Клітинне ядро і його функції

Будову і функції клітини в процесі еволюції зазнавали деяких змін. Появі нових органел передували перетворення в атмосфері та літосфері молодої планети. Одним із значних придбань стало клітинне ядро. Еукаріотичні організми отримали, завдяки наявності відокремлених органел, суттєві переваги перед прокариотами і швидко стали домінувати.

Клітинне ядро, будову і функції якого дещо відрізняються в різних тканинах і органах, дозволило підвищити якість біосинтезу РНК і передачу спадкової інформації.

Походження

На сьогоднішній день є дві основні гіпотези про утворення еукаріотичної клітини. Згідно симбиотической теорії органели (наприклад, джгутики або мітохондрії) колись були окремими прокариотическими організмами. Предки сучасних еукаріот поглинули їх. В результаті утворився симбиотический організм.

Ядро при цьому сформувалося в результаті випинання всередину ділянки цитоплазматичної мембрани. Це було необхідним придбанням на шляху освоєння кліткою нового способу харчування, фагоцитозу. Захоплення їжі супроводжувався підвищенням ступеня рухливості цитоплазми. Генофором, що представляли собою генетичний матеріал клітини прокаріотів і прикріплювалися до стінок, потрапляли в зону сильного «течії» і потребували захисту. В результаті і утворилося глибоке впячивание ділянки мембрани, що містив прикріплені генофором. На користь цієї гіпотези свідчить той факт, що оболонка ядра нерозривно пов'язана з цитоплазматичної мембраною клітини.

Існує й інша версія розвитку подій. Згідно вірусної гіпотезі походження ядра, воно сформувалося в результаті зараження клітини стародавньої археї. У неї увійшов ДНК-вірус і поступово отримав повний контроль над життєвими процесами. Вчені, які вважають цю теорію більш правильною, приводять масу доводів на її користь. Однак на сьогоднішній день немає вичерпного докази для жодної з існуючих гіпотез.

Одне або декілька

Велика частина клітин сучасних еукаріот має ядро. Переважна їх кількість містить тільки одну подібну органелу. Існують, однак, і клітини, які втратили ядро з причини деяких функціональних особливостей. До них належать, наприклад, еритроцити. Зустрічаються і клітини з двома (інфузорії) і навіть декількома ядрами.

Структура клітинного ядра

клітинне ядро будову і функції

Незалежно від особливостей організму, будова ядра характеризується набором типових органел. Від внутрішнього простору клітини воно відгороджене подвійною мембраною. Внутрішні і зовнішні її прошарку в деяких місцях зливаються, утворюючи пори. Їх функція полягає в обміні речовин між цитоплазмою і ядром.

Простір органели заповнене каріоплазма, також званої ядерним соком або нуклеоплазма. У ній розміщується хроматин і ядерце. Іноді останній з названих органоид клітинного ядра присутня не в єдиному екземплярі. У деяких же організмів ядерця, навпаки, відсутні.

Мембрана

Ядерна оболонка утворена ліпідами і складається з двох шарів: зовнішнього і внутрішнього. По суті, це та ж клітинна мембрана. Ядро повідомляється з каналами ендоплазматичноїмережі через перинуклеарний простір, порожнину, утворену двома шарами оболонки.

Зовнішня і внутрішня мембрана мають свої особливості в будові, проте в цілому досить схожі.

Найближчий до цитоплазми

Зовнішній шар переходить в мембрану ендоплазматичної мережі. Її основна відмінність від останньої - значно більш висока концентрація білків в структурі. Мембрана, безпосередньо контактує з цитоплазмою клітини, покрита шаром рибосом із зовнішнього боку. З внутрішньої мембраною вона з'єднується численними порами, що представляють собою досить великі білкові комплекси.

Внутрішній шар

Звернена в клітинне ядро мембрана, на відміну від зовнішньої, гладка, не покрита рибосомами. Вона обмежує каріоплазма. Характерна особливість внутрішньої мембрани - шар ядерної ламіни, що вистилає її з боку, дотичної з нуклеоплазма. Ця специфічна білкова структура підтримує форму оболонки, бере участь у регуляції експресії генів, а також сприяє прикріпленню хроматину до мембрани ядра.

Обмін речовин

Взаємодія ядра і цитоплазми здійснюється через ядерні пори. Вони являють собою досить складні структури, утворені 30 білками. Кількість пір на одному ядрі може бути різним. Він залежить від типу клітини, органу і організму. Так, у людини клітинне ядро може мати від 3 до 5 тисяч пір, у деяких жаб воно доходить до 50 000.

Головна функція пір - обмін речовин між ядром і іншим простором клітини. Деякі молекули проникають крізь пори пасивно, без додаткових витрат енергії. Вони володіють невеликими розмірами. Транспортування великих молекул і надмолекулярних комплексів вимагає витрати певної кількості енергії.

З каріоплазми в клітку потрапляють синтезуються в ядрі молекули РНК. У зворотному напрямку транспортуються білки, необхідні для внутрішньоядерних процесів.

Нуклеоплазма

Ядерний сік являє собою колоїдний розчин білків. Він обмежений оболонкою ядра і оточує хроматин і ядерце. Нуклеоплазма - в'язка рідина, в якій розчинені різні речовини. У їх число входять нуклеотиди і ферменти. Перші необхідні для синтезу ДНК. Ферменти беруть участь в транскрипції, а також репарації та реплікації ДНК.

