Raku tuum (nukleus): ehitus, funktsioonid ja roll eukarüootsetes rakkudes
Raku tuum: selge ülevaade ehitusest, funktsioonidest ja rollist eukarüootsetes rakkudes — DNA, kromosoomid, tuumamembraan ja raku jagunemise mehhanismid.
Raku tuum (mitmuses: rakutuumad) on eukarüootse raku oluline organell, mis sisaldab raku geene ja kontrollib raku kasvu, ainevahetust ja paljunemist. Tuum toimib raku juhtimiskeskusena: siin paikneb DNA, toimub selle paljundamine ja geenide väljendus algfaasis. Tuuma ümber on kahekihiline tuumamembraan, mistõttu eristub see tsütoplasmast nii struktuurselt kui funktsionaalselt. Tuum on tavaliselt raku kõige silmapaistvam organell.
Ehitus
Tuuma väliskest koosneb kahest membraanikihist, mida sageli nimetatakse tuumamembraaniks või tuumaümbrikuks. See membraan on seotud raku üldise membraan süsteemiga ja sisaldab spetsiaalseid tuumapooride komplekse, mille kaudu liiguvad suurimad molekulid raku ja tuuma vahel. Tuuma sees leidub hulgaliselt valke, RNA molekule, kromatiini ning struktuurseid elemente nagu tuumaplaat (nuclear lamina), mis annab tuumale kuju ja aitab korraldada kromatiini paigutust.
Tuuma sisemine osa ei ole homogeenne: seal eristub tihti tumedam ja tihedam heterokromatiin ning hõredam eukromatiin, mis vastavalt kujule ja koostisele mõjutavad geenide aktiivsust. Tuuma üks selge alas struktuur on nukleool (tuumakeses), kus toimub ribosomaalse RNA süntees ja ribosoomide osade kokkupanek. Nii on tuumaribosoomides kokku pandud ribosoomid.
Peamised funktsioonid
- DNA ja geenide säilitamine ning replikatsioon S-faasis.
- Transkriptsioon: DNA-lt sünteesitakse eri tüüpi RNA-sid (mRNA, rRNA, tRNA), mis seejärel töötatakse või transporditakse edasi tsütoplasmasse.
- Ribosoomide biogenees: nukleoolis kogutakse ja põhiosaliselt monteeritakse ribosoomide alamühikud.
- RNA töötlemine ja modifikatsioon (näiteks splicing), mille järel väljub valmis mRNA tuumapoore kaudu tsütoplasmasse translatsiooniks.
- Raku tsükliga seotud regulatsioon: tuum sisaldab paljusid valke, mis juhivad raku jagunemist ja kontrollivad DNA parandamist.
Tuuma roll raku jagunemisel ja kromosoomid
Tuuma sees paiknevad kromosoomid — DNA ja sellega seotud valkude kompleksid. Kui rakk jaguneb või valmistub jagunemiseks, kondenseeruvad kromosoomid nii, et need on nähtavad ka valgusmikroskoobi abil. Muudel aegadel on kromosoomid laiemalt laialivalgunud kujul ehk kromatiinina ning tuumas on sel ajal hästi nähtav nukleool. Kromosoomide korralik replitseerimine ja jagunemine on raku elujõulisuse seisukohalt kriitilise tähtsusega.
Transport tuuma ja tsütoplasma vahel
Tuumamembraanil paiknevad tuumapoorid reguleerivad makromolekulide liikumist: valgud ja ribosoomide alamühikud transporditakse tuuma sisse ja välja spetsiaalsete signaalide abil (nt nukleaarne lokaliseerimissignaal). mRNA ja teised RNP-kompleksid eksporditakse tuumapooride kaudu tsütoplasmasse, kus toimub valkude süntees.
Evolutsiooniline ja bioloogiline kontekst
Kõigi eukarüootsete organismide rakkudes on tuumad, sealhulgas paljudel ainuraksetel eukarüootidel. Bakterid ja arheoidid, kes on prokarüoodid, ei oma tuuma — nende DNA on vabas vormis tsütoplasmas. Ajalooliselt märgiti raku siseehitust juba varajases mikroskoopiauuringus: tuumade avastamisega seoses on mainitud Antonie van Leeuwenhoek’i 17. sajandil tehtud vaatlusi, hiljem määratles ja nimetas nucleus’i (tuum) ka teisi teadlasi 19. sajandil.
