Cytoplazma i jądro komórkowe
Jądro komórkowe i rybosomy
Przedstawisz budowę jądra komórkowego.
Określisz rolę jądra komórkowego w funkcjonowaniu komórki.
Poznasz stopnie upakowania DNA w jądrze komórkowym.
Omówisz strukturę i skład chemiczny rybosomów.
Porównasz strukturę i skład chemiczny rybosomów prokariotycznych i eukariotycznych.
Opiszesz powstawanie oraz określisz miejsca występowania rybosomów w komórkach pro- i eukariotycznych.
Wskażesz funkcję rybosomów w prawidłowym funkcjonowaniu komórek.
Komórki eukariotyczne, w przeciwieństwie do komórek prokariotycznych, przynajmniej na początku swojego życia mają jądro komórkowe. Większość komórek ma jedno jądro komórkowe, jednak niektóre wyspecjalizowane komórki zawierają ich wiele lub nie mają ich wcale. Przykładem są włókna mięśni szkieletowych poprzecznie prążkowanych, które mogą zawierać nawet kilkaset jąder komórkowych, czy ludzkie erytrocyty, w których jądro zanika tuż po osiągnięciu przez nie dojrzałości.
Budowa jądra komórkowego
Jądro komórkowe jest zwykle największym organellum komórki eukariotycznej. Najczęściej ma kulisty lub owalny kształt i jest usytuowane w centralnej części komórki. Od tej reguły istnieją jednak wyjątki – przykładem mogą być dojrzałe komórki niektórych tkanek roślinnych, gdzie jądro jest zepchnięte na obrzeża komórki przez dużą, centralnie położoną wakuolę.
W budowie jądra komórkowego wyróżnia się:
osłonkę jądrową z porami zapewniającymi wymianę substancji między jądrem a cytoplazmą (np. podjednostki rybosomów, mRNA, rRNA),
kariolimfę, która stanowi płynne środowisko wewnętrzne jądra,
chromatynęchromatynę, która zbudowana jest z DNA oraz białek,
jedno lub kilka jąderek.
Upakowanie DNA w jądrze komórkowym
Jądro komórkowe zawiera większość komórkowego DNA, którego łączna długość przekracza zwykle kilka metrów. Aby materiał genetyczny mógł zmieścić się w jądrze o przeciętnej średnicy 8 µm musi być odpowiednio upakowany.
W jądrze komórkowym, helisa DNA nawinięta jest na osiem zasadowych białek histonowychhistonowych (oktamer histonowy) tworząc strukturę zwaną nukleosomem. Nukleosomy połączone łącznikowym, niezwiązanym z histonami DNA tworzą nukleofilament (włókno nukleosomalne) o średnicy 11 nm. Na tym etapie następuje siedmiokrotne skrócenie DNA. Nukleofilament stanowi podstawową jednostkę strukturalną chromatynychromatyny.
Spiralizujący nukleofilament daje początek solenoidowi o średnicy 30 nm (nazywanemu również włóknem chromatynowym). Solenoid, w którym DNA skrócony jest około 40 razy podlega dalszej spiralizacji, co prowadzi do powstania charakterystycznych pętli połączonych z włóknem centralnym o średnicy 300 nm.
Wyróżniamy dwa rodzaje chromatyny: zwartą i nieaktywną genetycznie heterochromatynę, która otacza jąderko i zalega pod błoną jądrową (kariolemmą), a także znajdującą się oprócz niej w kariolimfie, słabo skondensowaną, euchromatynę, która jest aktywna genetycznie. Podczas podziału komórkowego chromatyna ulega dalszemu zagęszczaniu i spiralizując chromosomychromosomy o średnicy 1400 nm.
Rola jądra komórkowego w funkcjonowaniu komórki
Struktura i skład chemiczny rybosomów
Rybosomy to struktury biorące udział w syntezie białka (translacji). Zbudowane są z rybosomalnego RNA (rRNArRNA) oraz białek. Nie są oddzielone od cytoplazmy żadną błoną biologiczną. Składają się z dwóch podjednostek: małej i dużej.
Rozmiary rybosomów określa się na podstawie współczynnika sedymentacjisedymentacji (stałej Svedberga), który określa szybkość opadania cząsteczek w roztworze w czasie wirowania. Wartość stałej sedymentacji S zależy od masy i kształtu cząsteczek.
W komórkach prokariotycznych występują rybosomy 70S (duża podjednostka 50S i mała podjednostka 30S). Z kolei u eukariontów występują głównie rybosomy 80S, zbudowane z dużej podjednostki 60S i małej podjednostki 40S. W mitochondriach i chloroplastach obecne są mniejsze rybosomy (w mitochondriach 55S, w chloroplastach 70S), przypominające rybosomy prokariotyczne.
