Eukaryoottisolun ydin on keskusorganelli, josta elintärkeä toiminta ja synteettiset prosessit riippuvat. Merkittävää osaa ytimen sisällöstä edustavat eriasteisia rihmamaisia DNA-molekyylejä yhdessä proteiinien kanssa. Nämä ovat eukromatiini (dekondensoitunut DNA) ja heterokromatiini (tiheästi pakatut DNA-palat).
Eukromatiinilla on tärkeä rooli solun elämässä. Siinä lukee "ohjeet" ribonukleiinihapon (RNA:n) kokoamisesta, josta tulee polypeptidimolekyylien synteesin perusta.
Onko kaikilla ydin?
Kaikki elävät olennot, pienimmistä jättiläisiin, saavat geneettistä tietoa deoksiribonukleiinihapon muodossa. Sen esittämiseen soluissa on kaksi pohjimmiltaan erilaista muotoa:
- Prokaryoottisilla organismeilla (esinukleaarisilla) on osastoimattomia soluja. Heidän ainoan proteiiniin sitoutumattoman pyöreän DNA:n varasto on vain laastarisytoplasmaa kutsutaan nukleoidiksi. Nukleiinihappojen replikaatio ja proteiinisynteesi tapahtuvat prokaryooteissa yhdessä solutilassa. Emme näe niitä paljaalla silmällä, koska tämän organismiryhmän edustajat ovat mikroskooppisia, jopa 3 mikronin kokoisia bakteereja.
- Eukaryoottisille organismeille on ominaista monimutkaisempi solurakenne, jossa perinnöllinen informaatio on suojattu ytimen kaksoiskalvolla. Lineaariset DNA-molekyylit muodostavat yhdessä histoniproteiinien kanssa kromatiinia, joka tuottaa aktiivisesti RNA:ta polyentsyymikompleksien avulla. Proteiinisynteesi tapahtuu ribosomien sytoplasmassa.
Eukaryoottisoluissa muodostunut ydin voidaan nähdä välivaiheen aikana. Karyoplasma sisältää proteiinirungon (matriisin), nukleolit ja nukleoproteiinikompleksit, jotka koostuvat heterokromatiinin ja eukromatiinin osista. Tämä ytimen tila säilyy solun jakautumisen alkamiseen saakka, jolloin kalvo ja tumasolut katoavat ja kromosomit saavat kompaktin sauvamaisen muodon.
Pääosa ytimessä
Ytimen sisällön pääkomponentti, kromatiini, on sen semanttinen osa. Sen tehtäviin kuuluu solua tai organismia koskevan geneettisen tiedon tallentaminen, toteuttaminen ja välittäminen. Kromatiinin suoraan replikoituva osa on eukromatiini, joka kuljettaa tietoa proteiinien ja erityyppisten RNA:n rakenteesta.
Ytimen loput osat suorittavat aputoimintoja, tarjoavat asianmukaiset olosuhteet geneettisen tiedon toteuttamiselle:
- nucleoli -tiivistetyt ydinsisällön alueet, jotka määrittävät ribosomien ribonukleiinihappojen synteesikohdat;
- proteiinimatriisi järjestää kromosomien järjestyksen ja ytimen koko sisällön, säilyttää muotonsa;
- Ytimen puolinestemäinen sisäympäristö, karyoplasma, varmistaa molekyylien kuljetuksen ja erilaisten biokemiallisten prosessien virtauksen;
- Ytimen kaksikerroksinen kuori, karyolemma, suojaa geneettistä materiaalia, tarjoaa molekyylien ja molekyylikompleksien selektiivisen kahdenvälisen johtumisen monimutkaisten ydinhuokosten vuoksi.
Mitä kromatiini tarkoittaa
Kromatiini sai nimensä vuonna 1880 Flemmingin solujen havainnointikokeiden ansiosta. Tosiasia on, että kiinnityksen ja värjäyksen aikana jotkut solun osat näkyvät erityisen hyvin ("kromatiini" tarkoittaa "värjättyä"). Myöhemmin kävi ilmi, että tätä komponenttia edustaa proteiinien sisältävä DNA, joka happamien ominaisuuksiensa vuoksi havaitsee aktiivisesti emäksisiä väriaineita.
värjäytyneet kromosomit näkyvät valokuvan solun keskiosassa muodostaen metafaasilevyn.
DNA:n olemassaolon muodot
Eukaryoottisten organismien soluissa kromatiinin nukleoproteiinikompleksit voivat olla kahdessa tilassa.
