Jádro v eukaryotické buňce je centrální organela, na které závisí životní aktivita a syntetické procesy. Významnou část obsahu jádra představují vláknité molekuly DNA různého stupně zhutnění v kombinaci s proteiny. Jedná se o euchromatin (dekondenzovaná DNA) a heterochromatin (hustě sbalené kousky DNA).
Euchromatin hraje důležitou roli v životě buňky. Čte "instrukce" pro sestavení ribonukleové kyseliny (RNA), která se stává základem pro syntézu polypeptidových molekul.
Má každý jádro?
Všechny živé bytosti, od těch nejmenších až po obří, dostávají genetickou informaci ve formě deoxyribonukleové kyseliny. Existují dvě zásadně odlišné formy reprezentace v buňkách:
- Prokaryotické organismy (předjaderné) mají buňky bez oddělení. Úložiště jejich jediné kruhové DNA nenavázané na proteiny je jen náplastcytoplazmě zvané nukleoid. Replikace nukleových kyselin a syntéza proteinů probíhají v prokaryotech v jediném buněčném prostoru. Pouhým okem je neuvidíme, protože zástupci této skupiny organismů jsou mikroskopické, až 3 mikrony velké, bakterie.
- Eukaryotické organismy se vyznačují složitější buněčnou strukturou, kde je dědičná informace chráněna dvojitou membránou jádra. Lineární molekuly DNA spolu s histonovými proteiny tvoří chromatin, který pomocí polyenzymových komplexů aktivně produkuje RNA. K syntéze proteinů dochází v cytoplazmě na ribozomech.
Vytvořené jádro v eukaryotických buňkách lze vidět během interfáze. Karyoplazma obsahuje proteinovou kostru (matrix), jadérka a nukleoproteinové komplexy sestávající z úseků heterochromatinu a euchromatinu. Tento stav jádra přetrvává až do začátku buněčného dělení, kdy membrána a jadérka zmizí a chromozomy získají kompaktní tyčinkovitý tvar.
Hlavní v jádru
Hlavní složkou obsahu jádra, chromatinu, je jeho sémantická část. Mezi jeho funkce patří ukládání, implementace a přenos genetické informace o buňce nebo organismu. Přímo replikovanou částí chromatinu je euchromatin, který nese data o struktuře proteinů a různých typech RNA.
Zbývající části jádra plní pomocné funkce a poskytují správné podmínky pro implementaci genetické informace:
- nucleoli -zhutněné oblasti jaderného obsahu, které určují místa pro syntézu ribonukleových kyselin pro ribozomy;
- proteinová matrice organizuje uspořádání chromozomů a celého obsahu jádra, udržuje jeho tvar;
- Polotekuté vnitřní prostředí jádra, karyoplazma, zajišťuje transport molekul a tok různých biochemických procesů;
- Dvouvrstvý obal jádra, karyolemma, chrání genetický materiál, poskytuje selektivní bilaterální vedení molekul a molekulárních komplexů díky složitým jaderným pórům.
Co znamená chromatin
Chromatin získal své jméno v roce 1880 díky Flemmingovým experimentům na pozorování buněk. Faktem je, že během fixace a barvení se některé části buňky obzvláště dobře projevují ("chromatin" znamená "zabarvený"). Později se ukázalo, že tuto složku představuje DNA s proteiny, která díky svým kyselým vlastnostem aktivně vnímá alkalická barviva.
Obarvené chromozomy jsou na fotografii viditelné v centrální části buňky a tvoří metafázi.
Formy existence DNA
V buňkách eukaryotických organismů mohou být nukleoproteinové komplexy chromatinu ve dvou stavech.
- V procesu buněčného dělení dosahuje DNA maximálního zkroucení a je reprezentována mitotickými chromozomy. Každý řetězec tvoří samostatný chromozom.
- Během interfáze, kdy je buněčná DNA nejvíce dekondenzovaná, se chromatin rovnoměrně plníprostoru jádra nebo tvoří shluky viditelné ve světelném mikroskopu. Taková chromocentra jsou častěji detekována v blízkosti jaderné membrány.
Tyto stavy jsou vzájemně alternativní, plně zhutněné chromozomy nejsou zachovány v interfázi.
Euchromatin a heterochromatin
Interfázový chromatin je chromozom, který ztratil svůj kompaktní tvar. Jejich smyčky se uvolní a vyplňují objem jádra. Existuje přímý vztah mezi stupněm dekondenzace a funkční aktivitou chromatinu.
Jeho části, zcela „rozmotané“, se nazývají difuzní nebo aktivní chromatin. Po obarvení je pod světelným mikroskopem prakticky neviditelný. Je to proto, že šroubovice DNA má tloušťku pouze 2 nm. Jeho další název je euchromatin.
Tento stav poskytuje enzymatickým komplexům přístup k fragmentům sémantické DNA, jejich volné připojení a fungování. Struktura messenger RNA (transkripce) je čtena z difúzních oblastí RNA polymerázami nebo je samotná DNA kopírována (replikace). Čím vyšší je momentálně syntetická aktivita buňky, tím větší je podíl euchromatinu v jádře.
Difuzní úseky chromatinu se střídají s kompaktními, různě pokroucenými zónami heterochromatinu. Díky větší hustotě je obarvený heterochromatin jasně viditelný v interfázových jádrech.
Obrázek ukazuje chromatin různého stupně zhutnění:
- 1 – dvouvláknová molekula DNA;
- 2 - histonproteiny;
- 3 - DNA obalená kolem histonového komplexu na 1,67 otáčky tvoří nukleozom;
- 4 – solenoid;
- 5 – interfázový chromozom.
Jemnosti definice
Euchromatin v určitém okamžiku nemusí být součástí syntetických procesů. V tomto případě je dočasně v kompaktnějším stavu a může být zaměněn za heterochromatin.
Skutečný heterochromatin, nazývaný také konstitutivní, nenese sémantickou zátěž a dekondenzuje pouze v procesu replikace. DNA v těchto místech obsahuje krátké, opakující se sekvence, které nekódují aminokyseliny. V mitotických chromozomech jsou v oblasti primární konstrikce a telomerických zakončení. Také oddělují úseky transkribované DNA a tvoří interkalární (interkalární) fragmenty.
Jak euchromatin „funguje“
Euchromatin obsahuje geny, které v konečném důsledku určují strukturu proteinů (strukturální geny). K dekódování nukleotidové sekvence na protein dochází pomocí prostředníka schopného, na rozdíl od chromozomů, opustit jádro - messenger RNA.
Během transkripce je RNA syntetizována na templátu DNA z volných adenylových, uridylových, cytidylových a guanylových nukleotidů. Transkripce se provádí enzymovým komplexem RNA polymeráza.
Některé geny určují sekvenci jiných typů RNA (transportní a ribozomální) nezbytných k dokončení procesů syntézy proteinů v cytoplazmě zaminokyseliny.
Heterochromatin jednoho chromozomu je často sestaven do dobře označeného chromocentra. Kolem něj jsou smyčky despiralizovaného euchromatinu. Díky této konfiguraci jádra DNA, enzymové komplexy a volné nukleotidy, nezbytné pro realizaci funkcí euchromatinu, snadno pasují do sémantických částí.
