Особливості будови ядра. Будова і функції ядра клітини

Ядро клітини - найважливіша її органела, місце зберігання та відтворення спадкової інформації. Це мембранна структуру, що займалася 10-40% клітини, функції якої дуже важливі для життєдіяльності еукаріотів. Однак навіть без наявності ядра реалізація спадкової інформації можлива. Прикладом даного процесу є життєдіяльність бактеріальних клітин. Проте особливості будови ядра і його призначення дуже важливі для багатоклітинного організму.

Розташування ядра в клітині і його структура

Ядро розташовується в товщі цитоплазми і безпосередньо контактує з шорсткою і гладкою ендоплазматичної мережею. Воно оточене двома мембранами, між якими знаходиться перинуклеарное простір. Усередині ядра присутній матрикс, хроматин і деяка кількість ядерець.

Деякі зрілі людські клітини не мають ядра, а інші функціонують в умовах сильного гноблення його діяльності. У загальному вигляді будова ядра (схема) представлено як ядерна порожнина, обмежена каріолемми від клітини, що містить хроматин і ядерця, фіксовані в нуклеоплазмі ядерним матриксом.

Будова каріолемми

Для зручності вивчення клітини ядра, останнє слід сприймати як бульбашки, обмежені оболонками від інших бульбашок. Ядро - це пухирець із спадковою інформацією, що знаходиться в товщі клітини. Від її цитоплазми він огороджується біслойной ліпідної оболонкою. Будова оболонки ядра схоже на клітинну мембрану. Насправді їх відрізняє тільки назва і кількість шарів. Без усього цього вони є однаковими за будовою і функціями.

Будова каріолемми (ядерної мембрани) двошарове: вона складається з двох ліпідних шарів. Наріжний біліпідний шар каріолемми безпосередньо контактує з шорстким ретикулумом ендоплазми клітини. Внутрішня каріолемми - з вмістом ядра. Між зовнішньою і внутрішньою каріомембраной існує перинуклеарное простір. Мабуть, воно утворилося через електростатичні явища - відштовхування ділянок гліцеринових залишків.

Функцією ядерної мембрани є створення механічного бар`єру, що розділяє ядро і цитоплазму. Внутрішня мембрана ядра служить місцем фіксації ядерного матриксу - ланцюги білкових молекул, які підтримують об`ємну структуру. У двох ядерних мембранах існують спеціальні пори: через них в цитоплазму до рибосом виходить інформаційна РНК. У самій товщі ядра знаходяться декілька ядерець і хроматин.

Внутрішня будова нуклеоплазми

Особливості будови ядра дозволяють порівняти його з самою клітиною. Усередині ядра також присутня особлива середу (нуклеоплазма), представлена гель-золем, колоїдним розчином білків. Всередині неї є нуклеоскелет (матрикс), представлений фібрилярні білками. Основна відмінність полягає тільки в тому, що в ядрі присутні переважно кислі білки. Мабуть, така реакція середовища потрібна для збереження хімічних властивостей нуклеїнових кислот і протікання біохімічних реакцій.

Ядерце

Будова клітинного ядра не може бути завершеним без ядерця. Їм є спіралізує рибосомальная РНК, яка знаходиться в стадії дозрівання. Пізніше з неї вийде рибосома - органела, необхідна для білкового синтезу. У структурі ядерця виділяють два компоненти: фібрилярний і глобулярний. Вони розрізняються тільки при електронній мікроскопії і не мають своїх мембран.

Фібрилярний компонент знаходиться в центрі ядерця. Він являє собою нитки РНК рибосомального типу, з яких будуть збиратися рибосомні субодиниці. Якщо розглядати ядро (будову і функції), то очевидно, що з них згодом буде утворений гранулярний компонент. Це ті ж дозрівають рибосомальні субодиниці, які знаходяться на більш пізніх стадіях свого розвитку. З них незабаром утворяться рибосоми. Вони видаляються з нуклеоплазми через ядерні пори каріолемми і потрапляють на мембрану шорсткою ендоплазматичної мережі.

Хроматин і хромосоми

Будова і функції ядра клітини органічно пов`язані: тут присутній тільки ті структури, які потрібні для зберігання та відтворення спадкової інформації. Також існує каріоскелет (матрикс ядра), функцією якого є підтримка форми органели. Однак найважливішою складовою ядра є хроматин. Це хромосоми, які відіграють роль картотек різних груп генів.

Хроматин являє собою складний білок, який складається з поліпетіда четвертинної структури, сполученого з нуклеїнової кислотою (РНК або ДНК). У плазмидах бактерій хроматин також присутня. Майже чверть від всієї ваги хроматину складають гістони - білки, відповідальні за "упаковку" спадкової інформації. Цю особливість структури вивчає біохімія та біологія. Будова ядра складне якраз через хроматину і наявності процесів, череди його спіралізацію і деспіралізацией.

Наявність гістонів дає можливість ущільнювати і укомплектувати нитка ДНК в невеликому місці - в ядрі клітини. Це відбувається наступним чином: гістони утворюють нуклеосоми, які представляю собою структуру на зразок бус. Н2В, Н3, Н2А і Н4 - це головні гістонові білки. Нуклеосома утворена чотирма парами кожного з представлених гістонів. При цьому гистон Н1 є лінкерних: він пов`язаний з ДНК в місці е входу в нуклеосому. Упаковка ДНК відбувається в результаті "намотування" лінійної молекули на 8 білків гістонових структури.

