Строение ядра клетки

Строение ядра клетки и функции

Клетка как элементарная единица живого организма имеет сложную структуру. Все ее органеллы взаимодействуют и работают слаженно. Причем регулирует их функции клеточное ядро. Благодаря ему клетка способна делиться и сохранять постоянство в каждом поколении. Из-за этого строение ядра клетки настолько сложное.

Функции ядра

Строение ядра клетки реализовано таким образом, чтобы оно могло выполнять основные функции. Среди них сохранение и воспроизведение информации, заложенной в нуклеиновых кислотах. Также ядро синтезирует рибосомы, информационную РНК и отвечает за клеточное деление. Однако это лишь обобщенные задачи, которые нужно рассматривать детальнее в частном порядке. Итак, функции ядра клетки следующие:

  • регуляция клеточного метаболизма, деления и смерти;
  • сохранение наследственной информации;
  • спирализация хроматина;
  • деспирализация хроматина;
  • репликация ДНК;
  • синтез информационной РНК;
  • инициация белкового синтеза;
  • взаимодействие с клеточными структурами посредством рецепторов.

Данный список более полный и детальный. При этом любая эукариотическая клетка играет важнейшую роль в реализации данных задач. Потому строение ядра эукариотической клетки настолько сложное. У прокариотических организмов упомянутый структурный элемент заменяется плазмидой, которая не всегда способна осуществлять все указанные выше процессы.

Особенности строения ядра клетки

Ядро эукариотов представляет собой пространство, в котором осуществляются все указанные выше процессы. Это участок измененной цитоплазмы, где содержатся хромосомы или хроматин (в зависимости от фазы существования клетки), ядрышко и кариоматрикс. При этом ядро – это мембранная структура, которая содержит двуслойную билипидную кариолемму, имеющую поры. Посредством последних из него выходят рибосомы, попадающие на шероховатый ретикулум клеточной эндоплазмы. Также через поры ядро покидает информационная РНК.

Нуклеоплазма

Нуклеоплазма – это среда, на основе которой выполнено строение ядра клетки. Она по консистенции очень похожа на цитоплазму, но имеет другой показатель кислотности. В ядре присутствуют в основном кислые белки, тогда как в цитоплазме – основные. Всю толщу нуклеоплазмы пронизывает кариоматрикс – структура трехмерного типа, созданная из фибриллярных белков. Они играют роль опоры и поддерживают постоянную форму ядра. Это препятствует деформации последнего в результате многочисленных механических воздействий.

Кариолемма

Основная особенность, согласно закономерностям которой заложено строение ядра клетки, заключается в наличии механического и химического барьера, отделяющего нуклеус от цитоплазмы. Это необходимо для разграничения сред с разной реакцией (кислой и основной).

Кариолемма – это двухслойная мембрана, наружная сторона которой прикреплена к шероховатой эндоплазматической сети. К внутренней же прикреплены фибриллярные белки ядерного матрикса. При этом между мембранами ядра существует перинуклеарное пространство. Функциональная его роль не выяснена. Предполагается, что оно возникло в результате отталкивания глицериновых остатков, имеющих одинаковый заряд. И главное: в кариолемме существует система пор, позволяющих рибосомам и информационной РНК попадать в эндоплазматическую сеть, а лигандам внутриядерных рецепторов передавать сигналы о необходимости синтеза определенных белков.

Существует компетентное, научно обоснованное мнение, объясняющее строение клетки: клеточная мембрана, ядро, эндоплазматическая сеть (гладкая и шероховатая) – это цельная структура. Она образована извитием мембраны и не имеет структурных разграничений. То есть одна и та же мембрана покрывает одновременно клетку снаружи, а за счет выпячиваний формирует место для ядра и эндоплазматической сети.

Лишь наличие митохондрий и хлоропластов объясняется другим образом. Принято считать, что митохондрия в филогенезе была отдельной клеткой, которая была захвачена эукариотами (или прокариотами). Частичное доказательство теории получено после открытия митохондриальной ДНК и нуклеиновой кислоты хлоропластов. Очевидно, что ранее эти органеллы были отдельными бактериями.

