КЛІТИННЕ ЯДРО: БУДОВА І ФУНКЦІЇ

Розділ 3 Клітинний рівнь організації живої природи

Тема 6. Структура клітинного рівня: біомолекули та органели клітин

§ 40. КЛІТИННЕ ЯДРО: БУДОВА І ФУНКЦІЇ

Терміни та поняття: ядро, ядерна оболонка, хроматин, ядерце, хромосоми, ядерцевий організатор, каріоплазма (ядерний сік), нуклеоїд.

Який вигляд має ядро. Еукаріотична клітина відрізняється від прокаріотичної наявністю ядра, у якому міститься ДНК, що утворює генетичний апарат клітини. Ядро зазвичай розміщується в центрі клітини і займає близько 20 % її об’єму. У круглих клітинах

воно має кулеподібну форму, у видовжених – еліпсоподібну, а ядрам деяких лейкоцитів або клітин павутинних залоз павуків притаманна химер на форма: вони здатні поділятися на кілька сегментів, що сполучаються, тому їх називають багатолопатевими.

Мал. 197. Рибосома, що рухається по РНК

Мал. 198.Схема будови ядра: 1 – ядерна оболонка; 2 – рибосоми; 3 – ядерні пори; 4 – ядерце; 5 – хроматин; 6 – ядро; 7 – ендоплазматична сітка;

8 – каріоплазма

Більшість клітин має одне ядро, але трапляються й багатоядерні клітини. В інфузорії

туфельки клітина містить два ядра: велике й мале. Одне з них бере участь у метаболічних процесах, а інше є місцем зберігання спадкової інформації. У міцелію грибів (грибниці) між клітинами зникають поперечні стінки, тому утворюється одна величезна клітина з великою кількістю ядер. Подібна структура спостерігається і в клітинах посмугованої м’язової тканини, які виникли внаслідок злиття багатьох клітин. Багатоядерні клітини є в кістковому мозку і в печінці людини, де відбувається інтенсивний синтез білків. Відомі й без’ядерні клітини. Зокрема, юні еритроцити ссавців на момент свого дозрівання втрачають ядро, після чого живуть близько 120 днів і не здатні до розмноження (поділу). У клітинах деревини, з яких утворюються спеціальні капілярні трубки, що слугують для транспортування води від коренів до листків, відбувається відмирання цитоплазми й ядра. Оболонки цих клітин поступово набирають спеціальної речовини, відтак у клітинах гасне життя, і вони перетворюються на міцні механічні структури. (Наведіть приклади різної форми та кількості ядер у клітинах різноманітних тканин різних організмів. Поясніть ці факти.)

Ядро як апарат керування клітиною. Майже відразу після відкриття ядра (пригадайте, хто і коли вперше описав ядро), ще до формування клітинної теорії, висловлювалися припущення щодо провідної ролі ядра у процесах росту й розвитку клітини та організму. Наступні дослідження й спеціальні експерименти на живих клітинах підтвердили це припущення й довели, що ядро є центром керування клітиною. Найвідоміші такі експерименти:

– якщо із заплідненого яйця жаби одного виду мікрохірургічним шляхом видалити ядро, а на його місце помістити ядро жаби іншого, досить близького виду, то із цього ядра розів’ється жабеня другого, а не першого виду;

– якщо в амеби акуратно видалити ядро, вона житиме від одного дня до двох тижнів і протягом цього часу не здатна рости й ділитися. Якщо ж видалити цитоплазму, залишивши лише невелику облямівку навколо ядра, то протягом одного-двох тижнів цитоплазма відновиться й амеба житиме і розмножуватиметься, як і раніше. Цей експеримент довів, що клітина без ядра не здатна не лише розмножуватися, а й жити тривалий час.

Мал. 199.Мікрофотографії клітин, у яких добре помітні ядра

(Чи відомі вам інші експерименти, результати яких підтверджують провідну роль ядра у клітині?)

Які функції ядра в клітині. Ви вже знаєте, що ядро зберігає спадкову інформацію і забезпечує її передачу від материнської клітини дочірнім. Саме з молекул ДНК за участю молекул іРНК інформація про структуру білків переносить ся до місця їхнього синтезу на мембранах зернистої ендоплазматичної сітки. Спадкова інформація, що зберігається в ядрі, може змінюватись унаслідок мутацій. Це забезпечує спадкову мінливість.

