Eukarüootse raku tuum on keskne organell, millest sõltuvad elutegevused ja sünteetilised protsessid. Märkimisväärset osa tuuma sisust esindavad erineva tihendusastmega filamentsed DNA molekulid kombinatsioonis valkudega. Need on eukromatiin (dekondenseeritud DNA) ja heterokromatiin (tihed alt pakitud DNA tükid).
Eukromatiin mängib raku elus olulist rolli. See loeb "juhist" ribonukleiinhappe (RNA) kokkupanekuks, millest saab polüpeptiidimolekulide sünteesi alus.
Kas kõigil on tuum?
Kõik elusolendid, alates väikseimast kuni hiiglaseni, on varustatud geneetilise teabega desoksüribonukleiinhappe kujul. Selle lahtrites esitamiseks on kaks põhimõtteliselt erinevat vormi:
- Prokarüootsetel organismidel (tuumaeelsetel) on lahterdamata rakud. Nende ainsa mittevalguga seotud tsirkulaarse DNA hoidla on vaid plaastertsütoplasma, mida nimetatakse nukleoidiks. Nukleiinhapete replikatsioon ja valkude süntees toimub prokarüootides ühes rakuruumis. Palja silmaga me neid ei näe, sest selle organismirühma esindajad on mikroskoopilised, kuni 3 mikroni suurused bakterid.
- Eukarüootseid organisme iseloomustab keerulisem rakustruktuur, kus pärilikku informatsiooni kaitseb tuuma topeltmembraan. Lineaarsed DNA molekulid koos histooni valkudega moodustavad kromatiini, mis toodab polüensüümikomplekside abil aktiivselt RNA-d. Valkude süntees toimub tsütoplasmas ribosoomidel.
Eukarüootsetes rakkudes moodustunud tuuma on näha interfaasi ajal. Karüoplasma sisaldab valgu selgroogu (maatriksit), nukleoole ja nukleoproteiinide komplekse, mis koosnevad heterokromatiini ja eukromatiini osadest. See tuuma seisund püsib kuni raku jagunemise alguseni, mil membraan ja tuumad kaovad ning kromosoomid omandavad kompaktse vardataolise kuju.
Peamine tuumas
Tuuma sisu põhikomponent kromatiin on selle semantiline osa. Selle funktsioonid hõlmavad raku või organismi geneetilise teabe salvestamist, rakendamist ja edastamist. Kromatiini otseselt replitseeritud osa on eukromatiin, mis kannab andmeid valkude ja erinevat tüüpi RNA struktuuri kohta.
Tuuma ülejäänud osad täidavad abifunktsioone, loovad õiged tingimused geneetilise teabe rakendamiseks:
- nucleoli -tuumasisaldusega tihendatud alad, mis määravad ribosoomide ribonukleiinhapete sünteesikohad;
- valgumaatriks korraldab kromosoomide ja kogu tuuma sisu asetuse, säilitab selle kuju;
- Tuuma poolvedel sisekeskkond karüoplasma tagab molekulide transpordi ja erinevate biokeemiliste protsesside kulgemise;
- Tuuma kahekihiline kest, karüolemma, kaitseb geneetilist materjali, tagab molekulide ja molekulaarsete komplekside selektiivse kahepoolse juhtivuse keeruliste tuumapooride tõttu.
Mida tähendab kromatiin
Kromatiin sai oma nime 1880. aastal tänu Flemmingi katsetele rakkude vaatlemisel. Fakt on see, et fikseerimise ja värvimise ajal ilmnevad mõned raku osad eriti hästi ("kromatiin" tähendab "värvitud"). Hiljem selgus, et seda komponenti esindab DNA koos valkudega, mis oma happeliste omaduste tõttu tajub aktiivselt aluselisi värvaineid.
Plekitud kromosoomid on fotol nähtavad raku keskosas, moodustades metafaasiplaadi.
DNA olemasolu vormid
Eukarüootsete organismide rakkudes võivad kromatiini nukleoproteiinikompleksid olla kahes olekus.
- Rakkude jagunemise protsessis saavutab DNA maksimaalse keerdumise ja seda esindavad mitootilised kromosoomid. Iga ahel moodustab eraldi kromosoomi.
