Ядро клетки - это одна из основных составных частей всех растительных и животных клеток, неразрывно связанная с обменом, передачей наследственной информации и др.

Форма ядра клетки варьирует в зависимости от типа клетки. Имеются овальные, шаровидные и неправильной формы - подковообразные или многолопастные ядро клетки (у лейкоцитов), четковидные ядра клетки (у некоторых инфузорий), разветвленные ядра клетки (в железистых клетках насекомых) и др. Величина ядра клетки различна, но обычно связана с объемом цитоплазмы. Нарушение этого соотношения в процессе роста клетки приводит к клеточному делению. Количество ядер клетки также неодинаково - большинство клеток имеет одно ядро, хотя встречаются двуядерные и многоядерные клетки (например, некоторые клетки печени и костного мозга). Положение ядра в клетке является характерным для клеток каждого типа. В зародышевых клетках ядро обычно находится в центре клетки, но может смещаться по мере развития клетки и образования в цитоплазме специализированных участков или отложения в ней резервных веществ.

В ядре клетки различают основные структуры: 1) ядерную оболочку (ядерную мембрану), через поры которой осуществляется обмен между ядром клетки и цитоплазмой [имеются данные, указывающие на то, что ядерная мембрана (состоящая из двух слоев) без перерыва переходит в мембраны эндоплазматической сети (см. ) и комплекса Гольджи]; 2) ядерный сок, или кариоплазму,- полужидкую, слабо окрашиваемую плазматическую массу, заполняющую все ядра клетки и содержащую в себе остальные компоненты ядра; 3) (см.), которые в неделящемся ядре видны только с помощью специальных методов микроскопии (на окрашенном срезе неделящейся клетки хромосомы обычно имеют вид неправильной сети из темных тяжей и зернышек, в совокупности называемых ); 4) одно или несколько сферических телец - ядрышек, являющихся специализированной частью ядра клетки и связанных с синтезом рибонуклеиновой кислоты и белков.

Ядро клетки обладает сложной химической организацией, в которой важнейшую роль играют нуклеопротеиды - продукт соединения с белками. В жизни клетки имеются два основных периода: интерфазный, или метаболический, и митотический, или период деления. Оба периода характеризуются главным образом изменениями в строении ядра клетки. В интерфазе ядро клетки находится в покоящемся состоянии и участвует в синтезе белков, регуляции формообразования, процессах секреции и других жизненных отправлениях клетки. В период деления в ядре клетки происходят изменения, приводящие к перераспределению хромосом и образованию дочерних ядер клетки; наследственная информация передается, таким образом, через ядерные структуры новому поколению клеток.

Ядра клетки размножаются только делением, при этом в большинстве случаев делятся и сами клетки. Обычно различают: прямое деление ядра клетки путем перешнуровки - амитоз и самый распространенный способ деления ядер клетки- типичное непрямое деление, или митоз (см.).

Действие ионизирующей радиации и некоторых других факторов способно изменять заключенную в ядре клетки генетическую информацию, приводя к различным изменениям ядерного аппарата, что иногда может приводить к гибели самих клеток или служить причиной наследственных аномалий у потомства (см. Наследственность), Поэтому изучение структуры и функций ядра клетки, особенно связей между хромосомными соотношениями и наследованием признаков, которыми занимается цитогенетика, имеет существенное практическое значение для медицины (см. ).

См. также Клетка.

Ядро клетки - важнейшая составная часть всех растительных и животных клеток.

Клетка, лишенная ядра или с поврежденным ядром, не способна нормально выполнять свои функции. Ядро клетки, точнее, организованная в его хромосомах (см.) дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК),- носитель наследственной информации, определяющей все особенности клетки, тканей и целого организма, его онтогенез и свойственные организму нормы реагирования на воздействия среды. Заключенная в ядре наследственная информация закодирована в составляющих хромосомы молекулах ДНК последовательностью четырех азотистых оснований: аденина, тимина, гуанина и цитозина. Эта последовательность является матрицей, определяющей структуру синтезируемых в клетке белков.