Будова ядра, схема якого представлена вище, передбачає наявність соленоідподобной структури ДНК, укомплектованої на гістонів. Товщина даного конгломерату становить порядку 30 нм. При цьому структура може ущільнюватися і далі, щоб займати менше місця і менш піддаватися механічних пошкоджень, неминуче виникаючим в процесі життя клітини.

Фракції хроматину

Структура, будову і функції ядра клітини зациклені на тому, щоб підтримувати динамічні процеси спіралізаціі і деспіралізаціі хроматину. Тому існує дві головні його фракції: сильно спіралізує (гетерохроматин) і малоспіралізованная (еухроматин). Вони розділені як структурно, так і функціонально. У гетерохроматин ДНК добре захищена від будь-яких впливів і не може транскрибуватися. Еухроматин захищений слабкіше, однак гени можуть подвоюватися для синтезу білка. Найчастіше ділянки гетерохроматину і еухроматину чергуються протягом довжини всієї хромосоми.

Хромосоми

Клітинне ядро, будову і функції якого описуються в даній публікації, містить хромосоми. Це складний і компактно упакований хроматин, побачити який можна при світловій мікроскопії. Однак це можливо тільки у випадку, якщо на предметному склі розташована клітина в стадії мітотичного або мейотичного поділу. Одним їх етапів є спирализация хроматину з утворенням хромосом. Їх структура гранично проста: хромосома має теломер і два плеча. У кожного багатоклітинного організму одного виду однакову будову ядра. Таблиця хромосомного набору у нього також аналогічна.

Реалізація функцій ядра

Основні особливості будови ядра пов`язані з виконанням деяких функцій і необхідністю їх контролю. Ядро грає роль сховища спадкової інформації, тобто це свого роду картотека із записаними послідовностями амінокислот всіх білків, які можуть синтезуватися в клітці. Значить, для виконання якої-небудь функції клітина повинна синтезувати білок, структура якого закодована в гені.

Щоб ядро "розуміло", який конкретно білок потрібно синтезувати в потрібну годину, існує система зовнішніх (мембранних) і внутрішніх рецепторів. Інформація від них надходить до ядра допомогою молекулярних передавачів. Найбільш часто це реалізується за допомогою аденілатціклазного механізму. Так на клітину впливають гормони (адреналін, норадреналін) і деякі ліки з гідрофільної структурою.

Другим механізмом передачі інформації є внутрішній. Він властивий ліпофільним молекулам - кортикостероидам. Ця речовина проникає через біліпідні мембрану клітини і прямує до ядра, де взаємодіє з його рецептором. У результаті активації рецепторних комплексів, розташованих на клітинній мембрані (аденілатціклазную механізм) або на каріолемми, запускається реакція активації певного гена. Він реплицируется, на його підставі будується інформаційна РНК. Пізніше за структурою останньої синтезується білок, що виконує деяку функцію.

Ядро багатоклітинних організмів

У багатоклітинних організмі особливості будови ядра такі ж, як і в одноклітинному. Хоча існують деякі нюанси. По-перше, многоклеточность увазі, що у ряду клітин буде виділена своя специфічна функція (або декілька). Це означає, що деякі гени постійно будуть деспіралізованном, тоді як інші перебувають в неактивному стані.

Приміром, в клітинах жирової тканини синтез білків йтиме малоактивні, а тому більша частина хроматину утворює спіраль. А в клітинах, наприклад, екзокринної частини підшлункової залози, процеси біосинтезу білка йдуть постійно. Тому їх хроматин деспіралізованном. На тих ділянках, гени яких реплицируются найчастіше. При цьому важлива ключова особливість: хромосомний набір всіх клітин одного організму однаковий. Тільки через диференціацію функцій в тканинах деякі з них вимикаються з роботи, а інші деспіралізуются частіше інших.

Без`ядерні клітини організму

Існують клітини, особливості будови ядра яких можуть не розглядатися, тому як вони в результаті своєї життєдіяльності або пригноблюють його функцію, або зовсім позбавляються від нього. Найпростіший приклад - еритроцити. Це кров`яні клітини, ядро у яких присутня тільки на ранніх стадіях розвитку, коли синтезується гемоглобін. Як тільки його кількості достатньо для переносу кисню, ядро видаляється з клітки, щоб полегшити її не заважати транспорту кисню.

У загальному вигляді еритроцит являє собою цитоплазматичний мішок, наповнений гемоглобіном. Схожа структура характерна і для жирових клітин. Будова клітинного ядра адипоцитів гранично спрощено, воно зменшується і зміщується до мембрани, а процеси білкового синтезу максимально пригнічуються. Ці клітини також нагадують "мішки", наповнені жиром, хоча, зрозуміло, різноманітність біохімічних реакцій в них трохи більше, ніж в еритроцитах. Тромбоцити також не мають ядра, проте їх не варто вважати повноцінними клітинами. Це оскільки клітин, необхідні для реалізації процесів гемостазу.