Строение клетки: ядерный аппарат, Биология

К Клеточное ядро является обязательной составляющей клетки, которое регулирует обмен веществ и отвечает за передачу и хранение наследственной информации.

Клеточное ядро

Схема строения интерфазного ядра: 1 — наружная мембрана; 2 — внутренняя мембрана; 3 — перинуклеарное пространство; 4 — пора; 5 — ядрышко; 6 — кариоплазма; 7 — хроматин.

Ядро является обязательным компонентом всех эукариотических клеток. Форма и размеры ядра зависят от формы и величины клетки и выполняемой ею функции.

Химический состав ядра

По химическому составу ядро отличается от остальных компонентов клетки высоким содержанием ДНК (15 — 30%) и РНК (12%). В ядре клетки сосредоточено 99% ДНК клетки в виде комплекса с белками – дезоксирибонуклеопротеина (ДНП).

Функции ядра

Ядро выполняет две главные функции:

1. хранение, воспроизведение и передачу наследственной информации
2. регуляцию процессов обмена веществ, протекающих в клетке.

Выделяют два состояния ядра: делящееся и интерфазное. В интерфазном ядре различают: ядерную оболочку, ядерный сок, хроматин и ядрышки.

Ядерная оболочка

Ядерная оболочка (кариолемма) представлена двумя биологическими мембранами, между которыми находится перинуклеарное пространство. Наружная ядерная мембрана непосредственно соединена с мембранами каналов эндоплазматической сети.

На ней располагаются рибосомы. Ядерная оболочка пронизана многочисленными порами, через которые происходит обмен веществ между ядром и цитоплазмой.

Основная функция ядерной оболочки: регуляция обмена веществ между ядром и цитоплазмой клетки.

Ядерный сок

Ядерный сок (кариоплазма) – это однородная масса, заполняющая пространство между структурами ядра. В его состав входят вода, минеральные соли, белки (ферменты), нуклеотиды, аминокислоты, АТФ и различные виды РНК.

Функция кариоплазмы: обеспечение взаимосвязей между ядерными структурами.

Хроматин

Хроматин представляет собой дезоксирибонуклеопротеин (ДНП), состоящий преимущественно из ДНК и белков-гистонов, выявляемый под световым микроскопом в виде глыбок и гранул. Это деспирализованные хромосомы интерфазного ядра. В процессе митоза хроматин путем спирализации образует хорошо видимые (особенно в метафазе) интенсивно окрашивающиеся структуры – хромосомы.

Метафазная хромосома

Схема строения метафазной хромосомы (А) и типы хромосом (Б). А: 1 — плечо; 2 — центромера; 3 — вторичная перетяжка; 4 — спутник; 5 — две хроматиды; Б: 1 — акроцентрическая; 2 — субметацентрическая; 3 — метацентрическая.

Метафазная хромосома состоит из двух продольных нитей ДНП – хроматид, соединенных друг с другом в области первичной перетяжки – центромеры. Центромера делит каждую хроматиду на два плеча.

В зависимости от расположения первичной перетяжки различают следующие типы хромосом: метацентрические (равноплечие), в которых центромера расположена посередине, а плечи примерно равной длины; субметацентрические (неравноплечие), когда центромера смещена от середины хромосомы, а плечи неравной длины; акроцентрические (палочковидные), когда центромера смещена к одному концу хромосомы и одно плечо очень короткое. Некоторые хромосомы могут иметь вторичные перетяжки, отделяющие от хроматиды участок, называемый спутником. Основная функция хромосом – хранение, воспроизведение и передача генетической информации.

Кариотип

Кариотип – это диплоидный набор хромосом соматических клеток организма определенного вида. Каждый вид растений и животных имеет определенное, постоянное число хромосом. Так, в ядре соматических клеток у лошадиной аскариды содержится 2 хромосомы, у мухи дрозофилы – 8, у человека – 46.

