Rakutuum on selle kõige olulisem organell, päriliku teabe säilitamise ja paljundamise koht. See on 10-40% rakust hõivav membraanstruktuur, mille funktsioonid on eukarüootide eluks väga olulised. Kuid isegi ilma tuuma olemasoluta on päriliku teabe realiseerimine võimalik. Selle protsessi näiteks on bakterirakkude elutähtis aktiivsus. Sellest hoolimata on tuuma struktuursed iseärasused ja selle otstarve mitmerakulise organismi jaoks väga olulised.
Tuuma asukoht rakus ja selle struktuur
Tuum asub tsütoplasma paksuses ja on otseses kontaktis kareda ja sileda endoplasmaatilise retikulumiga. Seda ümbritsevad kaks membraani, mille vahel on perinukleaarne ruum. Tuuma sees on maatriks, kromatiin ja mõned nukleoolid.
Mõnel küpsel inimese rakkudel puudub tuum, samas kui teised toimivad selle aktiivsuse tugeva pärssimise tingimustes. Üldiselt esitatakse tuuma struktuur (skeem) tuumaõõnsusega, mida piirab rakust pärit karüolemma, mis sisaldab kromatiini ja nukleoplasmas fikseeritud nukleoole.tuumamaatriks.
Karüolemma struktuur
Tuumaraku uurimise mugavuse huvides tuleks viimast tajuda mullidena, mida piiravad teiste mullide kestad. Tuum on päriliku teabega mull, mis asub raku paksuses. Seda kaitseb tsütoplasma eest kahekihiline lipiidmembraan. Tuuma kesta ehitus sarnaneb rakumembraaniga. Tegelikult eristatakse neid ainult kihtide nime ja arvu järgi. Ilma selle kõigeta on need struktuurilt ja funktsioonilt identsed.
Kariolemma (tuumamembraani) struktuur on kahekihiline: see koosneb kahest lipiidikihist. Kariolemma välimine bilipiidkiht on otseses kontaktis raku endoplasma kareda retikulumiga. Sisemine karüolemma - tuuma sisuga. Välise ja sisemise kariomembraani vahel on perinukleaarne ruum. Ilmselt tekkis see elektrostaatiliste nähtuste tõttu – glütseroolijääkide piirkondade tõrjumine.
Tuumamembraani ülesanne on luua mehaaniline barjäär, mis eraldab tuuma tsütoplasmast. Tuuma sisemembraan toimib tuumamaatriksi fikseerimiskohana - valgu molekulide ahelas, mis toetab põhistruktuuri. Kahes tuumamembraanis on spetsiaalsed poorid: sõnumitooja RNA siseneb nende kaudu tsütoplasmasse ribosoomidesse. Tuuma paksuses on mitu nukleooli ja kromatiini.
Nukleoplasma sisemine struktuur
Tuuma struktuuri tunnused võimaldavad võrrelda seda raku endaga. Tuuma sees on ka spetsiaalne keskkond (nukleoplasma),mida esindab geel-sool, valkude kolloidne lahus. Selle sees on nukleoskelett (maatriks), mida esindavad fibrillaarsed valgud. Peamine erinevus seisneb ainult selles, et tuumas on valdav alt happelised valgud. Ilmselt on selline keskkonna reaktsioon vajalik nukleiinhapete keemiliste omaduste säilitamiseks ja biokeemiliste reaktsioonide toimumiseks.
Nucleolus
Rakutuuma struktuuri ei saa lõpule viia ilma tuumata. See on spiraliseeritud ribosomaalne RNA, mis on küpsemisfaasis. Hiljem saadakse sellest ribosoom – valgusünteesiks vajalik organell. Tuuma struktuuris eristatakse kahte komponenti: fibrillaarne ja kerakujuline. Need erinevad ainult elektronmikroskoopia poolest ja neil ei ole oma membraane.
