นิวเคลียสในเซลล์ยูคาริโอตคือออร์แกเนลล์กลางที่กิจกรรมสำคัญและกระบวนการสังเคราะห์ขึ้นอยู่ ส่วนสำคัญของเนื้อหาของนิวเคลียสจะแสดงด้วยโมเลกุลดีเอ็นเอแบบเส้นใยซึ่งมีระดับการบดอัดที่แตกต่างกันร่วมกับโปรตีน เหล่านี้คือยูโครมาติน (DNA ที่สลายตัว) และเฮเทอโรโครมาติน (DNA ที่อัดแน่นอย่างหนาแน่น)
ยูโครมาตินมีบทบาทสำคัญในชีวิตของเซลล์ อ่าน "คำแนะนำ" สำหรับการประกอบกรดไรโบนิวคลีอิก (RNA) ซึ่งกลายเป็นพื้นฐานสำหรับการสังเคราะห์โมเลกุลโพลีเปปไทด์
ทุกคนมีแกนกลางกันไหม
สิ่งมีชีวิตทั้งหมด ตั้งแต่ตัวเล็กที่สุดไปจนถึงยักษ์ จะได้รับข้อมูลทางพันธุกรรมในรูปของกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก มีสองรูปแบบที่แตกต่างกันโดยพื้นฐานในการแสดงข้อมูลในเซลล์:
- สิ่งมีชีวิตโปรคาริโอต (ก่อนเกิดนิวเคลียร์) มีเซลล์ที่ไม่มีช่อง พื้นที่เก็บข้อมูลของ DNA ทรงกลมที่ไม่มีโปรตีนจับเพียงตัวเดียวของมันเป็นเพียงแพทช์ไซโทพลาซึมที่เรียกว่านิวคลีออยด์ การจำลองแบบกรดนิวคลีอิกและการสังเคราะห์โปรตีนเกิดขึ้นในโปรคาริโอตในพื้นที่เซลล์เดียว เราจะไม่เห็นพวกเขาด้วยตาเปล่าเพราะตัวแทนของสิ่งมีชีวิตกลุ่มนี้เป็นจุลทรรศน์ขนาดไม่เกิน 3 ไมครอนแบคทีเรีย
- สิ่งมีชีวิตยูคาริโอตมีลักษณะเฉพาะด้วยโครงสร้างเซลล์ที่ซับซ้อนกว่า โดยที่ข้อมูลทางพันธุกรรมได้รับการปกป้องโดยเยื่อหุ้มนิวเคลียสสองชั้น โมเลกุล DNA เชิงเส้นร่วมกับโปรตีนฮิสโตนสร้างโครมาตินซึ่งสร้าง RNA อย่างแข็งขันด้วยความช่วยเหลือของโพลีเอนไซม์เชิงซ้อน การสังเคราะห์โปรตีนเกิดขึ้นในไซโตพลาสซึมบนไรโบโซม
นิวเคลียสที่ก่อตัวขึ้นในเซลล์ยูคาริโอตสามารถเห็นได้ระหว่างเฟส คาริโอพลาสซึมประกอบด้วยกระดูกสันหลังของโปรตีน (เมทริกซ์), นิวคลีโอลีและนิวคลีโอโปรตีนเชิงซ้อนซึ่งประกอบด้วยส่วนของเฮเทอโรโครมาตินและยูโครมาติน สถานะของนิวเคลียสนี้จะคงอยู่จนกระทั่งการแบ่งเซลล์เริ่มต้น เมื่อเมมเบรนและนิวคลีโอลีหายไป และโครโมโซมจะมีรูปทรงคล้ายแท่งเรียว
หลักในแกนหลัก
องค์ประกอบหลักของสารในนิวเคลียส โครมาติน คือส่วนที่มีความหมาย หน้าที่ของมันรวมถึงการจัดเก็บ การนำไปใช้ และการส่งข้อมูลทางพันธุกรรมเกี่ยวกับเซลล์หรือสิ่งมีชีวิต ส่วนที่จำลองแบบโดยตรงของโครมาตินคือยูโครมาติน ซึ่งมีข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างของโปรตีนและอาร์เอ็นเอประเภทต่างๆ