Во всех соматических клетках число хромосом всегда парное (диплоидный набор – 2n), т.е. каждая хромосома в наборе имеет парную, гомологичную (одну из этих хромосом дочерний организм получает от отца, а вторую от матери). Гомологичные хромосомы одинаковы по величине, форме, расположению центромер.

Для каждого биологического вида характерно постоянство числа, величины и формы хромосом. При образовании половых клеток из каждой пары гомологичных хромосом в гамету попадает только одна, поэтому хромосомный набор гамет называется гаплоидным (одинарным – 1n).

При оплодотворении восстанавливается диплоидный набор хромосом.

Ядрышки

Ядрышки имеют шаровидную форму, не окружены мембраной. Они содержат преимущественно белки и р-РНК. Ядрышки – непостоянные образования, они растворяются в начале деления клетки и восстанавливаются после его окончания.

Их образование связано со вторичными перетяжками (ядрышковыми организаторами) спутничных хромосом, в которых локализованы гены, кодирующие синтез рибосомальных РНК и белков. Функция ядрышек – образование субъединиц рибосом.

Эукариотические клетки

Клетки подавляющего большинства живых организмов имеют оформленное, сложно устроенное ядро, цитоплазму с органоидами и оболочку. Такие клетки называются эукариотическими. Они характерны для протистов, грибов, растений и животных.

Прокариотические клетки

Прокариотические клетки не имеют оформленного ядра и мембранных органоидов. Генетический аппарат прокариот представлен нуклеоидом одной кольцевой молекулой ДНК, не связанной с белками-гистонами и не окруженной мембраной. Имеются рибосомы. Функций мембранных органоидов выполняют впячивания плазмалеммы – мезосомы. К прокариотам относятся бактерии и цианобактерии.

Клетки растений и животных сходны по строению и химическому составу, но между ними имеются и определенные отличия.

Отличие про- от эукариотических клеток

Признак	Прокариоты	Эукариоты
Цитоплазматическая мембрана	Есть	Есть
Клеточная стенка	Есть	У животных нет, у растений есть
Ядерная оболочка	Нет	Есть
Митохондрии	Нет	Есть
Комплекс Гольджи	Нет	Есть
ЭПС	Нет	Есть
Лизосомы	Нет	Есть
Мезосомы	Есть	Нет
Рибосомы	Есть	Есть
Хромосомы	Нет(кольцевая молекула ДНК)	Набор хромосом (ДНК + белок)
Способ размножения	Простое бинарное деление	Митоз, амитоз

Отличие животных от растительных клеток

Признак	Животные клетки	Растительные клетки
Клеточная стенка	Нет	Есть (целлюлоза)
Тип питания	Гетеротрофные	Автотрофные
Пластиды	Нет	Есть
Центросома	Есть	Нет
Центральная вакуоль	Нет	Есть
Запасное питательное вещество	Гликоген	Крахмал

1. Биология для абитуриентов. Авторы: Давыдов В.В. , Бутвиловский В.Э. , Рачковская И. В. , Заяц Р.Г.

Биология. 11 класс

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.

Строение клетки эукариот (ядерных) • биология-в.рф

Строение клетки эукариот (ядерных)

Строение клетки эукариот (ядерных)

К эукариотам (от греч. эу – полностью, хорошо) относятся клетки растений, грибов, животных. Среди эукариот есть одноклеточные, колониальные и многоклеточные формы. Клетки этих организмов имеют хорошо сформированное ядро. Некоторые зрелые клетки (ситообразные трубки высших растений, эритроциты и тромбоциты большинства млекопитающих) в процессе эволюции его утратили.

Каждая клетка состоит из поверхностного аппарата, цитоплазмы и внутриклеточных структур. Поверхностный аппарат клетки образован плазматической мембраной, надмембранными и подмембранными структурами.

Через него происходит обмен веществ между клеткой и средой обитания. Поверхностный аппарат клеток разных организмов отличается.

У клеток бактерий, растений и грибов в состав надмембранного комплекса входит клеточная стенка, а животных клеток – гликокаликс.

