[0:04]Witajcie moi drodzy. To jest nowa wersja czwartego odcinka z działu Cytologia i w tym odcinku zajmiemy się szalenie istotnym organellum, jakim jest jądro komórkowe. Na początek jednak zanim przejdziemy do rzeczy, taka gadka wstępna. Coś co właściwie powinno być powiedziane gdzieś tam na samym początku nauki biologii i pewnie jest to dość oczywista wskazówka. Niemniej jednak powiem o tym dlatego, że to jest coś ważnego i co zawsze trzeba mieć na uwadze ucząc się o jakimkolwiek organellum, narządzie, jakimś elemencie budowy. Otóż zawsze kiedy uczycie się właśnie o czymkolwiek, to pierwsze co musicie znać to budowę, czyli wiedzieć jaka jest budowa danego organellum, narządu, układu, czegokolwiek, umieć ją opisywać. Oraz wiedzieć na czym polega funkcja, czy funkcje pełnione przez ten element budowy i przede wszystkim jaki jest związek tej budowy z funkcją, czyli w jaki sposób budowa danego narządu czy organellum, czy czegokolwiek, umożliwia wypełnienie tych funkcji? W jaki sposób jest szczególnie przystosowana do pełnienia właśnie tych funkcji? W trakcie tego odcinka będę zapewne podawać jakieś przykłady na to i później w przyszłości wielokrotnie się z tym zetkniemy. Dobra, i teraz już o samym jądrze komórkowym, więc jądro komórkowe jest takim bardzo ważnym organellum, na podstawie którego jak już wiecie świat żywy podzielono na prokarionty, czyli te organizmy, które nie mają jądra komórkowego i eukarionty, czyli te, które mają jądro komórkowe. Jądro komórkowe jest zwykle dobrze widoczne pod mikroskopem, nawet jeżeli nie widać innych organelli, to ono akurat zwykle jest zdecydowanie wyraźne na fotografiach mikroskopowych. I zwykle w podręcznikach się je rysuje na fioletowo, ja również przyjęłam tę konwencję, oczywiście nie chodzi o to, że ona jest naprawdę fioletowe, bo większość elementów komórki jest po prostu bezbarwna, natomiast jeżeli się je wybarwi w taki standardowy sposób, to właśnie to jądro komórkowe wychodzi na fioletowo. Także będziemy się trzymać tej konwencji. No i trzeba jeszcze wspomnieć, że istnieją komórki eukariotyczne, które nie mają jądra komórkowego. To są na przykład wspomniane erytrocyty ssaków, wspominałam chyba o tym w pierwszym odcinku, tak z działu cytologia. Jak również na przykład rurki sitowe u roślin. To jest rysunek pożyczony z odcinka o tkankach roślinnych, dojdziecie do tego kiedyś. W każdym razie to są takie wyjątki, natomiast oczywiście wszystkie komórki eukariotyczne z założenia posiadają jądro komórkowe. Jeśli chodzi o budowę jądra komórkowego, to zwykle jest ono kuliste i posiada podwójną błonę, z tym, że nie mylić tego z dwuwarstwą lipidową, z której zbudowana jest każda błona komórkowa. Tu są dwie takie błony, z których każda stanowi te dwuwarstwę lipidową. No i jest to porządna bariera dla wszelkich substancji, dlatego też w otoczce jądrowej występują tak zwane pory. Czyli takie otworki, przez które pewne substancje mogą się wydostawać, czy pewne cząsteczki mogą się wydostawać z lub przedostawać się do jądra komórkowego. Jeśli chodzi o wnętrze, wnętrze jest najważniejsze, prawda? To znajduje się w nim chromatyna. I to jest po prostu DNA, czyli kwas deoksyrybonukleinowy i białka różnego rodzaju. Oraz tak zwana karioplazma albo kariolimfa w zależności od podręcznika i jest to po prostu tak jakby cytoplazma, tylko że ta, która się znajduje wewnątrz jądra komórkowego. Jeśli chodzi o samą chromatynę, wyróżnia się jeszcze takie dwa pojęcia w podręcznikach, jak euchromatyna i heterochromatyna. I generalnie chodzi o to, tak naprawdę te pojęcia to są drugorzędne, chodzi o to, żeby rozumieć co się za nimi kryje. Otóż chodzi o to, że w każdej komórce znajduje się ten sam materiał genetyczny, ale nie wszystkie komórki korzystają z tych samych genów znajdujących się w materiale genetycznym, tylko z jakiejś niewielkiej wybranej części. I ta część DNA, która jest aktywna w danej komórce, czyli która ulega ekspresji, czyli na podstawie której wytwarzane są białka, ta część materiału genetycznego, która jest odczytywana w danej komórce, która jest używana mówiąc najprościej, to jest tak zwana euchromatyna. I ona zwykle jest bardziej, ma taką bardziej rozluźnioną konsystencję, że tak powiem, żeby mogły się do niej dostać enzymy, żeby miały dostęp do niej enzymy. Natomiast cała reszta, ta część materiału genetycznego, która jest nieużywana w danej komórce i to jest tak naprawdę większość, to jest tak zwana heterochromatyna. I ona jest bardziej zagęszczona, bo ona po prostu sobie leży odłogiem jak nieprzymierzając pole martwego rolnika. Także to są takie dwa pojęcia, tak naprawdę mówię, sama ich znajomość nie jest aż tak ważna, ważne jest żeby rozumieć to, że właśnie tak funkcjonuje materiał genetyczny, tylko część jego w danej komórce w ogóle jest używana. I teraz wracając jeszcze do tej otoczki jądrowej, tak jak już powiedziałam, znajdują się w niej te pory i one nie są rozmieszczone losowo, ale w taki sposób bardziej przypominający otworki w durszlaku.
