Fő tartalom

Tantárgy/kurzus: Biológia > 6. témakör

2. lecke: Prokarióta és eukarióta sejtek

A sejtmag és a riboszómák

A sejt nukleuszának (sejtmagjának) és riboszómáinak szerkezete és funkciói. Együttműködésük a fehérjék előállítása során.

Bevezetés

Tegyük fel, hogy értékes információ van a birtokodban. Képzeld el, hogy ez az információ egy tervrajz. Valójában ez nem csak egy ház, autó vagy akár szuper titkos vadászgép tervrajza. Ez bizony egy egész élőlénynek – mint amilyen te vagy – a leírása, amely nem csak azt mutatja meg, hogy hogyan épülsz fel, hanem azokat az információkat is tartalmazza, amelyek a sejtjeid működéséhez szükségesek minden pillanatban.

Fontosnak hangzik, ugye? Valószínűleg egy ennyire értékes információt biztos helyen szeretnél tárolni, talán egy védett széfben, ahol rajta tarthatod a szemedet. Nos az eukarióta sejtek pontosan ezt teszik a genetikai anyagukkal: egy membrán által körbevett tárolóban tartják, amelyet sejtmagnak hívnak.

Az eukarióta sejtek DNS-e sosem hagyja el a sejtmagot, helyette RNS-molekulákká íródik át (lemásolódik), amelyek aztán kijuthatnak a sejtmagból. A sejtplazmában egyes RNS-molekulák úgynevezett riboszómákkal kapcsolódnak össze, és a fehérjék szintézisét irányítják. (Más RNS-molekulák a sejt működésében segítenek, például a riboszómák szerkezeti elemeiként vagy a génaktivitás szabályozásával.) Ebben a részben a sejtmag és a riboszómák szerkezetével foglalkozunk részletesebben.

A legtöbb sejtnek egyetlen sejtmagja van, kivéve néhány sejttípust. Például a bicepszet vagy a combizmot alkotó vázizomsejtek sokmagvú sejtek (vagyis több sejtmagjuk van).

De hogyan jutottak ahhoz a sok sejtmaghoz? Fejlődésük során több elősejt (prekurzor sejt) egyesült, hogy egyetlen vázizomsejtet alkossanak. Mindegyik egy sejtmaggal járult hozzá a vázizomsejthez, így lett a végső sejt sokmagvú.

A sejtmag

A sejtmag (vagy nukleusz) tartalmazza a sejt genetikai anyagát, vagyis DNS-ét, és itt szintetizálódnak a riboszómák is, amelyek a sejt fehérje-összeszerelő masinái. A sejtmagban a kromatin (fehérjékre tekeredett DNS, részletesebb leírás alább) egy zselészerű anyagban, a magplazmában (vagy nukleoplazmában) található.

A magplazmát a maghártya határolja, amely két membránból: egy külső és egy belső membránból áll. Mindegyik membránt két réteg foszfolipid építi fel úgy, hogy a foszfolipidek farki része egymás felé, befelé néz (foszfolipid kettősréteget alkotva). Van egy vékony rés a maghártya két membránja között, és ez a rés közvetlenül kapcsolódik egy másik membránnal határolt sejtalkotó, az endoplazmás retikulum belsejéhez.

A magpórusok a maghártyán található apró csatornák, amelyek lehetővé teszik az anyagok be- és kilépését a sejtmagba. Mindegyik pórust egy csapat fehérje, a magpóruskomplex béleli, amely meghatározza, melyik molekulák mehetnek ki és be.

Ha egy sejtmagról készült mikroszkópos képet nézel, a sejtfestéshez használt festéktől függően felfedezhetsz egy sötét foltot a sejtmagban. Ezt a sötéten festődő részt sejtmagvacskának (vagy nukleólusznak) hívják, és itt történik az új riboszómák összeszerelése.

Hogy készülnek a riboszómák? Néhány kromoszómán vannak olyan DNS-szakaszok, amelyek riboszómális RNS-t kódolnak. Ezek a strukturális RNS-ek csoportjába tartoznak és fehérjékkel együtt alkotják a riboszómákat. A sejtmagvacskában az új riboszómális RNS fehérjékkel egyesül, létrehozva a riboszóma alegységeit. Az újonnan szintetizált alegységek a maghártya pórusain keresztül a sejtplazmába jutnak, ahol a feladatukat teljesítik.

