A sejtmag a legfontosabb organellumja, az örökletes információk tárolásának és szaporodásának helye. Ez a sejt 10-40%-át elfoglaló membránszerkezet, melynek funkciói nagyon fontosak az eukarióták életében. Azonban még mag jelenléte nélkül is lehetséges az örökletes információ realizálása. Példa erre a folyamatra a baktériumsejtek létfontosságú tevékenysége. Ennek ellenére a sejtmag szerkezeti jellemzői és rendeltetése nagyon fontosak egy többsejtű szervezet számára.
A sejtmag elhelyezkedése a sejtben és szerkezete
A sejtmag a citoplazma vastagságában található, és közvetlenül érintkezik a durva és sima endoplazmatikus retikulummal. Két membrán veszi körül, amelyek között van a perinukleáris tér. A mag belsejében egy mátrix, kromatin és néhány nukleolus található.
Egyes érett emberi sejteknek nincs sejtmagjuk, míg mások olyan körülmények között működnek, amelyek aktivitása erősen gátolt. Általában a sejtmag szerkezete (séma) egy nukleáris üregként jelenik meg, amelyet a sejtből származó kariolemma határol, amely kromatint és a nukleoplazmában rögzített magokat tartalmaz.nukleáris mátrix.
A kariolemma szerkezete
A sejtmag-sejt tanulmányozásának kényelme érdekében az utóbbit buborékoknak kell tekinteni, amelyeket más buborékokból származó héjak korlátoznak. A sejtmag egy buborék, amely örökletes információkat tartalmaz a sejt vastagságában. Citoplazmájától kétrétegű lipidmembrán védi. A sejtmag héjának szerkezete hasonló a sejtmembránhoz. Valójában csak a rétegek neve és száma különbözteti meg őket. Mindezek nélkül szerkezetükben és funkciójukban azonosak.
A kariolemma (nukleáris membrán) szerkezete kétrétegű: két lipidrétegből áll. A kariolemma külső bilipid rétege közvetlenül érintkezik a sejtendoplazma durva retikulumával. Belső karyolemma - a mag tartalmával. A külső és a belső kariomembrán között perinukleáris tér van. Nyilvánvalóan elektrosztatikus jelenségek – a glicerinmaradványok területeinek taszítása – következtében jött létre.
A magmembrán feladata, hogy mechanikai akadályt hozzon létre, amely elválasztja a sejtmagot a citoplazmától. A mag belső membránja a nukleáris mátrix rögzítési helyeként szolgál - egy fehérjemolekulák lánca, amely támogatja az ömlesztett szerkezetet. Két nukleáris membránban speciális pórusok vannak: a hírvivő RNS rajtuk keresztül jut be a citoplazmába a riboszómákba. A mag vastagságában számos nukleolus és kromatin található.
A nukleoplazma belső szerkezete
A sejtmag szerkezetének jellemzői lehetővé teszik, hogy összehasonlíthassuk magával a sejttel. A sejtmag belsejében is van egy speciális környezet (nukleoplazma),gél-szol, fehérjék kolloid oldata képviseli. Belül egy nukleoskeleton (mátrix) található, amelyet fibrilláris fehérjék képviselnek. A fő különbség csak abban rejlik, hogy túlnyomórészt savas fehérjék vannak jelen a sejtmagban. Nyilvánvalóan a környezet ilyen reakciója szükséges a nukleinsavak kémiai tulajdonságainak megőrzéséhez és a biokémiai reakciók előfordulásához.
Nucleolus
A sejtmag szerkezete nem teljesedhet ki mag nélkül. Ez egy spiralizált riboszomális RNS, amely az érési szakaszban van. Később egy riboszómát nyernek belőle - a fehérjeszintézishez szükséges organellát. A nucleolus szerkezetében két komponens különböztethető meg: fibrilláris és gömb alakú. Csak elektronmikroszkóppal különböznek egymástól, és nincs saját membránjuk.
