Будова та функції ядра

Клітинне ядро, як обмежена частина клітини, відокремлене ядерною оболонкою від цитоплазми і містить в собі генетичний апарат, наявний у всіх організмів надцарства еукаріот. Сама їх назва вказує на те, що вони — власне ядерні організми (від грец. еу — справжній, каріон — ядро).

Ядро як обов’язкова клітинна структура у тварин і рослин відома в цитології з періоду становлення клітинної теорії.

Зараз доведено, що основними функціями ядра еукаріотичних клітин є збереження, передача і відтворення генетичної інформації про білкову організацію клітин і організмів в цілому. Зберігається спадкова інформація про структуру білків триплетним кодом, реалізується вона у вигляді потоку інформації ДНК — РНК — білок, так званий центральний постулат молекулярної біології. Із ядра в цитоплазму надходять інструктивні молекули РНК (р, т, і), що забезпечують біосинтез білка. В свою чергу із цитоплазми в ядро надходять хромосомні білки, низькомолекулярні сполуки, іони, що забезпечують функціонування ядра. Цей взаємообмін називається ядерно-цитоплазматичним відношенням.

Ядро клітин всіх еукаріот має подібну будову. По-перше, клітинне ядро відокремлене від цитоплазми ядерною оболонкою, що складається з подвійної білково-ліпідної мембрани (зовнішньої та внутрішньої), ядерних порових комплексів, які пронизують ядерну оболонку у місцях сполучення внутрішньої та зовнішньої мембран ядра, щільного фіброзного шару чи «ляміни», що вистилає ядерну оболонку зі сторони ядра. Між зовнішньою і внутрішньою мембраною розміщується перинуклеарний простір. По-друге, основним внутрішнім компонентом ядра є хроматин, тобто хромосоми в мозаїчно-деконденсованому стані. Третім компонентом внутрішньої структури є ядерце, одне чи кілька на ядро, четвертий компонент — ядерний матрикс або ядерний остов — скелетна структура ядра. П’ятий компонент — ядерний сік, що являє собою рідку частину ядра, містить структурні білки, ферменти, нуклеотиди, неорганічні іони та низькомолекулярні метаболіти. Шостий компонент — продукти метаболічної, транскрипційної активності ядра: перихроматинові гранули і фібрили, інтерхроматинові гранули і білки.

В світловому мікроскопі в інтерфазному ядрі можна розрізнити ядерця і глибки хроматину. Всі останні компоненти ядра виявляють за допомогою електронного мікроскопу.

Хромосоми еукаріот — структурний елемент ядра, на молекулярному рівні являє собою також молекулу ДНК лише гігантського розміру в розгорнутому вигляді, виміряється уже в сантиметрах. Кількість ДНК у еукаріот на 4-6 порядків перевищує його вміст у прокаріот. При цьому міститься, як правило, декілька не гомологічних хромосом, специфічних для кожного виду. Вважають, що збільшення молекул ДНК у еукаріот виникало шляхом дуплікації генома прокаріот. Молекули ДНК еукаріот сполучені з білками, утворюючи ДНК-комплекс, який на клітинному рівні в інтерфазному ядрі називається хроматином, через здатність добре зв’язувати барвники.

В інтерфазному ядрі хромосоми представлені у вигляді конденсованих і деконденсованих ділянок. Ці ділянки називаються відповідно конденсований і дифузний хроматин.

В електронному мікроскопі дифузний хроматин має вигляд тонких ниток ДНК діаметром 10-20-З0 нм. На деконденсованих ділянках хромосом, тобто дифузному хроматині періодично відповідно до потреб клітини, відбувається транскрипція генів, утворення різних видів РНК, що приймають участь в синтезі білка. Отже, деконденсація — умова активності генів. Частка деконденсованих ділянок хромосом, деконденсованого хроматину, тобто активних генів, в інтерфазі становить близько 1-10% від загальної кількості ДНК в клітині.

Конденсовані ділянки хромосом або конденсований хроматин у мікроскопі має вигляд зерен, глибок різного розміру. Це генетично інертні, неактивні, не транскрибовані ділянки хромосом, які складають 90-99% всієї ДНК клітини. Варто зазначити, що в клітинах різних тканин і органів вони деконденсовані, а значить активні різні гени. В цьому одна з причин диференціювання клітин в багатоклітинному організмі.

Хімічний склад хроматина — структурної речовини хромосом

Хроматин являє собою складні комплекси ДНК з невеликою кількістю РНК. В кількісному співвідношенні ДНК, білки, РНК знаходяться як 1: 1, 3: 0, 2.