Строение и функции ядра клетки

Большинство клеток имеет одно ядро, но встречаются и многоядерные клетки (у ряда простейших, в скелетных мышцах позвоночных). Число ядер может достигать нескольких десятков. Некоторые высокоспециализированные клетки утрачивают ядро (эритроциты млекопитающих и клетки ситовидных трубок у покрытосеменных растений).

Форма и размер ядер клеток разнообразны. Обычно ядро имеет диаметр от 3 до-10 мкм. Главными функциями ядра являются: хранение генетической информации и передача ее дочерним клеткам в процессе деления, а также контроль жизнедеятельности клетки путем регуляции синтеза различных белков.

В состав ядра входят: ядерная оболочка, кариоплазма (нуклеоплазма, ядерный сок), хроматин, ядрышки. Ядро отграничено от остальной цитоплазмы ядерной оболочкой, состоящей из двух мембран типичного строения. Между мембранами имеется узкая щель, заполненная полужидким веществом. В некоторых местах обе мембраны сливаются друг с другом, образуя ядерные поры, через которые происходит обмен веществ между ядром и цитоплазмой. Наружная ядерная мембрана со стороны, обращенной в цитоплазму, покрыта рибосомами, придающими ей шероховатость, внутренняя мембрана гладкая. Ядерная оболочка — часть мембранной системы клетки. Выросты внешней ядерной мембраны соединяются с каналами эндоплазматической сети, образуя единую систему сообщающихся каналов. Наиболее популярна в настоящее время версия происхождения ядра в результате впячивания плазматической мембраны и окружения ею ДНК клетки.

Кариоплазма — внутреннее содержимое ядра, в котором располагаются хроматин и одно или несколько ядрышек. В состав ядерного сока входят различные белки (в том числе ферменты ядра), свободные нуклеотиды.

Ядрышкопредставляет собой округлое плотное тельце, погруженное в ядерный сок. Количество ядрышек зависит от функционального состояния ядра и может колебаться от 1 до 5—7 и более (даже в одной и той же клетке). Ядрышки обнаруживаются только в неделящихся ядрах, во время митоза они исчезают, а после завершения деления возникают вновь. Ядрышко не является самостоятельной структурой ядра. Оно образуется в результате концентрации в определенном участке кариоплазмы участков хромосом, несущих информацию о структуре рРНК. Они содержат многочисленные копии генов, кодирующих рРНК. Поскольку в ядрышке интенсивно идет процесс синтеза рРНК и формирование субъединиц рибосом, можно говорить, что ядрышко — это скопление рРНК и рибосомальных субъединиц на разных этапах формирования.

Хроматиномназывают глыбки, гранулы и сетевидные структуры ядра, интенсивно окрашивающиеся некоторыми красителями и отличающиеся по форме от ядрышка. Хроматин представляет собой молекулы ДНК, связанные с белками — гистонами. В зависимости от степени спирализации различают: эухроматин— деспирализованные (раскрученные) участки хроматина, имеющие вид тонких, неразличимых при световой микроскопии нитей, слабо окрашивающихся и генетически активных; гетерохроматин — спирализованные и уплотненные участки хроматина, имеющие вид глыбок или гранул, интенсивно окрашивающиеся и генетически не активных.

Хроматин представляет собой форму существования генетического материала в неделящихся клетках и обеспечивает возможность удвоения и реализации заключенной в нем информации. Перед делением ДНК упаковывается в хромосомы, каждая из которых состоит из 2 хроматид, 2 молекул ДНК.

Различают 4 основных уровня упаковки: на 1-м уровне ДНК накручивается на белковый комплекс, состоящий из 8 молекул гистонов, образуется нуклеосомная нить, «бусы на нитке» и длина ДНК уменьшается в 7 раз. На втором уровне нуклеосомы закручиваются в плотную нить — нуклеосомную фибриллу, и длина вновь уменьшается до 70 раз. На третьем уровне формируется хромонема, фибрилла собирается в петли, и длина уменьшается до 700 раз. На четвертом уровне хромонема спирализуется, образуя хроматиду. Две хроматиды соединены в области центромеры — первичной перетяжки в хромосому. Хромосома состоит из двух идентичных хроматид, в каждой — молекула ДНК. В целом укорочение ДНК достигает 10⁴.

Хромосомная ДНК управляет образованием молекул РНК, которые выходят из ядра в цитоплазму, где они участвуют в синтезе белков. Одна часть РНК становится компонентом рибосом.

Другая часть РНК несет в себе информацию, определяющую аминокислотную последовательность белков. В ДНК любой клетки содержится информация для синтеза всех белков, необходимых организму, но каждая данная клетка образует лишь часть этих белков.

Ядро – это регуляторный центр клетки, т.к. образуемые здесь РНК определяют, какие именно белки будут синтезируются на рибосомах в цитоплазме клетки, а через белки — всеми другими процессами жизнедеятельности. Эта регуляция двусторонняя: вещества из цитоплазмы поступают в ядро и влияют на ДНК так, чтобы здесь начался либо прекратился синтез определенных видов РНК. Т.о. процессы в клетке зависят от химического состава цитоплазмы в данный момент

Ядро осуществляет хранение и реализацию генетической информации, оно участвует в репликации и распределении наследственной информации между дочерними клетками, а следовательно, и в регуляции клеточного деления и процессов развития организма