У ядрі за участю ядерець формуються частини рибосом. Як ви вже знаєте, ці органели беруть участь у синтезі білків. Таким чином, завдяки реалізації спадкової інформації, закодованої у вигляді послідовності нуклеотидів молекули ДНК, ядро регулює біохімічні, фізіологічні та морфологічні процеси, які відбуваються в клітині.

Будова ядра. Ядро складається з компонентів, що є неодмінними для всіх клітин, а отже, має загальний план будови. У ядрі розрізняють: ядерну оболонку, хроматин (від грец. хрома – колір), ядерце і каріоплазму (від грец. каріон – ядро і плазма) (мал. 198, 199).

Ядерна оболонка добре помітна у світловий мікроскоп, вона має вигляд чіткої темної межі, що проходить навколо ядра. В електронний мікроскоп ядерну оболонку можна розглянути детально. Вона складається з двох шарів елементарної плазматичної мембрани (зовнішньої, яка є продовженням ендоплазматичної сітки, та внутрішньої), між ними знаходиться порожнина. Ядер на оболонка містить отвори – пори (мал. 200), які в жодному разі не є дірками в загальному розумінні, а мають певну складну структуру, і організовані спеціальними білками. Крізь пори до цитоплазми клітини надходять молекули іРНК і рибосоми. При цьому крізь ядерну оболонку в обох напрямках відбувається дифузія іонів і низькомолекулярних сполук.

Хроматин – це щільна речовина ядра, що зазвичай має вигляд переплутаних тонких ниток, які можна побачити навіть у світловий мікроскоп. Детальне вивчення їх структури за допомогою арсеналу сучасних методів виявило, що хроматин нагадує намисто, намистинки якого – це специфічні білки, а нитки – молекули ДНК. Під час поділу клітини, коли відбувається руйнування ядерної оболонки, нитки хроматину ущільнюються, коротшають, і у світловий мікроскоп можна побачити компактні щільні структури – хромосоми (від грец. хрома – колір і сома – тіло) (мал. 201 ).

Ядер це – добре помітне у світловий мікроскоп овальне або округле тільце, що міститься в середині ядра, воно не має власної мембранної оболонки. У ядрі може бути кілька ядерець, і відповідно до стану клітини їх кількість змінюється. У молодих клітинах, де обмін речовин інтенсивніший, кількість ядерець завжди більша. Ядерця розміщуються в певному місці ядра – ядерцевих організаторах.

Мал. 200.Мікрофотографія ядра за допомогою електронного мікроскопа, на якій добре помітні ядерні пори (блакитний колір)

Мал. 201.Схема будови хромосоми на початку клітинного поділу: 1 – кінцева частина; 2 – центромера; 3 – коротке плече;

4 – довге плече. Звичайно хромосома складається з однієї молекули ДНК, однак перед поділом клітини вона обов’язково має подвійну структуру

За даним цитохімічних та біохімічних досліджень основним компонентом ядерця є білок: на його долю припадає близько 70-80 % від сухої ваги. Окрім білку у складі ядерця було виявлено нуклеїнові кислоти: РНК (5-14 %) та ДНК (2-12 %).

У 50-х роках ХХ століття при вивченні ультраструктури ядерець в їх складі було виявлено гранули, подібні за своїми якостями з цитоплазматичними гранулами рибонуклеопротеїдної природи, з рибосомами.

Каріоплазма (ядерний сік) – це напіврідка безструктурна рідина, яка за повнює порожнину між хроматином і ядерцями. У ній містяться білкові фібрили і молекули PHK.

Що собою являє генетичний апарат прокаріотів. Клітини прокаріотів мають лише нуклеоїд (від лат. нуклеус – ядро і грец. еідос – вид) – структуру, подібну ядра еукаріотів – “ядерну область”, позбавлену будь-яких мембран і яка розміщується не в центрі клітини, а біля зовнішньої оболонки. Незважаючи на те, що нуклеоїд не має постійної форми, його можна добре розгледіти в електронний мікроскоп, а також при спеціальному забарвленні розпізнати під світловим мікроскопом. Генетичний матеріал прокаріотів – це молекула ДНК, що має замкнену кільцеву форму. Крім того, до складу нуклеоїда також входять РНК і білки, серед останніх – білки, що упаковують ДНК, як гістони в ядрі еукаріотичної клітини. Ядро зберігає спадкову інформацію і забезпечує її передачу від материнської клітини дочірнім. Від цитоплазми ядро відокремлене подвійною мембраною і містить ДНК та спеціальні білки, з яких формується хроматин.

У прокаріотів є подібна до ядра структура – нуклеоїд, яка являє собою одну замкнену в кільце молекулу ДНК.