Плазматическая мембрана

Клетки как прокариот, так и эукариот покрыты плазматической мембраной (от лат. membrana – кожура, пленка), 6-10 нм толщиной. Она ограничивает цитоплазму и защищает ее от воздействий окружающей среды.

Ее основная функция – транспорт веществ. Плазматическая мембрана определяет размеры клеток. В клетке нет открытых мембран со свободными концами.

На протяжении жизни клетки мембрана остается постоянной, но все ее составляющие постоянно обновляются.

Кроме того, различают внутренние мембраны. Ими внутренняя среда клеток разделена на отдельные функциональные участки – компартменты.

Одна из функций компартментов – это обеспечение возможности одновременного осуществления многих несовместимых биохимических процессов.

Разнообразные мембранные структуры были выявлены с помощью световой и электронной микроскопии. Крупнейшими компартментами являются ядро, митохондрии и т. п.

В биологических мембранах происходят процессы, связанные с преобразованием энергии, формированием и передачей возбуждения, восприятием и передачей информации, явлениями иммунитета и т. п. У многоклеточных организмов плазматические мембраны обеспечивают межклеточные контакты.

Плазматическая мембрана эукариотических клеток в определенных местах составляет единое целое с мембранами эндоплазматической сети. Мембраны эндоплазматической сети непосредственно связаны с мембранами комплекса Гольджи.

С помощью комплекса Гольджи воссоздаются клеточные структуры (лизосомы и т. п.). Лизосомы сливаются с пиноцитозными или фагоцитозными пузырьками. Последние возникают из плазматической мембраны. Клетка делится на большое количество ячеек.

Они играют важную роль в ходе процессов обмена.

После деления клетки из мембран эндоплазматической сети образуется ядерная мембрана. Внешняя ядерная мембрана является продолжением мембраны эндоплазматической сети.

Таким образом, единая мембранная система клетки составляет комплекс мембранных структур. Эти структуры связаны между собою пространственно и функционально.

Химический состав мембран

Все клеточные мембраны и эукариот, и прокариот имеют подобные химический состав и принцип организации. Но соотношения химических компонентов, детали строения могут отличаться, в зависимости от типа мембран и их функций.

Основные химические компоненты мембраны: липиды, белки и некоторое количество углеводов.

Белки являются основным функциональным компонентом биологических мембран. От сухой массы мембран составляют в среднем до 60 %. Они образуют комплексы с липидами. В строении мембран различают поверхностные и внутренние белки.

Поверхностные белки составляют около 30 % от общего количества мембранных белков. Они содержатся на внешней и внутренней поверхностях мембран. Поверхностные белки связаны с поверхностями мембран непосредственно или через двухвалентные катионы, преимущественно Са2+ и Mg2+электрическими силами. При разрушении клетки легко отделяются от мембран.

Внутренние белки составляют почти 70 % общего количества мембранных белков. Они погружены на разную глубину в двойной слой липидов. Иногда пронизывают мембрану насквозь. Такие белки связывают обе поверхности мембраны.

По биологической роли мембранные белки делят на ферментативные, защитные, рецепторные (сигнальные белки) и структурные.

Разные типы мембран имеют определенный набор ферментативных белков. На мембранах содержатся некоторые ферменты, которые принимают участие в регуляции обмена веществ, преобразовании энергии и т. п.

Некоторые мембранные белки (антитела и т. п.) выполняют защитную функцию.

Структурные белки принимают участие в стабилизации мембран.

Рецепторные белки способны в ответ на воздействие различных факторов окружающей среды изменять свою пространственную структуру и таким образом передавать сигнал в клетку.

Липиды составляют от сухой массы мембран 40 %. Преобладают среди липидов фосфолипиды (до 80 %). Фосфолипиды в своем составе имеют остатки фосфорной и серной кислот, которые образуют гидрофильные головки. Неполярная часть представлена остатками жирных кислот.

