III. Клеточное ядро.

Ядро открыто и описано в 1831 г. английским ботаником Р.Броуном.

Характерно для всех эукариотических клеток, за исключением зрелых эритроцитов млекопитающих и ситовидных трубок растений. Клетки могут быть одноядерными (как правило); многоядерными (клетки печени и мышц у человека и млекопитающих, грибы и др.). Форма и размеры ядра клетки очень изменчивы и зависят от вида организма, а также от типа, возраста и функционального состояния клетки. В округлых или многоугольных клетках оно обычно шаровидное, в вытянутых – палочковидное или овальное, в лейкоцитах - лапасное или даже многолопастным (в клетки паутинных желез некоторых насекомых и пауков). Диаметр ядер от 3 до 10 мкм, (5 – 20 мкм)

По химическому составу ядро отличается от остальных компонентов клетки высоким содержанием ДНК (15 – 30%) и РНК (12%). 99% ДНК клетки сосредоточено в ядре, где она вместе с белками (гистонами и негистонами) образует комплексы – дезоксирибонуклеопротеиды (ДНП).

Функции ядра:

1) хранения и воспроизведения генетической информации;

2) регуляции процессов обмена веществ, протекающих а клетке.

Клетка, утратившая ядро, не может дальше существовать. Ядро и цитоплазма образуют взаимозависимую систему.

Жизненный цикл клетки (клеточный цикл) включает два периода:

1) деление, в результате которого образуются две дочерние клетки;

2) период между двумя делениями, который называется – интерфаза.

Во время интерфазы происходит подготовка клетки к делению: клетка растет, происходит репликация ДНК, накапливаются различные вещества, необходимые для деления, происходит запасание энергии. В процессе деления клеточные структуры ядра претерпеваю значительные изменения.

В интерфазном ядре различают: ядерную оболочку; ядерный сок; ядрышки, и хроматин.

Ядерная оболочка (кардиолемма) представлена двумя элементарными мембранами, между которыми находится перинуклеарное пространство. Наружная мембрана ядерной оболочки, граничащая с гиалоплазмой, имеют сложную складчатую структуру, местами соединенную с каналами ЭПС. Перинуклеарное пространство и ЭПС образуют единую систему сообщающихся каналов. На наружной ядерной оболочке расположены рибосомы, внутренняя мембрана гладкая. Ядерная оболочка пронизана множеством пор, диаметр около 30 – 100 нм. Их число меняется в зависимости от функциональной активности ядра. В молодых клетках пор всегда больше, чем в старых.

Функция ядерной оболочки:

1. регуляция обмена веществ между ядром и цитоплазмой;

2. защитная функция.

Обмен веществ между ядром и цитоплазмой осуществляется несколькими путями:

1. Через поры, обеспечивающих избирательную проницаемость;

Пример: выход в цитоплазму иРНК и рибосомных субчастиц, или поступление в ядро рибосомных белков, нуклеотидов, и молекул регулирующих активность ДНК.

2. Путем отшнуровывания выростов и выпячиваний ядерной оболочки.

3. Путем диффузии через ядерную оболочку.

Несмотря на активный обмен веществ между ядром и цитоплазмой, ядерная оболочка, отграничивает ядерное содержимое от цитоплазмы, делая возможным существование особой внутриядерной среды отличной от окружающей цитоплазмы.

Ядерный сок (нуклеоплазма; кариоплазма) – это однородная масс заполняющая пространство между структурами ядра (хроматином и ядрышками).В его состав входят белки (ферменты), нуклеотиды, аминокислоты и различные виды РНК (иРНК, тРНК, рРНК) и ДНК, а также промежуточные продукты обмена. Ядерный сок осуществляет взаимосвязь ядерных структур и обмен с цитоплазмой клетки.

Хроматин представляет собой дезоксирибонуклеопротеид (ДНП), выявляемый под световым микроскопом в виде тонких тяжей (фибрилл) мелких гранул или глыбок. Основу хроматина составляют нуклеопротеины – длинные нитивидные молекулы ДНК (около 40%), соединенные со специфическими белками - гистонами (40%), содержащими большое количество лизина и аргинина.

В процессе деления ядра нуклеопротеины спирализуются, укорачиваются, тем самым уплотняются (в 100 – 500 раз) в компактные палочковидные хромосомы.

Хромосомы (греч. хрома – краска и сома – тело) были так названы в связи со способностью к интенсивному окрашиванию. В состав хромосом входят также РНК, кислые белки, липиды и минеральные вещества (ионы Ca и Mg), а также фермент ДНК-полимераза, необходимые для репликации ДНК. В интерфазу хромосомы видны только под электронным микроскопом и представляет собой ДНП, именуемые хроматином (деспирализованное состояние хромосом).

Метафазная хромосома состоит из двух продольных нитей ДНП – хроматид, соединенных друг с другом в области первичной перетяжки - центромеры. В центральной части центромеры находятся кинетохоры, к которым во время митоза прикрепляются микротрубочки нитей веретена деления. Некоторые хромосомы имеют вторичную перетяжку, не связанную с прикреплением нити веретена. Этот участок хромосом контролирует синтез ядрышка (ядрышковый организатор), и называется спутником. Центромера делит хромосому на два плеча.

Расположение центромеры определяет 3 основных типа хромосом:

Равноплечие (метацентрические) – с плечами равной длины;

Субметацентрические или неравноплечие - плечи неравной длины;

Палочковидные – с одним длинным и вторым очень коротким плечом (акроцентрические).

Строение хромосом хорошо видно на стадии метафазы митоза. Изучение хромосом позволило установить следующие факты:

ü Во всех соматических клетках любого растительного или животного организма число хромосом одинаково;

ü В половых клетках содержатся всегда вдвое меньше хромосом, чем в соматических клетках данного вида организмов;

ü У всех организмов, относящихся к одному виду, число хромосом в клетки одинаково.

Пример: лошадиная аскарида – 2; Муха дрозофила – 8; Шимпанзе – 48; Ясень – 46; Человек – 46; Голубь – 80; Сазан – 104; Радиолярия (протист) – 1000 – 1600.

Число хромосом не зависит от высоты организации и не всегда указывает на филогенетическое родство: одно и то же число может встречаться у видов очень далеких друг от друга в систематическом отношении и сильно отличаться у близких по происхождению организмов. Число хромосом не является, таким образом, видоспецифическим признаком. Однако, характеристика хромосомного набора в целом видоспецифична, т.е. свойственна только одному какому–то виду растений или животных.

Кариотип - совокупность количественных (число и размеры) и качественных (формы) признаков хромосомного набора соматической клетки. Число хромосом в кариотипе всегда четное. Это объясняется тем, что в соматических клетках находится 2 одинаковых по форме и размерам хромосомы. Одна происходит от отцовского организма, вторая от материнского.

Хромосомы одинаковые по форме и размерам и несущие одинаковые гены называются гомологичными.