[5:04]Mam na myśli taki porządny babciny durszlak, nie jakiś nowoczesny, designerski szajs. I jest jeszcze jedno podobieństwo do durszlaka, przynajmniej jedno, być może więcej, ale to mi akurat przychodzi do głowy, że tak jak odlewacie makaron i ten makaron nie przechodzi przez durszlak, tylko w nim zostaje, to tak samo DNA, które się znajduje w jądrze komórkowym, Ono nie opuszcza tego jądra komórkowego. Ono jest w nim tam na stałe, ono nie jest w stanie przejść przez te otworki, przez te pory jądrowe, jest w nim uwięzione na zawsze. No chyba że następuje podział komórki i otoczka jądrowa wtedy zanika, ale to jest jakby wyjątkowa sytuacja. No dobra, to skoro DNA jest dożywotnio zamknięte w jądrze komórkowym, to co się może wydostawać z bądź przedostawać do jądra komórkowego przez te pory jądrowe? A więc z jądra komórkowego mogą na przykład wychodzić podjednostki rybosomów, które w nim powstaną i które dostają się do cytoplazmy, ponieważ rybosomy zajmują się biosyntezą białka, o czym jeszcze będziemy mówić w przyszłości, a ta biosynteza białka odbywa się właśnie w cytoplazmie. Poza tym również mRNA, przypominam, że to jest to messengerowe RNA, albo matrycowe, albo informacyjne, RNA, czyli to jest taki kwas nukleinowy, który niesie informację o budowie białka od DNA do cytoplazmy, gdzie przy pomocy rybosomów następuje biosynteza białka. Natomiast do jądra komórkowego mogą się dostawać chociażby nukleotydy, dlatego że nukleotydy to są te podjednostki, tak, kwasów nukleinowych, więc one niezbędne do syntezy chociażby mRNA, które powstaje w jądrze komórkowym. Także przez pory jądrowe nieustannie przechodzą w tej i wewte różne substancje. No i to jest chociażby właśnie jeden ze związków budowy z funkcją, nie, że ponieważ różne cząsteczki muszą wchodzić do jądra komórkowego i opuszczać, no to niezbędne są te pory jądrowe w otoczce jądrowej, żeby mogło się to dziać. No i ostatnia sprawa i to jest właśnie kolejny przykład na ten związek budowy z funkcją, tylko taki nieco bardziej już precyzyjny. Otóż chodzi o to, że liczba porów w otoczce jądrowej zależy od aktywności metabolicznej komórki. Aktywności metabolicznej, czyli jak intensywnie dana komórka pracuje, czyli na przykład komórka tkanki tłuszczowej są dość mało aktywne metabolicznie, one bardziej po prostu sobie są.