- Interfaasi ajal, mil raku DNA on kõige enam dekondenseerunud, täitub kromatiin ühtlaselttuuma ruum või moodustab valgusmikroskoobis nähtavaid tükke. Selliseid kromotsentreid tuvastatakse sagedamini tuumamembraani läheduses.
Need olekud on üksteisele alternatiivsed, täielikult tihendatud kromosoomid interfaasis ei säili.
Eukromatiin ja heterokromatiin
Interfaaskromatiin on kromosoom, mis on kaotanud oma kompaktse kuju. Nende silmused on lahti, täites tuuma mahu. Dekondensatsiooniastme ja kromatiini funktsionaalse aktiivsuse vahel on otsene seos.
Selle täielikult "lahtiharutatud" osi nimetatakse difuusseks või aktiivseks kromatiiniks. Pärast värvimist on see valgusmikroskoobi all praktiliselt nähtamatu. Selle põhjuseks on asjaolu, et DNA heeliksi paksus on vaid 2 nm. Selle teine nimi on eukromatiin.
See olek tagab ensümaatiliste komplekside juurdepääsu semantilistele DNA fragmentidele, nende vabale kinnitumisele ja toimimisele. Messenger-RNA struktuur (transkriptsioon) loetakse difuussetest piirkondadest RNA polümeraaside abil või DNA ise kopeeritakse (replikatsioon). Mida suurem on raku sünteetiline aktiivsus hetkel, seda suurem on eukromatiini osakaal tuumas.
Kromatiini hajutatud lõigud vahelduvad kompaktsete, erinev alt keerdunud heterokromatiini tsoonidega. Suurema tiheduse tõttu on värvitud heterokromatiin faasidevahelistes tuumades selgelt nähtav.
Joonis näitab erineva tihendusastmega kromatiini:
- 1 – kaheahelaline DNA molekul;
- 2 – histoonvalgud;
- 3 – 1,67 pööret ümber histoonikompleksi keerdunud DNA moodustab nukleosoomi;
- 4 – solenoid;
- 5 – faasidevaheline kromosoom.
Definitsiooni peensused
Eukromatiin ei pruugi teatud ajahetkel sünteetilistes protsessides osaleda. Sel juhul on see ajutiselt kompaktsem ja seda võib segi ajada heterokromatiiniga.
Tõeline heterokromatiin, seda nimetatakse ka konstitutiivseks, ei kanna semantilist koormust ja dekondenseerub ainult replikatsiooniprotsessis. Nendes kohtades olev DNA sisaldab lühikesi korduvaid järjestusi, mis ei kodeeri aminohappeid. Mitootilistes kromosoomides asuvad nad primaarse ahenemise ja telomeersete lõppude piirkonnas. Samuti eraldavad need transkribeeritud DNA osad, moodustades interkalaarseid (interkalaarseid) fragmente.
Kuidas eukromatiin "töötab"
Euchromatiin sisaldab geene, mis lõpuks määravad ära valkude struktuuri (struktuurigeenid). Nukleotiidjärjestuse dekodeerimine valguks toimub vahendaja abil, mis erinev alt kromosoomidest on võimeline tuumast lahkuma – messenger RNA.
Transkriptsiooni käigus sünteesitakse RNA DNA matriitsil vabadest adenüül-, uridüül-, tsütidüül- ja guanüülnukleotiididest. Transkriptsiooni viib läbi ensüümikompleks RNA polümeraas.
Mõned geenid määravad kindlaks teist tüüpi RNA (transport ja ribosomaalne) järjestuse, mis on vajalik tsütoplasmas valkude sünteesi protsesside lõpuleviimiseks.aminohapped.
Ühe kromosoomi heterokromatiin koondatakse sageli hästi märgistatud kromotsentriks. Selle ümber on despiraliseeritud eukromatiini silmused. Tänu sellisele tuuma-DNA konfiguratsioonile sobivad eukromatiini funktsioonide elluviimiseks vajalikud ensüümikompleksid ja vabad nukleotiidid hõlpsasti semantiliste osadega.