Kliiniline tähtsus
Tuuma struktuuri või transporti mõjutavad mutatsioonid võivad põhjustada haigusi. Näiteks muutused tuumaplaadi (lamin) valkudes toovad kaasa nn laminopaatiad (sh Hutchinson–Gilfordi progeria puhul), ning mõnede neurodegeneratiivsete haiguste ja vähitüüpide puhul on tuuma-import/eksport häiritud. Tuumafunktsioonide mõistmine on seega oluline nii raku bioloogia kui ka meditsiini seisukohalt.
Kokkuvõte
Raku tuum on eukarüootse raku keskne organell, mis kaitseb ja reguleerib pärilikkusainet ning koordineerib DNA replikatsiooni, RNA sünteesi ja ribosoomide biogeneesi. Kuigi prokarüoodid tuuma ei sisalda, on tuum eukarüootides hädavajalik rakulise geneetilise informatsiooni haldamiseks ja komplekssete raku protsesside reguleerimiseks.
Kudukultuuris olevad rakud, mida on värvitud sinise Hoechst värvainega DNA jaoks. Keskmine ja paremal asuv rakk on interfaasis, nii et nende tuumad on täielikult märgistatud. Vasakul on rakk läbimas mitoosi ja selle DNA on kondenseerunud, valmis jagunemiseks.
Tüüpilise loomse raku skeem 1.Nukleool 2.Tuuma 3.Ribosoomid 4.Vesikula 5.Karge endoplasmaatiline retikulum 6.Golgi aparaat 7.Tsütoskelett 8.Sileda endoplasmaatiline retikulum 9.Mitokondrium 10.Vakuool 11.Tsütosool 12.Lüsosoom 13.Sentriool 14.Rakumembraan
Eukarüootilise raku tuum. Siin on näha tuumakesta ribosoomidest koosnevat topeltmembraani, DNA-kompleksi ja nukleooli.
Tuumamembraan
Suured molekulid ei pääse läbi kahekihilise tuumamembraani. Siiski on olemas tuumapoorid. Need kontrollivad molekulide liikumist läbi membraani. Poorid läbivad mõlemad tuumamembraanid, moodustades kanali. Suuremad molekulid transporditakse aktiivselt kandevalkude abil, väikesed molekulid ja ioonid liiguvad vabalt. Suurte molekulide, näiteks valkude ja RNA liikumine läbi pooride on vajalik nii geeniekspressiooniks kui ka kromosoomide säilitamiseks.
Nucleolus
Tuuma sees on struktuur, mida nimetatakse nukleooliks. See on valmistatud nukleooli korralduspiirkonnas (NOR). See on kromosoomi piirkond, mille ümber moodustub nukleool. Nukleooluse sees valmistatakse ribosoomid. Need eksporditakse tuumapoorikomplekside kaudu tsütoplasmasse. Seal töötavad nad valkude ehitamiseks. Kui nad valmistavad membraanvalke, kinnituvad nad endoplasmavõrgustiku külge.
Küsimused ja vastused
K: Mis on rakutuuma?
V: Raku tuum on organell, mis sisaldab raku geene ja kontrollib raku kasvu ja paljunemist. Seda ümbritseb kahekihiline tuumamembraan ja see toimib raku juhtimiskeskusena.
K: Mida tuuma sisaldab?
V: Tuum sisaldab kromosoomi, milles asuvad DNA, valgud, RNA molekulid ja tuumaplaat.
K: Kes avastas rakutuuma?
V: Rakutuuma avastas esimesena Antonie van Leeuwenhoek 17. sajandil.
K: Kas kõik eukarüootsed organismid on ainuraksed?
V: Ei, mitte kõik eukarüootsed organismid ei ole ainuraksed. Paljud eukarüoodid on ainuraksed, kuid on ka palju mitmerakulisi eukarüoote.
K: Kas prokarüootidel on tuumad?
V: Ei, prokarüootidel, näiteks bakteritel ja arheoididel, ei ole rakkudes tuuma.
K: Mis toimub tuuma sees?
V: Tuuma sees leidub valke, RNA molekule, kromosoomi ja tuumakest. Tuumaribosoomides pannakse kokku ribosoomid, enne kui need viiakse tsütoplasmasse, kus nad tõlgivad mRNA-d valkudeks.
K: Millal saab kromosoomi valgusmikroskoobiga näha?
V: Kui rakk jaguneb või valmistub jagunemiseks, muutuvad selle kromosoomid valgusmikroskoobiga nähtavaks. Muudel aegadel, kui neid ei ole võimalik otse näha, siis on selle asemel nähtav nukleool.
Otsige