Даже самые незначительные нарушения структуры ядра клетки ведут к необратимым изменениям свойств клетки или к ее гибели. Опасность ионизирующих излучений и многих химических веществ для наследственности (см.) и для нормального развития плода имеет в своей основе повреждения ядер в половых клетках взрослого организма или в соматических клетках развивающегося эмбриона. В основе преобразования нормальной клетки в злокачественную также лежат определенные нарушения структуры ядра клетки.

Размеры и форма ядра клетки и соотношение его объема и объема всей клетки характерны для различных тканей. Одним из главных признаков, отличающих элементы белой и красной крови, являются форма и размер их ядер. Ядра лейкоцитов могут быть неправильной формы: изогнуто-колбасовидной, лапчатой или четковидной; в последнем случае каждый участок ядра соединен с соседним тонкой перемычкой. В зрелых мужских половых клетках (сперматозоидах) ядро клетки составляет подавляющую часть всего объема клетки.

Зрелые эритроциты (см.) человека и млекопитающих не имеют ядра, так как они теряют его в процессе дифференцировки. Они имеют ограниченный срок жизни и не способны размножаться. В клетках бактерий и сине-зеленых водорослей отсутствует резко очерченное ядро. Однако в них содержатся все характерные для ядра клетки химические вещества, распределяющиеся при делении по дочерним клеткам с такой же правильностью, как и в клетках высших многоклеточных организмов. У вирусов и фагов ядро представлено единственной молекулой ДНК.

При рассмотрении покоящейся (неделящейся) клетки в световом микроскопе ядро клетки может иметь вид бесструктурного пузырька с одним или несколькими ядрышками. Ядро клетки хорошо красится специальными ядерными красками (гематоксилин, метиленовый синий, сафранин и др.), которые обычно используют в лабораторной практике. При помощи фазово-контрастного устройства ядро клетки можно исследовать и прижизненно. В последние годы для изучения процессов, протекающих в ядре клетки, широко используют микрокинематографию, меченые атомы С14 и Н3 (ауторадиография) и микроспектрофотометрию. Последний метод особенно успешно применяют для изучения количественных изменений ДНК в ядре в процессе жизненного цикла клетки. Электронный микроскоп позволяет выявить детали тонкой структуры ядра покоящейся клетки, необнаруживаемые в оптическом микроскопе (рис. 1).

Рис. 1. Современная схема строения клетки, основанная на наблюдениях в электронном микроскопе: 1 - цитоплазма; 2 - аппарат Гольджи; 3 - центросомы; 4 - эндоплазматический ретикулум; 5 - митохондрии; 6 - оболочка клетки; 7 - оболочка ядра; 8 - ядрышко; 9 - ядро.

При делении клеток - кариокинезе или митозе (см.) - ядро клетки претерпевает ряд сложных преобразований (рис. 2), во время которых становятся отчетливо видимыми его хромосомы. Перед делением клетки каждая хромосома ядра синтезирует из веществ, присутствующих в ядерном соке, себе подобную, после чего материнская и дочерняя хромосомы расходятся к противоположным полюсам делящейся клетки. В результате каждая дочерняя клетка получает такой же хромосомный набор, какой был у материнской клетки, а вместе с ним и заключенную в нем наследственную информацию. Митоз обеспечивает идеально правильное разделение всех хромосом ядра на две равнозначные части.

Митоз и мейоз (см.) являются важнейшими механизмами, обеспечивающими закономерности явлений наследственности. У некоторых простейших организмов, а также в патологических случаях в клетках млекопитающих и человека ядра клетки делятся путем простой перетяжки, или амитоза. В последние годы показано, что и при амитозе происходят процессы, обеспечивающие разделение ядра клетки на две равнозначные части.

Набор хромосом в ядре клетки особи называют кариотипом (см.). Кариотип во всех клетках данной особи, как правило, одинаков. Многие врожденные аномалии и уродства (синдромы Дауна, Клайнфелтера, Тернера-Шерешевского и др.) обусловлены различными нарушениями кариотипа, возникшими либо на ранних стадиях эмбриогенеза, либо при созревании половой клетки, из которой возникла аномальная особь. Аномалии развития, связанные с видимыми нарушениями хромосомных структур ядра клетки, называют хромосомными болезнями (см. Наследственные болезни). Различные повреждения хромосом могут быть вызваны действием физических или химических мутагенов (рис. 3). В настоящее время методы, позволяющие быстро и точно устанавливать кариотип человека, используют для ранней диагностики хромосомных болезней и для уточнения этиологии некоторых заболеваний.

