Биология клеток живых организмов изучает прокариотов, не имеющих ядра (nucleus, core). Для каких организмов характерно наличие ядра? Нуклеус — это центральный органоид эукариотов….
Важно! Основной функцией клеточного ядра является хранение и передача наследственной информации.
Структура
Что такое ядро? Из каких частей состоит ядро? Нижеперечисленные компоненты входят в состав нуклеуса:
- Ядерная оболочка,
- Нуклеоплазма,
- Кариоматрикс,
- Хроматин,
- Нуклеолы.
Компоненты ядра
Ядерная оболочка
Кариолемма состоит из двух прослоек — наружной и внутренней, разделенных перинуклеарной полостью. Внешняя мембрана сообщается с шероховатыми эндоплазматическими канальцами. Ко внутренней оболочке прикрепляются фибриллярные протеины основы ядерного вещества. Между мембранами находится перинуклеарная полость, сформированная взаимным отталкиванием ионизированных органических молекул с аналогичными зарядами.
Кариолемма пронизана системой отверстий — пор, образованных белковыми молекулами. Через них рибосомы— структуры, в которых происходит синтез протеинов, а также оповестительные РНК проникают в цитоплазматическую сеть.
Межмембранные поры являются канальцами, заполненными водой. Их стенки сформированы специфическими белками — нуклеопоринами. Диаметр отверстия позволяет цитоплазме и содержимому ядра обмениваться мелкими молекулами. Нуклеиновые кислоты, а также высокомолекулярные белки не способны самостоятельно перетекать из одной части клетки в другую. Для этого существуют специальные транспортные протеины, активизация которых протекает с энергетическими затратами.
Высокомолекулярные соединения перемещаются через поры при помощи кариоферинов. Те, что транспортируют вещества из цитоплазмы в ядро, называются импортинами. Передвижение в обратном направлении осуществляют экспортины. В какой части ядра находится молекула РНК? Она путешествует по всей клетке.
Важно! Высокомолекулярные вещества не могут самостоятельно проникать через поры из ядра в клетку и обратно.
Нуклеоплазма
Представлена кариоплазмой — гелеобразной массой, находящейся внутри двухслойной оболочки. В отличие от цитоплазмы, где ph >,7, внутри ядра среда кислая. Основными веществами, которые входят в состав нуклеоплазмы являются нуклеотиды, белки, катионы, РНК, ДНК, H2O.
Кариоматрикс
Какие компоненты входят в основу ядра? Она сформирована фибриллярными белками трехмерной структуры — ламинами. Играет роль скелета, препятствуя деформации органоида при механических воздействиях.
Хроматин
Это главное вещество, представленное совокупностью хромосом, часть из которых находится в активированном состоянии. Остальные упакованы в уплотненные глыбки. Их раскрытие происходит во время деления. В какой части ядра находится молекула, известная нам, как ДНК? Хромосомы состоят из генов, представляющих собой части молекулы ДНК. В них закреплена информация, передающая новым генерациям клеток наследственные признаки. Следовательно, в этой части ядра находится молекула ДНК.
В биологии выделяют следующие типы хроматина:
- Эухроматин. Представляется нитевидными, деспирализированными, неокрашиваемыми образованиями. Существует в покоящемся ядре в период интерфазы между циклами деления клетки.
- Гетерохроматин. Не активизированные спирализованные, легко окрашивающиеся участки хромосом.
Нуклеолы
Ядрышко — наиболее уплотненная структура из входящих в состав нуклеуса. Оно обладает, преимущественно округлыми формами, однако, имеются сегментированные, как у лейкоцитов. Ядро клетки некоторых организмов нуклеол не имеют. В других нуклеусах их может быть несколько. Вещество ядрышек представлено гранулами, являющимися субъединицами рибосом, а также фибриллами, представляющими собой молекулы РНК.
Ядрышко: строение и функции
Нуклеолы представлены нижеперечисленными структурными типами:
- Ретикулярный. Типичный для большинства клеток. Отличается высокой концентрацией уплотненных фибрилл и гранул.
- Компактный. Характеризуется множественностью фибриллярных скоплений. Встречается в делящихся клетках.
- Кольцеобразный. Характерен для лимфоцитов и соединительнотканных целл.
- Остаточный. Преобладает в клетках, где процесс деления не происходит.
- Обособленный. Все составляющие нуклеолы разделены, пластические действия невозможны.
Функции
Какую функцию выполняет ядро? Нуклеусу характерны следующие обязанности:
- Хранение генетической информации,
- Передача наследственных признаков,
- Размножение,
- Запрограммированная гибель.
Хранение генетической информации
Генетические коды хранятся в хромосомах. Они отличаются формой и размерами. Особи разного вида имеют неодинаковое количество хромосом. Комплекс признаков, характерный для хранилищ наследственной информации данного вида называют кариотипом.
Важно! Кариотип — это комплекс признаков, характерный для хромосомного состава организмов данного вида.
Различают гаплоидную, диплоидную, полиплоидную совокупность хромосом.
Клетки тела человека содержат 23 разновидности хромосом. В яйцеклетке и спермии содержится гаплоидный, то есть, одинарный их набор. При оплодотворении хранилища обоих клеток объединяются, образуя двойной — диплоидный комплект. Клеткам культурных растений присущ триплоидный или тетраплоидный кариотип.