Ядрышко

При электронном микроскопировании строение ядра эукариотической клетки выглядит более детальным, чем при рассмотрении под световым микроскопом. В частности, становятся заметны нити конденсированного и деспирализованного хроматина и ядрышко. Роль последнего заключается в синтезе рибосомальных субъединиц – комплексов белка и рибосомальных РНК.

Структура ядрышка двойственная. В его центре располагается фибриллярный компонент. Он представляет собой совокупность нитевидных молекул РНК, которые будут использованы для образования рибосом. К ним транспортируются белки, синтезированные на шероховатом ретикулуме эндоплазмы. Взаимодействуя, они образуют гранулярный компонент ядрышка – готовые субъединицы рибосом. Одна малая и одна большая субъединицы соединяются в цельную рибосому, которая выводится через поры кариолеммы в эндоплазматическую сеть. Там она будет синтезировать белки.

Хроматин

Важно, что строение и функции ядра клетки взаимосвязаны. Это значит, что в структуре реализованы те элементы, которые играют важную роль в жизнедеятельности клетки. При этом не следует рассматривать ядро отдельно от остальных клеточных структур, потому как оно получает от них информацию и посредством экспрессии генов регулирует их функции. Это одно из важнейших свойств данного элемента.

Все гены – это строгая последовательность соединенных нуклеотидов двуспиральной ДНК. Это огромная молекула, которая располагается по всему объему ядра. А для удобства и сохранения целостности молекулярных связей она организована в строгой последовательности. Во-первых, соединена с гистонами для образования кластерной структуры. Во-вторых, она затем конденсируется с образованием двух видов хроматина (гетерохроматина и эухроматина).

Гетерохроматин – это плотно укомплектованная наследственная информация. Она не может считываться и воспроизводиться, а когда это потребуется, то сначала нужный участок должен освободиться от гистонов. Эухроматин – менее плотный тип нуклеопротеида. Он может реплицироваться и транскрибироваться.

Хромосомы

Существует и более плотная компоновка наследственного материала – хромосомная. Сами хромосомы можно заметить только при делении клетки. Они представляют собой максимально плотно организованный хроматин. Выглядит он так, будто ядро собирает все важное в одном месте и осуществляет “переезд”. По сути, так и случается, но немного по-другому. Хромосомы удваиваются, а потом распределяются так, чтобы у каждой клетки, которая получится после деления, оказался такой же набор генетического материала. После этого в “новом” ядре хромосомы снова деспирализуются в гетерохроматин и в эухроматин.

Таблица морфофункциональных особенностей ядра

Для удобства изучения вопроса весь вышеизложенный материал следует представить в систематизированном виде. Итак, что же собой представляет строение ядра клетки? Таблица, расположенная ниже, состоит из трех блоков, в которых содержится вся основная информация.

ЭлементСтроениеФункции
Нуклеоплазма и ядерный матриксГель-зольная консистенция с фибриллярными белкамиСоздание среды для протекания биохимических реакций в ядре, поддержка формы ядра, защита от механических деформаций
Ядерная мембрана и порыВнутренняя и наружная билипидная мембрана с ядерными порамиРазграничение ядерной и цитоплазматической среды, транспорт рибосом и иРНК из клетки, транспорт рибосомальных белков внутрь ядра
ЯдрышкоФибриллярный и гранулярный компонентСинтез рибосом
ХроматинГетерохроматин и эухроматинСохранение наследственной информации, репликация ДНК, экспрессия генов
ХромосомаСпирализованный укомплектованный хроматин (теломера и плечи хромосомы)Созранение и передача наследственной информации

Заключение

При оценке всех биохимических процессов, протекающих в ядре, любой ученый поражается их сложности. И очевидно, что из-за этого была создана такая сложная морфология нуклеуса. Однако строение и функции ядра клетки сбалансированы. То есть максимально простая структура обеспечивает протекание необходимых биохимических реакций. Лишних составляющих здесь нет, а задействованы только те элементы, которые могут быть полезны клетке.

