Ядро. Строение ядра. Строение хромосом. Функции ядра. Ядра

Ядро.
1. Строение ядра.
2. Строение хромосом.
3. Функции ядра.
Ядра имеются во всех эукариотических клетках, за исключением зрелых члеников
ситовидных трубок флоэмы и зрелых эритроцитов млекопитающих. У некоторых протистов, в
частности у Paramecium, имеется два ядра-микронуклеус и макронуклеус. Однако, как правило,
клетки содержат только одно ядро. При рассмотрении клеток ядра сразу бросаются в глаза, потому
что из всех клеточных органелл они самые крупные. По этой же причине именно они были
описаны первыми среди клеточных структур в ранних исследованиях со световым микроскопом.
Ядра имеют обычно шаровидную или яйцевидную форму; диаметр первых равен приблизительно
10 мкм, а длина вторых-20 мкм.
Ядро необходимо для жизни клетки, поскольку именно оно регулирует всю ее активность.
Связано это с тем, что ядро несет в себе генетическую (наследственную) информацию,
заключенную в ДНК. ДНК обладает способностью к репликации причем ее репликация
предшествует делению ядра так что дочерние ядра тоже получают ДНК. Деление ядра в свою
очередь предшествует клеточному делению, благодаря чему и у всех дочерних клеток имеются
ядра. Ядро окружено ядерной оболочкой и содержит хроматин, ядрышко (или несколько
ядрышек) и нуклеоплазму (кареоплазму).
В световом микроскопе мембрана, окружающая ядро, представляется одинарной, поэтому в
свое время ее назвали ядерной мембраной. Позже, однако выяснилось, что это ядерная
оболочка, состоящая из двух мембран. Наружная переходит непосредственно в
эндоплазматический ретикулум (ЭР), как это показано на рис. 7.3 и 7.4 и, подобно ЭР, может быть
усеяна рибосомами, в которых идет синтезе белка. Ядерная оболочка пронизана ядерными
порами (рис. 7.5). Они особенно заметны на препаратах, полученных методом замораживания травления (рис. 7.15). Через ядерные поры происходит обмен различными веществами между
ядром и цитоплазмой, например выход в цитоплазму матричной РНК (мРНК) и рибосомных
субчастиц или поступление в ядро рибосомных белков, нуклеотидов и молекул, регулирующих
активность ДНК. Поры имеют определенную структуру, представляющую собой результат
слияния наружной и внутренней мембран ядерной оболочки. Эта структура регулирует
прохождение молекул через пору-Содержимое ядра представляет собой гелеобразный матрикс,
называемый нуклеоплазмой или ядерным соком, в котором располагаются хроматин и одно или
несколько ядрышек. Нуклеоплазма содержит различные химические вещества, такие, как ионы,
белки (в том числе ферменты) и нуклеотиды либо в виде истинного, либо в виде коллоидного
раствора.
Хроматин состоит из многих витков ДНК, присоединенных к гистонам - белкам основной
природы, содержащими большое количество лизина и аргенина. Гистоны и ДНК объединены в
структуры, по виду напоминающие бусины; их называют нуклеосомами.
Слово «хроматин» в переводе означает «окрашенный материал», и назван был так
хроматин потому, что он легко окрашивается при подготовке к исследованию с помощью
светового микроскопа. Во время деления ядра хроматин окрашивается интенсивнее, а значит,
становится и более заметным, что объясняется его конденсацией-образованием более туго
скрученных (спирализованных) нитей, которые называются хромосомами. В интерфазе (период
между двумя делениями ядра) хроматин переходит в более диспергированное состояние. Часть
его, однако, остается плотно спирализованной и по-прежнему интенсивно окрашивается. Эту
часть называют гетерохроматином; гетерохроматин имеет вид характерных темных пятен,
располагающихся обычно ближе к оболочке ядра (рис. 7.4-7.6). Остальной, более рыхло
спирализованный хроматин, локализующийся ближе к центру ядра, называется эухроматином.
