Buněčné jádro je jeho nejdůležitější organelou, místem ukládání a reprodukce dědičné informace. Jedná se o membránovou strukturu, která zabírá 10-40 % buňky, jejíž funkce jsou pro život eukaryot velmi důležité. I bez přítomnosti jádra je však realizace dědičné informace možná. Příkladem tohoto procesu je životně důležitá aktivita bakteriálních buněk. Nicméně strukturní rysy jádra a jeho účel jsou pro mnohobuněčný organismus velmi důležité.
Umístění jádra v buňce a jeho struktura
Jádro se nachází v tloušťce cytoplazmy a je v přímém kontaktu s drsným a hladkým endoplazmatickým retikulem. Je obklopena dvěma membránami, mezi kterými je perinukleární prostor. Uvnitř jádra je matrice, chromatin a některá jadérka.
Některé zralé lidské buňky nemají jádro, zatímco jiné fungují za podmínek vážné inhibice jejich aktivity. Obecně je struktura jádra (schéma) prezentována jako jaderná dutina, ohraničená karyolemou z buňky, obsahující chromatin a jadérka fixovaná v nukleoplazmějaderná matrice.
Struktura karyolemy
Pro usnadnění studia jaderné buňky by měla být jaderná buňka vnímána jako bubliny ohraničené skořápkami z jiných bublin. Jádro je bublina s dědičnou informací umístěná v tloušťce buňky. Před svou cytoplazmou je chráněn dvouvrstvou lipidovou membránou. Struktura obalu jádra je podobná buněčné membráně. Ve skutečnosti se liší pouze názvem a počtem vrstev. Bez toho všeho jsou strukturou a funkcí identické.
Struktura karyolemy (jaderné membrány) je dvouvrstvá: skládá se ze dvou lipidových vrstev. Vnější bilipidová vrstva karyolemy je v přímém kontaktu s drsným retikulem buněčné endoplazmy. Vnitřní karyolema - s obsahem jádra. Mezi vnější a vnitřní karyomembránou je perinukleární prostor. Zřejmě vznikl v důsledku elektrostatických jevů - odpuzování oblastí zbytků glycerolu.
Funkcí jaderné membrány je vytvořit mechanickou bariéru, která odděluje jádro od cytoplazmy. Vnitřní membrána jádra slouží jako fixační místo pro jadernou matrici – řetězec proteinových molekul, které podporují objemovou strukturu. Ve dvou jaderných membránách jsou speciální póry: messenger RNA přes ně vstupuje do cytoplazmy až k ribozomům. V samotné tloušťce jádra je několik jadérek a chromatinu.
Vnitřní struktura nukleoplazmy
Vlastnosti struktury jádra nám umožňují porovnat jej s buňkou samotnou. Uvnitř jádra je také zvláštní prostředí (nukleoplazma),reprezentovaný gel-solem, koloidním roztokem proteinů. Uvnitř se nachází nukleoskelet (matrix), reprezentovaný fibrilárními proteiny. Hlavní rozdíl spočívá pouze v tom, že v jádře jsou přítomny převážně kyselé proteiny. Zjevně je taková reakce prostředí potřebná k zachování chemických vlastností nukleových kyselin a výskytu biochemických reakcí.
Nucleolus
Struktura buněčného jádra nemůže být dokončena bez jadérka. Je to spirálovitá ribozomální RNA, která je ve fázi zrání. Později se z něj získá ribozom – organela nezbytná pro syntézu bílkovin. Ve struktuře jadérka se rozlišují dvě složky: fibrilární a globulární. Liší se pouze elektronovou mikroskopií a nemají vlastní membrány.
Fibrilární komponenta je ve středu jadérka. Je to řetězec RNA ribozomálního typu, ze kterého budou sestaveny ribozomální podjednotky. Uvažujeme-li jádro (strukturu a funkce), pak je zřejmé, že se z nich následně vytvoří granulovaná složka. Jedná se o stejné dozrávající ribozomální podjednotky, které jsou v pozdějších fázích svého vývoje. Brzy tvoří ribozomy. Jsou odstraněny z nukleoplazmy přes jaderné póry karyolemy a vstupují do membrány hrubého endoplazmatického retikula.
Chromatin a chromozomy
Struktura a funkce buněčného jádra jsou organicky propojeny: existují pouze ty struktury, které jsou potřebné k ukládání a reprodukci dědičné informace. Existuje také karyoskelet(matice jádra), jehož funkcí je udržovat tvar organely. Nejdůležitější složkou jádra je však chromatin. Jedná se o chromozomy, které hrají roli kartoték různých skupin genů.
Chromatin je komplexní protein, který se skládá z polypeptidu kvartérní struktury spojeného s nukleovou kyselinou (RNA nebo DNA). Chromatin je také přítomen v bakteriálních plazmidech. Téměř čtvrtinu celkové hmotnosti chromatinu tvoří histony – proteiny zodpovědné za „balení“dědičné informace. Tento rys struktury je studován biochemií a biologií. Struktura jádra je složitá právě kvůli chromatinu a přítomnosti procesů střídajících jeho spirálizaci a despiralizaci.
Přítomnost histonů umožňuje kondenzaci a dokončení řetězce DNA na malém místě – v buněčném jádře. To se děje následovně: histony tvoří nukleozomy, což jsou struktury jako kuličky. H2B, H3, H2A a H4 jsou hlavní histonové proteiny. Nukleosom je tvořen čtyřmi páry každého z prezentovaných histonů. Histon H1 je zároveň linker: je spojen s DNA v místě vstupu do nukleozomu. Ke sbalení DNA dochází jako výsledek „navinutí“lineární molekuly kolem 8 proteinů histonové struktury.