Особенности строения и функции ядра клетки

Ядро – главное составляющее живой клетки, которое несет наследственную информацию, закодированную набором генов. Оно занимает центральное положение в клетке. Размеры варьируются, форма обычно сферичная или овальная. В диаметре ядро в разных клетках может быть от 8 до 25мкм. Есть исключения, примеру, яйцеклетки рыб имеют ядра диаметром в 1 мм.

Особенности строения ядра

Заполнено ядро жидкостью и несколькими структурными элементами. В нем выделяют оболочку, набор хромосом, нуклеоплазму, ядрышка. Оболочка двухмембранная, между мембранами находится перенуклеарное пространство.

Внешняя мембрана сходна по строению с эндоплазматическим ретикулумом. Она связана с ЭПР, который будто ответвляется от ядерной оболочки. Снаружи на ядре находятся рибосомы.

Внутренняя мембрана прочная, так как в ее состав входит ламина. Она выполняет опорную функцию и служит местом крепления для хроматина.

Мембрана имеет поры, обеспечивающие обменные процессы с цитоплазмой. Ядерные поры состоят из транспортных белков, которые поставляют в кариоплазму вещества путем активного транспорта. Пассивно сквозь поровые отверстия могут пройти только небольшие молекулы. Также каждая пора прикрыта поросомой, которая регулирует обменные процессы в ядре.

Количество ядер в разных по специализации клетках различно. В большинстве случаев клетки одноядерные, но есть ткани, построенные из многоядерных клеток (печеночная или ткань мозга). Есть клетки лишенные ядра – это зрелые эритроциты.

У простейших выделяют два типа ядер: одни отвечают за сохранение информации, другие – за синтез белка.

Ядро может прибывать в состоянии покоя (период интерфазы) или деления. Переходя в интерфазу, имеет вид сферического образования с множеством гранул белого цвета (хроматина). Хроматин бывает двух видов: гетерохроматин и эухроматин.

Эухроматин – это активный хроматин, который сохраняет деспирализированное строение в покоящемся ядре, способен к интенсивному синтезу РНК.

Гетерохроматин – это участки хроматина, которые находятся в конденсированном состоянии. Он может при необходимости переходить в эухроматиновое состояние.

При использовании цитологического метода окрашивания ядра (по Романовскому-Гимзе) выявлено, что гетерохроматин меняет цвет, а эухроматин нет. Хроматин построен из нуклеопротеидных нитей, названных хромосомами. Хромосомы несут в себе основную генетическую информацию каждого человека. Хроматин — форма существования наследственной информации в интерфазном периоде клеточного цикла, во время деления он трансформируется в хромосомы.

Читайте также:  Строение и деление клетки - доклад сообщение

Строение хромосом

Каждая хромосома построена из пары хроматид, которые находятся параллельно друг к другу и связаны только в одном месте – центромере. Центромера разделяет хромосому на два плеча. В зависимости от длины плеч выделяют три вида хромосом:

Некоторые хромосомы имеют дополнительный участок, который крепится к основному нитевидными соединениями – это сателлит. Сателлиты помогают идентифицировать разные пары хромосом.

Метафазное ядро представляет собой пластинку, где располагаются хромосомы. Именно в эту фазу митоза изучается количество и строение хромосом. Во время метафазы сестринские хромосомы двигаются в центр и распадаются на две хроматиды.

Строение ядрышка

В ядре также находится немембранное образование — ядрышко. Ядрышки представляют собой уплотненные, округлые тельца, способные преломлять свет. Это основное место синтеза рибосомальной РНК и необходимых белков.

Число ядрышек различно в разных клетках, они могут объединяться в одно крупное образование или существовать отдельно друг от друга в виде мелких частиц. При активации синтетических процессов объем ядрышка увеличивается. Оно лишено оболочки и находится в окружении конденсированного хроматина. В ядрышке также содержатся металлы, в большей мере цинк. Таким образом, ядрышко – это динамичное, меняющееся образование, необходимое для синтеза РНК и транспорта ее в цитоплазму.

