Jedro (biologija)

Jedro je najupadljivija, velika organela eukariotskih ćelija. Sam naziv - lat. nucleus znači jezgro i govori o značaju jedra za ćeliju. U njemu se nalazi DNK, u kojem su uskladištene informacije o građi i funkcionisanju ćelije. U jedru se, dakle, nalazi jedarni dio sveukupnog genoma eukariota. Jedro reguliše sve procese u ćeliji, u njemu se obavlja i sinteza DNK (replikacija) i svih vrsta RNK (transkripcija), kao i dijela proteina (translacija). Ćelija najčešće ima jedno jedro, mada ima i onih sa više jedara (polinuklearne ćelije), a velika je rijetkost ćelija bez jedra (takvi su npr. eritrociti skoro svih sisara).

Poprečni presjek kroz jedarnu poru na površini jedarnog omotača (1). Ostali elementi su:
(2) vanjski prsten,
(3) žbice,
(4) koš, i
(5) filamenti.

Dijagram jedra eukariota.

Ćelija HeLa obojene za posmatranje jedarne DNK.

Opis

Jedro je važna i obavezna komponenta svih eukariotskih ćelija. Ono je dobro izraženo, s izuzetkom nekih bakterija i modrozelenih algi, kod kojih je jedarni materijal organizovan kao nukleoid. Obično ima oblik okruglog prozračnog tijela, okruženog tankom jedrovom opnom. U živim ćelijama ono je optički homogena struktura u kojoj se uočava jedno ili više malih tjelešaca - jedaraca. Ćelijski ciklus obuhvata dva perioda:

• interfazni ili metabolički
• mitotički period (period diobe).

Ovi periodi se odlikuju karakterističnim i posebnim promjenama u jedru.

Većina eukariotskih organizama u svojim ćelijama ima samo jedno jedro. Izuzeci od ovog pravila su, naprimjer, neki predstavnici algi i gljiva. Višejedarnost je u životinjskom svijetu rijetka. Poznato je, recimo, da (među protozoama) paramecijum ima redovno dva jedra, od kojih je manje jedro tzv. mikronukleus i učestvuje u razmnožavanju, dok veće jedro (makronukleus) ima ulogu u metabolizmu životinje. Kod višećelijskih organizama veći broj jedara se javlja samo u vlaknima poprečnoprugastih mišića, a koja su nastala stapanjem većeg broja ćelija (sincitija). Među eukariotskim organizmima, crvena krvna zrnca sisara (osim kamile) nemaju jedra. Ova bezjedarnost je sekundarna pojava.

Iako se jedro može javiti u različitim oblicima, najčešće je loptasto ili elipsoidno. U ćelijama bijelih krvnih zrnaca jedro uvijek ima režnjeviti, razuđeni oblik. Kod praživotinja se često javljaju različiti oblici: izdužen, izvijen, kobasičast itd. U živim ćelijama, kao što je rečeno, interfazno jedro izgleda homogeno i optički prazno. Na fiksiranim (specifično obojenim) preparatima jedro ispoljava svoje odgovarajuće strukture.

Građa jedra

Obojena masa jedra se zbog afiniteta prema boji naziva hromatin. Danas se pouzdano zna da je hromatin materija od koje su građeni hromosomi i da predstavlja nukleoproteinsku komponentu interfaznog jedra. Jedro je vrlo složen ćelijski sastojak, čiju strukturu čine jedrova opna, jedrov sok, jedarce i hromosomi.

• Jedrova opna (kariomembrana) je dvostruka membrana koja odvaja jedrov sadržaj od citoplazme. Proučavanja fine građe jedra pokazala su da je njegova ovojnica sastavljena od dvije membrane koje imaju slične karakteristike kao i ćelijska membrana. Sastavljene su od lipoproteina.
• Jedrova ovojnica se na početku ćelijske diobe raspada, a nakon diobe ponovo organizira.
• Jedrov sok je vodeni rastvor raznih materija, a označava se i kao nukleoplazma ili karioplazma. U jedrovom soku su smješteni njegovi osnovni sastojci i strukture – hromosomi, tj. DNK i jedarca. Pored toga, jedro sadrži i proteine, ribonukleinsku kiselinu i čitav niz raznih enzima.

Jedarce – nukleolus (jedno ili više njih) nalazi se u jedrovom soku. Jedarca su manje-više okruglog oblika i dobro se zapažaju za vrijeme interfaze, dok se za vrijeme ćelijske diobe gube (dezorganiziraju). Po završetku ćelijske diobe ponovo se javljaju. Jedarca najvećim dijelom sadrže bjelančevine (do 70%), zatim ribonukleinske kiseline, fosfolipide i enzime.