Будова ядерного соку змінюється залежно від стану клітини. Їх два - стаціонарне і виникає в період поділу. Перше характерно для інтерфази (час між поділами). При цьому ядерний сік відрізняється рівномірним розподілом нуклеїнових кислот і неструктурованими молекулами ДНК. У цей період спадковий матеріал існує у вигляді хроматину. Розподіл клітинного ядра супроводжується перетворенням хроматину в хромосоми. У цей час змінюється будова каріоплазми: генетичний матеріал набуває певну структуру, ядерна оболонка руйнується, і каріоплазма змішується з цитоплазмою.

Хромосоми

клітинне ядро хромосоми

Основні функції нуклеопротеїдних структур перетвореного на час поділу хроматину - зберігання, реалізація та передача спадкової інформації, яку містить клітинне ядро. Хромосоми характеризуються певною формою: діляться на частини або плечі первинної перетяжкою, також званої целомерой. За її розташуванню виділяють три типи хромосом:

• палочкообразниє або акроцентріческіе: для них характерно розміщення целомери практично на кінці, одне плече виходить дуже маленькім;
• разноплечіе або субметацентріческіе володіють плечима нерівної дліни;
• равноплечіе або метацентріческая.

Набір хромосом у клітині називається каріотипом. У кожного виду він фіксований. При цьому різні клітини одного організму можуть містити диплоїдний (подвійний) або гаплоїдний (одинарний) набір. Перший варіант характерний для соматичних клітин, в основному складають тіло. Гаплоїдний набір - привілей статевих клітин. Соматичні клітини людини містять 46 хромосом, статеві - 23.

Хромосоми диплоїдного набору складають пари. Однакові нуклеопротеїдні структури, що входять в пару, називаються алельних. Вони мають однакову будову і виконують одні й ті ж функції.

Структурною одиницею хромосом є ген. Він являє собою ділянку молекули ДНК, що кодує певний білок.

Ядерце

клітинне ядро і його функції

Клітинне ядро володіє ще однією органоїдом - це ядерце. Воно не відділяється від каріоплазми мембраною, але при цьому його легко помітити під час вивчення клітини за допомогою мікроскопа. Деякі ядра можуть мати кілька ядерець. Існують і такі, в яких подібні органели відсутні зовсім.

За формою ядерце нагадує сферу, має досить невеликі розміри. До його складу входять різні білки. Основна функція ядерця - синтез рибосомних РНК і самих рибосом. Вони необхідні для створення поліпептидних ланцюгів. Ядерця утворюються навколо спеціальних ділянок геному. Вони отримали назву ядерцевих організаторів. Тут містяться гени Хвороби. Ядерце, крім іншого, є місцем з найбільшою концентрацією білка в клітині. Частина білків необхідна для виконання функцій органоида.

У складі ядерця виділяють два компоненти: гранулярний і фібрилярний. Перший являє собою дозрівають субодиниці рибосом. У фібрилярних центрі здійснюється синтез Хвороби. Гранулярний компонент оточує фібрилярний, розташований в центрі ядерця.

Клітинне ядро і його функції

Роль, яку відіграє ядро, нерозривно пов'язана з його будовою. Внутрішні структури органоида спільно реалізують найважливіші процеси в клітині. Тут розміщується генетична інформація, яка визначає будову і функції клітини. Ядро відповідає за зберігання та передачу спадкової інформації, що здійснюється під час мітозу і мейозу. У першому випадку дочірня клітина отримує ідентичний материнському набір генів. В результаті мейозу утворюються статеві клітини з гаплоїдним набором хромосом.

Інша не менш важлива функція ядра - регуляція внутрішньоклітинних процесів. Вона здійснюється в результаті контролю синтезу білків, що відповідають за будову і функціонування клітинних елементів.

Вплив на білковий синтез має ще один вираз. Ядро, контролюючи процеси всередині клітини, об'єднує всі її органели в єдину систему з налагодженим механізмом роботи. Збої в ньому наводять, як правило, до загибелі клітини.

Нарешті, ядро є місцем синтезу субодиниць рибосом, які відповідають за освіту все того ж білка з амінокислот. Рибосоми незамінні в процесі транскрипції.

Еукаріотична клітина являє собою більш досконалу структуру, ніж прокаріотична. Поява органоїдів з власною мембраною дозволило підвищити ефективність внутрішньоклітинних процесів. Формування ядра, оточеного подвійною ліпідної оболонкою, грало в цій еволюції дуже важливу роль. Захист спадкової інформації мембраною дозволила освоїти древнім одноклітинним організмам нові способи життєдіяльності. Серед них був фагоцитоз, який за однією з версій привів до появи симбіотичного організму, що пізніше став прабатьком сучасної еукаріотичної клітини з усіма характерними для неї органоїдами. Клітинне ядро, будову і функції деяких нових структур дозволили задіяти кисень у метаболізмі. Наслідком цього стала кардинальна зміна в біосфері Землі, була закладена основа для формування і розвитку багатоклітинних організмів. Сьогодні еукаріотичні організми, до яких відноситься і людина, домінують на планеті, і ніщо не віщує змін у цьому плані.