Solun rakenne ja toiminnot ovat kokeneet useita muutoksia evoluution aikana. Uusien organellien ilmaantumista edelsi muutokset nuoren planeetan ilmakehässä ja litosfäärissä. Yksi merkittävistä hankinnoista oli solun ydin. Eukaryoottiset organismit saivat erillisten organellien läsnäolon vuoksi merkittäviä etuja prokaryooteihin verrattuna ja alkoivat nopeasti hallita.
Soluydin, jonka rakenne ja toiminnot ovat hieman erilaisia eri kudoksissa ja elimissä, on parantanut RNA:n biosynteesin laatua ja perinnöllisen tiedon välittämistä.
Alkuperä
Tähän mennessä on olemassa kaksi päähypoteesia eukaryoottisolun muodostumisesta. Symbioottisen teorian mukaan organellit (kuten flagellat tai mitokondriot) olivat aikoinaan erillisiä prokaryoottisia organismeja. Nykyaikaisten eukaryoottien esi-isät söivät ne. Tuloksena oli symbioottinen organismi.
Ydin muodostui sisäänpäin työntymisen seurauksenasytoplasmisen kalvon osa. Tämä oli välttämätön hankinta matkalla omaksumaan solun uusi ravitsemustapa, fagosytoosi. Ruoan sieppaamiseen liittyi sytoplasmisen liikkuvuuden lisääntyminen. Genoforit, jotka olivat prokaryoottisen solun geneettistä materiaalia ja kiinnittyneet seiniin, putosivat vahvan "virtauksen" alueelle ja tarvitsivat suojaa. Tämän seurauksena muodostui syvä invaginaatio kalvon osaan, joka sisälsi kiinnittyneitä genoforeja. Tätä hypoteesia tukee se tosiasia, että ytimen kuori on erottamattomasti yhteydessä solun sytoplasmiseen kalvoon.
Tapahtumien kehityksestä on toinen versio. Ytimen alkuperää koskevan virushypoteesin mukaan se muodostui muinaisen arkealaisen solun tartunnan seurauksena. DNA-virus soluttautui siihen ja sai vähitellen täydellisen hallinnan elämänprosesseihin. Tutkijat, jotka pitävät tätä teoriaa oikeampana, esittävät paljon argumentteja sen puolesta. Toistaiseksi ei kuitenkaan ole olemassa vakuuttavia todisteita millekään olemassa olevalle hypoteesille.
Yksi tai useampi
Useimmissa nykyaikaisten eukaryoottien soluissa on ydin. Suurin osa niistä sisältää vain yhden sellaisen organellin. On kuitenkin soluja, jotka ovat menettäneet ytimen joidenkin toiminnallisten ominaisuuksien vuoksi. Näitä ovat esimerkiksi punasolut. On myös soluja, joissa on kaksi (ripset) ja jopa useita tumia.
Solun ytimen rakenne
Riippumatta organismin ominaisuuksista, ytimen rakenteelle on ominaista joukko tyypillisiäorganellit. Se on erotettu solun sisätilasta kaksoiskalvolla. Joissain paikoissa sen sisä- ja ulkokerrokset sulautuvat yhteen muodostaen huokosia. Niiden tehtävänä on vaihtaa aineita sytoplasman ja ytimen välillä.
Organellitila on täynnä karyoplasmaa, jota kutsutaan myös tuman mahlaksi tai nukleoplasmaksi. Se sisältää kromatiinia ja nukleolia. Joskus viimeistä solun ytimen nimetyistä organelleista ei ole läsnä yhdessä kopiossa. Joissakin organismeissa nukleolit päinvastoin puuttuvat.
Kalvo
Ydinkalvo muodostuu lipideistä, ja se koostuu kahdesta kerroksesta: ulompi ja sisempi. Itse asiassa tämä on sama solukalvo. Ydin on yhteydessä endoplasmisen retikulumin kanavien kanssa perinukleaarisen tilan kautta, joka on onkalo, jonka muodostaa kaksi kalvokerrosta.
Ulko- ja sisäkalvolla on omat rakenteelliset piirteensä, mutta ne ovat yleensä melko samanlaisia.
Lähimmäksi sytoplasmaa
Ulkokerros siirtyy endoplasmisen retikulumin kalvoon. Sen tärkein ero jälkimmäiseen on huomattavasti suurempi proteiinien pitoisuus rakenteessa. Solun sytoplasmaan suorassa kosketuksessa oleva kalvo on ulkopuolelta peitetty ribosomikerroksella. Se on yhdistetty sisäkalvoon lukuisilla huokosilla, jotka ovat melko suuria proteiinikomplekseja.