ส่วนที่เหลือของนิวเคลียสทำหน้าที่เสริม จัดเตรียมเงื่อนไขที่เหมาะสมสำหรับการนำข้อมูลทางพันธุกรรมไปใช้:
- นิวคลีโอลี -พื้นที่อัดแน่นของเนื้อหานิวเคลียร์ที่กำหนดตำแหน่งสำหรับการสังเคราะห์กรดไรโบนิวคลีอิกสำหรับไรโบโซม;
- โปรตีนเมทริกซ์จัดระเบียบโครโมโซมและเนื้อหาทั้งหมดของนิวเคลียสรักษารูปร่างไว้
- สภาพแวดล้อมภายในกึ่งของเหลวของนิวเคลียส แคริโอพลาสซึม ให้การขนส่งโมเลกุลและการไหลของกระบวนการทางชีวเคมีต่างๆ
- เปลือกสองชั้นของนิวเคลียส karyolemma ปกป้องสารพันธุกรรม ให้การนำโมเลกุลและสารเชิงซ้อนของโมเลกุลในระดับทวิภาคีที่เลือกได้เนื่องจากรูพรุนของนิวเคลียร์ที่ซับซ้อน
โครมาตินหมายความว่าอย่างไร
Chromatin ได้ชื่อมาในปี 1880 จากการทดลองของ Flemming ในการสังเกตเซลล์ ความจริงก็คือว่าในระหว่างการตรึงและการย้อมสี บางส่วนของเซลล์จะแสดงออกมาเป็นอย่างดีโดยเฉพาะ ("โครมาติน" หมายถึง "เปื้อน") ต่อมาปรากฎว่าส่วนประกอบนี้เป็นตัวแทนของ DNA ที่มีโปรตีน ซึ่งเนื่องจากคุณสมบัติที่เป็นกรด จึงสามารถรับรู้สีย้อมที่เป็นด่างอย่างแข็งขัน
โครโมโซมที่เปื้อนจะมองเห็นได้ที่ส่วนกลางของเซลล์ในรูป ทำให้เกิดเมตาเฟสเพลต
รูปแบบการมีอยู่ของ DNA
ในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตที่มียูคาริโอต นิวคลีโอโปรตีนเชิงซ้อนของโครมาตินสามารถอยู่ในสองสถานะ
- ในกระบวนการแบ่งเซลล์ DNA ถึงจุดบิดสูงสุดและแสดงด้วยโครโมโซมไมโทติคแทน แต่ละเกลียวสร้างโครโมโซมแยกกัน
- ระหว่างเฟส เมื่อ DNA ของเซลล์มีการควบแน่นมากที่สุด โครมาตินจะเติมอย่างเท่าเทียมกันช่องว่างของนิวเคลียสหรือรูปแบบกระจุกที่มองเห็นได้ในกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง โครโมเซ็นเตอร์ดังกล่าวมักถูกตรวจพบใกล้เยื่อหุ้มนิวเคลียส
สถานะเหล่านี้เป็นทางเลือกซึ่งกันและกัน โครโมโซมที่อัดแน่นเต็มที่จะไม่ถูกเก็บรักษาไว้ในเฟส
ยูโครมาตินและเฮเทอโรโครมาติน
อินเตอร์เฟสโครมาตินเป็นโครโมโซมที่สูญเสียรูปร่างที่กะทัดรัดไป คลายลูปของพวกเขาเติมปริมาตรของนิวเคลียส มีความสัมพันธ์โดยตรงระหว่างระดับการควบแน่นกับกิจกรรมการทำงานของโครมาติน
ส่วนต่าง ๆ ที่ "คลี่คลาย" อย่างสมบูรณ์ เรียกว่า โครมาตินแบบกระจายหรือแบบแอคทีฟ แทบจะมองไม่เห็นภายใต้กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงหลังจากการย้อมสี เนื่องจากเกลียวดีเอ็นเอมีความหนาเพียง 2 นาโนเมตร อีกชื่อหนึ่งคือ ยูโครมาติน
