Šūnas kodolā (daudzskaitlī: šūnas kodoli) atrodas šūnas gēni, un tas kontrolē šūnas augšanu un vairošanos. Ap to ir divslāņu kodola membrāna, kas atdala kodola saturu no citoplazmas un regulē vielu kustību starp kodolu un pārējo šūnu. Kodols parasti ir visizteiktākā šūnas organolele. Kodols parasti ir samērā apaļš vai ovāls, taču tā forma var mainīties atkarībā no šūnas veida un funkcionālā stāvokļa. Tas satur hromosomas, kurās atrodas DNS un kas nes ģenētisko informāciju, kā arī dažādas olbaltumvielas un RNS molekulas, kas nepieciešamas DNS lasīšanai un gēnu izteiksmju regulācijai. Cilvēka ķermenī ir miljardiem šūnu, no kurām lielākajai daļai ir kodols, taču pastāv izņēmumi (piem., sarkanās asins šūnas pieaugušā vecumā zaudē kodolu).
Kuršem organismiem ir kodols
Visiem eikariontu organismiem šūnās ir kodoli, pat daudzām vienšūnas eikariontu šūnām. Baktērijas un arhejas, kas ir prokariotes, ir cita tipa vienšūnas organismi, un tiem nav kodolu — to ģenētiskā materiāla izkārtojums un regulācija ir atšķirīga. Šūnu kodolus 17. gadsimtā pirmais atklāja Antonijs van Līvenhūks, taču kodola struktūras un funkciju detalizētāka izpēte notika tikai ar uzlabotu mikroskopiju un molekulārajām metodēm.
Struktūra
Kodols ir apklāts ar membrānu, bet iekšienē esošās lietas - ne. Šī kodola membrāna jeb kodola apvalks sastāv no diviem lipīdu slāņiem ar starpā esošu perinukleālo telpu. Membrānā atrodas kodola poras, kas veido lielus proteīnu kompleksus un nodrošina selektīvu transportu — piemēram, importu olbaltumvielām un eksportu izveidotām RNS un ribosomu komponentēm. Tā iekšpusē ir daudz olbaltumvielu, RNS molekulas, hromosomas un kodols. Kodola iekšējo šķidrumu sauc par nukleoplazmu, un to papildina kodola struktūras, piemēram, hromatīns (DNA + proteīni) ar dažādiem pakāpeniskas kondensācijas līmeņiem — no vaļīga euchromatīna (aktīvi transkribēti reģioni) līdz blīvākam heterohromatīnam (mierā esoši reģioni). Iekšpusē atrodas arī kodola skelets jeb nukleārais lamīns, kas nodrošina kodola formu un iesaistās hromosomu organizācijā un šūnas cikla regulācijā.
Nukleols un ribosomu ražošana
Nukleolā tiek sintezēta ribosomālā RNS un montētas ribosomu subvienības. Nukleolā ir saliktas kopā ribosomas. Pēc tam, kad ribosomas ir izveidotas nukleolā, tās tiek eksportētas uz citoplazmu, kur tās pārvērš mRNS olbaltumvielās. Nukleols arī iesaistās šūnas reakcijā uz stresu un var mainīt savu izmēru atkarībā no gēnu aktivitātes un šūnas metabolisma.
Funkcijas
- Ģenētiskās informācijas uzglabāšana un pārvade: hromosomas satur DNS, kas nosaka šūnas īpašības un ir nodrošina ģenētisko informāciju nākamajām šūnām.
- Darbības vadība: kodols kontrolē gēnu ekspresiju — kuras olbaltumvielas tiek ražotas un kādā daudzumā.
- DNS replikācija un remonts: pirms šūnas dalīšanās DNS tiek kopēta kodolā, tur arī notiek DNS bojājumu atpazīšana un labošanas procesi.
- RNS sintēze un apstrāde: notiek transkripcija (no DNS uz RNS) un pēctranskripcijas modifikācijas (piem., intronu izgriešana, pievienošana un capping), kā arī mRNS un citu RNS eksportēšana uz citoplazmu.
- Ribosomu biogeneze: ribosomu komponentu sintēze un montāža nukleolā.
Šūnu dalīšanās un redzamība mikroskopā
Kad šūna dalās vai gatavojas dalīties, hromosomas kļūst redzamas ar gaismas mikroskopu kā atsevišķas struktūras, jo tās kondensējas un sakārtojas tā, lai precīzi sadalītos starp meitas šūnām. Interfāzes laikā — kad šūna nedalās — hromosomas ir mazāk kondensētas, un redzams kodols, kurā norit intensīvas transkripcijas un ribosomu ražošanas aktivitātes. Mitozes un mejozes laikā kodola apvalks sadegradējas un pēcāk atjaunojas, ļaujot hromosomām brīvi pārvietoties dalīšanās procesā.
Dažādība un izņēmumi
Ir šūnas, kuras ir anukleāras (bez kodola) — piemēram, pieaugušas sarkanās asins šūnas cilvēkam; tās zaudē kodolu, lai iegūtu vairāk vietas hemoglobīnam. Ir arī daudzkodolu šūnas (piem., skeleta muskuļa šķiedras vai citi syncytium tipi), kur vairākas kodolu kopijas dalās vienā citoplazmas telpā. Daži parazīti un augi var rādīt īpašas kodola adaptācijas atkarībā no to dzīves cikla.
Nozīme veselībā
Kodolam ir liela nozīme šūnas normālai darbībai; izmaiņas kodola struktūrā vai funkcijā var novest pie slimībām. Piemēram, mutācijas gēmos, kas regulē šūnas ciklu vai DNS remontu, var veicināt vēža attīstību. Ir arī specifiskas ģenētiskas slimības, ko izraisa mutācijas kodola proteīnos (piem., laminopātijas), kā rezultātā var rasties muskuļu, neiroloģiski vai citādi sistēmiski traucējumi.
Izpētes metodes
Kodolus un to saturu pēta ar dažādām metodēm: gaismas mikroskopija, elektronmikroskopija, fluorescences mikroskopija (piem., GFP marķējumi), molekulārie paņēmieni DNS/RNS analīzēm un proteomikai. Šīs metodes ļauj izsekot, kā mainās kodola organizācija attīstības procesā, slimībās vai šūnas reakcijā uz ārējiem faktoriem.
Kopumā šūnas kodols ir centrāla un daudzfunkcionāla struktūra, bez kuras eikariotu šūnas nevarētu uzturēt ģenētisko stabilitāti, kontrolēt gēnu izteiksmi un nodrošināt pareizu šūnu dalīšanos.