Struktura jádra, jejíž schéma je uvedeno výše, naznačuje přítomnost solenoidové struktury DNA dokončené na histonech. Tloušťka tohoto konglomerátu je asi 30 nm. Zároveň lze konstrukci dále zhutňovat, aby zabírala méně místa a byla méně vystavenamechanické poškození, ke kterému nevyhnutelně dochází během života buňky.
Chromatinové frakce
Struktura, struktura a funkce buněčného jádra jsou fixovány na udržení dynamických procesů chromatinové spiralizace a despiralizace. Proto existují dvě jeho hlavní frakce: silně spirálovitý (heterochromatin) a mírně spirálovitý (euchromatin). Jsou odděleny jak konstrukčně, tak funkčně. V heterochromatinu je DNA dobře chráněna před jakýmikoli vlivy a nelze ji přepisovat. Euchromatin je méně chráněn, ale geny mohou být duplikovány pro syntézu proteinů. Nejčastěji se úseky heterochromatinu a euchromatinu střídají po celé délce celého chromozomu.
Chromozomy
Buněčné jádro, jehož struktura a funkce jsou popsány v této publikaci, obsahuje chromozomy. Je to komplexní a kompaktně zabalený chromatin, který lze vidět pod světelným mikroskopem. To je však možné pouze tehdy, je-li buňka umístěna na podložním sklíčku ve fázi mitotického nebo meiotického dělení. Jednou z fází je spiralizace chromatinu s tvorbou chromozomů. Jejich struktura je extrémně jednoduchá: chromozom má telomeru a dvě ramena. Každý mnohobuněčný organismus stejného druhu má stejnou strukturu jádra. Jeho tabulka chromozomů je také podobná.
Implementace funkcí jádra
Hlavní rysy struktury jádra souvisí s výkonem určitých funkcí a potřebou je ovládat. Jádro plní roli úložiště dědičné informace, to znamená, že jde o jakousi kartotéku szapsané sekvence aminokyselin všech proteinů, které lze v buňce syntetizovat. To znamená, že pro vykonávání jakékoli funkce musí buňka syntetizovat protein, jehož struktura je zakódována v genu.
Aby jádro „pochopilo“, který konkrétní protein je potřeba ve správný čas syntetizovat, existuje systém vnějších (membránových) a vnitřních receptorů. Informace z nich přicházejí do jádra prostřednictvím molekulárních přenašečů. Nejčastěji je to realizováno mechanismem adenylátcyklázy. Takto na buňku působí hormony (adrenalin, norepinefrin) a některé léky s hydrofilní strukturou.
Druhý mechanismus přenosu informací je interní. Je charakteristický pro lipofilní molekuly – kortikosteroidy. Tato látka proniká bilipidovou membránou buňky a jde do jádra, kde interaguje s jejím receptorem. V důsledku aktivace receptorových komplexů umístěných na buněčné membráně (mechanismus adenylátcyklázy) nebo na karyolemě se spustí aktivační reakce určitého genu. Replikuje se, na jeho základě je postavena messenger RNA. Později, podle jejich struktury, je syntetizován protein, který vykonává určitou funkci.
Jádro mnohobuněčných organismů
U mnohobuněčného organismu jsou strukturální rysy jádra stejné jako u jednobuněčného organismu. I když existují určité nuance. Za prvé, mnohobuněčnost znamená, že určitý počet buněk bude mít svou vlastní specifickou funkci (nebo několik). To znamená, že některé geny budou vždydespiralizován, zatímco ostatní jsou neaktivní.
Například v buňkách tukové tkáně bude syntéza proteinů neaktivní, a proto je většina chromatinu spirálovitá. A v buňkách, například v exokrinní části slinivky břišní, probíhají procesy biosyntézy bílkovin. Proto je jejich chromatin despiralizován. V těch oblastech, jejichž geny se replikují nejčastěji. Důležitá je přitom klíčová vlastnost: chromozomová sada všech buněk jednoho organismu je stejná. Pouze kvůli diferenciaci funkcí v tkáních jsou některé z nich vypnuty z práce, zatímco jiné jsou despiralizovány častěji než jiné.
Jaderné buňky těla
Existují buňky, jejichž strukturní rysy jádra nemusí být brány v úvahu, protože v důsledku své životně důležité činnosti buď inhibují jeho funkci, nebo se ho úplně zbavují. Nejjednodušším příkladem jsou červené krvinky. Jedná se o krvinky, jejichž jádro je přítomno pouze v raných fázích vývoje, kdy dochází k syntéze hemoglobinu. Jakmile je ho dostatek pro přenos kyslíku, jádro je z buňky odstraněno, aby se to usnadnilo, aniž by narušoval přenos kyslíku.
V obecné rovině je erytrocyt cytoplazmatický vak naplněný hemoglobinem. Podobná struktura je charakteristická pro tukové buňky. Struktura buněčného jádra adipocytů je extrémně zjednodušená, klesá a posouvá se k membráně a procesy syntézy proteinů jsou maximálně inhibovány. Tyto buňky také připomínají "pytle" naplněné tukem, i když samozřejmě různéprobíhá v nich o něco více biochemických reakcí než v erytrocytech. Krevní destičky také nemají jádro, ale neměly by být považovány za plnohodnotné buňky. Jedná se o fragmenty buněk nezbytné pro realizaci procesů hemostázy.
