Nucleul unei celule eucariote este organila centrală de care depind activitatea vitală și procesele sintetice. O parte semnificativă a conținutului nucleului este reprezentată de molecule de ADN filamentos de diferite grade de compactare în combinație cu proteine. Acestea sunt eucromatina (ADN decondensat) și heterocromatina (bucăți de ADN compactate).
Eucromatina joacă un rol important în viața celulei. Se citește „instrucțiunea” pentru asamblarea acidului ribonucleic (ARN), care devine baza pentru sinteza moleculelor polipeptidice.
Toată lumea are un nucleu?
Toate ființele vii, de la cele mai mici până la uriașe, sunt furnizate cu informații genetice sub formă de acid dezoxiribonucleic. Există două forme fundamental diferite de a-l reprezenta în celule:
- Organismele procariote (prenucleare) au celule necompartimentate. Depozitul singurului lor ADN circular nelegat de proteine este doar un plasturecitoplasmă numită nucleoid. Replicarea acidului nucleic și sinteza proteinelor au loc la procariote într-un singur spațiu celular. Nu le vom vedea cu ochiul liber, pentru că reprezentanții acestui grup de organisme sunt microscopici, de până la 3 microni, bacterii.
- Organismele eucariote se caracterizează printr-o structură celulară mai complexă, unde informația ereditară este protejată de o membrană dublă a nucleului. Moleculele de ADN liniare, împreună cu proteinele histonice, formează cromatina, care produce activ ARN cu ajutorul complexelor polienzimatice. Sinteza proteinelor are loc în citoplasma de pe ribozomi.
Nucleul format în celulele eucariote poate fi văzut în timpul interfazei. Carioplasma conține o coloană proteică (matrice), nucleoli și complexe nucleoproteice constând din secțiuni de heterocromatină și eucromatină. Această stare a nucleului persistă până la începutul diviziunii celulare, când membrana și nucleolii dispar, iar cromozomii capătă o formă compactă asemănătoare unui baston.
Principal în nucleu
Componenta principală a conținutului nucleului, cromatina, este partea sa semantică. Funcțiile sale includ stocarea, implementarea și transmiterea informațiilor genetice despre o celulă sau un organism. Partea direct replicată a cromatinei este eucromatina, care conține date despre structura proteinelor și diferite tipuri de ARN.
Părțile rămase ale nucleului îndeplinesc funcții auxiliare, asigură condițiile adecvate pentru implementarea informațiilor genetice:
- nucleoli -zone compacte de conținut nuclear care determină locurile de sinteza a acizilor ribonucleici pentru ribozomi;
- matricea proteică organizează aranjarea cromozomilor și întregul conținut al nucleului, își menține forma;
- Mediul intern semilichid al nucleului, carioplasma, asigură transportul moleculelor și fluxul diferitelor procese biochimice;
- Învelișul cu două straturi a nucleului, caryolema, protejează materialul genetic, asigură conducerea bilaterală selectivă a moleculelor și a complexelor moleculare datorită porilor nucleari complecși.
Ce înseamnă cromatina
Cromatina și-a primit numele în 1880 datorită experimentelor lui Flemming privind observarea celulelor. Faptul este că în timpul fixării și colorării, unele părți ale celulei sunt deosebit de bine manifestate ("cromatina" înseamnă "pătat"). Ulterior s-a dovedit că această componentă este reprezentată de ADN cu proteine, care, datorită proprietăților sale acide, percepe activ coloranții alcalini.
Cromozomii colorați sunt vizibili în partea centrală a celulei din fotografie, formând o placă de metafază.
Forme ale existenței ADN
În celulele organismelor eucariote, complexele nucleoproteice ale cromatinei pot fi în două stări.
- În procesul de diviziune celulară, ADN-ul atinge răsucirea maximă și este reprezentat de cromozomi mitotici. Fiecare catenă formează un cromozom separat.
- În timpul interfazei, când ADN-ul celular este cel mai decondensat, cromatina se umple uniformspațiul nucleului sau formează aglomerări vizibile la microscop cu lumină. Astfel de cromocentri sunt detectați mai des în apropierea membranei nucleare.
Aceste stări sunt alternative una la alta, cromozomii complet compactați nu sunt păstrați în interfază.
Eucromatina și heterocromatina
Cromatina de interfaza este un cromozom care și-a pierdut forma compactă. Buclele lor sunt slăbite, umplând volumul nucleului. Există o relație directă între gradul de decondensare și activitatea funcțională a cromatinei.
Părțile sale, complet „desfăcute”, se numesc cromatina difuză sau activă. Este practic invizibil la microscop optic după colorare. Acest lucru se datorează faptului că helixul ADN-ului are o grosime de numai 2 nm. Celăl alt nume este eucromatină.
Această stare oferă complexelor enzimatice acces la fragmentele de ADN semantic, atașarea și funcționarea lor liberă. Structura ARN-ului mesager (transcripția) este citită din regiunile difuze de către ARN polimeraze, sau ADN-ul însuși este copiat (replicare). Cu cât activitatea sintetică a celulei este mai mare în acest moment, cu atât proporția de eucromatină din nucleu este mai mare.
Secțiuni difuze ale cromatinei alternează cu zone compacte, răsucite diferit de heterocromatină. Datorită densității mai mari, heterocromatina colorată este clar vizibilă în nucleele de interfaza.
Figura arată cromatina cu diferite grade de compactare:
- 1 - moleculă de ADN dublu catenar;
- 2 - histonăproteine;
- 3 - ADN-ul înfășurat în jurul complexului de histonă timp de 1,67 ture formează un nucleozom;
- 4 - solenoid;
- 5 - cromozomul de interfaza.
Sutilități ale definiției
Eucromatina la un anumit moment în timp poate să nu fie implicată în procesele sintetice. În acest caz, este temporar într-o stare mai compactă și poate fi confundată cu heterocromatina.
Heterocromatina reală, este numită și constitutivă, nu poartă încărcătură semantică și se decondensează doar în procesul de replicare. ADN-ul din aceste locații conține secvențe scurte, repetitive, care nu codifică aminoacizi. În cromozomii mitotici, aceștia se află în regiunea constricției primare și a terminațiilor telomerice. De asemenea, ele separă secțiuni de ADN transcris, formând fragmente intercalare (intercalare).
Cum „funcționează” eucromatina
Eucromatina conține gene care determină în cele din urmă structura proteinelor (gene structurale). Decodificarea secvenței de nucleotide într-o proteină are loc cu ajutorul unui intermediar capabil, spre deosebire de cromozomi, să părăsească nucleul - ARN mesager.
În timpul transcripției, ARN-ul este sintetizat pe un model de ADN din nucleotide libere de adenil, uridil, citidil și guanil. Transcripția este efectuată de complexul enzimatic ARN polimerază.
Unele gene determină secvența altor tipuri de ARN (de transport și ribozomal) necesare pentru a finaliza procesele de sinteză a proteinelor din citoplasmă dinaminoacizi.
Heterocromatina unui singur cromozom este adesea asamblată într-un cromocentru bine marcat. În jurul lui sunt bucle de eucromatină despiralizată. Datorită acestei configurații a ADN-ului central, complexele enzimatice și nucleotidele libere, necesare pentru implementarea funcțiilor eucromatinei, se potrivesc cu ușurință părților semantice.