Рис. 2. Стадии митоза в клетках культуры ткани человека (перевиваемый штамм НЕр-2): 1 - ранняя профаза; 2 - поздняя профаза (исчезновение ядерной оболочки); 3 - метафаза (стадия материнской звезды), вид сверху; 4 - метафаза, вид сбоку; 5 - анафаза, начало расхождения хромосом; 6 - анафаза, хромосомы разошлись; 7 - телофаза, стадия дочерних клубков; 8 - телофаза и разделение клеточного тела.

Рис. 3. Повреждения хромосом, вызываемые ионизирующей радиацией и химическими мутагенами: 1 - нормальная телофаза; 2-4 - телофазы с мостами и фрагментами в эмбриональных фибробластах человека, облученных рентгеновыми лучами в дозе 10 р; 5 и 6 - то же в кроветворных клетках морской свинки; 7 - хромосомный мост в эпителии роговицы мыши, облученной дозой в 25 р; 8 - фрагментация хромосом в эмбриональных фибробластах человека в результате воздействия нитрозоэтилмочевиной.

Важный органоид ядра клетки - ядрышко - является продуктом жизнедеятельности хромосом. Оно продуцирует рибонуклеиновую кислоту (РНК), являющуюся обязательным промежуточным звеном в синтезе белка, вырабатываемого каждой клеткой.

Ядро клетки отделено от окружающей цитоплазмы (см.) оболочкой, толщина которой 60-70 Å.

Через поры в оболочке вещества, синтезируемые в ядре, поступают в цитоплазму. Пространство между оболочкой ядра и всеми его органоидами заполнено кариоплазмой, состоящей из основных и кислых белков, ферментов, нуклеотидов, неорганических солей и других низкомолекулярных соединений, необходимых для синтеза дочерних хромосом при делении ядра клетки.

Ядро есть только у эукариотических клеток. При этом некоторые из них его утрачивают в процессе дифференцировки (зрелые членики ситовидных трубок, эритроциты). У инфузорий есть два ядра: макронуклеус и микронуклеус. Бывают многоядерные клетки, возникшие путем объединения нескольких клеток. Однако в большинстве случаев в каждой клетке имеется только одно ядро.

Ядро клетки является самым крупным ее органоидом (если не считать центральные вакуоли клеток растений). Оно самое первое из клеточных структур, которое было описано учеными. Клеточные ядра обычно имеют шаровидную или яйцевидную форму.

Ядро регулирует всю активность клетки. В нем находятся хроматиды - нитевидные комплексы молекул ДНК с белками-гистонами (особенностью которых является содержание в них большого количества аминокислот лизина и аргинина). ДНК ядра хранит информацию о почти всех наследственных признаках и свойствах клетки и организма. В период клеточного деления хроматиды спирализуются, в таком состоянии они видны в световой микроскоп и называются хромосомами .

Хроматиды в неделящейся клетке (в период интерфазы) не полностью деспирализованы. Плотно спирализованные части хромосом называются гетерохроматином . Он располагается ближе к оболочке ядра. К центру ядра располагается эухроматин - более деспирализованная часть хромосом. На нем происходит синтез РНК, т. е. идет считывание генетической информации, экспрессия генов.

Репликация ДНК предшествует делению ядра, которое, в свою очередь, предшествует делению клетки. Таким образом, дочерние ядра получают уже готовую ДНК, а дочерние клетки - готовые ядра.

Внутреннее содержимое ядра отделяется от цитоплазмы ядерной оболочкой , состоящей из двух мембран (внешней и внутренней). Таким образом, ядро клетки относится к двумембранным органоидам. Пространство между мембранами называется перинуклеарным .

Внешняя мембрана в определенных местах переходит в эндоплазматическу сеть (ЭПС). Если на ЭПС располагаются рибосомы, то она называется шероховатой. Рибосомы могут размешаться и на наружней ядерной мембране.