Bizonyos sejttípusok sejtmagjában egynél több sejtmagvacska található. Például egyes egérsejtek akár

6

sejtmagvacskát is tartalmazhatnak

^{1}

. A prokariótáknak nincs se sejtmagjuk, se sejtmagvacskájuk, és a riboszómáik a sejtplazmában készülnek.

Daganatok esetén a sejtek kontrollálatlanul, túlzott mértékben osztódnak, és ezzel a daganatot hoznak létre. Számos rosszindulatú daganat esetén megnövekedett sejtmagvacska méret és aktivitás figyelhető meg. A daganatos sejtekben a nagyobb sejtmagvacska összefügg a rosszabb kimenetellel (agresszívabb, nehezen gyógyítható daganatok). A rákos sejtek nagyobb sejtmagvacskája hozzájárulhat a sejtek gyors osztódásához

^{2, 3}

A kromoszómák és a DNS

Most, hogy megismertük a sejtmag szerkezetét, vessünk egy közelebbi pillantást a benne tárolt genetikai információra: a DNS-re. Egy élőlény DNS-ének nagy része egy vagy több kromoszómába szerveződik, melyek mindegyike egy nagyon hosszú DNS-láncot vagy -hurkot tartalmaz. Egyetlen kromoszóma számos, különböző gént hordozhat.

Prokariótákban a DNS jellemzően egyetlen, cirkuláris kromoszómába rendeződik (gyűrűbe). Ezzel szemben az eukariótákban a kromoszómák lineáris struktúrák (láncdarabok). Minden eukarióta fajnál meghatározott számú kromoszóma található a sejtek sejtmagjában. Például az ember egy testi sejtjében jellemzően

46

kromoszóma található, míg egy ecetmuslica hasonló sejtjében

8

A kromoszómák csak akkor láthatók különálló elemekként, amikor a sejt felkészül az osztódásra. Amikor a sejt a növekedés és fenntartás fázisában van, a kromoszómák inkább egy kupac kibomlott gombolyagra emlékeztetnek. Ebben az állapotban a DNS-hez hozzáférnek azok az enzimek, amelyek RNS-sé írják át, így a genetikai információ kifejeződhet (expresszálódhat).

A kromoszómák DNS-láncai mind laza, mind tömörített formájukban strukturális fehérjékhez kapcsolódnak, köztük a hisztonok nevű fehérjecsalád tagjaihoz (lásd az alábbi képen). Ezek a DNS-hez kapcsolódó fehérjék segítenek abban, hogy a DNS elférjen a sejtmagban, továbbá szerepet játszanak annak meghatározásában, hogy melyik gének aktívak vagy inaktívak. A DNS és az ahhoz kapcsolódó strukturális fehérjék alkotta komplexet hívják kromatinnak. Többet is megtudhatsz a DNS-ről, kromatinról és a kromoszómákról a DNS és kromoszómák tananyagban.

Hogy képet kapj arról, mennyire fontos a DNS tömörítése, gondolj bele, hogy egy tipikus emberi sejt DNS-e kiterített állapotban körülbelül

2

méter lenne. A teljes

2

méternyi DNS belepréselődik az aprócska sejtmagba, aminek az átmérője csupán

0,006

mm. Ez a mutatvány arányaiban megegyezik azzal, mintha egy

40

km hosszú, rendkívül finom fonalat gyömöszölnénk bele egy teniszlabdába

^{4}

A riboszómák

Mint már említettük, a riboszómák a fehérjék szintéziséért felelős molekuláris gépezetek. Egy riboszóma RNS-ből és fehérjékből épül fel, és minden riboszóma két külön RNS-fehérje komplexből áll, melyeket nagy és kis alegységnek hívnak. A riboszóma nagy alegysége a kis alegység tetején ül, és a kettő között, mint egy szendvicsben található az átíródó RNS (RNS-templát). (A riboszóma egy kicsit olyan, mint egy hamburger egy nagy bucival a tetején és egy RNS-pogácsával a közepén)

