Строение и функции ядра

Мы продолжаем знакомство со строением эукариотической клетки. В переводе с древнегреческого «карион» означает ядро. То есть эукариотические клетки, это клетки, которые содержат ядро.

В 1831 году английский ботаник Роберт Броун впервые описал ядро растительной клетки, а в 1833 году установил, что ядро является обязательным органоидом клетки растения. Ядро − это центр управления клеткой.

Оно содержится практически во всех клетках многоклеточных организмов за исключением красных кровяных телец – клеток крови – эритроцитов и кровяных пластинок тромбоцитов, они лишены ядра.

Не имеют оформленного ядра и одноклеточные бактерии, по этой причине их называют прокариотами. То есть доядерные одноклеточные живые организмы.

Ядро необходимо для осуществления двух важных функций:

1 функция: это деление клетки, при котором образуются подобные материнской − новые клетки.

И 2 функция: регуляция всех процессов белкового синтеза, обмена веществ и энергии, идущих в клетках.

В большинстве клеток ядро шаровидное или овальное. Однако встречаются ядра и другой формы (ветвистые, палочковидные, лопастные, чётковидные, подковообразные и другие.). Размеры ядер колеблются в широких пределах − от 3 до 25 мкм.

Наиболее крупным ядром обладает яйцеклетка.

Большинство клеток человека имеют одно ядро, но существуют также двухъядерные и многоядерные клетки (например, волокна поперечно-полосатых мышц).

Одноклеточный организм инфузория туфелька так же содержит два ядра.

Рассмотрим строение ядра подробнее.

От цитоплазмы оно отделено двойной мембраной. Которая состоит из наружной и внутренней мембраны.

Пространство между наружной и внутренней мембранами оболочки клеточного ядра – перинуклеарное пространство, заполнено полужидким веществом.

В некоторых местах мембраны сливаются друг с другом, образуя поры, через которые происходит обмен веществ между ядром и цитоплазмой.

Из ядра в цитоплазму транспортируются в основном разные виды РНК. В частности, матричная РНК, которая синтезируется в ядре на основе ДНК.

А из цитоплазмы в ядро поступают все ферменты, необходимые для синтеза РНК.

Наружная ядерная мембрана со стороны, обращённой в цитоплазму, покрыта рибосомами, придающими ей шероховатость, внутренняя мембрана гладкая.

Ядерные мембраны являются частью мембранной системы клетки: выросты наружной ядерной мембраны соединяются с каналами эндоплазматической сети, образуя единую систему сообщающихся каналов.

Ядро также содержит ядрышки, количество которых может колебаться от одного до семи.

Ядрышко − это немембранная внутриядерная органелла. Которая представляет собой комплекс белков и предшественников рибосомных субъединиц.

Основная функция ядрышка − это синтез РНК и белков, из которых формируются особые органоиды – рибосомы.

Рибосомы синтезируют белки из аминокислот по заданной матрице на основе генетической информации, предоставляемой матричной РНК.

Рибосомы представляют собой комплексы рибосомальной РНК с белками.

В ядрышке образуются предшественники рибосом, которые перемещаются к порам ядра, проходят через них в цитоплазму клетки и превращаются в рибосомы. Где, они принимаются за синтез белков.

Вокруг ядра рибосомы и другие органеллы плавают в цитоплазме. Рибосомы могут свободно перемещаться в цитоплазме. Либо прикрепляться к эндоплазматической сети.

Ядро содержит ДНК, которая диктует что клетка будет делать и как она это будет делать.

До деления, генетический материал клетки находиться в виде хроматина − комплекса ДНК, РНК и белков.

Когда клетка готова к делению ДНК сильно уплотняется.

Каким же образом это происходит?

Перед делением клетки, ДНК дважды обматывается вокруг белков гистонов. В результате чего формируются структурные части хромосомы – нуклеосомы.

При этом образуется структура, которая напоминает «бусы на нити». Таким образом создаются хромосомы.

Хромосома – это наиболее компактная форма хранения наследственного материала клетки. По сравнению с нитью ДНК укорочение составляет примерно 1600 раз.

Хромосома представляет собой палочковидную структуру и состоит из двух сестринских хроматид, которые удерживаются благодаря первичной перетяжки - центромеры.

Хроматида – это нуклеопротеидная нить, половинка двойной хромосомы.

Центромера делит хромосому на короткое и длинное плечо. К центромере во время деления клетки, присоединяются нити веретена деления.

Это веретенообразная система микротрубочек. Микротрубочки веретена присоединяются к белковым структурам хроматид в области центромер и обеспечивают движение хромосом по направлению к полюсам.

Хромосома может быть одинарной (состоять из одной хроматиды) и двойной (из двух хроматид).

В обычном состоянии нити ДНК расплетены. Это необходимо для того что бы участки ДНК – гены, в которых зашифрована структура какого-либо белка, свободно функционировали.

Так как это возможно только тогда, когда ДНК деспирализована, то есть расплетена.

Хромосомный набор клетки

Клетки, которые составляют тело многоклеточных организмов и не принимают участия в половом размножении, называются соматическими клетками. К ним относят, например, нервные, мышечные клетки, эпителиальные.  

В ядрах таких клеток содержится двойной (диплоидный) набор хромосом. То есть по две хромосомы каждого вида − (гомологичные хромосомы).

Гомологичные хромосомы – это парные, одинаковые хромосомы (одна от матери –другая от отца).

Половина хромосом, которая досталась от (гаплоидного) сперматозоида отца и вторая половина от материнской (гаплоидной) яйцеклетки. То есть диплоидная соматическая клетка образовалась путём слияния 2 гаплоидных гамет.

Гаплоидный набор хромосом – это набор различных по размерам и форме хромосом клеток данного вида, где каждая хромосома представлена в единственном числе, в отличие от диплоидного набора, когда каждой хромосомы по две. Таким образом гаплоидный набор хромосом содержится в ядрах половых клеток (гамет).

Каждый организм имеет определённое количество хромосом. Такой набор называется кариотипом.

В кариотипе человека 46 хромосом − 44 из которых аутосомы и 2 половые хромосомы.

Диплоидный набор хромосом − это 46 хромосом, а гаплоидный набор, это 23 хромосомы.

Количество хромосом не определяет уровень сложности организмов. Например, мушка-дрозофила содержит 8 хромосом, зелёная жаба – 26, гидра пресноводная -32 хромосомы, человек 46, речной рак – 118, домашняя собака – 78 хромосом.

Таким образом кариотип − это совокупность признаков полного набора хромосом, присущая клеткам данного биологического вида (видовой кариотип) или данного организма (индивидуальный кариотип).

Именно индивидуальность кариотипа сохраняет видовое постоянство из поколения в поколение.