Ядро – центр управления клетки
Для всех живых организмов характерны исключительно упорядоченное строение и поведение. Эти процессы контролируются информацией, которая сосредоточена главным образом в ядре эукариот и в ядерном участке (нуклеоиде) прокариот
Генетическая информация в каждой клетке закодирована в виде определённой последовательности нуклеотидов в молекулах ДНК и РНК и составляет её информационную систему.
Благодаря тому, что ДНК находится в ядре клеток эукариот, оно является её информационным центром, местом, где сохраняется и воспроизводится наследственная информация, которая определяет все признаки клетки и целого организма.
Ядро это и центр управления обмена веществ в клетке, поскольку РНК, образующаяся в нём, определяет, когда и какие белки должны синтезироваться на рибосомах в цитоплазме. Потому удаление ядра из клетки, как правило, ведёт к её быстрой гибели.
Ядра клеток имеют очень изменчивые форму и размеры, зависящие от вида организма, типа ткани, функционального состояния клетки и возраста. Оно может быть шарообразным (15 – 20 мкм в диаметре), в виде линзы, веретенообразным.
Клетки паутинных желез пауков и некоторых насекомых имеют многолопастные ядра. Благодаря такой форме значительно увеличивается площадь контакта ядерной оболочки с цитоплазмой и одновременно увеличивается и скорость биохимических реакций.
Общий план строения идентичен у всех клеток.
Ядерная оболочка
Ядро отсоединено от цитоплазмы двойной мембраной, или ядерной оболочкой.
Внешняя мембрана ядерной оболочки, граничащая с гиалоплазмой, имеет складчатую структуру и в некоторых местах соединяется с каналами эндоплазматической сетки, на которой расположены рибосомы.
Внутренняя мембрана, которая контактирует с нуклеоплазмой, рибосом не содержит.
Пространство между мембранами ядерной оболочки называют перинуклеарным.
Ядерную оболочку пронизывают множество пор диаметром 30 – 100 нм. В зависимости от типа и физиологического состояния клетки и её типа на 1 мкм2 ядерной оболочки их может быть от 10 до 30. Молодые клетки содержат всегда больше пор, чем старые. Благодаря порам, которые обеспечивают выборочную проницаемость, ядерная оболочка способна контролировать обмен веществ между цитоплазмой и ядром.
Новая ядерная оболочка образуется из цистерн эндоплазматической сетки и, частично, из фрагментов прежней ядерной оболочки, распавшейся после деления ядра.
Внутреннее строение ядра. Хромосомы
Внутри ядро заполняет желеобразный матрикс – нуклеоплазма (ядерный сок). Она заполняет пространство между ядерными структурами. В ней расположены ядрышка (одно или несколько), большое количество ДНК и РНК, различные белки, в том числе большое количество ядерных ферментов, а также аминокислоты, свободные нуклеотиды, продукты обмена веществ. Взаимосвязь всех ядерных структур осуществляет нуклеоплазма.
На окрашенных препаратах клетки в состоянии покоя хроматин представляет собой сетку тонких фибрилл и мелких гранул. Основу хроматина составляют нуклеопротеиды – длинные нитеобразные молекулы ДНК, связанные со специфическими белками – гистонами.
Комплекс, состоящий из восьми молекул гистонов и обмотанного вокруг него участка молекулы ДНК, называют нуклеосомой.
Участок молекулы ДНК образует 1,75 оборота вокруг сердцевины нуклеосомы. Нуклеосомы – это эллипсоиды около 10 нм длиной и 5 – 6 нм шириной.
Наличие нуклеосом – характерный признак хроматина эукариот.
Благодаря нуклеосомам образуется нуклеосомная нить – спираль первого порядка. Плотная упаковка ДНК достигается благодаря тому, что нуклеосомная нить образует спираль высшего порядка – соленоид, который в свою очередь компактизуется и образует ещё более сложную суперспираль. Благодаря этому ДНК уплотняется и хромосомы укорачиваются в сравнении с интерфазными в несколько тысяч раз.
Самая длинная (первая) хромосома человека длиной 6,8 – 1,4 мкм, а каждая её хроматида содержит двойную сплошную спираль ДНК длиной 7,3 см. Значит, в компактизованном состоянии длина спирали уменьшается в 19 тыс. раз.
Морфология хромосом лучше всего выражена в метафазе митоза.
В цитологически благоприятных объектах в световом микроскопе видно, что хромосома состоит из двух морфологически одинаковых палочкообразных частей – хроматид, между которыми есть щель.
Каждая хроматида является дочерней хромосомой и содержит безпрерывно компактизованную молекулу ДНК.
Хромосомы содержат РНК, кислые белки, липиды и минеральные вещества (ионы кальция и магния), а также необходимый для репликации ДНК фермент ДНК-полимеразу.
Каждая хромосома имеет первичную перетяжку (истончённый участок, который не спирализируется) – центромеру, делящую хромосому на два плеча.
Центромера регулирует движение хромосом во время клеточного деления: к ней прикрепляются нити веретена деления, которые растягивают хромосомы (или хроматиды) к полюсам.
В зависимости от расположения центромеры хромосомы бывают:
- равноплечие (метацентрические);
- неравноплечие (субметацентрические);
- резконеравноплечие (акроцентрические).
Некоторые хромосомы имеют одну или несколько вторичных перетяжек, которые не связаны с присоединением к веретену деления. В этом участке контролируется синтез ядрышка (ядрышковый организатор).
Ядрышка
В зависимости от функционального состояния ядра изменяются и форма, размеры и количество ядрышек: чем больше ядрышек, тем выше активность ядра.
В ядре могут содержаться от 1 до 10 ядрышек, а иногда, например в ядрах клеток дрожжей, их нет совсем.
В состав ядрышек входят около 80% белка, 10 – 15% РНК, некоторое количество ДНК и других химических компонентов.
Во время деления ядра ядрышка разрушаются. В конце деления ядрышка снова формируются вокруг определённых участков хромосом – генов, которые называются ядрышковыми организаторами. Под их контролем осуществляется синтез рибосомальной РНК и других структурных компонентов ядрышек.
В ядрышке РНК объединяется с белком, вследствие чего образуются рибонуклеопротеиды – предшественники рибосом. Последние сквозь поры ядерной оболочки переходят в цитоплазму, где и заканчивается их формирование.
Ядрышко является местом синтеза РНК и самособирания хромосом.
У большинства клеток ядро одно, иногда попадаются двухядерные (клетки печени) и многоядерные (многие протисты, водоросли и грибы, молочные сосуды растений, поперечнополосатые мышцы). Некоторые клетки во взрослом состоянии вовсе не имеют ядра (эритроциты млекопитающих и клетки ситовидных трубок цветковых растений).