Az eukariótákban a riboszómák a sejtmagból kapják az utasítást a fehérjék szintézisére, ahol az egyes DNS-szakaszok (gének) hírvivő RNS-sé (messenger RNS, vagy röviden mRNS) íródnak át (ezt hívják transzkripciónak). Az mRNS a riboszómához vándorol, ami az mRNS-ben tárolt információ segítségével egy meghatározott aminosav-sorrendű fehérjét hoz létre. Ezt a folyamatot hívják transzlációnak. A prokariótákban nincsen sejtmag, így az mRNS-ek a sejtplazmában képződnek, és azonnal megkezdődhet a riboszómák általi transzláció is.

Eukariótákban a riboszómák vagy szabadon vannak jelen – vagyis a sejtplazmában úszkálnak – vagy kötött állapotban, vagyis az endoplazmás retikulumon vagy a maghártya külsején. (A tananyag első ábráján a piros pöttyök a kötött riboszómákat ábrázolják; a kötött riboszómákat tartalmazó endoplazmás retikulumot hívják durva felszínű endoplazmás retikulumnak.)

Mivel a fehérjeszintézis egy nélkülözhetetlen sejtfunkció, a riboszómák gyakorlatilag a többsejtű élőlények minden sejttípusában, azon kívül a prokariótákban, mint pl. a baktériumokban is megtalálhatók. Azonban az eukarióta sejtek, amelyek fehérjeszintézisre specializálódtak, különösen sok riboszómát tartalmaznak. Például a hasnyálmirigy számos emésztőenzimet termel és választ el, így a hasnyálmirigy enzimtermelő sejtjei szokatlanul sok riboszómát tartalmaznak.

Egy utolsó érdekesség: a riboszómák fontosságát bizonyítja, hogy 2009-ben a kémiai Nobel-díjat három olyan kutató kapta meg, akik a riboszómák struktúráját és mozgását térképezték fel egészen az egyes atomok szintjéig úgynevezett röntgen krisztallográfia segítségével

^{5}

Források:

Ez a tananyag az “Eukaryotic cells”; OpenStax College, Biology (CC BY 3,0) módosított változata. Az eredeti cikk ingyenesen letölthető a http://cnx.org/contents/185cbf87-c72e-48f5-b51e-f14f21b5eabd@9,85:18/Biology címen.

A módosított cikket a CC BY-NC-SA 4.0 licenc által engedélyezték.

Idézett munkák:

Shea, J. R. és Leblond, C. P. (2005). Number of nucleoli in various cell types of the mouse. Journal of Morphology, 119(4), 425-433. http://dx.doi.org/10,1002/jmor.1051190404.
Derenzini, M., Montanaro, L., és Treré, D. (2008). What the nucleolus says to a tumour pathologist. Histopathology, 54(6), 753-762. http://dx.doi.org/10,1111/j.1365-2559,2008.03168.x.
Montanaro, L., Treré, D., és Derenzini, M. (2008). Nucleolus, ribosomes, and cancer. Am. J. Pathol., 173(2), 301-310. http://dx.doi.org/10,2353/ajpath.2008,070752.
Alberts, B. Johnson, A., Lewis, J., Raff, M. Roberts, K., és Walter, P. (2002). Chromosomal DNA and its packaging in the chromatin fiber. In Molecular biology of the cell (4. kiadás.). New York, NY: Garland Science. Hozzáférés a http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26834/ oldalon.
The Nobel prize in chemistry 2009 - Press release. (2014). In Nobelprize.org. Hozzáférés a http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2009/press.html oldalon.

További hivatkozások:

Chromosome. (2015, July 29). Hozzáférés dátuma: 2015.08.10: Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Chromosome.

Cooper, G. M. és Husman, R. E. (2004). Protein sorting and transport. The cell: a molecular approach (3. kiadás., 355–97. oldal). Washington, D.C.: ASM Press.

Szeretnél részt venni a beszélgetésben?

Jelentkezz be

Rendezés:

Még nincs hozzászólás.

Tudsz angolul? Kattints ide, ha meg szeretnéd nézni, milyen beszélgetések folynak a Khan Academy angol nyelvű oldalán.