Хранение генетической информации
Передача наследственных признаков
Какие процессы жизнедеятельности происходят в ядре? Генная кодировка передается в процессе считывания информации, результатом которой является образование матричной (информационной) РНК. Экспортины выводят рибонуклеиновую кислоту через нуклеарные поры в цитоплазму. Рибосомы используют генетические коды для синтеза необходимых организму белков.
Важно! Синтез белков происходит в цитоплазматических рибосомах на основании закодированной генетической информации, доставленной информационной РНК.
Размножение
Прокариоты размножаются просто. Бактерии обладают единственной молекулой ДНК. В процессе деления она копирует саму себя, прикрепляясь ко клеточной оболочке. Мембрана врастает между двумя соединениями и образуются два новых организма.
У эукариотов различают амитоз, митоз и мейоз:
- Амитоз. Деление ядра происходит без дробления клетки. Образуются двухъядерные целлы. При следующем делении возможно возникновение полинуклеарных образований. Для каких организмов характерно такое размножение? Ему подвержены стареющие, нежизнеспособные, а также опухолевые клетки. В некоторых ситуациях амитотическое деление с образованием нормальных клеток происходит в роговице, печени, хрящевых текстурах, а также тканях некоторых растений.
- Митоз. В этом случае деление ядра начинается его разрушением. Образуется веретено дробления, при помощи которого парные хромосомы разводятся по разным концам клетки. Происходит репликация носителей наследственности, после чего формируются два ядра. После этого веретено деления демонтируется, формируется ядерная оболочка, которая разделяет одну клетку на две.
- Мейоз. Сложный процесс, при котором деление ядра происходит без удвоения разошедшихся хромосом. Характерен для образования половых клеток — гамет, имеющих гаплоидный набор носителей наследственности.
Митоз
Запрограммированная гибель
Генетическая информация предусматривает продолжительность жизни клетки, и по истечении отведенного времени запускает процесс апоптоза (греч. — листопад). Хроматин конденсируется, ядерная мембрана разрушается. Целла распадается на фрагменты, ограничивающиеся плазматической оболочкой. Апоптотические тельца, минуя стадию воспаления, поглощаются макрофагами, либо соседними клетками.
Для наглядности строение ядра и функции, выполняемые его частями представлены таблицей
| Элемент ядра | Особенности строения | Выполняемые функции |
| Оболочка | Двухслойная мембрана | Разграничение содержимого нуклеуса и цитоплазмы |
| Поры | Отверстия в оболочке | Экспорт — импорт РНК |
| Нуклеоплазма | Гелеобразная консистенция | Среда для биохимических превращений |
| Кариоматрикс | Фибриллярные белки | Поддержка структуры, защита от деформирования |
| Хроматин | Эухроматин, гетерохроматин | Хранение генетической информации |
| Нуклеола | Фибриллы и гранулы | Выработка рибосом |
Внешний вид
Форма определяется конфигурацией мембраны. Отмечают нижеперечисленные виды ядер:
- Круглая. Наиболее часто встречаемая. Например, большую часть лимфоцита занимает нуклеус.
- Вытянутая. Подковообразное nucleus находят у несозревшего нейтрофила.
- Сегментированная. В оболочке формируются перегородки. Образуются привязанные друг к другу сегменты, такие как у зрелого нейтрофила.
- Разветвленная. Обнаруживается в ядрах клеток членистоногих.
Количество ядер
В зависимости от выполняемых функций, целлы могут обладать одним или несколькими ядрами либо не иметь их вообще. Различают следующие виды клеток:
- Безъядерные. Форменные компоненты крови высших животных — эритроциты, тромбоциты являются переносчиками важных веществ. Чтобы освободить место для гемоглобина или фибриногена костный мозг вырабатывает эти элементы безъядерными. Они не способны делиться и по прохождении запрограммированного времени отмирают.
- Одноядерные. Таково большинство клеток живых организмов.
- Бинуклеарные. Печёночные гепатоциты выполняют двойную функцию — детоксикационную и производственную. Синтезируется гем, необходимый для выработки гемоглобина. Для этих целей необходимы два ядра.
- Многоядерные. Миоциты мышц выполняют колоссальный объем работы, для ее выполнения необходимы дополнительные ядра. По этой же причине полинуклеарностью отличаются клетки покрытосеменных растений.
Хромосомные патологии
Многие болезни являются следствием нарушения связаны с нарушениями хромосомного состава. Наиболее известны нижеперечисленные симптомокомплексы:
- Дауна. Вызван наличием лишней двадцать первой хромосомой (трисомия).
- Эдвардса. Присутствует лишняя восемнадцатая хромосома.
- Патау. Трисомия 13.
- Тернера. Не достает хромосомы Х.
- Клайнфелтера. Характеризуется лишними X либо Y-хромосомами.
Недуги, вызванные разладом в функционировании составных частей ядра не всегда связаны с хромосомными аномалиями. Мутации, которые влияют на отдельные белки ядра вызывают следующие заболевания:
- Ламинопатия. Проявляется преждевременным старением.
- Аутоиммунные заболевания. Красная волчанка — диффузное поражение соединительнотканных текстур, рассеянный склероз — разрушение миелиновых оболочек нервов.
Важно! Хромосомные аномалии приводят к тяжелым заболеваниям.
Строение ядра
Биология в картинках: Строение и функции ядра
Вывод
Клеточное ядро отличается сложным строением и выполняет жизненно важные функции.Оно является хранилищем и передатчиком наследственной информации, руководит синтезом белков и процессами деления клеток. Хромосомные аномалии являются причинами тяжелых заболеваний.