Cellens struktur og funktioner har undergået en række ændringer i løbet af udviklingen. Fremkomsten af nye organeller blev forudgået af transformationer i atmosfæren og litosfæren på den unge planet. Et af de væsentlige erhvervelser var cellekernen. Eukaryote organismer fik, på grund af tilstedeværelsen af separate organeller, betydelige fordele i forhold til prokaryoter og begyndte hurtigt at dominere.
Cellekernen, hvis struktur og funktioner er noget forskellige i forskellige væv og organer, har forbedret kvaliteten af RNA-biosyntese og transmissionen af arvelig information.
Oprindelse
Hidtil er der to hovedhypoteser om dannelsen af en eukaryot celle. Ifølge den symbiotiske teori var organeller (såsom flageller eller mitokondrier) engang separate prokaryote organismer. Forfædrene til moderne eukaryoter fortærede dem. Resultatet var en symbiotisk organisme.
Kernen blev dannet som et resultat af fremspring indadsektion af den cytoplasmatiske membran. Dette var en nødvendig erhvervelse på vejen til at mestre en ny måde at ernæring på, fagocytose, af cellen. Indfangningen af mad blev ledsaget af en stigning i graden af cytoplasmatisk mobilitet. Genoforer, som var det genetiske materiale i en prokaryot celle og knyttet til væggene, faldt ind i en zone med stærk "flow" og havde brug for beskyttelse. Som et resultat blev der dannet en dyb invagination af en del af membranen indeholdende vedhæftede genoforer. Denne hypotese understøttes af det faktum, at kernens skal er uløseligt forbundet med cellens cytoplasmatiske membran.
Der er en anden version af udviklingen af begivenheder. Ifølge den virale hypotese om kernens oprindelse blev den dannet som et resultat af infektion af en gammel arkæisk celle. En DNA-virus infiltrerede den og fik gradvist fuldstændig kontrol over livsprocesser. Forskere, der anser denne teori for mere korrekt, giver en masse argumenter til fordel for den. Men til dato er der ingen afgørende beviser for nogen af de eksisterende hypoteser.
En eller flere
De fleste af cellerne i moderne eukaryoter har en kerne. Langt de fleste af dem indeholder kun en sådan organel. Der er dog celler, der har mistet kernen på grund af nogle funktionelle træk. Disse omfatter for eksempel erytrocytter. Der er også celler med to (ciliater) og endda flere kerner.
Struktur af cellekernen
Uanset organismens karakteristika er kernens struktur karakteriseret ved et sæt typiskeorganeller. Det er adskilt fra cellens indre rum af en dobbelt membran. Nogle steder smelter dens indre og ydre lag sammen og danner porer. Deres funktion er at udveksle stoffer mellem cytoplasmaet og kernen.
Organelrummet er fyldt med karyoplasma, også kaldet kernesaft eller nukleoplasma. Det indeholder kromatin og nukleolus. Nogle gange er den sidste af de navngivne organeller i cellekernen ikke til stede i en enkelt kopi. I nogle organismer er nukleoler tværtimod fraværende.
Membran
Kernemembranen er dannet af lipider og består af to lag: ydre og indre. Faktisk er dette den samme cellemembran. Kernen kommunikerer med kanalerne i det endoplasmatiske reticulum gennem det perinukleære rum, et hulrum dannet af to lag af membranen.
De ydre og indre membraner har deres egne strukturelle træk, men er generelt ret ens.
Tættest på cytoplasma
Det ydre lag passerer ind i membranen af det endoplasmatiske retikulum. Dens vigtigste forskel fra sidstnævnte er en væsentlig højere koncentration af proteiner i strukturen. Membranen i direkte kontakt med cellens cytoplasma er dækket af et lag af ribosomer udefra. Det er forbundet med den indre membran af adskillige porer, som er ret store proteinkomplekser.
Indre lag
Hembranen, der vender mod cellekernen, er i modsætning til den ydre glat, ikke dækket af ribosomer. Det begrænser karyoplasmaet. Et karakteristisk træk ved den indre membran er et lag af nuklear lamina, der forer den fra siden,i kontakt med nukleoplasmaet. Denne specifikke proteinstruktur bevarer kappens form, er involveret i reguleringen af genekspression og fremmer også vedhæftning af kromatin til kernemembranen.
Stofskifte
Samspillet mellem kernen og cytoplasmaet udføres gennem nukleare porer. De er ret komplekse strukturer dannet af 30 proteiner. Antallet af porer på en kerne kan være forskelligt. Det afhænger af typen af celle, organ og organisme. Så hos mennesker kan cellekernen have fra 3 til 5 tusinde porer, hos nogle frøer når den 50.000.
Porernes hovedfunktion er udvekslingen af stoffer mellem kernen og resten af cellerummet. Nogle molekyler passerer gennem porerne passivt uden yderligere energiforbrug. De er små i størrelsen. Transport af store molekyler og supramolekylære komplekser kræver forbrug af en vis mængde energi.
RNA-molekyler syntetiseret i kernen kommer ind i cellen fra karyoplasmaet. Proteiner, der er nødvendige for intranukleære processer, transporteres i den modsatte retning.
Nucleoplasma
Nuklear juice er en kolloid opløsning af proteiner. Det er afgrænset af kernehylsteret og omgiver kromatinet og nukleolus. Nukleoplasma er en viskøs væske, hvori forskellige stoffer er opløst. Disse omfatter nukleotider og enzymer. Førstnævnte er afgørende for DNA-syntese. Enzymer er involveret i transkription såvel som DNA-reparation og replikation.