Sisäkerros
Solutumaa kohti oleva kalvo, toisin kuin ulompi, on sileä, ei ribosomien peittämä. Se rajoittaa karyoplasmaa. Sisäkalvolle tyypillinen piirre on ydinkalvokerros, joka vuoraa sitä sivulta,kosketuksissa nukleoplasman kanssa. Tämä spesifinen proteiinirakenne säilyttää vaipan muodon, osallistuu geenin ilmentymisen säätelyyn ja edistää myös kromatiinin kiinnittymistä tumakalvoon.
Aineenvaihdunta
Ytimen ja sytoplasman vuorovaikutus tapahtuu tuman huokosten kautta. Ne ovat melko monimutkaisia rakenteita, jotka muodostuvat 30 proteiinista. Yhden ytimen huokosten määrä voi olla erilainen. Se riippuu solun, elimen ja organismin tyypistä. Joten ihmisillä solun ytimessä voi olla 3-5 tuhatta huokosta, joissakin sammakoissa se saavuttaa 50 000.
Huokosten päätehtävä on aineiden vaihto ytimen ja muun solutilan välillä. Jotkut molekyylit kulkevat huokosten läpi passiivisesti ilman ylimääräistä energiankulutusta. Ne ovat kooltaan pieniä. Suurten molekyylien ja supramolekyylisten kompleksien kuljettaminen vaatii tietyn määrän energiaa.
Tumassa syntetisoidut RNA-molekyylit pääsevät soluun karyoplasmasta. Tumansisäisiin prosesseihin tarvittavat proteiinit kuljetetaan vastakkaiseen suuntaan.
Nukleoplasma
Ydinmehu on proteiinien kolloidinen liuos. Sitä rajoittaa ydinvaippa ja se ympäröi kromatiinia ja nukleolusta. Nukleoplasma on viskoosi neste, johon on liuennut erilaisia aineita. Näitä ovat nukleotidit ja entsyymit. Ensimmäiset ovat välttämättömiä DNA-synteesille. Entsyymit osallistuvat transkriptioon sekä DNA:n korjaukseen ja replikaatioon.
Ydinmehun rakenne muuttuu solun tilan mukaan. Niitä on kaksi - kiinteä jaesiintyy jakautumisen aikana. Ensimmäinen on ominaista interfaasille (jakojen välinen aika). Samaan aikaan ydinmehu erottuu nukleiinihappojen ja rakenteellisten DNA-molekyylien tasaisesta jakautumisesta. Tänä aikana perinnöllinen materiaali on kromatiinin muodossa. Soluytimen jakautumiseen liittyy kromatiinin muuttuminen kromosomeiksi. Tällä hetkellä karyoplasman rakenne muuttuu: geneettinen materiaali saa tietyn rakenteen, tuman vaippa tuhoutuu ja karyoplasma sekoittuu sytoplasmaan.
kromosomit
Jakautumishetkellä transformoituneen kromatiinin nukleoproteiinirakenteiden päätehtävät ovat solun ytimessä olevan perinnöllisen tiedon varastointi, toteuttaminen ja välittäminen. Kromosomeille on ominaista tietty muoto: ne on jaettu osiin tai käsivarsiin ensisijaisella supistuksella, jota kutsutaan myös koelomeeriksi. Sen sijainnin mukaan erotetaan kolme tyyppiä kromosomeja:
- sauvan muotoinen tai akrosentrinen: niille on ominaista coelomeerin sijainti melkein lopussa, yksi käsi on hyvin pieni;
- hajautetuilla tai submetakeskisillä käsivarret ovat eripituisia;
- tasasivuinen tai metakeskinen.
Solussa olevaa kromosomijoukkoa kutsutaan karyotyypiksi. Jokainen tyyppi on kiinteä. Tässä tapauksessa saman organismin eri solut voivat sisältää diploidisen (kaksois) tai haploidisen (yksittäisen) joukon. Ensimmäinen vaihtoehto on tyypillinen somaattisille soluille, jotka pääasiassa muodostavat kehon. Haploidisarja on sukusolujen etuoikeus. ihmisen somaattiset solutsisältää 46 kromosomia, sukupuoli - 23.