Во множестве мест внешняя и внутренняя мембраны сливаются друг с другом, образуя ядерные поры . Их число непостоянно (в среднем исчисляются тысячами) и зависит от активности биосинтеза в клетке. Через поры ядро и цитоплазма обмениваются различными молекулами и структурами. Поры - это не просто дырки, они сложно устроены для избирательного транспорта. Их структуру определяют различные белки-нуклеопорины.

Из ядра выходят молекулы иРНК, тРНК, субчастицы рибосом.

В ядро через поры заходят различные белки, нуклеотиды, ионы и др.

Субчастицы рибосом собираются из рРНК и рибосомных белков в ядрышке (их может быть несколько) . Центральную часть ядрышка образуют специальные участки хромосом (ядрышковые организаторы ), которые располагаются рядом друг с другом. В ядрышковых организаторах содержится большое количество копий кодирующих рРНК генов. Перед клеточным делением ядрышко исчезает и вновь образуется уже во время телофазы.

Жидкое (гелеобразное) содержимое клеточного ядра называется ядерным соком (кариоплазмой, нуклеоплазмой) . Его вязкость почти такая же как у гиалоплазмы (жидкое содержимое цитоплазмы), однако кислотность выше (ведь ДНК и РНК, которых в ядре большое количество, - это кислоты). В ядерном соке плавают белки, различные РНК, рибосомы.

Ядро - важнейшая составная часть клетки. Клеточное ядро содержит ДНК, т.е. гены, и, благодаря этому,выполняет две главные функции:

1)хранения и воспроизведения генетической информации

2)регуляции процессов обмена веществ, протекающих в клетке

Безъядерная клетка не может долго существовать, и ядро тоже не способно к самостоятельному_существованию, поэтому цитоплазма и ядро образуют взаимозависимую систему. Большинство клеток имеет одно ядро. Нередко можно наблюдать 2-3 ядра в одной например в клетках печени. Известны и многоядерные клетки, причем число ядер может достигать нескольких десятков. Форма ядра зависит большей частью от формы клетки, она может быть и совершенно неправильной. Различают ядра шаровидные, многолопастные. Впячивания и выросты ядерной оболочки значительно увеличивают поверхность ядра и тем самым усиливают связь ядерных и цитоплазматических структур и веществ.

Строение ядра

Ядро окружено оболочкой,которая состоит из двух мембран, имеющих типичное строение. Наружная ядерная мембрана с поверхности,обращенной в цитоплазму, покрыта рибосомами, внутренняя мембрана гладкая.

Ядерная оболочка-часть мембранной системы клетки.Выросты внешней ядерной мембраны соединяются с каналами эндоплазматической сети,образуя единую систему сообщающихся каналов.Обмен веществ между ядром и цитоплазмой осуществляется двумя основными путями.Во-первых,ядерная оболочка пронизана многочисленными порами,через которые происходит обмен молекулами между ядром и цитоплазмой.Во-вторых, вещества из ядра в цитоплазму и обратно могут попадать вследствии отшнуровывания впячиваний и выростов ядерной оболочки.Несмотря на активный обмен веществами между ядром и цитоплазмой, ядерная оболочка ограничивает ядерное содержимое от цитоплазмы,обеспечивая тем самым различия в химическом составе ядерного сока и цитоплазмы.Это необходимо для нормального функционирования ядерных структур.

Содержимое ядра подразделяют на ядерный сок,хроматин и ядрышко.

В живой клетке ядерный сок выглядит бесструктурной массой,заполняющей промежутки между структурами ядра.В состав ядерного сока входят различные белки,в том числе большенство ферментов ядра, белки хроматина и рибосомальные белки.В ядерном соке находятся также свободные нуклеотиды,необходимые для построения молекул ДНК и РНК,аминокислоты,все виды РНК, а также продукты деятельности ядрышка и хроматина,транспортируемые затем из ядра в цитоплазму.

Хроматином (то греч.chroma-окраска,цвет)называют глыбки, гранулы и сетевидные структуры ядра, интенсивно окрашивающиеся некоторыми красителями и отличаются по форме от ядрышка. Хроматин содержит ДНК и белки и представляет собой спирализованные и уплотненные участки хромосом Спирализованные участки хромосом в генетическом отношении неактивны.

