Ląstelės branduolys: eukariotų DNR saugykla ir valdymo centras
Atraskite ląstelės branduolį — eukariotų DNR saugyklą ir valdymo centrą: struktūra, funkcijos, chromosomos, transkripcija ir ribosomų formavimasis.
Ląstelės branduolyje (daugiskaita: ląstelės branduoliai) yra ląstelės genai, jie valdo ląstelės augimą ir dauginimąsi. Jį gaubia dvisluoksnė branduolio membrana — išorinė ir vidinė membranos plokštelės, tarp jų yra perinuklearinė tarpelė ir specialios poros, per kurias reguliuojamas molekulių srautas tarp branduolio ir citoplazmos. Paprastai branduolys yra ryškiausia ląstelės organelė. Branduolys yra dažniausiai apvalus arba ovalus, jis veikia kaip ląstelės valdymo centras: čia saugoma informacija ir reguliuojama genų raiška. Jame yra chromosomų, kuriose koduota DNR. Žmogaus organizme yra milijardai ląstelių, kurių dauguma turi branduolį (išimtis — branduolio neturinčios eritrocitų stadijos kai kuriuose stuburiniuose).
Kur branduoliai yra ir ko jų nėra
Visų eukariotų, net ir daugelio vienaląsčių eukariotų, ląstelėse yra branduoliai. Bakterijos ir archėjos, kurios yra prokariotai, yra kitokio tipo vienaląsčiai organizmai ir neturi branduolių — jų genetinė medžiaga laisvai lokalizuota citoplazmoje mažesnėse struktūrose (nukleoide). Ląstelių branduolius XVII a. pirmasis aptiko Antonis van Liūvenhukas (Antonie van Leeuwenhoek).
Branduolio sandara
Branduolį gaubia membrana, tačiau jo viduje esantys dariniai jos neturi. Branduolio vidus (nukleoplazma) yra prisotintas baltymų, RNR molekulių ir chromatino, sudaryto iš chromosomų ir histoninių baltymų. Jo viduje yra daug baltymų, RNR molekulių, chromosomų ir branduolio struktūrų. Vidinę branduolio membranos pusę sutvirtina plona baltymų tinklo sluoksnis — branduolio lamina (laminai), kuris padeda išlaikyti formą ir dalyvauja organizuojant chromatino pogrupius.
Branduolė (nucleolus) — dažnai matoma tamsesnė sritis branduolyje — yra vieta, kur sintetinama ribosominė RNR ir kur vyksta ribosominių subvienetų surinkimas. Ribosomos susidaro branduolėje ir išnešamos į citoplazmą, kur jos verčia mRNA į baltymus.
Pagrindinės funkcijos
- Genetinės informacijos saugojimas: DNR organizuota chromosomose užtikrina paveldimumą ir genomos stabilumą.
- Genų reguliavimas: branduolyje kontroliuojama, kurie genai aktyvūs (euchromatinas) ir kurie slopinami (heterochromatinas).
- RNR sintezė ir apdorojimas: vyksta transkripcija (DNR → pre-mRNA), ir branduolyje atliekamas splicingas bei kiti modifikavimo veiksmai.
- Ribosomų sintezė: branduolėje formuojamos ribosomų subvienetų dalys, kurios iškeliauja į citoplazmą.
- Molekulių transportas: per branduolio poras reguliuojamas baltymų, RNR ir kitų molekulių judėjimas tarp branduolio ir citoplazmos.
Branduolys ir ląstelės ciklas
Kai ląstelė dalijasi arba ruošiasi dalytis, chromosomos kondensuojasi ir tampa matomos šviesiniu mikroskopu; tuo metu branduolio membrana daugelyje eukariotų suskyla (atvira mitozė), kad chromosomos būtų vienodai paskirstytos dukterinėms ląstelėms. Kitais atvejais, kai chromosomų nematyti smulkesnėje formoje, matomas branduolys. Chromosomų ir branduolio pokyčiai yra griežtai reguliuojami, o klaidos šiame procese gali lemti genomines mutacijas ar navikinių ląstelių atsiradimą.
Kaip branduolį matome laboratorijoje
Branduolį ir chromatino sritis dažnai vizualizuojame naudojant specialius dažus ir mikroskopiją. Kai ląstelių chromosomos kondensuotos mitozės metu, jos yra matomos šviesiniu mikroskopu. Taip pat dažnai naudojami fluorescentiniai dažai (pvz., DAPI), elektroninė mikroskopija leidžia detaliai pamatyti branduolio membranos poras, o imunofluorescencinė technika atskleidžia lamino ar kitų branduolio baltymų lokalizaciją.