Углеводы не входят самостоятельно в состав мембран. Они образуют комплексы с белками или липидами: гликопротеиды или гликолипиды соответственно. Локализованы на внешней стороне внешней мембраны.

Структура биологических мембран

Общепринятая модель биологических мембран как прокариот, так и эукариот – жидкостно-мозаичная. Название происходит от того, что около 30 % липидов тесно связаны с внутренними белками, а остальные находятся в жидком состоянии.

Молекулы липидов образуют двойной слой, где полярные гидрофильные остатки фосфорной кислоты (головки) обращены к внешней и внутренней сторонам мембраны, к жидкой среде, неполярные хвосты – вглубь. Молекулы белков находятся или с внешней, или с внутренней стороны слоя липидов, или погружены в него.

Сверху мембрана напоминает мозаику, которая образована полярными головками липидов и поверхностными и внутренними белками.

Мембраны способны волнообразно двигаться, чем способствуют передвижению макромолекул. Поскольку входящие в состав мембран молекулы способны перемещаться, мембраны при незначительных повреждениях быстро восстанавливаются, могут легко сливаться одна с другой, растягиваться и сжиматься.

Между молекулами белков или их частями часто существуют поры, или канальцы, заполненные водой.

Поверхность мембраны неоднородная, чем обусловлены отличительные физиологические свойства разных участков. Она образует отростки, вгибы, складки, микроворсинки, которые намного увеличивают внешнюю и внутреннюю поверхности клетки.

Транспорт веществ через мембрану

Транспорт может быть как пассивным (без затрат энергии), так и активным (с затратами энергии).

Пассивный

Пассивный транспорт происходит посредством диффузии, осмоса, транспортных белков. Процессы пассивного и активного транспорта присущи всем типам мембран.

Диффузия – это процесс взаимопроникновения молекул. Происходит взаимопроникновение благодаря различию в концентрации вещества извне и внутри клетки по градиенту концентрации. Вещества через определенные участки или поры проникают через мембрану вследствие хаотичного теплового движения молекул без затрат энергии.

Диффузия зависит от проницаемости мембраны. Процесс пассивного транспорта обеспечивает избирательную проницаемость веществ через мембраны. Полупроницаемостъ мембраны – это способность выборочно пропускать в клетку и выводить из нее разные молекулы и ионы.

При этом, как и при диффузии, вещества перемещаются благодаря градиенту концентрации почти без затрат энергии.

Осмос – это диффузия воды через полупроницаемую мембрану из области с меньшей концентрацией растворенного вещества в область с большей концентрацией.

Существует несколько механизмов пассивного транспорта с помощью белков: 1) с участием подвижных белков-переносчиков, которые присоединяют транспортируемое вещество на одной поверхности мембраны, а освобождают на другой; 2) за счет изменения конфигурации внутренних белков, которые пересекают мембрану. Некоторые белки могут вращаться вокруг своей оси.

Фиксированные в мембране молекулы переносчиков могут образовывать цепь, и определенное вещество последовательно перемещается от одного звена этой цепи к другому.

Активный

Активный транспорт связан с затратами энергии, источником которой могут быть или различие концентрации ионов, которые возникают с обеих сторон мембраны, или энергия, которая высвобождается при расщеплении молекул АТФ.

На перенос веществ через плазматическую мембрану влияет различие концентрации ионов калия и натрия во внутренней и внешней средах клетки. Внутри живой клетки концентрация ионов калия всегда выше, чем извне, а ионов натрия – наоборот.

Возникает градиент концентрации, который ведет к поступлению в клетку посредством диффузии ионов натрия, а ионов калия – из нее. Концентрация ионов в клетке и вне ее никогда не выравнивается, поскольку существует особый механизм, который выводит ионы натрия из клетки и вводит туда ионы калия.

Такой механизм называется калиево-натриевым насосом. Процесс происходит с затратой энергии. Концентрация этих ионов с обеих сторон плазматической мембраны выравнивается в мертвых или замороженных клетках.