Свою специфическую роль-передачу генетической информации-могут осуществлять только деспирализованные-раскрученные участки хромосом, которые в силу своей малой толщины не видны в световой микроскоп.

В делящихся клетках все хромосомысильно спирализуются, 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 центормеры,-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 длинны;

2)неравноплечие-с плечами неравной длинны;

3)палочковидные - с одним длинным и вторым очень коротким, иногда с трудом обнаруживаемым плечом. Выделяются еще точечные хромосомы 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 двое 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 тоже число их может быть у очень далёких 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 растений или животных.

Совокупность количественных (число и размеры) и качественных (форма) признаковхромосомного набора соматической клетки называюткариотипом.

Число хромосом в кариотипе большинства видов живых организмов четное.Это объясняетя 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 пару,носит название двойного или диплоидного и обозначается 2N. Количество ДНК, соответствующее диплоидному набору хромосом, обозначают 2C.

Из каждой пары гомологичных хромосом в половые клетки попадает только одна, и поэтому хромосомный набор гамет называют одинарным или гаплоидным. Кариотип таких клеток обозначается 2n1c.

Диплоидное число хромосом у животных и растений.

Вид организмов	Число хромосом
Малярийный плазмодий	2
Сазан	104
Лошадиная аскарида	2
Человек	46
Плодовая мушка дрозофила	8
Ясень обыкновенный	46
Головная вошь	12
Шимпанзе	48
Шпинат	12
Таракан	48
Домашняя муха	12
Перец	48
Тритон	24
Домашняя овца	54>
Ель,сосна	24
Домашняя собака	78
Окунь	28
Голубь	80

После завершения деления клетки хромосомы диспирализуются, и в ядрах образовавшихся дочерних клеток снова становятся видимыми только тонкая сеточка и глыбки хроматина.

Третья характерная для клетки структура – ядрышко.Оно представляет собой плотное округлое тельце, погруженное в ядерный сок. В ядрах разных клеток, а также в ядре одной и той же клетки в зависимости от её функционального состояния число ядрышек может колебаться от 1 до 5-7 и более. Количество ядрышек может превышать число хромосомом в наборе; это происходит за счет избирательной редупликации генов, отвечающих за синтез р-РНК. Ядрышки есть только в неделящихся ядрах, во время митоза они исчезают вследствие спирализации хромосом и выхода всех ранее образованных рибосом в цитоплазму, а после завершения деления возникают вновь.

Ядрышко не является самостоятельной структурой ядра.Оно образуется вокруг участка хромосомы, в котором закодирована структура р-РНК. Этот участок хромосомы-ген-носит название ядрышкового организатора(ЯО), и на нем происходит синтез р-РНК.

Кроме накопления р-РНК, в ядрышке формируются субъединицы рибосом, которые потом перемещаются в цитоплазму и, объединяясь при участии катионов Ca2+, формируют целостностные рибосомы, способные принимать участие в биосинтезе белка.

Таким образом, ядрышко – это скопление р-РНК и рибосом на разных этапах формирования, в основе которого лежит участок хромосомы, несущий ген – ядрышковый организатор, заключающий наследственную информацию о структуре р –РНК.

Ядро – главное составляющее живой клетки, которое несет наследственную информацию, закодированную набором генов. Оно занимает центральное положение в клетке. Размеры варьируются, форма обычно сферичная или овальная. В диаметре ядро в разных клетках может быть от 8 до 25мкм. Есть исключения, примеру, яйцеклетки рыб имеют ядра диаметром в 1 мм.

Особенности строения ядра

Заполнено ядро жидкостью и несколькими структурными элементами. В нем выделяют оболочку, набор хромосом, нуклеоплазму, ядрышка. Оболочка двухмембранная, между мембранами находится перенуклеарное пространство.

Внешняя мембрана сходна по строению с эндоплазматическим ретикулумом. Она связана с ЭПР, который будто ответвляется от ядерной оболочки. Снаружи на ядре находятся рибосомы.