Diploidisen joukon kromosomit muodostavat pareja. Pariin sisältyviä identtisiä nukleoproteiinirakenteita kutsutaan alleelisiksi. Niillä on sama rakenne ja samat toiminnot.
Kromosomien rakenneyksikkö on geeni. Se on DNA-molekyylin osa, joka koodaa tiettyä proteiinia.
Nucleolus
Soluytimessä on vielä yksi organelli - tuma. Sitä ei erota karyoplasmasta kalvo, mutta se on helppo havaita tutkittaessa solua mikroskoopilla. Joissakin ytimissä voi olla useita ytimiä. On myös sellaisia, joissa sellaiset organellet puuttuvat kokonaan.
Tuman muoto muistuttaa palloa, on melko pieni koko. Se sisältää erilaisia proteiineja. Nukleolin päätehtävä on ribosomaalisen RNA:n ja itse ribosomien synteesi. Ne ovat välttämättömiä polypeptidiketjujen luomiseen. Nukleolit muodostuvat genomin erityisalueiden ympärille. Niitä kutsutaan ydinorganisoijiksi. Se sisältää ribosomaalisia RNA-geenejä. Tuma on muun muassa paikka, jossa on korkein proteiinipitoisuus solussa. Osa proteiineista on välttämätön organoidin toimintojen suorittamiseksi.
Tuma koostuu kahdesta osasta: rakeisesta ja fibrillaarisesta. Ensimmäinen on kypsyvät ribosomialayksiköt. Fibrillaarisessa keskustassa ribosomaalisen RNA:n synteesi suoritetaan. Rakeinen komponentti ympäröi fibrillaarikomponenttia, joka sijaitsee ytimen keskellä.
Solun ydin ja sen toiminnot
Rooli, jokasoittaa ydintä, liittyy erottamattomasti sen rakenteeseen. Organoidin sisäiset rakenteet toteuttavat yhdessä tärkeimmät prosessit solussa. Se sisältää geneettistä tietoa, joka määrittää solun rakenteen ja toiminnan. Ydin vastaa perinnöllisen tiedon tallentamisesta ja välittämisestä mitoosin ja meioosin aikana. Ensimmäisessä tapauksessa tytärsolu vastaanottaa joukon geenejä, jotka ovat identtisiä vanhemman kanssa. Meioosin seurauksena sukusoluihin muodostuu haploidinen kromosomisarja.
Toinen yhtä tärkeä ytimen tehtävä on solunsisäisten prosessien säätely. Se suoritetaan soluelementtien rakenteesta ja toiminnasta vastaavien proteiinien synteesin säätelyn seurauksena.
Vaikutuksella proteiinisynteesiin on toinen ilmaisu. Ydin, joka ohjaa solun sisäisiä prosesseja, yhdistää kaikki sen organellit yhdeksi järjestelmäksi, jolla on hyvin toimiva toimintamekanismi. Sen epäonnistumiset johtavat yleensä solukuolemaan.
Lopuksi ydin on ribosomien alayksiköiden synteesipaikka, jotka vastaavat saman proteiinin muodostumisesta aminohapoista. Ribosomit ovat välttämättömiä transkriptioprosessissa.
Eukaryoottisolu on täydellisempi rakenne kuin prokaryoottisolu. Organellien ilmaantuminen omalla kalvollaan mahdollisti solunsisäisten prosessien tehokkuuden lisäämisen. Kaksinkertaisen lipidikalvon ympäröimän ytimen muodostumisella oli erittäin tärkeä rooli tässä kehityksessä. Perinnöllisen tiedon suojaaminen kalvolla mahdollisti muinaisten yksisoluisten organismien hallitsemiseneliöt uusiin elämäntapoihin. Niiden joukossa oli fagosytoosi, joka yhden version mukaan johti symbioottisen organismin syntymiseen, josta tuli myöhemmin nykyaikaisen eukaryoottisolun esi-ihminen kaikilla sille ominaisilla organelleilla. Solun ydin, joidenkin uusien rakenteiden rakenne ja toiminnot mahdollistivat hapen käytön aineenvaihdunnassa. Seurauksena oli kardinaalinen muutos Maan biosfäärissä, luotiin perusta monisoluisten organismien muodostumiselle ja kehitykselle. Nykyään eukaryoottiset organismit, mukaan lukien ihmiset, hallitsevat planeettaa, eikä mikään ennakoi muutoksia tässä suhteessa.