Branduolio sutrikimai ir ligos
Pokyčiai branduolyje susiję su įvairiomis ligomis: mutacijos lamino genuose sukelia laminopatijas (tarp jų — ankstyvą senėjimą primenančią ligą progeriją), pakitimai genų reguliacijoje ir DNR taisymo mechanizmuose prisideda prie vėžio atsiradimo. Tyrimai apie branduolio struktūrą ir funkcijas padeda suprasti genų ekspresijos reguliavimą ir vystymosi procesus bei kurti terapijas genetinėms ligoms.
Apibendrinant: ląstelės branduolys yra eukariotų DNR saugykla ir molekulinio valdymo centras — sudėtinga organelė, atsakinga už genetinės informacijos saugojimą, jos skaitymą ir reguliavimą, ribosomų gamybą bei aktyvų informacijos mainą su citoplazma.
Audinių kultūroje esančios ląstelės, nudažytos DNR mėlynu Hoechst dažikliu. Vidurinė ir dešinioji ląstelės yra interfazėje, todėl pažymėti visi jų branduoliai. Kairėje esanti ląstelė išgyvena mitozę, jos DNR yra kondensuota ir paruošta dalijimuisi.
Tipiškos gyvulinės ląstelės schema 1.Branduolys 2.Branduolys 3.Ribosomos 4.Pūslelės 5. Šiurkštusis endoplazminis tinklas 6.Goldžio aparatas 7.Citoskeletas 8. Lygusis endoplazminis tinklas 9.Mitochondrija 10.Vakuolė 11.Citozolis 12.Lizosoma 13.Centriolė 14.Ląstelės membrana
Eukariotinės ląstelės branduolys. Čia matomos ribosomomis pažymėtos dvigubos branduolio apvalkalo membranos, DNR kompleksas ir branduolys.
Branduolio membrana
Didelės molekulės negali prasiskverbti pro dvisluoksnę branduolio membraną. Tačiau yra branduolinių porų. Jos kontroliuoja molekulių judėjimą per membraną. Poros kerta abi branduolio membranas, sudarydamos kanalą. Didesnes molekules aktyviai perneša baltymai nešėjai, o mažos molekulės ir jonai juda laisvai. Didelių molekulių, tokių kaip baltymai ir RNR, judėjimas per poras reikalingas genų raiškai ir chromosomų palaikymui.
Branduolys
Branduolyje yra struktūra, vadinama branduoliu. Jis yra sudarytas branduolio organizatoriaus srityje (NOR). Tai chromosomų sritis, aplink kurią formuojasi nukleolis. Branduolio viduje gaminamos ribosomos. Jos per branduolio porų kompleksus išnešamos į citoplazmą. Ten iš jų gaminami baltymai. Jei jos gamina membraninius baltymus, jos prisitvirtina prie endoplazminio tinklo.
Klausimai ir atsakymai
Klausimas: Kas yra ląstelės branduolys?
A: Ląstelės branduolys yra organelė, kurioje yra ląstelės genai ir kuri kontroliuoja jos augimą bei dauginimąsi. Jį gaubia dvisluoksnė branduolio membrana ir jis veikia kaip ląstelės valdymo centras.
K: Ką turi branduolys?
A: Branduolį sudaro chromosomos, kuriose yra DNR, baltymai, RNR molekulės ir branduolys.
K: Kas atrado ląstelių branduolius?
A: Ląstelių branduolius XVII a. pirmasis atrado Antonis van Liūvenhukas (Antonie van Leeuwenhoek).
K: Ar visi eukariotų organizmai yra vienaląsčiai?
Atsakymas: Ne, ne visi eukariotų organizmai yra vienaląsčiai. Daugelis eukariotų yra vienaląsčiai, tačiau yra ir daug daugialąsčių eukariotų.
K: Ar prokariotai turi branduolius?
A: Ne, prokariotų, pavyzdžiui, bakterijų ir archėjų, ląstelėse nėra branduolių.
K: Kas vyksta branduolio viduje?
A: Branduolio viduje yra baltymų, RNR molekulių, chromosomų ir branduolio. Branduolio branduolyje ribosomos susijungia prieš išnešant jas į citoplazmą, kur jos verčia mRNA į baltymus.
K: Kada chromosomas galima pamatyti šviesiniu mikroskopu?
A: Kai ląstelė dalijasi arba ruošiasi dalytis, jos chromosomos matomos šviesiniu mikroskopu. Kitais atvejais, kai jų negalima matyti tiesiogiai, vietoj jų matomas branduolys.
Ieškoti