Struktura a funkce buňky prošly v průběhu evoluce řadou změn. Vzniku nových organel předcházely proměny atmosféry a litosféry mladé planety. Jednou z významných akvizic bylo buněčné jádro. Eukaryotické organismy získaly díky přítomnosti samostatných organel oproti prokaryotům významné výhody a rychle začaly dominovat.
Buněčné jádro, jehož struktura a funkce se v různých tkáních a orgánech poněkud liší, zlepšilo kvalitu biosyntézy RNA a přenos dědičných informací.
Původ
K dnešnímu dni existují dvě hlavní hypotézy o vzniku eukaryotické buňky. Podle symbiotické teorie byly organely (jako bičíky nebo mitochondrie) kdysi samostatnými prokaryotickými organismy. Předkové moderních eukaryot je požírali. Výsledkem byl symbiotický organismus.
Jádro bylo vytvořeno jako výsledek vyčnívání dovnitřúsek cytoplazmatické membrány. To byla nezbytná akvizice na cestě k zvládnutí nového způsobu výživy, fagocytózy, buňkou. Zachycování potravy bylo doprovázeno zvýšením stupně cytoplazmatické mobility. Genofory, které byly genetickým materiálem prokaryotické buňky a byly připojeny ke stěnám, spadly do zóny silného „proudění“a potřebovaly ochranu. V důsledku toho se vytvořila hluboká invaginace části membrány obsahující připojené genofory. Tuto hypotézu podporuje skutečnost, že obal jádra je neoddělitelně spojen s cytoplazmatickou membránou buňky.
Existuje další verze vývoje událostí. Podle virové hypotézy o původu jádra vzniklo v důsledku infekce starověké archaické buňky. Infiltroval ji DNA virus a postupně získal úplnou kontrolu nad životními procesy. Vědci, kteří považují tuto teorii za správnější, dávají mnoho argumentů v její prospěch. K dnešnímu dni však neexistuje žádný přesvědčivý důkaz pro žádnou z existujících hypotéz.
Jedna nebo více
Většina buněk moderních eukaryot má jádro. Naprostá většina z nich obsahuje pouze jednu takovou organelu. Existují však buňky, které ztratily jádro kvůli některým funkčním vlastnostem. Patří mezi ně například erytrocyty. Existují také buňky se dvěma (nálevníky) a dokonce několika jádry.
Struktura buněčného jádra
Bez ohledu na vlastnosti organismu se struktura jádra vyznačuje souborem typickýchorganely. Od vnitřního prostoru buňky je oddělen dvojitou membránou. Na některých místech se její vnitřní a vnější vrstva spojují a tvoří póry. Jejich funkcí je výměna látek mezi cytoplazmou a jádrem.
Prostor organel je vyplněn karyoplazmou, nazývanou také jaderná míza nebo nukleoplazma. Obsahuje chromatin a jadérko. Někdy se poslední ze jmenovaných organel buněčného jádra nevyskytuje v jediné kopii. U některých organismů jadérka naopak chybí.
Membrána
Jaderná membrána je tvořena lipidy a skládá se ze dvou vrstev: vnější a vnitřní. Ve skutečnosti se jedná o stejnou buněčnou membránu. Jádro komunikuje s kanály endoplazmatického retikula přes perinukleární prostor, dutinu tvořenou dvěma vrstvami membrány.
Vnější a vnitřní membrány mají své vlastní strukturální rysy, ale jsou obecně dost podobné.
Nejblíže k cytoplazmě
Vnější vrstva přechází do membrány endoplazmatického retikula. Jeho hlavním rozdílem od posledně jmenovaného je výrazně vyšší koncentrace proteinů ve struktuře. Membrána v přímém kontaktu s cytoplazmou buňky je zvenčí pokryta vrstvou ribozomů. S vnitřní membránou je spojen četnými póry, což jsou poměrně velké proteinové komplexy.
Vnitřní vrstva
Membrána přivrácená k buněčnému jádru je na rozdíl od vnějšího hladká, nepokrytá ribozomy. Omezuje karyoplazmu. Charakteristickým znakem vnitřní membrány je vrstva jaderné laminy, která ji lemuje ze strany,v kontaktu s nukleoplazmou. Tato specifická proteinová struktura udržuje tvar obalu, podílí se na regulaci genové exprese a také podporuje připojení chromatinu k jaderné membráně.
Metabolismus
Interakce jádra a cytoplazmy se provádí prostřednictvím jaderných pórů. Jsou to poměrně složité struktury tvořené 30 proteiny. Počet pórů na jednom jádru může být různý. Záleží na typu buňky, orgánu a organismu. Takže u lidí může mít buněčné jádro 3 až 5 tisíc pórů, u některých žab až 50 000.
Hlavní funkcí pórů je výměna látek mezi jádrem a zbytkem buněčného prostoru. Některé molekuly procházejí póry pasivně, bez dodatečného výdeje energie. Jsou malé velikosti. Transport velkých molekul a supramolekulárních komplexů vyžaduje spotřebu určitého množství energie.
Molekuly RNA syntetizované v jádře se do buňky dostávají z karyoplazmy. Proteiny nezbytné pro intranukleární procesy jsou transportovány opačným směrem.
Nukleoplazma
Jaderná šťáva je koloidní roztok bílkovin. Je ohraničen jaderným obalem a obklopuje chromatin a jadérko. Nukleoplazma je viskózní kapalina, ve které jsou rozpuštěny různé látky. Patří mezi ně nukleotidy a enzymy. První jmenované jsou nezbytné pro syntézu DNA. Enzymy se účastní transkripce i opravy a replikace DNA.