A fibrilláris komponens a nucleolus közepén található. Ez egy riboszomális típusú RNS szál, amelyből riboszomális alegységek épülnek fel. Ha figyelembe vesszük a magot (struktúra és funkciók), akkor nyilvánvaló, hogy a későbbiekben szemcsés komponens képződik belőlük. Ezek ugyanazok az érlelő riboszomális alegységek, amelyek fejlődésük későbbi szakaszában vannak. Hamarosan riboszómákat képeznek. A kariolemma magpórusain keresztül eltávolítják a nukleoplazmából, és belépnek a durva endoplazmatikus retikulum membránjába.
Kromatin és kromoszómák
A sejtmag felépítése és funkciói szervesen kapcsolódnak egymáshoz: csak azok a struktúrák léteznek, amelyek az öröklött információk tárolásához és reprodukálásához szükségesek. Van egy karioszkeleton is(magmátrix), melynek feladata az organellum alakjának megőrzése. Az atommag legfontosabb összetevője azonban a kromatin. Ezek olyan kromoszómák, amelyek különböző géncsoportok iratszekrényeiként játszanak szerepet.
A kromatin egy összetett fehérje, amely nukleinsavhoz (RNS vagy DNS) kapcsolódó kvaterner szerkezetű polipeptidből áll. A kromatin a bakteriális plazmidokban is jelen van. A kromatin össztömegének csaknem egynegyedét hisztonok teszik ki – az örökletes információk „csomagolásáért” felelős fehérjék. A szerkezet ezen jellemzőjét a biokémia és a biológia tanulmányozza. A mag szerkezete éppen a kromatin, valamint a spiralizációt és a despiralizációt váltakozó folyamatok miatt bonyolult.
A hisztonok jelenléte lehetővé teszi a DNS-szál kondenzációját és teljessé tételét egy kis helyen - a sejtmagban. Ez a következőképpen történik: a hisztonok nukleoszómákat alkotnak, amelyek gyöngyökhöz hasonló szerkezetűek. A H2B, H3, H2A és H4 a fő hisztonfehérjék. A nukleoszómát a bemutatott hisztonok mindegyikéből négy pár alkotja. Ugyanakkor a H1 hiszton egy linker: a nukleoszómába való belépés helyén kapcsolódik a DNS-hez. A DNS-csomagolás egy lineáris molekula 8 hiszton szerkezetű fehérje körüli "tekercselésének" eredményeként jön létre.
A sejtmag szerkezete, amelynek sémáját fentebb bemutattuk, a hisztonokon befejezett DNS szolenoidszerű szerkezetének jelenlétére utal. Ennek a konglomerátumnak a vastagsága körülbelül 30 nm. Ugyanakkor a szerkezet tovább tömöríthető, hogy kevesebb helyet foglaljon és kevésbé legyen kitévemechanikai sérülések, amelyek elkerülhetetlenül előfordulnak a sejt élettartama során.
Kromatinfrakciók
A sejtmag felépítése, szerkezete és funkciói a kromatin spiralizáció és despiralizáció dinamikus folyamatainak fenntartására vannak rögzítve. Ezért két fő frakciója van: erősen spiralizált (heterokromatin) és enyhén spiralizált (euchromatin). Szerkezetileg és funkcionálisan is elkülönülnek egymástól. A heterokromatinban a DNS jól védett minden behatástól, és nem írható át. Az euchromatin kevésbé védett, de a gének megkettőzhetők a fehérjeszintézishez. Leggyakrabban a heterokromatin és az euchromatin szakaszok váltakoznak a teljes kromoszóma hosszában.
kromoszómák
A sejtmag, amelynek szerkezetét és funkcióit ebben a kiadványban ismertetjük, kromoszómákat tartalmaz. Ez egy összetett és kompakt kromatin, amely fénymikroszkóppal is látható. Ez azonban csak akkor lehetséges, ha egy sejt található az üveglemezen a mitotikus vagy meiotikus osztódás stádiumában. Ennek egyik szakasza a kromatin spiralizációja a kromoszómák képződésével. Felépítésük rendkívül egyszerű: a kromoszómának van egy telomerje és két karja. Az azonos fajhoz tartozó minden többsejtű szervezetnek azonos a magszerkezete. A kromoszómakészlete is hasonló.