Suma współczynników sedymentacji podjednostek rybosomalnych różni się od współczynnika sedymentacji całego rybosomu, ponieważ wartość ta zależy nie tylko od masy, ale również od kształtu opadających struktur. W praktyce współczynnik sedymentacji odzwierciedla bardziej gęstość i właściwości aerodynamiczne cząsteczki niż jej samą masę.
Rybosomy prokariotyczne i eukariotyczne różnią się nie tylko stałą sedymentacji, ale także składem. Stosunek ilościowy rRNA do białek u prokariotów wynosi 2 : 1, czyli 65% rRNA i 35% białek, u eukariotów proporcja ta wynosi 1 : 1 – 50% rRNA i 50% białek. Dodatkowo w komórkach prokariotycznych rybysomy występują wyłącznie w luźno w cytoplazmie, podczas gdy w komórkach eukariotycznych również na błonach siateczki śródplazmatycznej szorstkiej, na zewnętrznej błonie otoczki jądrowej w mitochondriach i plastydach.
Różnice w budowie rybosomów pro- i eukariotycznych mają ogromne znaczenie w medycynie. Niektóre antybiotyki mogą unieczynnić rybosomy bakteryjne, nie ingerując w funkcjonowanie rybosomów eukariotycznych. Tetracyklina wiąże się trwale z małą podjednostką rybosomu bakteryjnego i blokuje miejsce, do którego przyłącza się tRNA niosący aminokwas niezbędny do syntezy białka bakterii. Podobnie streptomycyna wiąże się z małą podjednostką rybosomu bakteryjnego, uniemożliwiając przyłączenie nici mRNAmRNA i zajście translacji.
Co ciekawe, u eukariotów rybosomy nie występują we wszystkich komórkach. Nie ma ich np. w erytrocytach ssaków czy w dojrzałych rurkach sitowych u roślin okrytonasiennych.
Pojedyncze, luźno rozrzucone rybosomy. Syntetyzują znaczną część białek pełniących rolę enzymatyczną (np. katalizujące rozkład cukrów) oraz białka przekazywane do jądra komórkowego, mitochondriów, chloroplastów.
Rybosomy związane z błoną zewnętrzną otoczki jądrowej lub błonami retikulum endoplazmatycznego szorstkiego. Nie jest to „związek na stałe” – rybosomy przyłączają się do błony siateczki wówczas, gdy zachodzi synteza białek. W tej postaci rybosomy syntetyzują białka przeznaczone do wstawienia w błony biologiczne oraz białka eksportowane na zewnątrz komórki (w tym niektóre enzymy, np. trzuski).
Liczba rybosomów w komórce zależy od jej aktywności metabolicznej. Im więcej w komórce produkowanych jest białek, tym więcej zawiera ona rybosomów, np. w komórkach trzustki znajduje się kilka milionów rybosomów związanych w systemie błon wewnętrznych.
Podsumowanie
Jądro komórkowe jest najważniejszym organellum komórkowym kontrolującym wszystkie czynności życiowe komórki.
Jądro komórkowe otoczone jest otoczką jądrową, która składa się z dwóch błon i zawiera pory jądrowe – miejsca wymiany substancji z cytoplazmą.
Wnętrze jądra komórkowego wypełnia kariolimfa, w której zawieszona jest chromatyna.
Chromatyna zbudowana jest z DNA oraz białek zasadowych – histonów. Region chromatyny określany jako jąderko odpowiada za syntezę rRNA oraz podjednostek rybosomów.
Wyróżnia się kilka stopni upakowania DNA w jądrze: nukleofilament, solenoid, oraz włókno 300 nm z pętlami.
Chromosomy są najbardziej skondensowaną postacią chromatyny, przygotowaną do równomiernego rozdziału podczas podziału komórki.
Rybosomy są nieobłonionymi strukturami zbudowanymi z rRNA oraz białek i uczestniczącymi w syntezie białek.
W komórkach prokariotycznych rybysomy występują luźno w cytoplazmie, natomiast w komórkach eukariotycznych również na siateczce śródplazmatycznej szorstkiej, otoczce jądrowej oraz w mitochondriach i plastydach.
Rybosomy prokariotyczne i eukariotyczne różnią się składem chemicznym oraz wielkością.
Ćwiczenia utrwalające
W skład jąderka wchodzą… Możliwe odpowiedzi: 1. DNA, rRNA, białka (budujące podjednostki rybosomów)., 2. mRNA, rRNA, białka (budujące podjednostki rybosomów)., 3. DNA, mRNA, białka (budujące podjednostki rybosomów)., 4. DNA, mRNA, rRNA.
Wróć do polecenia na stronie „Na dobry początek” i dopisz brakujące definicje. Pamiętaj, żeby nie kopiować słownika, ale wyjaśnić każde słowo kluczowe w miarę możliwości swoimi słowami.