Благодаря калиево-натриевому насосу облегчается энергетический негатив – против градиента концентрации – транспорт низкомолекулярных соединений (глюкозы, аминокислот и т. п.).

К активному транспорту относятся цитозы. Выведение веществ из клетки называется экзоцитозом, введение их в клетку – эндоцитозом. Известно два вида эндоцитоза: фагоцитоз и пиноцитоз. При этом образуются пузырьки, окруженные мембраной, диаметром 0,01-2 мкм. Вещества в этих творениях сливаются или взаимодействуют с разнообразными мембранными структурами.

Фагоцитоз (от греч. фагос – пожирать) – активное поглощение твердых объектов, частичек органических веществ, мелких клеток и т. п.

Фагоцитоз наблюдается у клеток одноклеточных или многоклеточных животных, которые лишены клеточной стенки. Одноклеточные животные (амебы, фораминиферы и т. п.) и некоторые многоклеточные (клетки гидры и т. п.

) питаются благодаря фагоцитозу. Лейкоциты хордовых с помощью фагоцитоза выполняют защитную функцию.

Процесс фагоцитоза происходит в несколько этапов: 1) сближение клетки с объектом, который можно захватить; 2) образование фагосомы – плазматическая мембрана окутывает объект и проталкивает его в цитоплазму; 3) переваривание объекта (поступают лизосомы, содержащие гидролитические ферменты). Непереваренные остатки выводятся из клетки.

Пиноцитоз (от греч. пино – пью, вбираю) – это поглощение клеткой жидкостей вместе с растворенными в них соединениями. Происходит благодаря вгибанию мембраны. Наблюдается у клеток разнообразных организмов.

Клеточный уровеньУровни организации живого

Лекция 8. Ядерный аппарат

В составе ядерного аппарата можно выделить несколько комплексов:

1. поверхностный аппарат ядра или кариотека

2. кариоплазма, нуклеоплазма, ядерный сок или кариолимфа

3. ядерный матрикс

4. хромосома.

Кариотека состоит из нескольких элементов:

1. ядерная оболочка или кариолемма

2. белковые поровые комплексы

3. периферическая плотная пластинка (ППП), которая подстилает кариолемму.

Кариолемма представлена двумя мембранами наружной и внутренней. Эти мембраны переходят друг в друга в районе пор, между мембранами находится переуклеарное пространство.

Наружная мембрана ядро напосредственно переходит в мембрану шЭПС, поэтому в натоящее время считается, что ядерный аппарат возник как специализированная часть ЭПС и его возникновение способствовала изоляции генетического материала от остальной цитоплазмы.

На наружной мемране могут располагаться рибосомы , кроме того здесь локализовано большое количество перенносчиков, ферментов и рецепторов. В кариолемме располагается большое количество пор, причем количество пор зависит от функциональной активности ядра.

В порах располагаются поровые комплексы, главная функция которых состоит в специфическом транспорте макромолекул из ядра и в ядро. Каждый поровый комплекс представляет собой систему крупных белковых гранул, причем в каждой комплекс входят периферические глобулы и одна центральная глобула.

Периферические глобулы образуют наружное и внутренней кольцо, причем каждое кольцо состоит из 8 глобул. Эти кольца связаны с центральной глобулой фибриллярными белками, которые придают целостность всему комплексу.

Фиксация периферических глобулярных колец осуществляется за счет гидрофобных взаимодействий с наружной и внутренней мембраной, а также за счет взаимодействия с ППП. Через центральную глобулу из ядра в цитоплазму транспортируются мРНК, из цитоплазмы в ядро транспортируются полипептиды, причем на центральной глобуле есть рецепторы, опознающие белковые молекулы, и транспорт белков идет с затратой энергии АТФ. Белки, попадающие в ядро, называются нуклеофильными т.к. они обладают пептидной сигнальной последовательностью. Через периферические глобулы из ядра в цитоплазму транспортируются тРНК и субьединицы рибосом.