[7:22]Ale już na przykład komórki trzustki, które wytwarzają intensywnie enzymy trawienne, czy komórki wątroby, które w ogóle prowadzą całą masę różnych procesów, to są takie komórki aktywne metabolicznie. No a jeżeli komórka jest aktywna metabolicznie, no to właśnie najprawdopodobniej produkuje dużo białek, bo cały metabolizm właściwie się opiera na różnego rodzaju białkach. Natomiast do biosyntezy białek potrzebne jest to wspomniane mRNA, które powstaje w jądrze komórkowym i opuszcza te jądro komórkowe, przechodzi do cytoplazmy, bo tam zachodzi biosynteza białek. No więc aktywna metabolicznie komórka to jest dużo mRNA, więc wypada mieć więcej tych porów w otoczce jądrowej, żeby cały ten proces zachodził szybciej i wydajniej. Także to jest też taki subtelny przykład na związek budowy z funkcją właśnie w zależności od tego, jak jakaś komórka jest aktywna. No i teraz jeszcze więcej o tym, co jest w środku tego jądra komórkowego, bo powiedzieliśmy sobie o tej chromatynie, że jest ta część aktywna, nieaktywna, ale powiedzmy sobie trochę więcej, jak to wygląda. Więc chromatyna to jest DNA i związane z nim białka, i to będą białka histonowe, o których już słyszeliście przy okazji omawiania białek. To były takie białka globularne, czyli takie mniej więcej kuliste w kształcie, które właśnie są związane z DNA i z organizacją DNA. W jaki sposób to sobie za chwilę powiemy, ale jeszcze dodajmy, że w jądrze komórkowym znajduje się też jąderko, czyli taka zwykle ciemniejsza część i o funkcji jąderka też sobie jeszcze powiemy na koniec. No i teraz właśnie, w jaki sposób to DNA mieści się w jądrze komórkowym, bo tak jak już mówiłam w filmie o kwasach nukleinowych, cząsteczki DNA są ogromnymi polimerami w porównaniu z innymi polimerami organicznymi występującymi w organizmach żywych. To DNA jest ogromne, ono może mieć kilka metrów długości w każdej pojedynczej komórce w zależności od gatunku. No i teraz pytanie jest, jak te kilka metrów, taka kilkumetrowa cząsteczka, jest upakowana w jądrze komórkowym, że jest w stanie się tam w ogóle zmieścić? Jak dla mnie to jest, to jest niewyobrażalne, no ale wytłumaczmy sobie teoretycznie jak to jest możliwe. Więc kluczową rolę pełnią tutaj białka histonowe. I ja tutaj je podpisałam, żeby było bardziej naukowo, bo one mają właśnie takie nazwy: H1, H2A, H2B, H3, H4. Aczkolwiek nie musicie tego znać na pamięć, po prostu tak to dałam trochę dla jako ciekawostka, trochę żeby było tak, wiecie, merytorycznie, wykwintnie i poprawnie. Ale w jaki sposób te histony biorą udział w tym upakowaniu DNA? Więc histony łączą się w tak zwane oktamery, czyli w takie kuleczki po osiem histonów, taką jedną dużą kulkę, i na tę jedną dużą kulkę DNA się nawija, trochę tak jak nitka na szpulkę. I taki pojedynczy oktamer z nawiniętym na niego DNA nazywa się nukleosomem. Czyli to jest taka podstawowa jednostka organizacji DNA, ten nukleosom. No i teraz dalej, takie nukleosomy mogą tworzyć pętle z udziałem właśnie jeszcze jednego białka histonowego. I taki zestaw tych pętli, tworzonych przez te histony, przez to oktamery histonowe i te tutaj pojedyncze histony, nazywa się nukleofilamentem. To jest jakby kolejny poziom spiralizacji tego DNA. Tutaj ten rysunek jest taki uproszczony, dlatego że w rzeczywistości to DNA jest tutaj nawinięte, tak jak widzieliśmy na poprzednim obrazku, jest nawinięte na ten oktamer i razem z nawinięciami jeszcze są tworzone te pętle, także to jest tylko takie uproszczone. Czyli to jest ten kolejny poziom jakby spiralizacji DNA. No i mamy następny poziom, to już jest z Wikipedii, bo ja stwierdziłam, że nie jestem w stanie tego narysować, ale to jest solenoid, czyli jak ten nukleofilamenty są jeszcze spiralnie pozwijane względem siebie. Więc to ten kolejny poziom spiralizacji. No i ogólnie rzecz biorąc, to DNA się tak spiralizuje, spiralizuje coraz bardziej i bardziej i bardziej i tym sposobem to kilkumetrowe DNA mieści się w jądrze komórkowym, mimo tej swojej szalonej długości. I tutaj możemy sobie to jeszcze tak przedstawić. Tego zwykle nie ma w podręcznikach, to nie jest obowiązkowe, to tak trochę dodatkowo mówię. Ale te poziomy organizacji DNA można przedstawić trochę podobnie jak w przypadku organizacji białek. I struktura pierwszorzędowa to będzie kolejność nukleotydów pojedynczej nici DNA. Drugorzędowa to będzie ta podwójna helisa utworzona z dwóch nici zbudowanych z nukleotydów. No i potem trzeciorzędowa to są te nukleofilamenty, potem solenoidy, potem spirala z solenoidów i tak to się stopniowo komplikuje. Ale mówię, to jest takie raczej dodatkowe. Także podsumowując, w jądrze komórkowym znajduje się chromatyna, czyli DNA i białka. Są to białka histonowe, ale poza tym są też różne białka takie regulacyjne, regulujące ekspresję genów, czyli to właśnie które geny są odczytywane, jakie białka powstają w danej komórce i tak dalej. Także chodzi o to, że nie tylko białka histonowe znajdują się w jądrze komórkowym, ale też cała masa różnych innych białek. No i dobra, wracając jeszcze do tego jąderka, co to jest i po co to? A więc jąderko jest to ogólnie właśnie takie zagęszczenie chromatyny. Ona jest widoczna też na zdjęciach mikroskopowych często, tak jak tutaj, nie, że w tym jądrze komórkowym widać taki ciemniejszy punkt, to jest to jąderko. Natomiast co ono robi funkcjonalnie? Jaka jest, jaka jest jego rola?