Fibrillaarne komponent asub tuuma tuuma keskel. See on ribosomaalset tüüpi RNA ahel, millest koostatakse ribosomaalsed subühikud. Kui arvestada tuumaga (struktuur ja funktsioonid), siis on ilmne, et hiljem moodustub neist granuleeritud komponent. Need on samad küpsevad ribosomaalsed subühikud, mis on oma arengu hilisemas staadiumis. Peagi moodustavad nad ribosoomid. Need eemaldatakse nukleoplasmast läbi karüolemma tuumapooride ja sisenevad krobelise endoplasmaatilise retikulumi membraani.
Kromatiin ja kromosoomid
Rakutuuma struktuur ja funktsioonid on orgaaniliselt seotud: on ainult need struktuurid, mis on vajalikud päriliku teabe talletamiseks ja taastootmiseks. Samuti on olemas karüoskelett(tuumamaatriks), mille ülesanne on säilitada organelli kuju. Tuuma kõige olulisem komponent on aga kromatiin. Need on kromosoomid, mis mängivad erinevate geenirühmade failikappide rolli.
Kromatiin on kompleksvalk, mis koosneb kvaternaarse struktuuriga polüpeptiidist, mis on ühendatud nukleiinhappega (RNA või DNA). Kromatiini leidub ka bakteriplasmiidides. Peaaegu veerandi kromatiini kogumassist moodustavad histoonid – valgud, mis vastutavad päriliku teabe "pakendamise" eest. Seda struktuuri omadust uurivad biokeemia ja bioloogia. Tuuma struktuur on keeruline just kromatiini ning selle spiraliseerumist ja despiraliseerumist vahelduvate protsesside tõttu.
Histoonide olemasolu võimaldab kondenseerida ja täiendada DNA ahelat väikeses kohas – raku tuumas. See juhtub järgmiselt: histoonid moodustavad nukleosoomid, mis on struktuuri nagu helmed. H2B, H3, H2A ja H4 on peamised histooni valgud. Nukleosoomi moodustavad neli paari iga esitatud histooni. Samal ajal on histoon H1 linker: see on seotud DNA-ga nukleosoomi sisenemise kohas. DNA pakkimine toimub lineaarse molekuli "keeramisel" ümber 8 histooni struktuurivalgu.
Tuuma struktuur, mille skeem on esitatud ülal, viitab histoonidel valminud DNA solenoiditaolise struktuuri olemasolule. Selle konglomeraadi paksus on umbes 30 nm. Samal ajal saab konstruktsiooni veelgi tihendada, et see võtaks vähem ruumi ja oleks vähem kokku puutunudmehaanilised kahjustused, mis raku eluea jooksul vältimatult tekivad.
Kromatiini fraktsioonid
Rakutuuma struktuur, struktuur ja funktsioonid on fikseeritud kromatiini spiraliseerumise ja despiralisatsiooni dünaamiliste protsesside säilitamisel. Seetõttu on sellel kaks põhifraktsiooni: tugev alt spiraliseeritud (heterokromatiin) ja kergelt spiraliseeritud (eukromatiin). Need on eraldatud nii struktuuriliselt kui ka funktsionaalselt. Heterokromatiini puhul on DNA hästi kaitstud igasuguste mõjude eest ja seda ei saa transkribeerida. Eukromatiin on vähem kaitstud, kuid geene saab valkude sünteesiks dubleerida. Kõige sagedamini vahelduvad heterokromatiini ja eukromatiini lõigud kogu kromosoomi pikkuses.
Kromosoomid
Rakutuum, mille struktuuri ja funktsioone on kirjeldatud käesolevas väljaandes, sisaldab kromosoome. See on kompleksne ja kompaktselt pakitud kromatiin, mida saab näha valgusmikroskoopias. See on aga võimalik ainult siis, kui rakk asub klaasklaasil mitootilise või meiootilise jagunemise staadiumis. Üks etappidest on kromatiini spiraliseerimine koos kromosoomide moodustumisega. Nende struktuur on äärmiselt lihtne: kromosoomil on telomeer ja kaks kätt. Igal sama liigi mitmerakulisel organismil on sama tuuma struktuur. Tema kromosoomide komplekt on samuti sarnane.
