Генетичният апарат на еукариотната клетка
Генетичният апарат на еукариотната клетка - раздел Наука, генетиката като наука Ядрото на еукариотните клетки Терминът "ядро" е приложен за първи път от Браун.
еукариотно клетъчно ядро
Терминът "ядро" е използван за първи път от Браун през 1833 г. за обозначаване на сферични постоянни структури в растителните клетки.
Ядреният апарат на еукариотните клетки има редица разлики от прокариотните клетки: компонентът, съдържащ ДНК, е отделен от цитоплазмата от ядрената мембрана; количеството на ДНК в ядрата на еукариотите е хиляди пъти по-голямо, отколкото в състава на бактериалните нуклеоиди; Еукариотната ДНК е сложен нуклеопротеинов комплекс, който образува специална структура - хроматин, от който са съставени еукариотните хромозоми. Освен това, ядрата на еукариотите включват няколко физически несвързани хромозоми, всяка от които съдържа една линейна гигантска ДНК молекула. Всяка хромозомна ДНК е полирепликонна структура, т.е. съдържа набори от автономно репликиращи се региони. Синтезът и образуването на транскрипти на еукариотни клетки са придружени от процесите на тяхното вторично пренареждане, "узряване", което включва както фрагментация (обработка), така и сплайсинг на отделни ДНК фрагменти (сплайсинг). Синтезът на протеини не се извършва в ядрата; в еукариотните клетки процесите на синтез на ДНК и РНК са отделени от процеса на синтез на протеини.
Клетъчното ядро се състои от ядрена обвивка, която го отделя от цитоплазмата, хроматин, ядро и други продукти на синтетична активност, ядрен протеинов скелет (матрица) и кариоплазма (или ядрен сок). Тези основни компоненти се намират в почти всички неделящи се клетки на еукариотни едноклетъчни или многоклетъчни организми.
Основният компонент на ядрата - хроматинът, е структура, която осъществява генклетъчна функция, почти цялата генетична информация е вградена в хроматиновата ДНК. Ядрената мембрана изпълнява сложна бариера-рецептор, както и транспортни и рамкови функции. Нехроматиновият ядрен протеинов скелет (матрица) осигурява не само пространственото разположение на хромозомите в ядрото, но също така участва в тяхната функционална активност. Една от хромозомните области, които определят синтеза на рРНК и образуването на клетъчни рибозоми, е ядрото. Между всички тези компоненти се намира течната фаза на клетъчното ядро - кариоплазмата, в която протичат много процеси, свързани както с ядрения метаболизъм, така и с вътреядрения транспорт на протеини и РНК.
При наблюдение на много живи клетки, особено растителни клетки, или клетки след фиксиране и оцветяване вътре в ядрото, се разкриват зони от плътна субстанция, които са добре оцветени с различни багрила, особено основни. Поради това свойство идентифицираният компонент на ядрото беше наречен "хроматин".
За разлика от прокариотните клетки, ДНК-съдържащият материал на еукариотния хроматин може да съществува в две алтернативни състояния: декондензиран в интерфазата и максимално уплътнен по време на митоза, като част от митотичните хромозоми.
В неделящите се (интерфазни) клетки хроматинът, открит с помощта на светлинен микроскоп, може равномерно да запълни обема на ядрото или да бъде разположен в отделни съсиреци (хромоцентрове). Често се открива особено ясно по периферията на ядрото или образува заплитания от доста дебели (около 0,3 μm) и дълги нишки под формата на вътрешноядрена мрежа вътре в ядрото. Такива ядра често се намират в растителните клетки.
Хроматинът на интерфазните ядра е тяло, носещо ДНК (хромозома), което по това време губи своята компактна форма, разхлабва се, декондензира. Степентакава декондензация на хромозоми може да бъде различна в ядрата на различните клетки. Когато една хромозома или част от нея е напълно декондензирана, тези области се наричат дифузен хроматин. При непълно разхлабване на хромозомите в интерфазното ядро се виждат участъци от кондензиран хроматин (понякога наричан хетерохроматин). Многобройни изследвания показват, че степента на декондензация на хромозомния материал, хроматин, в интерфазата може да отразява функционалното натоварване на тази структура. Колкото по-дифузен е хроматинът на интерфазното ядро, толкова по-високи са синтетичните процеси в него. Когато тези клетки се стимулират да синтезират ДНК, тъй като се включва прекурсорът на ДНК 3Н-тимидин, настъпва постепенна декондензация на хроматина. По същия начин структурата на хроматина се променя по време на синтеза на РНК. Намаляването на синтеза на ДНК и РНК в клетките обикновено е придружено от увеличаване на кондензираните хроматинови зони. В еритроцитите на нисшите гръбначни почти целият ядрен хроматин е в кондензирано състояние и в тези ядра не се синтезират нито РНК, нито ДНК. Ако ядрата на тези клетки се стимулират да синтезират РНК, например в хетерокариони, тогава те преминават в дифузно състояние.
Хроматинът е максимално кондензиран по време на митотичното клетъчно делене, когато се намира под формата на тела - хромозоми. През този период хромозомите не носят никакви синтетични натоварвания, те не включват предшествениците на ДНК и РНК.
Въз основа на това може да се счита, че клетъчните хромозоми могат да бъдат в две структурни и функционални състояния: работещи, частично или напълно декондензирани, когато протичат процеси на транскрипция и редупликация с участието им в интерфазното ядро, и неактивни - в състояние на метаболитен покой с максималната си кондензация, когато изпълняват функцията на разпределение и преносгенетичен материал в дъщерни клетки.