Print bookPrint book

§ 14. Ядро клетки

Site: Профильное обучение
Course: Биология. 11 класс
Book: § 14. Ядро клетки
Printed by: Guest user
Date: Wednesday, 22 May 2024, 1:26 AM

Ядро — это обязательный компонент любой эукариотической клетки. В большинстве клеток имеется одно ядро, но существуют также двуядерные и многоядерные клетки. Например, у инфузории туфельки два ядра, а в клетках некоторых водорослей и грибов, в поперечнополосатых мышечных волокнах — несколько. Зрелые клетки ситовидных трубок покрытосеменных растений и эритроциты млекопитающих лишены ядер. Такие клетки утрачивают ядро в процессе развития, теряя способность к размножению.

Строение ядра. Обычно ядро имеет шаровидную или яйцевидную форму, однако в некоторых клетках форма ядра может быть иной: веретеновидной, линзовидной, подковообразной и др. Размеры клеточных ядер также отличаются. Тем не менее, несмотря на эти различия, все ядра устроены одинаково. Ядро клетки состоит из ядерной оболочки, ядерного сока, хроматина и одного или нескольких ядрышек (рис. 14.1).

Ядерная оболочка отделяет содержимое ядра от гиалоплазмы. Она состоит из двух мембран — наружной и внутренней, между которыми находится межмембранное пространство. Наружная мембрана ядра непосредственно переходит в мембрану эндоплазматической сети, на ее поверхности располагаются рибосомы. На внутренней мембране рибосомы отсутствуют.

В  некоторых местах ядерной оболочки имеются круглые сквозные отверстия — ядерные поры (см. рис. 14.1). Благодаря им происходит обмен различными материалами между ядром и гиалоплазмой. *Ядерные поры образованы сложно организованными белковыми структурами, регулирующими транспорт веществ. Количество пор в одном ядре обычно составляет от нескольких сотен до нескольких тысяч и может меняться в зависимости от метаболической активности клетки.* Через ядерные поры из ядра в гиалоплазму выходят молекулы мРНК, тРНК, субъединицы рибосом. Из гиалоплазмы в ядро поступают АТФ, нуклеотиды, различные ионы, белки и другие вещества. *Небольшие молекулы и ионы проходят через ядерные поры за счет диффузии. Крупные молекулы транспортируются избирательно, путем активного транспорта.*

Ядерный сок представляет собой водный раствор, содержащий различные органические и неорганические вещества. По составу и свойствам ядерный сок сходен с гиалоплазмой. Он заполняет внутреннее пространство ядра и является средой протекания всех внутриядерных процессов. В ядерный сок погружены хроматин и ядрышки.

Хроматин — это нитевидные структуры ядра, образованные линейными молекулами ДНК и специальными белками. Белки обеспечивают упаковку длинных молекул ДНК в более компактные структуры. В неделящейся клетке хроматин может равномерно распределяться в объеме ядра или располагаться отдельными сгустками.

Ядрышко представляет собой плотное округлое образование, не ограниченное собственной мембраной. *Оно состоит из белков, РНК, ДНК и формируется в области расположения так называемых ядрышковых организаторов — участков ДНК, содержащих информацию о структуре рРНК.* В ядре может быть одно или несколько ядрышек, они могут появляться и исчезать. В ядрышке осуществляется синтез рРНК. Здесь они приобретают определенную пространственную конфигурацию и соединяются с особыми белками, поступающими из цитоплазмы. Таким образом в ядрышке происходит сборка отдельных субъединиц рибосом.

В начале деления клетки ядрышки исчезают, ядерная оболочка распадается на отдельные фрагменты, ядерный сок смешивается с гиалоплазмой. Поэтому в делящейся клетке ядро отсутствует.

Функции ядра. Клеточное ядро содержит молекулы ДНК. Следовательно, оно осуществляет хранение наследственной информации клетки. В ядре информация о первичной структуре белков переписывается с молекул ДНК на молекулы мРНК, которые переносят ее в цитоплазму к месту синтеза белков. Субъединицы рибосом, в которых происходит синтез белков, и молекулы тРНК, участвующие в этом процессе, также образуются в ядре. Таким образом, ядро обеспечивает не только хранение, но и реализацию наследственной информации. Оно управляет всеми процессами жизнедеятельности клетки, определяя (путем синтеза молекул мРНК), какие белки и в какое время должны синтезироваться в рибосомах.

Хромосомы. В начале деления клетки происходит спирализация хроматина. При этом формируются короткие и плотные структуры — хромосомы, которые можно рассмотреть с помощью микроскопа. В состав хромосом входят молекулы ДНК и белки, которые обеспечивают *компактизацию* (плотную упаковку) ДНК.

На начальных стадиях деления клетки хромосомы состоят из двух одинаковых тяжей — сестринских хроматид, соединенных в области центромеры, или первичной перетяжки (рис. 14.2). Каждая из сестринских хроматид содержит по одной молекуле ДНК, причем эти молекулы абсолютно идентичны. Они образуются в результате удвоения исходной материнской молекулы ДНК перед делением клетки.