Struktura jaderné šťávy se mění v závislosti na stavu buňky. Jsou dva - stacionární avyskytující se při dělení. První je charakteristická pro mezifázi (čas mezi děleními). Jaderná šťáva se zároveň vyznačuje rovnoměrnou distribucí nukleových kyselin a nestrukturovaných molekul DNA. Během tohoto období existuje dědičný materiál ve formě chromatinu. Dělení buněčného jádra je doprovázeno přeměnou chromatinu na chromozomy. V této době se mění struktura karyoplazmy: genetický materiál získává určitou strukturu, jaderný obal je zničen a karyoplazma je smíchána s cytoplazmou.
Chromozomy
Hlavními funkcemi nukleoproteinových struktur chromatinu transformovaného v době dělení jsou ukládání, implementace a přenos dědičné informace obsažené v buněčném jádře. Chromozomy se vyznačují určitým tvarem: jsou rozděleny na části nebo ramena primární konstrikcí, nazývanou také coelomera. Podle umístění se rozlišují tři typy chromozomů:
- tyčkovité nebo akrocentrické: vyznačují se umístěním coelomer téměř na konci, jedno rameno je velmi malé;
- diverzifikované nebo submetacentrické mají paže nestejné délky;
- rovnostranné nebo metacentrické.
Sada chromozomů v buňce se nazývá karyotyp. Každý typ je pevně daný. V tomto případě mohou různé buňky stejného organismu obsahovat diploidní (dvojitou) nebo haploidní (jedinou) sadu. První možnost je typická pro somatické buňky, které tvoří převážně tělo. Haploidní sada je výsadou zárodečných buněk. lidské somatické buňkyobsahuje 46 chromozomů, pohlaví - 23.
Chromozomy diploidní sady tvoří páry. Identické nukleoproteinové struktury zahrnuté v páru se nazývají alelické. Mají stejnou strukturu a plní stejné funkce.
Strukturní jednotkou chromozomů je gen. Je to část molekuly DNA, která kóduje konkrétní protein.
Nucleolus
Buněčné jádro má ještě jednu organelu – jadérko. Od karyoplazmy není oddělena membránou, ale při zkoumání buňky mikroskopem si jej snadno všimneme. Některá jádra mohou mít více jadérek. Existují také takové, ve kterých takové organely zcela chybí.
Tvar jadérka připomíná kouli, má poměrně malou velikost. Obsahuje různé bílkoviny. Hlavní funkcí jadérka je syntéza ribozomální RNA a samotných ribozomů. Jsou nezbytné pro tvorbu polypeptidových řetězců. Nukleoly se tvoří kolem speciálních oblastí genomu. Říká se jim nukleolární organizéry. Obsahuje geny ribozomální RNA. Jadérko je mimo jiné místem s nejvyšší koncentrací bílkovin v buňce. Část bílkovin je nezbytná k plnění funkcí organoidu.
Jádro se skládá ze dvou složek: granulární a fibrilární. Prvním jsou zrající ribozomové podjednotky. Ve fibrilárním centru probíhá syntéza ribozomální RNA. Granulovaná složka obklopuje fibrilární složku umístěnou ve středu jadérka.
Buněčné jádro a jeho funkce
Role, kteráhraje jádro, je neoddělitelně spjato s jeho strukturou. Vnitřní struktury organoidu společně realizují nejdůležitější procesy v buňce. Obsahuje genetickou informaci, která určuje strukturu a funkci buňky. Jádro je zodpovědné za ukládání a přenos dědičné informace během mitózy a meiózy. V prvním případě obdrží dceřiná buňka sadu genů identickou s rodičovskou. V důsledku meiózy se tvoří zárodečné buňky s haploidní sadou chromozomů.
Další neméně důležitou funkcí jádra je regulace intracelulárních procesů. Provádí se jako výsledek řízení syntézy proteinů odpovědných za strukturu a fungování buněčných elementů.
Vliv na syntézu bílkovin má ještě jeden výraz. Jádro, řídící procesy uvnitř buňky, spojuje všechny její organely do jediného systému s dobře fungujícím mechanismem práce. Selhání v něm vedou zpravidla k buněčné smrti.
Konečně, jádro je místem syntézy ribozomových podjednotek, které jsou zodpovědné za tvorbu stejného proteinu z aminokyselin. Ribozomy jsou v procesu transkripce nepostradatelné.
Eukaryotická buňka je dokonalejší strukturou než prokaryotická. Vzhled organel s vlastní membránou umožnil zvýšit účinnost intracelulárních procesů. Velmi důležitou roli v tomto vývoji hrálo vytvoření jádra obklopeného dvojitou lipidovou membránou. Ochrana dědičné informace membránou umožnila starověkým jednobuněčným organismům ovládnout seorganismy v nových způsobech života. Mezi nimi byla fagocytóza, která podle jedné verze vedla ke vzniku symbiotického organismu, který se později stal předchůdcem moderní eukaryotické buňky se všemi jejími charakteristickými organelami. Buněčné jádro, stavba a funkce některých nových struktur umožnily využít kyslík v metabolismu. Důsledkem toho byla zásadní změna v biosféře Země, byl položen základ pro vznik a vývoj mnohobuněčných organismů. Dnes na planetě dominují eukaryotické organismy, mezi které patří i lidé, a nic nepředpovídá změny v tomto ohledu.
