси, що складаються з ділянок гетерохроматину та эухроматина. Це стан ядра зберігається до моменту початку розподілу клітки, коли оболонка і ядерця зникають, а хромосоми набувають компактну палочковидну форму.
Головний в ядрі
Основний компонент вмісту ядра, хроматин, є його змістовою частиною. Його функції включають зберігання, реалізацію і передачу генетичної інформації про клітині чи організмі. Безпосередньо реплицируемая частина хроматину - це еухроматин, несе дані про структуру білків і різних типів РНК.
Інші частини ядра виконують допоміжні функції, забезпечують належні умови для реалізації генетичної інформації:
ядерця ущільнені ділянки ядерного вмісту, визначають місця синтезу рибонуклеїнових кислот для рибосом; білковий матрикс упорядковує розташування хромосом і всього вмісту ядра, підтримує його форму; напіврідка внутрішнє середовище ядра, кариоплазма, забезпечує транспорт молекул і протікання різних біохімічних процесів; двошарова оболонка ядра, кариолемма, захищає генетичний матеріал, забезпечує виборче двостороннє проведення молекул і молекулярних комплексів за рахунок складно влаштованих ядерних пор. Що значить хроматин
Свою назву хроматин отримав у 1880 році завдяки дослідам Флеммінга зі спостереження клітин. Справа в тому, що під час фіксації та фарбування деякі частини клітини особливо добре виявляються ("хроматин" означає "фарбований"). Пізніше з'ясувалося, що цей компонент представлений ДНК з білками, яка, завдяки кислотних властивостей, активно сприймає лужні барвники.
В центральній частині клітини на фото видно пофарбовані хромосоми, що утворюють метафазную платівку.
Форми існування ДНК
В клітинах організмів эукариотических нуклеопротеиновые комплекси хроматину можуть перебувати у двох станах.
У процесі поділу клітини ДНК досягає максимальної скрученості і представлена митотическими хромосомами. Кожна нитка утворює окрему хромосому. В період інтерфази, коли ДНК клітин найбільш деконденсирована, хроматин рівномірно заповнює простір ядра або утворює видимі в світловий мікроскоп згустки. Такі хромоцентры частіше виявляються поблизу ядерної мембрани. Дані стану альтернативні один одному, в інтерфазі не зберігається повністю компактних хромосом.
Еухроматин та гетерохроматин
Інтерфазних хроматин являє собою хромосоми, що втратили компактну форму. Їх петлі розпушуються, заповнюючи обсяг ядра. Існує пряма залежність між ступенем деконденсации і функціональної активності хроматину. Його ділянки, повністю "распутанные", називаються дифузним або активним хроматином. Він практично не видно у світловий мікроскоп після фарбування. Це пояснюється тим, що товщина спіралі ДНК становить всього 2 нм. Інша його назва - еухроматин. Це стан забезпечує доступ ферментних комплексів до смислових фрагментів ДНК, їх вільне приєднання та функціонування. З дифузних ділянок зчитується РНК-полимеразами структура інформаційних РНК (розшифрування) або відбувається копіювання самої ДНК (реплікація). Чим вище синтетична активність клітини в даний момент, тим більше частка эухроматина в ядрі. Дифузні ділянки хроматину чергуються з компактними, скрученими в різній мірі зонами гетерохроматину. З-за більшої щільності, пофарбований гетерохроматин добре помітний в інтерфазних ядрах.
На малюнку зображений хроматин різного ступеня компактизації:
1 - двухцепочечная молекула ДНК; 2 - гистоновые білки; 3 - ДНК, загорнута навколо гистонного комплексу на 167 обороту, формує нуклеосому; 4 - соленоїд; 5 - интерфазная хромосома. Тонкощі визначення
Еухроматин в конкретний момент часу може бути не задіяний у синтетичних процесах. В такому випадку він тимчасово перебуває в більш компактному стані і може бути прийнятий за гетерохроматин.
Справжній гетерохроматин, його ще називають конститутивним, не несе смислового навантаження і деконденсируется тільки в процесі реплікації. ДНК в цих місцях містить короткі повторювані послідовності, не кодують амінокислот. В мітотичних хромосомах вони виявляються в ділянці первинної перетяжки та теломерних закінчень. Також вони розділяють ділянки танскрибируемой ДНК, утворюючи інтернейрони (интеркалярные) фрагменти.
Як "працює" еухроматин
До складу эухроматина входять гени, що визначають у кінцевому рахунку структуру білків (структурні гени). Дешифрування нуклеотидної послідовності в білок відбувається за допомогою посередника, здатного, на відміну від хромосом, покинути ядро - інформаційної РНК. У процесі транскрипції РНК синтезується на матриці ДНК з вільних аденілових, уридиловых, цитидиловых і гуаниловых нуклеотидів. Транскрипцію здійснює ферментний комплекс РНК-полімераза. Деякі гени визначають послідовність інших видів РНК (транспортної та рибосомной), необхідних для завершення в цитоплазмі процесів синтезу білка з амінокислот.
Гетерохроматин окремої хромосоми часто буває зібраний у добре помітний хромоценр. Навколо нього розташовуються петлі деспирализованного эухроматина. Завдяки такій конфігурації ДНК ядра, до смислових частинах легко підходять ферментні комплекси і вільні нуклеотиди, необхідні для реалізації функцій эухроматина.