ППП это сложная белковая структура, которая состоит из скелетных белков или ламин, взаимодействующих друг с другом. В состав ППП входят три ламины, которые, взаимодействуя между собой, формируют сложную решетчатую структуру. Ламины подстилают только внутреннюю мембрану, в районе поровых комплексов они прерываются.

1. ламины образуют кариоскелет

2. могут взаимодействовать со скелетными белками цитоплазмы в районе поровых комплексов и, следовательно, участвовать в организации всего цитоскелета

3. участвуют в организации внутреннего периферического кольца порового комплекса

4. участвует в организации хроматина, т.к. к ламинам прикрепляются теломерные участки хромосом.

Кариоплазма по строению кариоплазма сходна с гиалоплазмой, однако, в ней в большой концентрации находятся нуклеотиды, различные ферменты матричных процессов. Кроме того, в кариоплазме локализованы белки ядерного матрикса.

Ядерный матрикс – это взаимодействующая сеть фибриллярных белков, которая своими концами взаимодействует с ламинами. Основная функция белкового ядерного матрикса заключается в организации хроматина. Эти белки участвуют в создании хромомерного уровня.

К белкам ядерного матрикса прикрепляется нуклеомерная нить своими участками начала репликации, т.е. репликаторами, поэтому ядерный матрикс участвует в организации матричных процессов. В составе ядерного матрикса есть специальные участки, в которых нити матрикса образуют сгущения, это т.

н. ядрышковая сеть, причем здесь к белкам ядерного матрикса прикреплены специальные участки хромосом, в которых располагаются гены для рРНК. Эти гены получили название ядрышковые организаторы.

В ядрышке происходит синтез рРНК, объединение РНК с нуклеофильными белками, формируются субьединицы рибосом.

Хромосомы. С химической точки зрения состоят из хроматина (смотри уровни организации хроматина).

Программа 4. Клетка и ее структурно-функциональные системы — ядерный аппарат (ядро)

• 41. Что представляет собой ядерный аппарат (ядро) клетки? Ядерный аппарат (ядро) — третья структурно-функциональная система клетки, содержащая дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК) и рибонуклеиновые кислоты (РНК), которые обеспечивают реализацию функций ядра: хранение и передачу наследственных свойств клетки, регуляцию обмена веществ и поддержание формы клетки. Ядро — генетический, метаболический и формообразовательный центр клетки.
• 42. Как классифицируют клетки в зависимости от уровня структурно-функциональной организации ядерного аппарата? В зависимости от уровня структурно-функциональной организации ядерного аппарата все клетки живых организмов подразделяют на прокариоты и эукариоты.

Прокариоты — клетки без структурно оформленного ядра, молекулы ДНК находятся в цитоплазме, а их укладка осуществляется без ядерных белков — гистонов (бактерии, клетки сине-зеленых водорослей).

Эукариоты — клетки со структурно оформленным ядром. Укладка молекул ДНК в хромосомы производится с помощью гистонов (большинство одноклеточных и все многоклеточные организмы).

43. Каково строение ядра эукариотической клетки ? При световой и электронной микроскопии в ядре эукариотической клетки отчетливо видны следующие образования: ядерная оболочка, бесструктурное содержимое — ядерный сок (нуклеоплазма, кариоплазма), глыбки хроматина (эухроматин и гетерохроматин), одно или несколько ядрышек (рис. 14 С^).

В ядре эукариотической клетки как структурно-функциональной системе выделяют следующие субсистемы: поверхностный аппарат (ядерная оболочка), ядерный матрикс, нуклеоплазма и совокупность интерфазных хромосом — хроматин (дезоксирибонук- леопротеины) в виде эухроматина и гетерохроматина.