[12:59]Więc jąderko to jest miejsce powstawania podjednostek rybosomów i tutaj podkreślam, że podjednostek, bo przestało być w pewnym momencie na maturze uznawane powiedzenie, że w jąderku powstają rybosomy.
[13:20]Trzeba mówić, że powstają podjednostki, ale jakby po prostu jest to rybosom, tylko rozłożone na dwa kawałki. No ale dobra, nie będę dyskutować z komisją egzaminacyjną. Powstają podjednostki rybosomów, rybosomy się składają z tak zwanego rRNA, czyli rybosomalnego RNA i z różnego rodzaju białek i to tworzy razem takie wielkie kompleksy. Takie coś nazywa się rybozymem, czyli to jest enzym, tylko że złożony w dużej mierze z kwasu rybonukleinowego jakim jest RNA. rRNA znaczy. O tym wszystkim, o funkcji rybosomów i tak dalej, o biosyntezie białka będziemy oczywiście jeszcze w dziale genetyka, także to jest tylko takie nadmienienie, przede wszystkim, żeby wytłumaczyć jaka jest funkcja jąderka, także to jest na ten moment dla nas najważniejsze. No i na koniec jeszcze, właśnie, po co to wszystko? Czyli jakie są funkcje jądra komórkowego? Co ono robi? Więc pierwsza podstawowa funkcja, to jest sterowanie czynnościami życiowymi komórki. Tak to się zwykle określa. W jądrze komórkowym znajduje się DNA, DNA, jak już wiecie jest instrukcją życia, czyli tą cząsteczką informacyjną, w której zapisana jest informacja o budowie wszystkich białek organizmu. No z tym, że tak jak mówiłam, każda komórka korzysta tylko z pewnej części tej całej informacji, no bo komórki trzustki będą produkować inne białka niż komórki szyszynki, tak? Więc oczywiście częściowo wszystkie komórki korzystają z tych samych genów, ale częściowo każdy rodzaj komórki w zależności od tego, jaka to jest tkanka, korzysta z trochę innej części informacji genetycznej.
[15:03]Także jądro komórkowe steruje tym, jak są wytwarzane białka, w jakich ilościach, które białka i tak dalej. No i w związku z tym tak naprawdę w ten sposób zarządza funkcjonowaniem całej komórki. No i druga funkcja, i to już właściwie ostatnia, bo tutaj mamy tylko dwie, ale one są absolutnie kluczowe. I to jest przekazywanie DNA komórkom potomnym. Nie wiem czy tutaj widać na tym rysunku, ale to są małe komóreczki, takie bejbyki, Boże co za słowo. W każdym razie są to komórki potomne i DNA jest przekazywane tym komórkom potomnym. W takim sensie, że na przykład nasze komórki naskórka się regenerują, stale się dzielą i każda komórka potomna po takim podziale otrzymuje komplet DNA. Ale też w sensie takim, że organizmy potomne danego organizmu też otrzymują DNA, czyli jak nasze komórki rozrodcze, komórki jajowe i plemniki dostają DNA, to jeżeli potem powstanie z nich nowy organizm w procesie zapłodnienia, to on też dostaje DNA, które było zawarte w tych komórkach rozrodczych.
[16:13]Także to drugą funkcją jądra komórkowego jest przekazywanie DNA komórkom potomnym. No i co się z tym wiąże też często organizmom potomnym, czyli po prostu potomstwu. Także to by było na tyle, jeśli chodzi o jądro komórkowe.
[16:29]Myślę, że to jest wszystko co powinniście wiedzieć na ten temat na ten moment. Ja wam serdecznie dziękuję za uwagę. No i zapraszam do następnego odcinka, w którym zajmiemy się cytoszkieletem i cytoplazmą. Dziękuję wam bardzo i do usłyszenia.