Hromosomi i hromosomska garnitura

Hromosomi su najvažnije komponente jedra, jer su nosioci nasljednih jedinica – gena, koji svojom aktivnošću određuju i regulišu metaboličke i sve ostale životne procese u ćelijama, uključujući i samoobnavljanje. Hromosomi se stalno nalaze u jedru i oni su stalne strukture, tj. održavaju svoj individualitet tokom ćelijskog ciklusa. Odlikuju se sposobnošću za autoreprodukciju i prilikom diobe jedra dijele se i oni, što odražava njihov kontinuitet, kako u nizu ćelijskih dioba, tako u kontinuitetu sukcesivnih generacija.

• Broj hromosoma kod raznih vrsta živih bića manje ili više je različit, ali je za svaku vrstu određen i stalan. Skup svih hromosoma u ćeliji označava se kao hromosomska garnitura. Razlikuju se dvije vrste hromosomskih garnitura: haploidna i diploidna. U organizama sa seksualnim razmnožavanjem gamete imaju haploidni broj hromosoma (n), a somatične ćelije imaju diploidan hromosomski broj (2n), jer sadrže dvije haploidne garniture, porijeklom od dva roditelja. Prema tome, diploidnu hromosomsku garnituru čini, ustvari, n homolognih parova (homologan = istosmislen, odgovarajući, s istim odnosima). U svakom paru ovih hromosoma jedan potiče od oca, a drugi (isti takav) od majke.
• Veličina hromosoma je različita kod raznih vrsta, a ona je također različita i u istoj garnituri. Kao i broj, i veličina hromosoma je stalna i predstavlja specifičnu oznaku za svaku vrstu organizama.
• Dužina hromosoma varira izmedu 0,5 μ i 40 μ, a debljina između 0,2 μ i 2 μ. Izuzetak čine tzv. gigantski hromosomi u ćelijama pljuvačnih žlijezda nekih insekata, koji mogu imati 20 puta veću dužinu nego tipični interfazni hromosomi.
• Oblik hromosoma je također različit kod raznih vrsta organizama, a različit je i u istoj hromosomskoj garnituri. Međutim, kao i broj i veličina, tako je i oblik hromosoma stalan i poseban za svaku vrstu organizma. Zavisno od fizičkog stanja, odnosno faze ćelijske diobe, hromosomi najčešće imaju izgled kratkog konca ili štapića. Oni su u metafazi definitivno formirani i tada ispoljavaju svoj karakteristični izgled, kada se najintenzivnije boje i ispoljavaju svoje najznačajnije morfološke karakteristike. Na tijelu svakog hromosoma redovno postoji jedno suženje (konstrikcija) koje se naziva primarno suženje. Na tom mjestu se nalazi specifična hromosomska struktura, centromera (sa kinetohorom). Osnovna uloga centromere, tj. kinetohora je vezana za kretanje hromosoma ka polovima "diobenog vretena" za vrijeme ćelijske diobe. Od položaja centromere zavisi i oblik hromosoma u ćelijskoj diobi. Po tom kriteriju, hromosomi mogu hiti jednokraki (s terminalnom centromerom) i dvokraki (s centromerom u ostalim regionima).

Osim primarnog suženja, hromosomi mogu pokazivati i druge konstrikcije na jednom ili na oba kraka. Ova suženja se nazivaju sekundarnim. Kod nekih hromosoma ona odvajaju mali vršni segment (dio) hromosoma, koji se naziva satelit ili trabant, a njegovi nosioci satelitski hromosomi i oni imaju ulogu organizatora jedarca.

Terminalni dijelovi hromosoma se po svom ponašanju razlikuju od njegovih ostalih dijelova, iako ne pokazuju nikakve vidljive morfološke diferencijacije. Ti krajevi su označeni kao telomere. Uloga telomera je u vezi s kinetikom i polaritetom hromosoma za vrijeme ćelijske diobe.

Osnovnu komponentu hromosoma čini hromonema, smještena u unutrašnjosti hromosomske matrice (matriksa). Hromoneme predstavljaju posebnu dvojnu spiralu nukleoproteinskih niti, od kojih se obrazuju obje hromatide. Hromonema je po dužini razdvojena na posebne segmente, koji se nazivaju hromomere.

Glavne hemijske komponente hromosoma su nukleinske kiseline i proteini. Na ove komponente, od cjelokupne hromosomske mase, otpada 70-90%. Osim DNK i proteina, hromosomi sadrže različite količine RNK i nehistonskih proteina. Količina DNK i kiselih proteina veoma varira u zavisnosti od metaboličke aktivnosti ćelija. Unutrašnja struktura hromosoma je veoma složena. Ona se danas intenzivno proučava raznim sredstvima i metodama, što omogućava da se dobije potpunija predstava o hromosomu kao strukturnoj i funkcionalnoj jedinici jedra.