Jądro komórkowe jest wyspecjalizowane w przechowywaniu DNA oraz odczytywaniu w bezpieczny sposób informacji genetycznej w nim zawartej. Mimo swoich niewielkich rozmiarów (średnica jądra wynosi ok. 5 mum) jest często największą oraz najlepiej widoczną organellą komórkową. Większość komórek ma jedno jądro komórkowejądro komórkowejądro komórkowe, jednak niektóre wyspecjalizowane komórki zwierają wiele jąder 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.

bg‑violet

Budowa jądra komórkowego

R1Q22BSj3JSbf1
Grafika przedstawia budowę jądra komórkowego. Możemy w niej wyróżnić kuliste jąderko, czyli część jądra komórkowego, która charakteryzuje się dużą gęstością i na pierwszy rzut oka sprawia wrażenie oddzielnej struktury. W rzeczywistości jest to zagęszczenie chromatyny kodującej rRNA (rybosomalne RNA), która w tym miejscu ulega intensywnej transkrypcji. rRNA jest następnie wykorzystywany do syntezy podjednostek rybosomów: łącząc się z białkami pochodzącymi z cytozolu, formuje gotowe do opuszczenia jądra podjednostki (małe oraz duże) rybosomów. Jąderka są więc obszarami wewnątrz jądra odpowiedzialnymi za syntezę rybosomów, a ich liczba jest uzależniona od gatunku oraz fazy cyklu komórkowego. Wnętrze jądra od cytozolu oddzielają dwie błony, z których każda jest zbudowana z dwuwarstwy białkowo-lipidowej. Błony przebijają białkowe kompleksy porowe, które tworzą niewielkie otwory w otoczce. To pory jądrowe umożliwiające komunikację jądra z cytozolem. Odpowiednie ułożenie porów jądrowych jest uwarunkowane obecnością białek, należących do filamentów pośrednich, które wyściełają otoczkę od jej wewnętrznej strony. Takie białkowe rusztowanie również wzmacnia ją mechanicznie oraz decyduje o kształcie jądra. Wnętrze jądra wypełnione jest koloidem złożonym z wody oraz zanurzonych w niej substancji, między innymi wielu białek enzymatycznych odpowiedzialnych za syntezę DNA oraz RNA. Jest to kariolimfa, w której zatopiona jest chromatyna wraz z jąderkiem. Płyn ten stanowi środowisko reakcji chemicznych zachodzących w jądrze. W niedzielącym się jądrze komórki DNA występuje chromatyna w postaci nici nawiniętej na białka histonowe. Luźno rozłożona w jądrze forma chromatyny, nazywana euchromatyną, jest łatwo dostępna dla białek umożliwiających ekspresję genów. Forma ta jest aktywna genetycznie. Chromatyna ściśle upakowana jest nieaktywna genetycznie i nazywana heterochromatyną. Podczas podziału komórkowego chromatyna ulega silnej kondensacji do chromosomów. Błona zewnętrzna otoczki jądrowej przechodzi w błony siateczki śródplazmatycznej szorstkiej. To retikulum endoplazmatyczne szorstkie. Siateczka śródplazmatyczna szorstka odróżnia się od siateczki śródplazmatycznej gładkiej obecnością rybosomów, które biorą udział w syntezie białka.
Budowa jądra komórkowego.
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.
bg‑violet

Upakowanie DNA w jądrze komórkowym

Wyobraź sobie szufladę wypełnioną po brzegi ubraniami, które wrzucono tam bez ładu i składu. Jeśli wyciągniemy te ubrania i ładnie poukładamy w kostkę, to nie dość, że wszystkie się zmieszczą bez problemu, to jeszcze zostanie wolne miejsce. Podobnie wygląda rozmieszczenie DNA w jądrze komórkowym. Łączna długość cząsteczek DNA w jednym jądrze ludzkiej komórki wynosi około dwóch metrów. Zmieszczenie tak ogromnej ilości DNA na tak małej przestrzeni wymaga wyrafinowanego systemu pakowania, umożliwiającego zmniejszenie długości nici DNA aż 10 tysięcy razy.

R13mzqRfshwSG
Grafika przedstawia upakowanie DNA w jądrze komórkowym. Podwójna helisa DNA przechodzi w nić chromatynową złożoną z nukleosomów, czyli DNA nawiniętego na oktamery histonowe. Następuje siedmiokrotne skrócenie DNA. Następnym etapem upakowania DNA jest solenoid. Jest to włókno skręconej w helisę chromatyny o średnicy 30 nm. Dochodzi do skrócenia DNA 40 razy. Domeny chromatynowe to pętle ustabilizowane białkami niezasadowymi. Ostatnim etapem jest chromosom, czyli najbardziej skondensowana postać DNA. W niej występuje skrócenie DNA 10 tysięcy razy.
Upakowanie DNA w jadrze komórkowym.
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.
bg‑violet

Rola jądra komórkowego w funkcjonowaniu komórki

ReKZTQnkRjzim1
Jądro komórkowe przechowuje informację genetyczną w postaci chromatyny. Kieruje syntezą białek potrzebnych komórce przez syntezę odpowiedniego mRNA, będącego matrycą do tworzenia białek w rybosomach. Syntezuje podjednostki rybosomów, a także tRNA. I inne rodzaje rybosomów. Replikuje DNA przed podziałem komórkowym.

Słownik

chromatyna
chromatyna

interfazowa postać chromosomów; jest zbudowana z DNA i białek histonowych; DNA oplata kolejne kompleksy histonów, tworząc nukleosomy, natomiast w formie niezwiązanej z histonami występuje wyłącznie na krótkich odcinkach

chromosomy
chromosomy

postać chromatyny podczas podziału komórkowego; chromosomy stanowią jednostki segregacji w podziale jądra

euchromatyna
euchromatyna

rozluźniona forma chromatyny, która jest aktywna genetycznie

heterochromatyna
heterochromatyna

obszary chromatyny, które wykazują wysoki stopień kondensacji; nie są aktywne transkrypcyjnie

histony
histony

grupa globularnych białek, bogatych w reszty argininy i lizyny, co nadaje im właściwości zasadowe

jąderko
jąderko

struktura występująca w większości jąder komórkowych eukariontów (jąderka brak między innymi w plemnikach i mikronukleusach orzęsków); główną funkcją jąderka jest synteza i obróbka rRNA

jądro komórkowe
jądro komórkowe

organella zawierająca główny zasób informacji genetycznej (ok. 99 proc.) zakodowanej w DNA chromatyny (pozostała część informacji jest zawarta w DNA mitochondriów oraz DNA plastydów w przypadku roślin i fotoautotroficznych protistów)