Отдельные нити эухроматина слишком тонки, чтобы их можно было разглядеть в световом
микроскопе. Предполагается, что в них сосредоточена та ДНК, которая в интерфазе генетически
активна. Если это так, то в клетках, в которых экспрессируется много разных генов (например, в
клетках печени), должно обнаруживаться больше эухроматина и меньше гетерохроматина, чем в
клетках, где экспрессируется мало генов (например, в клетках, секретирующих слизь).
Ядрышко-это находящаяся внутри ядра хорошо заметная округлая структура, в которой
происходит синтез рибосомной РНК (рис. 7.5). В ядре может быть одно или несколько ядрышек.
Ядрышко интенсивно окрашивается, потому что оно содержит большое количество ДНК и РНК. В
ядрышке имеется особая область плотная, с фибриллярной консистенцией, - в которой
располагаются рядом участки нескольких различных хромосом. Такие участки ДНК называют
ядрышковыми организаторами; в них содержатся большое число копий генов кодирующих
рибосомную РНК. В профазе (ранней стадии клеточного деления) материал ядрышка диспергируется, и оно становится невидимым, а во время телофазы (окончание клеточного деления)
под влиянием организаторов вновь возникают ядрышки.
Центральную область ядрышка окружает менее плотная периферическая область,
содержащая гранулы, где начинается свертывание рибосомной РНК и где идет сборка рибосом.
Завершается эта сборка в цитоплазме. Между гранулами видны рыхло упакованные фибриллы
хроматина.
Строение хромосом. В делящихся клетках нити ДНК сильно спирализуется,
укорачиваются и приобретают компактные размеры и форму. Хромосомой называют
самостоятельные ядерные структуры, имеющие плечи и первичную перетяжку. Форма хромосом
зависит от положения так называемой первичной перетяжки, или центромеры, - области, к
которой во время деления клетки (митоза) прикрепляются нити веретена деления. Центромера
делит хромосому на два плеча. Расположение центромеры определяет три основных типа
хромосом:
1) равноплечие – с плечами равной или почти равной длины;
2) неравноплечие – с плечами неравной длины
3) палочковидные – с одним длинным и вторым очень коротким плечом.
4) точечные – с очень короткими плечами.
Изучение хромосом позволило установить следующие факты.
1. Во всех соматических клетках любого растительного или животного организма число
хромосом одинаково.
2. Половые клетки всегда содержат вдвое меньше хромосом, чем соматические клетки
данного вида организма.
3. У всех организмов, относящихся к одному виду, число хромосом в клетках одинаково.
Число хромосом не зависит от уровня организации и не всегда указывает на родство: одно
и то же число их может быть у очень далеких друг от друга систематических групп и может
сильно отличаться у близких по происхождению видов.
Таким образом, само по себе число хромосом не является видоспецифическим признаком.
Однако характеристика хромосомного набора в целом видоспецифична, т. е. свойственна только
одному какому-то виду организмов растений или животных.
Совокупность количественных (число и размеры) и качественных (форма) признаков
хромосомного набора соматической клетки называют кариотипом (рис. 5.16).
Число хромосом в кариотипе большинства видов зкивых организмов четное. Это
объясняется тем, что в соматических клетках находятся две одинаковые по форме и размеру хромосомы — одна из отцовского организма, вторая — из материнского. Хромосомы, одинаковые по
форме и размеру и несущие одинаковые гены, называют гомологичными. Хромосомный набор
соматической клетки, в котором каждая хромосома имеет себе пару, носит название двойного или
диплоидного и обозначается 2п. Количество ДНК, соответствующее диплоидному набору
хромосом, обозначают Зс.
Из каждой пары гомологичных хромосом в половые клетки попадает только одна, и
поэтому хромосомный набор гамет называют одинарным или гаплоидным. Кариотип таких клеток
обозначается как Inlc.
После завершения деления клетки хромосомы деспирализуются, и в ядрах образовавшихся
дочерних клеток снова образуются тонкие нити хроматина.
Функции ядра. Хранение и воспроизведения генетической информации
Регуляция процессов обмена веществ, протекающих в клетке.