Jądro komórkowe jest organellą charakterystyczną dla komórek eukariotycznychkomórka eukariotycznakomórek eukariotycznych. Większość komórek ma jedno kuliste lub owalne jądro, położone zazwyczaj w ich środkowej części. W jądrze znajduje się DNA, które zawiera informację genetyczną niezbędną do prawidłowego funkcjonowania komórki. Niewielka część informacji genetycznej występuje również w DNA mitochondrialnym i DNA chloroplastowym. Obecność prawie całego DNA wewnątrz jądra komórkowego sprawia, że organella ta pełni funkcję centrum informacyjnego komórki. Ponadto kontroluje ona przebieg podziałów komórkowych – mitozę i mejozę. W nieobłonionej strukturze wewnątrz jądra komórkowego, tzw. jąderku, zachodzi synteza rybosomowego RNA (rRNA). Łączy się ono z białkami rybosomowymi, tworząc małe i duże podjednostki rybosomów.

RPdwIWYbOK1TM1

Ilustracja przedstawia czerwone krwinki mające kształt dwuwklęsłych dysków znajdujące się na czerwonym tle.

R7VFDe4YBKcQW1

Obraz mikroskopowy przedstawia tkankę mięśniową poprzecznie prążkowaną szkieletową. Zbudowana jest ona z silnie wydłużonych, walcowatych komórek (wybarwionych na różowo), zawierających wiele położonych obwodowo jąder (wybarwionych na fioletowo). Widoczne jest wyraźne prążkowanie tkanki (naprzemiennie występują prążki ciemny i prążki jasne).

W komórkach, które się nie dzielą, informacja genetyczna występuje w postaci chromatynychromatynachromatyny, czyli kompleksu DNA z białkami. Struktura ta tworzy na terenie jądra komórkowego nieregularną, mniej lub bardziej zwartą sieć. W komórkach, które się dzielą, informacja genetyczna występuje w postaci chromosomówchromosomchromosomów, czyli silnie skondensowanej chromatyny. Pałeczkowate struktury umożliwiają precyzyjne rozdzielenie informacji genetycznej do komórek potomnych.

Podstawy teorii, według której DNA jest czynnikiem warunkującym cechy organizmu, można znaleźć w eksperymencie przeprowadzonym przez Fredericka Griffitha z roku 1928. Naukowiec ten badał dwa szczepy bakterii Pneumococcus (dwoinka zapalenia płuc): szczep R niepowodujący objawów chorobowych oraz zjadliwy szczep S (wytwarzający otoczkę, która determinuje ich chorobotwórczość). W trakcie eksperymentu Griffith wstrzykiwał bakterie do ciała myszy, które umierały po kontakcie z formą S. W kolejnym etapie badania bakterie zjadliwe zostały poddane gotowaniu, a mieszanka ta została użyta do iniekcji. Po kilku dniach okazało się, że myszy przeżyły ten zabieg. Wyniki ostatniej testowanej kombinacji były jednak najbardziej interesujące. Po wstrzyknięciu martwych bakterii wywołujących chorobę (poddanych obróbce termicznej) z żywymi bakteriami szczepu R myszy umierały. Po analizie szczepów bakteryjnych wyizolowanych z martwych myszy okazało się, że są one zarażone szczepami typu S. Griffith stwierdził, że istnieje czynnik transformujący, odpowiedzialny za zjawisko zmiany typu szczepów bakteryjnych. Sam proces został nazwany transformacjątransformacjatransformacją, a na odpowiedź, czym jest czynnik transformujący, trzeba było czekać 16 lat.

W 1931 r. Joachim Hämmerling, niemiecki botanik zajmujący się biologią i ekologią, przeprowadził serię doświadczeń mających na celu poznanie znaczenia jądra komórkowego i jego wpływu na cechy budowy komórki. Obiektem badań Hämmerlinga była jednokomórkowa roślina z grupy zielenic – acetabularia, (parasolowiec; Acetabularia sp.). W doświadczeniach Hämmerling wykorzystał dwa różniące się kształtem kapelusza gatunki parasolowców: Acetabularia mediterranea oraz Acetabularia crenulata. Osobniki należące do pierwszego gatunku mają kapelusze bez wcięć, w przeciwieństwie do przedstawicieli drugiego gatunku, którzy wykształcają kapelusz złożony z palczastych wyrostków.

R9FbNTDMGp5lE

Ilustracja przedstawia jednokomórkowe glony morskie - parasolowce mające szary kolor. Mają parasolowaty kształt z wąską i długą nóżką. Posiadają stożkowaty, wywinięty na zewnątrz kapelusz z widocznymi promieniście ułożonymi prążkami.

Ry2eGHbSMaPY4

Ilustracja przedstawia parasolowate glony morskie przyczepione do podstawy za pomocą długiej i wąskiej nóżki. Występują w dużej ilości. W tle widoczna toń wodna.

