Rakutuum ehk tuum leidub nn eukarüootide (tuumaga elusorganismid) igas rakus. See eraldatakse tsütoplasmast, rakus olevast vedelast ainest membraaniga, kuid on võimeline selektiivseks mass kanduda koos tsütoplasmaga läbi tuumapooride tuumamembraanis. Tuum koos selle sisaldusega kromatiin (DNA pluss muu valgud), toimib lahtri juhtimiskeskusena.
Mis on tuum?
Tuum on organell, mis esineb (peaaegu) kõigis kõrgemate organismide rakkudes. Tuumadega elusolendeid nimetatakse eukarüootideks. Tuumad toimivad raku juhtimis- või juhtimiskeskusena ja sisaldavad kogu pärilikku teavet, välja arvatud pärilik teave mitokondrid, millel on oma DNA. Geneetiline teave on olemas nn kromatiin, mis koosneb topeltheeliksi kiududest ja teatud valgud. Tuuma ja raku jagunemisfaasis korrastavad filamendid end kromosoomid. Võrreldes tsütoplasmaga, raku sisemusega, eraldab tavaliselt sfääriline tuum kahekihiline lipiidid. Kuna tuum peab olema selektiivne mass ülekanne koos tsütoplasmaga on tuumamembraan ristunud nn tuumapooridega, mille kaudu toimub selektiivne massiülekanne. Ligikaudu tuuma keskel asub tuumakeha (nucleolus), mis kopeerib geenidelt valgu kokkupaneku juhised nn mRNA ja tRNA-na. MRNA ja tRNA viiakse praktiliselt läbi tuumapooride ribosoomid tsütoplasmas ehitamisjuhistena valgud.
Anatoomia ja struktuur
Tuumad, mis on tavaliselt sfäärilise kujuga, eraldatakse raku tsütoplasmast tuumamembraaniga. Imetajatel ulatub tuuma läbimõõt 5 kuni 16 µm. Ligikaudu 35 nm paksune tuumamembraan koosneb kahekihilisest lipiidid ja on peaaegu vett läbilaskmatu lahendused hüdrofoobsete omaduste tõttu. The rakumembraan sisaldab umbes 2,000 tuumapoori, mille kaudu toimub selektiivne, kahepoolne ainevahetus. Membraani välimine külg sulandub karmiks endoplasmaatiliseks retikulumiks, samas kui membraani sisekülg on vooderdatud mikrokiudude kihiga, mis tagavad membraanile stabiilsuse ja moodustavad selge piiri kromatiin. Kromatiin on tuuma sisemuse põhikomponent ja see koosneb korrastamata kromatiini kiududest, mis sisaldavad DNA-d ja muid valke ning paigutavad end liigispetsiifilisteks kromosoomid enne tuuma ja rakkude jagunemist. Ligikaudu tuuma keskel asub tuumakeha (nucleolus), mis koosneb ribosomaalse RNA konglomeraadist.
Funktsioon ja ülesanded
Tuuma põhiülesanded on kogu organismi geneetilise teabe salvestamine ja raku ainevahetusprotsesside, sealhulgas tuuma- ja rakujagunemise kontrollimine kasvuprotsesside ajal. Ainevahetusprotsesside juhtimine toimub vastavalt tuumale sel eesmärgil kättesaadavatele geneetilistele juhistele. Kogu organismi geneetiline teave asub rakutuumas kromatiinfilamentide kujul. Kõigi esinevate koetüüpide rakutuumad sisaldavad alati kogu organismi kavandit, välja arvatud mitokondrid, raku elektrijaamad. The mitokondrid sisaldavad oma DNA-d ja on tuuma juhtimiskeskusest sõltumatud. Tuum võib DNA järjestusi selektiivselt oma tuumakeha abil paljundada või transkribeerida ja transportida need läbi tuumapooride tsütoplasmasse, kus ribosoomid RNA järjestused muudetakse proteiinide ehitamiseks “päris” aminohapete järjestusteks. Rakkude jagunemise ülesande kontrollimiseks põhjustab tuum kromatiinfilamentide kogunemist liigispetsiifiliseks kromosoomid enne jagunemist. See hõlbustab DNA jaotamist tütarrakku ja geene saab paremini koos hoida, kuna tuumamembraan lahustub jagunemisfaasis, seega pole praktiliselt ühtegi äratuntavat tuuma alles. Pärast jagunemisfaasi lõppu tekib endoplasmaatilisel retikulumil taas tuumamembraan ja kromosoomide struktuur lahustub. Pärilik teave on nüüd tuumale valikuliselt kromatiinfilamentide kujul kättesaadav.
Haigused ja häired
Tuumast pärinevad talitlushäired võivad põhjustada tõsiseid tagajärgi tervis probleemid. Spetsiifilised sümptomid võivad olla otseselt või kaudselt seotud rakutuuma talitlushäiretega. Teatudel pärilikel geneetilistel defektidel põhinev mitokondriopaatia avaldub esialgu selles, et üks või mitu rakutuumas kodeeritud valku, mis kanaliseeritakse tuumapooride kaudu mitokondritesse, viima talitlushäirete tekkeks mitokondrites. Mitokondriopaatia võib viima tõsiste probleemide lahendamiseks isegi noores eas, kuna mitokondrite kaudu on energiavarustus halvenenud. See on vähem tõeline tõrge kodeerimisel ja pigem muteeritud DNA järjestuse vigane "juhendamine". Teine haiguste rühm, mille põhjustavad geneetilised defektid ja mis on tuntud kui Hutchinsoni-Gilfordi sündroom (HGPS), on tingitud asjaolust, et teatud valk, mis tagab tuumamembraanile stabiilsuse, on valesti kodeeritud. See viib rakutuuma deformatsioonideni, millel on tõsised tagajärjed. Kõik teadaolevad HGPS-i vormid käivitavad dramaatiliselt kiirenenud vananemisprotsessi, nii et keskmine eeldatav eluiga on ainult umbes 14 aastat. Äärmiselt haruldase HGPS-i käivitab geen defektid ja viib seejärel tuumamembraani otseste talitlushäireteni. Ühendab Saksa-Belgia uurimisrühm amüotroofiline lateraalskleroos (ALS) ja frontotemporaalne dementsus (FTD) valgu TDP-43 rike, mis tavaliselt mängib rolli valgu kodeerimisel tuumas. Uurimisrühm leidis, et TD-43 ladestub tuumast väljapoole ja ei saa enam tuuma pooride kaudu tuumasse siseneda, mis takistab tal seal oma funktsiooni täitmast.
