Šūnas kodols: kas tas ir, funkcija, struktūra un nozīme
Šūnas kodols: uzzini tā struktūru, funkcijas, DNS un nukleola lomu, nozīmi šūnu dalīšanā un atšķirības starp eikariotiem un prokariotiem.
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.
Audu kultūrā esošās šūnas, kas iekrāsotas ar zilo Hoechst krāsvielu, lai noteiktu DNS. Vidējā un labajā pusē esošās šūnas ir interfāzē, tāpēc ir marķēti visi to kodoli. Kreisajā attēlā redzama šūna, kurā notiek mitozes process, un tās DNS ir kondensējusies, gatavojoties dalīšanai.
Tipiskas dzīvnieku šūnas shēma 1.Nukleols 2.Kodols 3.Ribosomas 4.Vesikuls 5. Rupjais endoplazmas tīkls 6.Golgi aparāts 7.Citoskelets 8.Gludais endoplazmas tīkls 9.Mitohondrions 10.Vakuole 11.Citosols 12.Lizosoma 13.Centriole 14.Šūnu membrāna
Eikariotiskās šūnas kodols. Šeit redzamas ar ribosomām pārklātās kodola apvalka dubultās membrānas, DNS komplekss un kodola kodols.
Kodola membrāna
Lielas molekulas nevar izkļūt cauri divslāņu kodola membrānai. Tomēr ir kodola poras. Tās kontrolē molekulu kustību caur membrānu. Poras šķērso abas kodola membrānas, nodrošinot kanālu. Lielākas molekulas aktīvi transportē nesējbaltumi, bet mazas molekulas un joni pārvietojas brīvi. Lielo molekulu, piemēram, olbaltumvielu un RNS, pārvietošanās caur porām ir nepieciešama gan gēnu ekspresijai, gan hromosomu uzturēšanai.
Nucleolus
Kodolā ir struktūra, ko sauc par kodolu. To veido kodola organizatora reģions (NOR). Tas ir hromosomu reģions, ap kuru veidojas nukleols. Nukleola iekšpusē veidojas ribosomas. Tās caur kodola poru kompleksiem tiek eksportētas uz citoplazmu. Tur tās darbojas, lai veidotu olbaltumvielas. Ja tās veido membrānas olbaltumvielas, tās pievienojas endoplazmatiskajam retikulām.
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir šūnas kodols?
A: Šūnas kodols ir organelle, kurā atrodas šūnas gēni un kura kontrolē tās augšanu un vairošanos. To aptver divslāņu kodola membrāna, un tas darbojas kā šūnas kontroles centrs.
J: Ko satur kodols?
A: Kodolā ir hromosomas, kurās atrodas DNS, olbaltumvielas, RNS molekulas un kodols.
J: Kas atklāja šūnas kodolu?
A: Šūnu kodolus 17. gadsimtā pirmais atklāja Antonijs van Līvenhūks.
Vai visi eikarioti ir vienšūnu organismi?
A: Nē, ne visi eikarioti ir vienšūnas organismi. Daudzi eikarioti ir vienšūnas, bet ir arī daudzi daudzšūnu eikarioti.
J: Vai prokariotiem ir kodoli?
A: Nē, prokariotu, piemēram, baktēriju un arheju, šūnās nav kodolu.
J: Kas notiek kodola iekšienē?
A: Kodola iekšpusē ir olbaltumvielas, RNS molekulas, hromosomas un kodols. Nukleolā ribosomas tiek saliktas kopā, pirms tās tiek eksportētas uz citoplazmu, kur tās pārtulko mRNS olbaltumvielās.
J: Kad hromosomas var redzēt ar gaismas mikroskopu?
A: Kad šūna dalās vai gatavojas dalīties, tās hromosomas kļūst redzamas ar gaismas mikroskopu. Citos gadījumos, kad tās nav redzamas tieši, to vietā ir redzams kodols.
Meklēt