Kernelfüggvények megvalósítása
A mag felépítésének főbb jellemzői bizonyos funkciók ellátásához és azok szabályozásának szükségességéhez kapcsolódnak. A mag az öröklődő információk tárháza szerepét tölti be, vagyis egyfajta iratszekrény,a sejtben szintetizálható összes fehérje aminosavainak írott szekvenciája. Ez azt jelenti, hogy bármilyen funkció ellátásához a sejtnek fehérjét kell szintetizálnia, amelynek szerkezetét a gén kódolja.
Ahhoz, hogy a sejtmag "megértse", melyik fehérjét kell a megfelelő időben szintetizálni, létezik egy külső (membrán) és belső receptorrendszer. A tőlük származó információ molekuláris transzmittereken keresztül jut el az atommaghoz. Leggyakrabban ez az adenilát-cikláz mechanizmuson keresztül valósul meg. Így hatnak a sejtre a hormonok (adrenalin, noradrenalin) és egyes hidrofil szerkezetű gyógyszerek.
Az információátadás második mechanizmusa belső. Jellemző a lipofil molekulákra - kortikoszteroidokra. Ez az anyag behatol a sejt bilipid membránjába, és a sejtmagba kerül, ahol kölcsönhatásba lép a receptorával. A sejtmembránon (adenilát-cikláz mechanizmus) vagy a kariolemmán található receptorkomplexek aktiválódása következtében egy bizonyos gén aktiválási reakciója beindul. Replikálódik, ennek alapján hírvivő RNS épül fel. Később az utóbbi szerkezetének megfelelően szintetizálódik egy bizonyos funkciót betöltő fehérje.
A többsejtű élőlények magja
Egy többsejtű szervezetben a sejtmag szerkezeti jellemzői megegyeznek az egysejtűekkel. Bár van néhány árnyalat. Először is, a többsejtűség azt jelenti, hogy számos sejtnek saját (vagy több) funkciója lesz. Ez azt jelenti, hogy bizonyos gének mindig is lesznekdespiralizált, míg mások inaktívak.
Például a zsírszövet sejtjeiben a fehérjeszintézis inaktív lesz, ezért a kromatin nagy része spiralizálódik. És például a sejtekben, a hasnyálmirigy exokrin részében, a fehérje bioszintézis folyamatai folyamatban vannak. Ezért a kromatinjuk despiralizálódik. Azokon a területeken, amelyek génjei a leggyakrabban replikálódnak. Ugyanakkor fontos egy kulcsjellemző: egy szervezet összes sejtjének kromoszómakészlete azonos. Csak a szövetek funkcióinak differenciálódása miatt egyesek ki vannak kapcsolva a munkából, míg mások gyakrabban despiralizálódnak, mint mások.
A test nukleáris sejtjei
Vannak olyan sejtek, amelyek sejtmagjának szerkezeti sajátosságait nem biztos, hogy figyelembe vesszük, mert létfontosságú tevékenységük következtében vagy gátolják a működését, vagy teljesen megszabadulnak tőle. A legegyszerűbb példa a vörösvértestek. Ezek olyan vérsejtek, amelyek magja csak a fejlődés korai szakaszában van jelen, amikor a hemoglobin szintetizálódik. Amint elegendő az oxigén szállításához, a sejtmag eltávolításra kerül a sejtből, hogy megkönnyítse az oxigénszállítást anélkül, hogy megzavarná az oxigénszállítást.
Általános megfogalmazásban az eritrocita hemoglobinnal telt citoplazmatikus zsák. Hasonló szerkezet jellemző a zsírsejtekre. A zsírsejtek sejtmagjának szerkezete rendkívül leegyszerűsödik, csökken és a membrán felé tolódik, a fehérjeszintézis folyamatai pedig maximálisan gátolnak. Ezek a sejtek is hasonlítanak "zacskókra" tele zsírral, bár természetesen a változatosságvalamivel több biokémiai reakció megy végbe bennük, mint az eritrocitákban. A vérlemezkéknek szintén nincs magjuk, de nem tekinthetők teljes értékű sejtnek. Ezek a vérzéscsillapító folyamatok végrehajtásához szükséges sejttöredékek.