Внутренняя мембрана прочная, так как в ее состав входит ламина. Она выполняет опорную функцию и служит местом крепления для хроматина.

Мембрана имеет поры, обеспечивающие обменные процессы с цитоплазмой. Ядерные поры состоят из транспортных белков, которые поставляют в кариоплазму вещества путем активного транспорта. Пассивно сквозь поровые отверстия могут пройти только небольшие молекулы. Также каждая пора прикрыта поросомой, которая регулирует обменные процессы в ядре.

Количество ядер в разных по специализации клетках различно. В большинстве случаев клетки одноядерные, но есть ткани, построенные из многоядерных клеток (печеночная или ткань мозга). Есть клетки лишенные ядра – это зрелые эритроциты.

У простейших выделяют два типа ядер: одни отвечают за сохранение информации, другие – за синтез белка.

Ядро может прибывать в состоянии покоя (период интерфазы) или деления. Переходя в интерфазу, имеет вид сферического образования с множеством гранул белого цвета (хроматина). Хроматин бывает двух видов: гетерохроматин и эухроматин.

Эухроматин – это активный хроматин, который сохраняет деспирализированное строение в покоящемся ядре, способен к интенсивному синтезу РНК.

Гетерохроматин – это участки хроматина, которые находятся в конденсированном состоянии. Он может при необходимости переходить в эухроматиновое состояние.

При использовании цитологического метода окрашивания ядра (по Романовскому-Гимзе) выявлено, что гетерохроматин меняет цвет, а эухроматин нет. Хроматин построен из нуклеопротеидных нитей, названных хромосомами. Хромосомы несут в себе основную генетическую информацию каждого человека. Хроматин — форма существования наследственной информации в интерфазном периоде клеточного цикла, во время деления он трансформируется в хромосомы.

Строение хромосом

Каждая хромосома построена из пары хроматид, которые находятся параллельно друг к другу и связаны только в одном месте – центромере. Центромера разделяет хромосому на два плеча. В зависимости от длины плеч выделяют три вида хромосом:

• Равноплечие;
• разноплечие,
• одноплечие.

Некоторые хромосомы имеют дополнительный участок, который крепится к основному нитевидными соединениями – это сателлит. Сателлиты помогают идентифицировать разные пары хромосом.

Метафазное ядро представляет собой пластинку, где располагаются хромосомы. Именно в эту фазу митоза изучается количество и строение хромосом. Во время метафазы сестринские хромосомы двигаются в центр и распадаются на две хроматиды.

Строение ядрышка

В ядре также находится немембранное образование — ядрышко. Ядрышки представляют собой уплотненные, округлые тельца, способные преломлять свет. Это основное место синтеза рибосомальной РНК и необходимых белков.

Число ядрышек различно в разных клетках, они могут объединяться в одно крупное образование или существовать отдельно друг от друга в виде мелких частиц. При активации синтетических процессов объем ядрышка увеличивается. Оно лишено оболочки и находится в окружении конденсированного хроматина. В ядрышке также содержатся металлы, в большей мере цинк. Таким образом, ядрышко – это динамичное, меняющееся образование, необходимое для синтеза РНК и транспорта ее в цитоплазму.

Нуклеоплазма заполняет все внутреннее пространство ядра. В нуклеоплазме находится ДНК, РНК, протеиновые молекулы, ферментативные вещества.

Функции ядра в клетке

1. Принимает участие в синтезе белка, рибосомной РНК.
2. Регулирует функциональную активность клетки.
3. Сохранение генетической информации, точная ее репликация и передача потомству.

Роль и значение ядра

Ядро является главным хранилищем наследственной информации и определяет фенотип организма. В ядре ДНК существует в неизмененном виде благодаря репарационным ядерным ферментам, которые способны ликвидировать поломки и мутации. Во время клеточного деления ядерные механизмы обеспечивают точное и равномерное расхождение генетической информации в дочерние клетки.

Биология клеток живых организмов изучает прокариотов, не имеющих ядра (nucleus, core). Для каких организмов характерно наличие ядра? Нуклеус - это центральный органоид .

Вконтакте

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.

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 . 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 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, 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? 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:

• 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.

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.

Формулы