สถานะนี้ให้คอมเพล็กซ์เอนไซม์ที่สามารถเข้าถึงชิ้นส่วน DNA เชิงความหมาย สิ่งที่แนบมาและการทำงานได้ฟรี โครงสร้างของ RNA ของผู้ส่งสาร (การถอดความ) นั้นอ่านจากบริเวณที่กระจายโดย RNA polymerase หรือ DNA เองก็ถูกคัดลอก (การจำลองแบบ) ยิ่งกิจกรรมสังเคราะห์ของเซลล์สูงขึ้นเท่าใด สัดส่วนของยูโครมาตินในนิวเคลียสก็จะยิ่งมากขึ้น
ส่วนกระจายของโครมาตินสลับกับโซนเฮเทอโรโครมาตินที่มีขนาดกะทัดรัดและบิดต่างกัน เนื่องจากความหนาแน่นที่มากขึ้น เฮเทอโรโครมาตินที่เปื้อนจึงมองเห็นได้ชัดเจนในนิวเคลียสระหว่างเฟส
รูปแสดงโครมาตินที่มีระดับการบดอัดต่างกัน:
- 1 - โมเลกุล DNA แบบสองสาย;
- 2 - ฮิสโตนโปรตีน;
- 3 - DNA พันรอบฮิสโตนคอมเพล็กซ์ 1.67 รอบสร้างนิวคลีโอโซม
- 4 - โซลินอยด์
- 5 - โครโมโซมระหว่างเฟส
รายละเอียดปลีกย่อย
ยูโครมาติน ณ จุดใดเวลาหนึ่งอาจไม่เกี่ยวข้องกับกระบวนการสังเคราะห์ ในกรณีนี้ มันอยู่ในสถานะกะทัดรัดขึ้นชั่วคราวและอาจเข้าใจผิดว่าเป็นเฮเทอโรโครมาติน
เฮเทอโรโครมาตินจริง ๆ เรียกอีกอย่างว่าส่วนประกอบ ไม่มีการโหลดเชิงความหมายและแยกตัวออกเฉพาะในกระบวนการจำลองแบบเท่านั้น ดีเอ็นเอที่ตำแหน่งเหล่านี้ประกอบด้วยลำดับสั้นๆ ซ้ำๆ ซึ่งไม่มีรหัสสำหรับกรดอะมิโน ในโครโมโซมไมโทติก พวกมันอยู่ในบริเวณที่มีการหดตัวหลักและสิ้นสุดเทโลเมอร์ พวกเขายังแยกส่วนของ DNA ที่ถอดเสียงออกมาเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อย (intercalary)
ยูโครมาติน "ทำงานอย่างไร"
ยูโครมาตินมียีนที่กำหนดโครงสร้างของโปรตีนในที่สุด (ยีนที่มีโครงสร้าง) การถอดรหัสลำดับนิวคลีโอไทด์เป็นโปรตีนเกิดขึ้นได้ด้วยความช่วยเหลือของตัวกลางที่มีความสามารถ ซึ่งแตกต่างจากโครโมโซม ในการออกจากนิวเคลียส - messenger RNA
ในระหว่างการถอดความ RNA จะถูกสังเคราะห์บนเทมเพลต DNA จาก adenyl, uridyl, cytidyl และ guanyl nucleotides ฟรี การถอดความดำเนินการโดยเอ็นไซม์คอมเพล็กซ์ RNA polymerase
ยีนบางตัวกำหนดลำดับของ RNA ชนิดอื่น (การขนส่งและไรโบโซม) ที่จำเป็นต่อกระบวนการสังเคราะห์โปรตีนในไซโตพลาสซึมจากกรดอะมิโน
เฮเทอโรโครมาตินของโครโมโซมเดี่ยวมักจะประกอบกันเป็นโครโมโซมที่มีเครื่องหมายชัดเจน รอบ ๆ นั้นมียูโครมาตินที่สิ้นหวัง ด้วยการกำหนดค่าของ DNA แกนกลาง เอ็นไซม์เชิงซ้อน และนิวคลีโอไทด์อิสระ ซึ่งจำเป็นสำหรับการทำงานของยูโครมาติน ทำให้พอดีกับส่วนความหมายอย่างง่ายดาย