Strukturen af nuklear juice ændrer sig afhængigt af cellens tilstand. Der er to af dem - stationære ogopstår under delingen. Den første er karakteristisk for interfase (tiden mellem delinger). Samtidig er kernejuice kendetegnet ved en ensartet fordeling af nukleinsyrer og ustrukturerede DNA-molekyler. I denne periode eksisterer arvematerialet i form af kromatin. Delingen af cellekernen er ledsaget af transformationen af kromatin til kromosomer. På dette tidspunkt ændres karyoplasmaets struktur: det genetiske materiale får en bestemt struktur, kernehylsteret ødelægges, og karyoplasmaet blandes med cytoplasmaet.
kromosomer
Hovedfunktionerne af nukleoproteinstrukturerne af kromatinet transformeret på tidspunktet for deling er lagring, implementering og transmission af arvelig information indeholdt i cellekernen. Kromosomer er karakteriseret ved en bestemt form: de er opdelt i dele eller arme ved en primær indsnævring, også kaldet coelomeren. I henhold til dets placering skelnes der mellem tre typer kromosomer:
- stavformede eller akrocentriske: de er karakteriseret ved placeringen af coelomeren næsten for enden, den ene arm er meget lille;
- diversificeret eller submetacentrisk har arme af uens længde;
- ligesidet eller metacentrisk.
Sættet af kromosomer i en celle kaldes en karyotype. Hver type er fast. I dette tilfælde kan forskellige celler af den samme organisme indeholde et diploid (dobbelt) eller haploid (enkelt) sæt. Den første mulighed er typisk for somatiske celler, som hovedsageligt udgør kroppen. Det haploide sæt er et privilegium for kønsceller. menneskelige somatiske cellerindeholder 46 kromosomer, køn - 23.
Kromosomer af det diploide sæt danner par. Identiske nukleoproteinstrukturer inkluderet i et par kaldes alleliske. De har den samme struktur og udfører de samme funktioner.
Den strukturelle enhed af kromosomer er genet. Det er en del af DNA-molekylet, der koder for et specifikt protein.
Nucleolus
Cellekernen har en organel mere - kernen. Det er ikke adskilt fra karyoplasmaet af en membran, men det er let at bemærke, når man undersøger cellen med et mikroskop. Nogle kerner kan have flere nukleoler. Der er også dem, hvor sådanne organeller er fuldstændig fraværende.
Kernens form ligner en kugle, har en forholdsvis lille størrelse. Den indeholder forskellige proteiner. Nukleolens hovedfunktion er syntesen af ribosom alt RNA og selve ribosomerne. De er nødvendige for dannelsen af polypeptidkæder. Nukleoler dannes omkring specielle områder af genomet. De kaldes nukleolære organisatorer. Det indeholder de ribosomale RNA-gener. Nukleolen er blandt andet det sted med den højeste koncentration af protein i cellen. En del af proteinerne er nødvendige for at udføre organoidens funktioner.
Kernen består af to komponenter: granulær og fibrillær. Den første er de modnende ribosomunderenheder. I det fibrillære center udføres syntesen af ribosom alt RNA. Den granulære komponent omgiver den fibrillære komponent, der er placeret i midten af nukleolus.
Cellekerne og dens funktioner
Rollen, derspiller kernen, er uløseligt forbundet med dens struktur. Organoidens indre strukturer implementerer i fællesskab de vigtigste processer i cellen. Den rummer den genetiske information, der bestemmer cellens struktur og funktion. Kernen er ansvarlig for lagring og transmission af arvelig information under mitose og meiose. I det første tilfælde modtager dattercellen et sæt gener, der er identiske med forælderen. Som et resultat af meiose dannes kønsceller med et haploid sæt kromosomer.
En anden ikke mindre vigtig funktion af kernen er reguleringen af intracellulære processer. Det udføres som et resultat af at kontrollere syntesen af proteiner, der er ansvarlige for strukturen og funktionen af cellulære elementer.
Indflydelse på proteinsyntese har et andet udtryk. Kernen, der styrer processerne inde i cellen, forener alle dens organeller i et enkelt system med en velfungerende arbejdsmekanisme. Fejl i den fører som regel til celledød.
Endelig er kernen stedet for syntese af ribosomunderenheder, som er ansvarlige for dannelsen af det samme protein fra aminosyrer. Ribosomer er uundværlige i transkriptionsprocessen.
Den eukaryote celle er en mere perfekt struktur end den prokaryote. Udseendet af organeller med deres egen membran gjorde det muligt at øge effektiviteten af intracellulære processer. Dannelsen af en kerne omgivet af en dobbelt lipidmembran spillede en meget vigtig rolle i denne udvikling. Beskyttelsen af arvelig information ved hjælp af membranen gjorde det muligt for gamle encellede organismer at mestreorganismer på nye måder at leve på. Blandt dem var fagocytose, som ifølge en version førte til fremkomsten af en symbiotisk organisme, som senere blev stamfader til den moderne eukaryote celle med alle dens karakteristiske organeller. Cellekernen, strukturen og funktionerne af nogle nye strukturer gjorde det muligt at bruge ilt i stofskiftet. Konsekvensen af dette var en kardinal ændring i Jordens biosfære, grundlaget blev lagt for dannelse og udvikling af flercellede organismer. I dag dominerer eukaryote organismer, som omfatter mennesker, planeten, og intet varsler ændringer i denne henseende.