Acetabularia to roślina, której ciało ma postać jednej komórki osiągającej długość do 10 cm. Plecha pokrojem przypomina grzyb kapeluszowy i składa się z: chwytnika (ryzoidu), trzonka i kapelusza. Korzeniowato rozgałęziony chwytnik przytwierdza roślinę do podłoża, a stosunkowo długi i cylindryczny trzonek zakończony jest lejkowatym kapeluszem. W jednym z odgałęzień ryzoidu znajduje się jądro komórkowe. Roślina występuje w ciepłych wodach morskich, m.in. w Morzu Śródziemnym.

W jednym z pierwszych doświadczeń Hämmerling odkrył, że gdy kapelusz zostaje usunięty, po kilku tygodniach w miejscu odcięcia wyrasta nowy. Obserwowane zjawisko to regeneracjaregeneracjaregeneracja. Zregenerowany kapelusz ma dokładnie ten sam kształt co wcześniej usunięty. Kształt nowego kapelusza zależy od gatunku parasolowca użytego w doświadczeniu. Zatem Acetabularia mediterranea regeneruje kapelusz bez wcięć, a Acetabularia crenulata – kapelusz powycinany. Jednak usunięcie części ryzoidu (eksperyment 2 na poniższej grafice), w której występuje jądro komórkowe, nie skutkowało regeneracją. Stąd założenie naukowca, że warunkiem regeneracji jest obecność jądra komórkowego.

W kolejnych doświadczeniach Hämmerling odkrył, że kształt kapelusza warunkowany jest przez informacje zawarte w jądrze komórkowym. Odcięcie górnej części komórki i usunięcie jądra komórkowego, na którego miejsce wprowadzano jądro drugiego gatunku parasolowca, powodowało regenerację kapelusza o kształcie charakterystycznym dla gatunku, od którego pochodziło przeszczepione jądro komórkowe. Dzięki temu eksperymentowi udało się wykazać rolę jądra komórkowego jako centrum informacji genetycznej, warunkującej m.in. cechy fenotypowefenotypfenotypowe.

Pracę Griffitha kontynuował Osvald Avery, który z determinacją dążył do odkrycia istoty czynnika transformującego. Dzięki postępowi nauki i rozwojowi nowych technik możliwe było usuwanie niektórych frakcji komórkowych, a tym samym eliminacja kolejnych czynników mogących stanowić podstawę procesu transformacji. Po usunięciu dużych struktur komórkowych poddane działaniu wysokiej temperatury bakterie szczepu S (zjadliwe) były inkubowane (hodowane w określonych warunkach) z enzymami proteolitycznymiproteazy, enzymy proteolityczneenzymami proteolitycznymi, odpowiedzialnymi za trawienie białek. Po usunięciu białek mieszanina została użyta do próby transformacji szczepu R. Bakterie wytworzyły odpowiedzialny za zjadliwość peptydoglikanpeptydoglikan, mureinapeptydoglikan, zatem to nie białka stanowiły czynnik transformujący. Mieszanina po działaniu proteaz została użyta do kolejnego testu, tym razem z udziałem deoksyrybonukleaz, czyli enzymów trawiących DNA. Po inkubacji ze szczepem R nie doszło do transformacji tego szczepu w formę S, zatem to DNA stanowił czynnik transformujący.

Aby ostatecznie potwierdzić, że to DNA, a nie białko jest nośnikiem informacji genetycznej, Alfred Hershey i Martha Chase wykonali eksperyment z użyciem bakteriofagabakteriofagbakteriofaga oraz bakterii E. coli. Hodowla bakteriofagów prowadzona była z użyciem promieniotwórczych form fosforu (wbudowywanych w skład DNA) oraz siarki (włączanej w skład białek). Aby umożliwić przekazanie materiału genetycznego do komórki gospodarza, inkubowano bakteriofagi z bakteriami. Następnie hodowlę wytrząsano, aby pozbyć się białkowych kapsydówkapsydkapsydów z powierzchni bakterii. Udało się uzyskać bakterie z wbudowanymi genami bakteriofaga. Po wirowaniu frakcji sprawdzono, który z izotopów zdołał wniknąć do ich wnętrza. Okazało się, że to znakowany fosfor, a większość białek wyznakowanych siarką pozostała w roztworze wraz z kapsydami wirusów. A zatem za transfer informacji genetycznej odpowiadało DNA.

Jądro komórkowe jest organellą niezbędną do prawidłowego funkcjonowania komórki. Potwierdza to doświadczenie A. M. Clark z 1942 r., w którym obiektem badawczym była ameba, przedstawiciel protistów zwierzęcych. W grupie badawczej za pomocą mikropętlimikropętlamikropętli usuwano z jednokomórkowego ciała ameby jądro komórkowe. Pozbawiona tej organelli komórka przestała rosnąć, a po paru dniach obumarła. Próbę kontrolną przeprowadzono w celu wykluczenia hipotezy, że sam zabieg wprowadzenia mikropętli do organizmu ameby przyczynia się do jej śmierci. Dlatego w grupie kontrolnej do ciała ameby jedynie wprowadzano mikropętlę, natomiast nie usuwano jądra komórkowego. Po tym zabiegu ameba nadal rosła i rozmnażała się w prawidłowy sposób.

Słownik