• 44. Как структурно организован поверхностный аппарат ядра эукариотической клетки? Поверхностный аппарат ядра представлен ядерной оболочкой. Она образована двумя мембранами — наружной и внутренней. Между ними находится перинуклеарное пространство. В ядерной оболочке находятся поровые комплексы и подмембранная плотная пластинка (рис. 15 С^”). Наружная ядерная мембрана имеет рибосомы и соединена с канальцами эндоплазматической сети, благодаря чему поверхностный аппарат ядра представляет собой единую структурно-функциональную систему, обеспечивающую синтез белков и их транспорт между цитоплазмой и ядром.
• 45. Что представляет собой ядерный матрикс? Ядерный матрикс представляет собой систему фибриллярных белков, выполняющих как структурную (скелетную), так и регуляторную функцию в процессах репликации, транскрипции, созревании молекул РНК (процессинг) и перемещении их как внутри ядра, так и за его пределами.
• 46. Что представляет собой нуклеоплазма? Нуклеоплазма — субсистема ядерного аппарата, аналогичная цитозолю. Нуклеоплазма — второй компонент внутренней среды клетки. Она создает для ядерных структур специфическое микроокружение, обеспечивающее им нормальные условия для функционирования. Благодаря наличию в ядерной оболочке поровых комплексов нуклеоплазма взаимодействует с цитозолем.
• 47. Какие структуры ядра хранят и передают наследственную информацию клетки? Структурами ядра, ответственными за хранение и передачу наследственной информации клетки, являются хромосомы, состоящие из дезоксирибонуклеопротеинов. Хромосомы целиком можно различить только в клетках, делящихся митозом. В каждой хромосоме видна первичная перетяжка (центромер), делящая ее на два плеча. В области первичной перетяжки находится кинетохор — место прикрепления микротрубочек веретена деления (рис. 16 (?}>). В некоторых хромосомах имеются вторичные перетяжки — ядрышковые организаторы. В них локализована ДНК, ответственная за синтез рРНК. В интерфазе в зоне ядрышкового организатора образуется ядрышко. В ядрах неделящихся клеток видны только части хромосом, называемые хроматином.
• 48. Что представляет собой дезоксирибонуклеиновая кислота? Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) — биологический полимер, состоящий из двух полинуклеотидных цепей. Ее мономеры включают в себя: одно из четырех азотистых оснований — аденин (А), тимин (Т), цитозин (Ц), гуанин (Г); пентозу (дезоксирибозу) и остаток фосфорной кислоты. Эти соединения называют нуклеотидами.

Объединение двух цепей в молекулу ДНК происходит с помощью водородных связей между азотистыми основаниями. Число таких связей между разными азотистыми основаниями неодинаково, вследствие чего они могут соединяться попарно.

Так, аденин (пуриновое основание) одной цепи полинуклеотидов всегда связан двумя водородными связями с тимином (пиримидиновое основание) другой цепи, а гуанин (пуриновое основание) — тремя водородными связями с цитозином (пиримидиновое основание) комплементарной цепи (рис. 17).

Рис. 17. Схема комплементарного соединения нуклеотидов и образования двухцепочечной молекулы ДНК

49. Как кодируется в молекуле ДНК генетическая информация о последовательности соединения аминокислот в процессе синтеза белка? Известно, что нуклеотиды ДНК содержат четыре вида азотистых оснований: аденин (А), тимин (Т), цитозин (Ц) и гуанин (Г), а в белках встречается 20 разновидностей аминокислот.

Из этого следует, что система кодирования не может быть построена по принципу «один нуклеотид — одна аминокислота». Также нельзя закодировать 20 аминокислот и по принципу «два нуклеотида — одна аминокислота», так как число возможных комбинаций из четырех по два составляет всего лишь 16 вариантов.

Однако триплетный код, в котором каждой аминокислоте соответствуют три нуклеотида, позволяет получить уже 64 различные комбинации из четырех нуклеотидов по три. Установлено, что каждую аминокислоту определяют именно три смежных нуклеотида, образующих так называемый триплет, или кодон.

Примеры триплетов (кодонов) ДНК: АЦА кодирует аминокислоту цистеин, ЦАА — валин, ТТГ — лизин и др. Некоторые аминокислоты кодируются несколькими триплетами.

