Будова ядра клітини та функції

Будова ядра клітини та функції

Клітина як елементарна одиниця живого організму має складну структуру. Всі її органели взаємодіють і працюють злагоджено. Причому регулює їх функції клітинне ядро. Завдяки йому клітина здатна ділитися і зберігати сталість у кожному поколінні. Через це будова ядра клітини настільки складна.

Функції ядра

Будова ядра клітини реалізована таким чином, щоб вона могла виконувати основні функції. Серед них збереження і відтворення інформації, закладеної в нуклеїнових кислотах. Також ядро синтезує рибосоми, інформаційну РНК і відповідає за клітинний поділ. Однак це лише узагальнені завдання, які потрібно розглядати детальніше в приватному порядку. Отже, функції ядра клітини такі:


  • регуляція клітинного метаболізму, поділу і смерті;
  • збереження спадкової інформації;
  • спіралізація хроматину;
  • деспіралізація хроматину;
  • реплікація ДНК;
  • синтез інформаційної РНК;
  • ініціація білкового синтезу;
  • взаємодія з клітинними структурами за допомогою рецепторів.

Цей список більш повний і детальний. При цьому будь-яка еукаріотична клітина відіграє найважливішу роль у реалізації цих завдань. Тому будова ядра еукаріотичної клітини настільки складна. У прокаріотичних організмів згаданий структурний елемент замінюється плазмідою, яка не завжди здатна здійснювати всі зазначені вище процеси.

Особливості будови ядра клітини

Ядро еукаріотів являє собою простір, в якому здійснюються всі зазначені вище процеси. Це ділянка зміненої цитоплазми, де містяться хромосоми або хроматин (залежно від фази існування клітини), ядришко і каріоматрикс. При цьому ядро - це мембранна структура, яка містить двошарову біліпідну каріолему, що має пори. За допомогою останніх з нього виходять рибосоми, що потрапляють на шорсткий ретикулум клітинної ендоплазми. Також через пори ядро залишає інформаційна РНК.

Нуклеоплазма

Нуклеоплазма - це середовище, на основі якого виконано будову ядра клітини. Вона за консистенцією дуже схожа на цитоплазму, але має інший показник кислотності. В ядрі присутні в основному кислі білки, тоді як в цитоплазмі - основні. Всю товщу нуклеоплазми пронизує каріоматрикс - структура тривимірного типу, створена з фібрилярних білків. Вони відіграють роль опори і підтримують постійну форму ядра. Це перешкоджає деформації останнього в результаті численних механічних впливів.

Каріолема

Основна особливість, згідно із закономірностями якої закладено будову ядра клітини, полягає в наявності механічного і хімічного бар 'єру, що відокремлює нуклеус від цитоплазми. Це необхідно для розмежування середовищ з різною реакцією (кислою і основною).

Каріолемма - це двошарова мембрана, зовнішня сторона якої прикріплена до шорсткої ендоплазматичної мережі. До внутрішньої ж прикріплені фібрилярні білки ядерного матриксу. При цьому між мембранами ядра існує перинуклеарний простір. Функціональна його роль не з 'ясована. Передбачається, що воно виникло в результаті відштовхування гліцеринових залишків, що мають однаковий заряд. І головне: у каріолеммі існує система пор, що дозволяють рибосомам та інформаційній РНК потрапляти в ендоплазматичну мережу, а лігандам внутрішньоядерних рецепторів передавати сигнали про необхідність синтезу певних білків.

Існує компетентна, науково обґрунтована думка, що пояснює будову клітини: клітинна мембрана, ядро, ендоплазматична мережа (гладка і шорстка) - це цільна структура. Вона утворена ізвитком мембрани і не має структурних розмежувань. Тобто одна і та ж мембрана покриває одночасно клітку зовні, а за рахунок випинань формує місце для ядра і ендоплазматичної мережі.


Лише наявність мітохондрій і хлоропластів пояснюється іншим чином. Прийнято вважати, що мітохондрія у філогенезі була окремою кліткою, яка була захоплена еукаріотами (або прокаріотами). Частковий доказ теорії отримано після відкриття мітохондріальної ДНК і нуклеїнової кислоти хлоропластів. Очевидно, що раніше ці органели були окремими бактеріями.

