Kernen i en eukaryot celle er den centrale organel, som vital aktivitet og syntetiske processer afhænger af. En væsentlig del af indholdet af kernen er repræsenteret af filamentøse DNA-molekyler med varierende grader af komprimering i kombination med proteiner. Disse er euchromatin (dekondenseret DNA) og heterochromatin (tætpakkede stykker DNA).
Euchromatin spiller en vigtig rolle i cellens liv. Den læser "instruktionen" til samling af ribonukleinsyre (RNA), som bliver grundlaget for syntesen af polypeptidmolekyler.
Har alle en kerne?
Alle levende væsener, fra de mindste til de kæmpe, er forsynet med genetisk information i form af deoxyribonukleinsyre. Der er to fundament alt forskellige former for at repræsentere det i celler:
- Prokaryote organismer (præ-nukleare) har ikke-kompartmenterede celler. Depotet af deres eneste ikke-proteinbundne cirkulære DNA er blot et plastercytoplasma kaldet nukleoid. Nukleinsyrereplikation og proteinsyntese finder sted i prokaryoter i et enkelt cellerum. Vi vil ikke se dem med det blotte øje, fordi repræsentanterne for denne gruppe af organismer er mikroskopiske, op til 3 mikron i størrelse, bakterier.
- Eukaryote organismer er karakteriseret ved en mere kompleks cellestruktur, hvor arvelig information er beskyttet af en dobbelt membran af kernen. Lineære DNA-molekyler danner sammen med histonproteiner kromatin, som aktivt producerer RNA ved hjælp af polyenzymkomplekser. Proteinsyntese sker i cytoplasmaet på ribosomer.
Den dannede kerne i eukaryote celler kan ses under interfase. Karyoplasmaet indeholder en proteinrygrad (matrix), nukleoler og nukleoproteinkomplekser bestående af sektioner af heterochromatin og euchromatin. Denne tilstand af kernen varer ved indtil starten af celledeling, når membranen og nukleolerne forsvinder, og kromosomerne får en kompakt stavlignende form.
Main i kernen
Hovedkomponenten af kernens indhold, kromatin, er dens semantiske del. Dens funktioner omfatter opbevaring, implementering og transmission af genetisk information om en celle eller organisme. Den direkte replikerede del af kromatin er euchromatin, som bærer data om strukturen af proteiner og forskellige typer RNA.
De resterende dele af kernen udfører hjælpefunktioner, giver de rette betingelser for implementering af genetisk information:
- nukleoler -komprimerede områder med nukleart indhold, der bestemmer stederne for syntesen af ribonukleinsyrer til ribosomer;
- proteinmatrix organiserer arrangementet af kromosomer og hele indholdet af kernen, bevarer sin form;
- Kernens halvflydende indre miljø, karyoplasma, sikrer transporten af molekyler og strømmen af forskellige biokemiske processer;
- Kernens tolagsskal, karyolemmaet, beskytter det genetiske materiale, giver selektiv bilateral ledning af molekyler og molekylære komplekser på grund af komplekse nukleare porer.
Hvad betyder kromatin
Chromatin fik sit navn i 1880 takket være Flemmings eksperimenter med at observere celler. Faktum er, at under fiksering og farvning er nogle dele af cellen særligt godt manifesteret ("kromatin" betyder "farvet"). Senere viste det sig, at denne komponent er repræsenteret af DNA med proteiner, som på grund af dets sure egenskaber aktivt opfatter alkaliske farvestoffer.
Farvede kromosomer er synlige i den centrale del af cellen på billedet og danner en metafaseplade.
former for DNA-eksistens
I cellerne i eukaryote organismer kan nukleoproteinkomplekserne af kromatin være i to tilstande.
- I processen med celledeling når DNA sit maksimale twist og er repræsenteret af mitotiske kromosomer. Hver streng danner et separat kromosom.
- I interfase, når celle-DNA er mest dekondenseret, fyldes kromatin jævntrum af kernen eller danner klumper synlige i et lysmikroskop. Sådanne kromocentre detekteres oftere nær kernemembranen.
Disse tilstande er alternative til hinanden, fuldt komprimerede kromosomer bevares ikke i interfasen.
Euchromatin og heterochromatin
Interphase chromatin er et kromosom, der har mistet sin kompakte form. Deres sløjfer løsnes og fylder kernens volumen. Der er en direkte sammenhæng mellem graden af dekondensering og den funktionelle aktivitet af kromatin.
Dens dele, fuldstændig "optrevlede", kaldes diffus eller aktiv kromatin. Det er praktisk t alt usynligt under et lysmikroskop efter farvning. Dette skyldes, at DNA-spiralen kun er 2 nm tyk. Dets andet navn er euchromatin.
Denne tilstand giver enzymatiske komplekser adgang til semantiske DNA-fragmenter, deres frie vedhæftning og funktion. Strukturen af messenger-RNA (transkription) aflæses fra diffuse områder af RNA-polymeraser, eller selve DNA'et kopieres (replikation). Jo højere syntetisk aktivitet cellen har i øjeblikket, jo større er andelen af euchromatin i kernen.
Diffuse sektioner af kromatin veksler med kompakte, forskelligt snoede zoner af heterochromatin. På grund af den større tæthed er farvet heterochromatin tydeligt synligt i interfasekerner.
Figuren viser kromatin med forskellige grader af komprimering:
- 1 - dobbeltstrenget DNA-molekyle;
- 2 - histonproteiner;
- 3 - DNA viklet omkring histonkomplekset i 1,67 omgange danner et nukleosom;
- 4 - solenoide;
- 5 - interfase-kromosom.
Subtiliteter af definition
Euchromatin på et bestemt tidspunkt er muligvis ikke involveret i syntetiske processer. I dette tilfælde er det midlertidigt i en mere kompakt tilstand og kan forveksles med heterochromatin.
Reelt heterochromatin, det kaldes også konstitutivt, bærer ikke en semantisk belastning og dekondenserer kun i replikationsprocessen. DNA'et på disse steder indeholder korte, gentagne sekvenser, der ikke koder for aminosyrer. I mitotiske kromosomer er de i området for den primære indsnævring og telomere afslutninger. De adskiller også sektioner af transskriberet DNA og danner interkalære (interkalære) fragmenter.
Hvordan euchromatin "virker"
Euchromatin indeholder gener, der i sidste ende bestemmer strukturen af proteiner (strukturelle gener). Afkodningen af nukleotidsekvensen til et protein sker ved hjælp af et mellemled, der i modsætning til kromosomer er i stand til at forlade kernen - messenger-RNA.
Under transkription syntetiseres RNA på en DNA-skabelon fra frie adenyl-, uridyl-, cytidyl- og guanylnukleotider. Transskription udføres af enzymkomplekset RNA-polymerase.
Nogle gener bestemmer sekvensen af andre typer RNA (transport og ribosomal), der er nødvendige for at fuldføre processerne for proteinsyntese i cytoplasmaet fraaminosyrer.
Heterochromatin af et enkelt kromosom samles ofte til et velmarkeret kromocenter. Omkring det er løkker af despiraliseret euchromatin. Takket være denne konfiguration af kerne-DNA'et passer enzymkomplekser og frie nukleotider, der er nødvendige for implementeringen af euchromatins funktioner, let til de semantiske dele.