Так, аргинин может кодироваться следующими триплетами: ГЦА, ГЦГ, ГЦТ и ГЦЦ — избыточность генетического кода, которая имеет существенное значение для повышения надежности передачи генетической информации.

Таким образом, определенные сочетания нуклеотидов и последовательность их расположения в молекуле ДНК представляют собой генетический код, несущий информацию о структуре белка. Участок молекулы ДНК, в котором закодирована информация о структуре какой-либо молекулы белка, называют геном, а совокупность всех генов одного организма — генотипом.

• 50. Что представляет собой хроматин ядер клеток эукариот ? Хроматин (от греч. chroma — цвет, краска) — нуклеопротеиновые нити, составляющие основу хромосом, ответственных за хранение и передачу наследственных свойств клетки. Хроматин — интерфазные хромосомы неделящихся клеток, состоящие из ДНК, гистоновых и негистоновых белков.
• 51. Какие различают структурно-функциональные формы хроматина? Различают две структурно-функциональные формы хроматина: эухроматин и гетерохроматин.

Эухроматин — это деконденсированные, деспирализованые участки нити ДНК, с которых считывается генетическая информация об аминокислотном составе белка (транскрипция). Эухроматин — функционально активная часть хромосомы.

Гетерохроматин — это конденсированные, спирализованные участки ДНК. Это функционально неактивные части хромосомы.

Гетерохроматин интенсивно окрашивается основными красителями, тогда как эухроматин не обладает этим свойством и выглядит в виде светлых неокрашенных участков среди глыбок гетерохроматина.

По соотношению гетерохроматина и эухроматина в ядре неделящейся клетки можно судить об ее функциональной активности.

• 52. Что представляет собой ядрышко клеточного ядра? В ядре эукариотических клеток имеется одно или несколько плотных телец округлой формы — ядрышек. Они окрашиваются основными красителями. Их базофилия обусловлена наличием рибонуклеиновой кислоты. При электронной микроскопии в структуре ядрышек обнаруживают два компонента — гранулярный (зернистый) и волокнистый (фиброзный). Ядрышко не является самостоятельной структурой. Оно представляет собой производное хромосомы, один из ее локусов в области вторичной перетяжки, который кодирует синтез РНК. Ядрышко — место сборки рибосом.
• 53. В чем заключается биологическая суть компартментали- зации структурной, функциональной и метаболической организации клетки? Одно из фундаментальных положений теории гомеостаза, высказанное французским физиологом К. Бернаром, гласит: «Относительное постоянство внутренней среды есть условие свободной и независимой жизни».

Клетка — элементарная единица структурной организации живых организмов.

Будучи открытой биологической системой, она обладает такими фундаментальными свойствами, как обмен веществ, раздражимость, возбудимость, проводимость и сократимость (способность осуществлять защитные реакции) и репродукция (способность воспроизводить себе подобные клетки).

Реализация этих свойств, лежащих в основе жизни, возможна только в условиях, когда клетка поддерживает относительное постоянство своей внутренней среды. Она представлена цитоплазмой и нукле- оплазмой, которые по своей организации дискретны, т.е. состоят из различных специализированных компартментов (отделов).

В цитоплазме выделяют жидкую фазу — цитозоль, в которой располагаются различные структурированные образования. Все немембранные органеллы функционируют в цитозоле, т.е. в относительно одинаковых условиях. Иные условия необходимы для органелл мембранного строения. Находясь в цитозоле, они отделены от него своей внешней мембраной.

Содержимое каждой органеллы должно создавать адекватные условия для их функциональных систем (например, ферменты лизосом осуществляют внутриклеточное пищеварение в кислой среде). Из этого можно сделать вывод: компарт- ментализация представляет собой биологический принцип разделения целого на гетерогенные части, совместная деятельность которых составляет единый целостный процесс.

Тесты для самоконтроля: программа 4 (4.1—4.16).