Ядришко

При електронному мікроскопуванні будова ядра еукаріотичної клітини виглядає більш детальною, ніж при розгляді під світловим мікроскопом. Зокрема, стають помітні нитки конденсованого і деспіралізованого хроматину та ядришка. Роль останнього полягає в синтезі рибосомальних суб 'єднань - комплексів білка і рибосомальних РНК.

Структура ядришка подвійна. У його центрі розташовується фібрилярний компонент. Він являє собою сукупність нітевидних молекул РНК, які будуть використані для утворення рибосом. До них транспортуються білки, синтезовані на шорсткому ретикулумі ендоплазми. Взаємодіючи, вони утворюють гранулярний компонент ядришка - готові суб 'єдиниці рибосом. Одна мала і одна велика суб 'єдиниці з' єднуються в цільну рибосому, яка виводиться через пори каріолеми в ендоплазматичну мережу. Там вона синтезуватиме білки.

Хроматін

Важливо, що будова і функції ядра клітини взаємопов 'язані. Це означає, що в структурі реалізовані ті елементи, які відіграють важливу роль у життєдіяльності клітини. При цьому не слід розглядати ядро окремо від інших клітинних структур, тому що воно отримує від них інформацію і за допомогою експресії генів регулює їх функції. Це одна з найважливіших властивостей цього елемента.

Всі гени - це сувора послідовність сполучених нуклеотидів двоспіральної ДНК. Це величезна молекула, яка розташовується по всьому обсягу ядра. А для зручності і збереження цілісності молекулярних зв 'язків вона організована в суворій послідовності. По-перше, поєднана з гістонами для утворення кластерної структури. По-друге, вона потім конденсується з утворенням двох видів хроматину (гетерохроматину та еухроматину).

Гетерохроматин - це щільно укомплектована спадкова інформація. Вона не може зчитуватися і відтворюватися, а коли це буде потрібно, то спочатку потрібна ділянка повинна звільнитися від гістонів. Еухроматин - менш щільний тип нуклеопротеїду. Він може реплікуватися і транскрибуватися.

Хромосоми

Існує і більш щільна компоновка спадкового матеріалу - хромосомна. Самі хромосоми можна помітити тільки при поділі клітини. Вони являють собою максимально щільно організований хроматин. Виглядає він так, ніби ядро збирає все важливе в одному місці і здійснює "" переїзд "". По суті, так і трапляється, але трохи по-іншому. Хромосоми подвоюються, а потім розподіляються так, щоб у кожної клітини, яка вийде після поділу, виявився такий же набір генетичного матеріалу. Після цього в "новому" ядрі хромосоми знову деспіралізуються в гетерохроматин і в еухроматин.


Таблиця морфофункціональних особливостей ядра

Для зручності вивчення питання весь вищевикладений матеріал слід подати в систематизованому вигляді. Отже, що ж собою являє собою будову ядра клітини? Таблиця, розташована нижче, складається з трьох блоків, в яких міститься вся основна інформація.

Елемент

Будова

Функції

Нуклеоплазма і ядерний матрикс

Гель-зольна консистенція з фібрилярними білками

Створення середовища для протікання біохімічних реакцій в ядрі, підтримка форми ядра, захист від механічних деформацій

Ядерна мембрана і пори


Внутрішня і зовнішня біліпідна мембрана з ядерними порами

Розмежування ядерного та цитоплазматичного середовища, транспорт рибосом та іРНК з клітини, транспорт рибосомальних білків всередину ядра

Ядришко

Фібрилярний та гранулярний компонент

Синтез рибосом


Хроматін

Гетерохроматин і еухроматин

Збереження спадкової інформації, реплікація ДНК, експресія генів

Хромосома

Спіралізований укомплектований хроматин (теломери та плечі хромосоми)


Скликання і передача спадкової інформації

Ув 'язнення

При оцінці всіх біохімічних процесів, що протікають в ядрі, будь-який вчений вражається їх складності. І очевидно, що через це була створена така складна морфологія нуклеусу. Однак будова та функції ядра клітини збалансовані. Тобто максимально проста структура забезпечує протікання необхідних біохімічних реакцій. Зайвих складових тут немає, а задіяні тільки ті елементи, які можуть бути корисні клітині.