- Solujen jakautumisprosessissa DNA saavuttaa maksimikierteensä ja sitä edustavat mitoottiset kromosomit. Jokainen juoste muodostaa erillisen kromosomin.
- Välivaiheen aikana, jolloin solu-DNA on eniten dekondensoitunut, kromatiini täyttyy tasaisestiytimen tila tai muodostaa valomikroskoopissa näkyviä kokkareita. Tällaisia kromokeskuksia havaitaan useammin lähellä ydinkalvoa.
Nämä tilat ovat vaihtoehtoisia toisilleen, täysin tiivistyneet kromosomit eivät säily välivaiheessa.
Eukromatiini ja heterokromatiini
Interfaasikromatiini on kromosomi, joka on menettänyt kompaktin muotonsa. Niiden silmukat löystyvät ja ne täyttävät ytimen tilavuuden. Dekondensaatioasteen ja kromatiinin toiminnallisen aktiivisuuden välillä on suora yhteys.
Sen täysin "purkamattomia" osia kutsutaan diffuusiksi tai aktiiviseksi kromatiiniksi. Se on käytännössä näkymätön valomikroskoopissa värjäyksen jälkeen. Tämä johtuu siitä, että DNA-heliksi on vain 2 nm paksu. Sen toinen nimi on euchromatin.
Tämä tila tarjoaa entsymaattisille komplekseille pääsyn semanttisiin DNA-fragmentteihin, niiden vapaaseen kiinnittymiseen ja toimintaan. Lähetti-RNA:n rakenne (transkriptio) luetaan diffuusialueilta RNA-polymeraasien toimesta tai itse DNA kopioidaan (replikaatio). Mitä korkeampi solun synteettinen aktiivisuus tällä hetkellä on, sitä suurempi on eukromatiinin osuus ytimessä.
Kromatiinin diffuusiosat vuorottelevat kompaktien, eri tavalla kiertyneiden heterokromatiinin vyöhykkeiden kanssa. Suuremman tiheyden vuoksi värjätty heterokromatiini näkyy selvästi faasien välisissä ytimissä.
Kuvassa näkyy kromatiini, jonka tiivistymisaste vaihtelee:
- 1 - kaksijuosteinen DNA-molekyyli;
- 2 - histoniproteiinit;
- 3 - DNA, joka on kietoutunut histonikompleksin ympärille 1,67 kierrosta, muodostaa nukleosomin;
- 4 - solenoidi;
- 5 - faasien välinen kromosomi.
Määritelmän hienouksia
Eukromatiini tietyllä hetkellä ei välttämättä osallistu synteettisiin prosesseihin. Tässä tapauksessa se on tilapäisesti tiiviimmässä tilassa ja voidaan sekoittaa heterokromatiiniksi.
Todellinen heterokromatiini, jota kutsutaan myös konstitutiiviseksi, ei kanna semanttista kuormaa ja dekondensoituu vain replikaatioprosessissa. Näissä kohdissa oleva DNA sisältää lyhyitä, toistuvia sekvenssejä, jotka eivät koodaa aminohappoja. Mitoottisissa kromosomeissa ne ovat ensisijaisen supistumisen ja telomeeristen päätteiden alueella. Ne myös erottavat transkriptoidun DNA:n osia muodostaen interkalaarisia (interkalaarisia) fragmentteja.
Kuinka eukromatiini "toimii"
Euchromatin sisältää geenejä, jotka lopulta määräävät proteiinien rakenteen (rakennegeenit). Nukleotidisekvenssin dekoodaus proteiiniksi tapahtuu sellaisen välittäjän avulla, joka kykenee, toisin kuin kromosomit, poistumaan ytimestä - lähetti-RNA:n.
Transkription aikana RNA syntetisoidaan DNA-templaatilla vapaista adenyyli-, uridyyli-, sytidyyli- ja guanyylinukleotideista. Transkription suorittaa entsyymikompleksi RNA-polymeraasi.
Jotkin geenit määrittävät muiden RNA-tyyppien (kuljetus- ja ribosomaalisen) sekvenssin, joka on välttämätön proteiinisynteesiprosessien saattamiseksi päätökseen sytoplasmassaaminohapot.
Yhden kromosomin heterokromatiini kootaan usein hyvin merkittyyn kromosomiin. Sen ympärillä on despiralisoidun eukromatiinisilmukoita. Tämän ydin-DNA:n konfiguraation ansiosta entsyymikompleksit ja vapaat nukleotidit, jotka ovat välttämättömiä eukromatiinin toimintojen toteuttamiseksi, sopivat helposti semanttisiin osiin.