Tuuma funktsioonide rakendamine
Tuuma ehituse põhijooned on seotud teatud funktsioonide täitmise ja vajadusega neid juhtida. Tuum mängib päriliku teabe hoidla rolli, see tähendab, et see on omamoodi failikapp, kuskõigi rakus sünteesitavate valkude aminohapete kirjalikud järjestused. See tähendab, et mis tahes funktsiooni täitmiseks peab rakk sünteesima valgu, mille struktuur on geenis kodeeritud.
Selleks, et tuum "mõistaks", millist konkreetset valku on vaja õigel ajal sünteesida, on olemas väliste (membraani) ja sisemiste retseptorite süsteem. Nendelt pärinev teave jõuab molekulaarsete saatjate kaudu tuuma. Enamasti realiseerub see adenülaattsüklaasi mehhanismi kaudu. Nii mõjuvad rakule hormoonid (adrenaliin, norepinefriin) ja mõned hüdrofiilse struktuuriga ravimid.
Teabe edastamise teine mehhanism on sisemine. See on iseloomulik lipofiilsetele molekulidele - kortikosteroididele. See aine tungib läbi raku bilipiidmembraani ja läheb tuuma, kus see interakteerub oma retseptoriga. Rakumembraanil (adenülaattsüklaasi mehhanism) või karüolemmal paiknevate retseptorkomplekside aktiveerimise tulemusena vallandub teatud geeni aktivatsioonireaktsioon. See replitseerib, selle alusel ehitatakse sõnumitooja RNA. Hiljem sünteesitakse vastav alt viimase struktuurile valk, mis täidab teatud funktsiooni.
Mitmerakuliste organismide tuum
Mitmerakulises organismis on tuuma ehituslikud iseärasused samad, mis üherakulisel. Kuigi on mõned nüansid. Esiteks tähendab mitmerakulisus, et paljudel rakkudel on oma spetsiifiline funktsioon (või mitu). See tähendab, et mõned geenid jäävad alatiseksdespiraliseerunud, samas kui teised on passiivsed.
Näiteks rasvkoe rakkudes on valgusüntees inaktiivne ja seetõttu on suurem osa kromatiinist spiraalitud. Ja näiteks rakkudes, pankrease eksokriinses osas, toimuvad valkude biosünteesi protsessid. Seetõttu on nende kromatiin despiraliseeritud. Nendes piirkondades, mille geenid replitseeritakse kõige sagedamini. Samal ajal on oluline võtmeomadus: ühe organismi kõigi rakkude kromosoomikomplekt on sama. Ainult kudede funktsioonide diferentseerumise tõttu on mõned neist töölt välja lülitatud, teised aga despiraliseeritakse sagedamini kui teised.
Keha tuumarakud
On rakke, mille tuuma ehituslikke iseärasusi ei pruugi arvestada, sest elutegevuse tulemusena nad kas pärsivad selle talitlust või vabanevad sellest täielikult. Lihtsaim näide on punased verelibled. Need on vererakud, mille tuum esineb alles varajases arengujärgus, mil sünteesitakse hemoglobiini. Niipea, kui seda on hapniku transportimiseks piisav alt, eemaldatakse tuum rakust, et hõlbustada hapniku transportimist häirimata.
Üldiselt on erütrotsüüt hemoglobiiniga täidetud tsütoplasmaatiline kott. Sarnane struktuur on iseloomulik ka rasvarakkudele. Adipotsüütide rakutuuma struktuur on äärmiselt lihtsustatud, see väheneb ja nihkub membraanile ning valkude sünteesi protsessid on maksimaalselt pärsitud. Need rakud meenutavad ka rasvaga täidetud "kotte", kuigi loomulikult mitmekesisustneis on biokeemilisi reaktsioone veidi rohkem kui erütrotsüütides. Trombotsüütidel ei ole ka tuuma, kuid neid ei tohiks pidada täisväärtuslikeks rakkudeks. Need on hemostaasiprotsesside läbiviimiseks vajalikud rakufragmendid.