                          

Центромера делит хромосому на плечи одинаковой или разной длины. В зависимости от расположения центромеры выделяют три типа хромосом. У равноплечих хромосом центромера находится посередине или почти посередине, поэтому плечи практически равны по длине. Неравноплечие хромосомы имеют плечи разной длины, а у палочковидных одно плечо длинное, а второе очень короткое, почти незаметное (рис. 14.3).

*Концевые участки плеч хромосом называются теломерами. Они содержат определенные многократно повторяющиеся последовательности нуклеотидов. Теломеры выполняют защитную функцию — предохраняют хромосомы от слипания друг с другом. В результате удвоения молекул ДНК, предшествующего каждому делению клетки, теломеры укорачиваются. Считается, что это является одной из причин биологического старения, т. к. при уменьшении длины теломер до критической клетка теряет способность к делению. Однако в некоторых клетках красного костного мозга, росткового слоя эпидермиса, раковых, имеется фермент теломераза. Этот фермент удлиняет теломеры, поэтому клетки, в которых он активен, способны делиться неограниченное количество раз. За открытие механизмов защиты хромосом теломерами и фермента теломеразы американские ученые Э. Блэкберн, К. Грейдер и Д. Шостак в 2009 г. были удостоены Нобелевской премии.*

Как вы уже знаете из курса биологии 10-го класса, для половых клеток (гамет) и спор характерен одинарный набор хромосом. Этот набор также называют гаплоидным и обозначают как 1n. В гаплоидном наборе нет парных хромосом, каждая из них уникальна и отличается от других по строению и содержанию наследственной информации.

Соматические клетки обычно содержат двойной, или диплоидный, набор хромосом — 2n. Количество хромосом в таком наборе четное. Одинаковые по размерам и особенностям строения хромосомы образуют пары и называются гомологичными. Хромосомы в каждой паре имеют разное происхождение: одна из гомологичных хромосом унаследована от матери, а другая — от отца. Так, гаплоидные яйцеклетка и сперматозоид человека имеют по 23 хромосомы (1= 23). При их слиянии образуется диплоидная зигота, содержащая 23 пары, т. е. 46 хромосом (2= 46). Из зиготы развивается человек, в соматических клетках которого содержится по 46 хромосом (23 материнских и 23 отцовских).

Особи каждого вида обладают определенным набором хромосом, сходных по размерам, форме и строению. Хромосомный набор, характерный для соматических клеток того или иного вида живых организмов, называется кариотипом. При анализе кариотипа учитывают количество хромосом, их величину, форму и особенности строения. Каждому биологическому виду свойствен особый, уникальный кариотип. Даже у близкородственных видов хромосомные наборы отличаются, поэтому кариотип иногда называют «хромосомным паспортом» вида.

Количество хромосом не связано с уровнем организации живых организмов. Например, в кариотипе гориллы 48 хромосом, карпа — 100, а у некоторых видов протистов — до 1600. Соматические клетки гороха посевного содержат 14 хромосом, а хвоща полевого — 216.

Ядро клетки состоит из ядерной оболочки, ядерного сока, хроматина и одного или нескольких ядрышек. Ядро обеспечивает хранение и реализацию наследственной информации. Оно управляет всеми процессами жизнедеятельности клетки, определяя, какие белки и когда должны синтезироваться в рибосомах. В начале деления клетки вследствие спирализации хроматина формируются компактные хромосомы. Каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматид, соединенных в области центромеры. Набор хромосом в гаметах и спорах гаплоидный (1n), а в соматических клетках, как правило, диплоидный (2n). Кариотипом называется набор хромосом, характерный для соматических клеток определенного вида живых организмов.

1. Охарактеризуйте строение клеточного ядра.

2. Какие процессы осуществляются в ядрышках? Почему ядрышки в ядре клетки периодически появляются и исчезают?

3. Какие функции выполняет клеточное ядро? Как его отсутствие может повлиять на жизнедеятельность клетки?

4. Каково строение хромосом в начале деления клетки? Чем гаплоидный набор хромосом отличается от диплоидного? Для каких клеток характерны данные хромосомные наборы? Какие хромосомы называют гомологичными?

5. Что такое кариотип? Почему его называют «хромосомным паспортом» вида?

6*. В теплых морях обитают необычные зеленые водоросли ацетабулярии. Их тело представляет собой одну гигантскую клетку, состоящую из ножки с ризоидами, тонкого стебелька и шляпки (рис. 14.4). Стебелек достигает в длину 6 см, а шляпка, имеющая у разных видов различную форму, — 1 см в диаметре. Ацетабулярии живут на мелководье и повреждаются прибоем. Однако они обладают способностью регенерировать все части своего тела, кроме ядра, которое находится в прикрепленной к камням ножке. Какие эксперименты с этими водорослями можно провести, чтобы доказать, что именно ядро является основным хранителем наследственной информации?