Нуклеоплазма заполняет все внутреннее пространство ядра. В нуклеоплазме находится ДНК, РНК, протеиновые молекулы, ферментативные вещества.

Функции ядра в клетке

  1. Принимает участие в синтезе белка, рибосомной РНК.
  2. Регулирует функциональную активность клетки.
  3. Сохранение генетической информации, точная ее репликация и передача потомству.

Роль и значение ядра

Ядро является главным хранилищем наследственной информации и определяет фенотип организма. В ядре ДНК существует в неизмененном виде благодаря репарационным ядерным ферментам, которые способны ликвидировать поломки и мутации. Во время клеточного деления ядерные механизмы обеспечивают точное и равномерное расхождение генетической информации в дочерние клетки.

Строение ядра клетки

• В ядре содержится большая часть ДНК клетки и осуществляется сложный механизм регуляции генной экспрессии
• Ядерная оболочка представляет собой двойную мембрану, окружающую ядро
• Ядро содержит не окруженные мембраной субкомпартменты
• В ядерной оболочке находятся поры, предназначенные для поступления белков в ядро и для выхода из него РНК и белков

При исследовании эукариотической клетки в световом микроскопе, наиболее крупным из видимых компартмен-тов является ядро. Термин «эукариотический» означает «имеющий истинное ядро», и наличие последнего служит характерной особенностью всех эукариотических клеток. В ядре содержится практически весь генетический материал эукариотической клетки, и оно служит центром, контролирующим ее биологическую активность. (Небольшое количество ДНК содержится в митохондриях и в хлоропластах растительных клеток.)

Вероятно, первым, кто увидел клеточное ядро, был Антони ван Левенгук (1632-1723). При изучении клеток крови амфибий и птиц он обнаружил в центре «отчетливую область». Однако честь открытия ядра принадлежит аббату Феликсу Фонтане (1730-1803), который в своих зарисовках клеток эпидермиса кожи угря, сделанных в 1781 г., изобразил ядро в виде яйцевидной структуры.

Шотландский ботаник Роберт Браун (1773-1838) отметил, что во всех изученных им клетках растений содержалась «круглая область, обыкновенно несколько более прозрачная, чем клеточная оболочка». Он был первым, кто назвал эти структуры ядрами, термином, производным от латинского слова нуклеус, обозначающего ядро.

Как видно на микрофотографиях, полученных с помощью электронного микроскопа, ядро окружено двойной мембраной, называемой ядерной оболочкой. Две мембраны разделены промежутком, который контактирует с эндоплазматическим ретикулумом (ЭПР). Пронизывающий ядерную оболочку ядерный поровый комплекс (ЯПК) представляет собой каналы, по которым между ядром и цитоплазмой проходят макромолекулы. В отличие от белков, транспортирующихся через ЭПР или мембраны митохондрий, белки, проходящие через ЯПК, находятся в скрученном состоянии.

Клетка HeLa, представляющая собой клетку карциномы шейки матки,
обладает ядром, хорошо видимым в световом микроскопе.

В ядре находятся субкомпартменты, которые не окружены мембранами. Эти субкомпартменты обладают специализированными функциями. Единственный ядерный субкомпартмент, хорошо видимый в световом микроскопе, — ядрышко, в котором синтезируется рибосомная РНК (рРНК) и собираются субъединицы рибосом. Остальные субкомпартменты видимы с помощью иммунофлуоресцентной микроскопии. К ним относятся тельца, содержащие факторы сплайсинга РНК и области репликации ДНК. Часть ядра, расположенная вне ядрышек, называется нуклеоплазма.

В ядре ДНК находится в различной конфигурации. На микрофотографиях, выполненных с помощью электронного микроскопа, некоторые области ДНК выглядят темнее, потому что скручены более сильно (см. рис. 5.2). Такая ДНК относится к гетерохроматину и не участвует в активной транскрипции. Большая часть гетерохроматина примыкает к ядерной оболочке. Остальная ДНК упакована менее плотно и принадлежит к эухроматину. В этой части хроматина присутствуют активно экспрессирующиеся гены. В большинстве клеток гораздо большая часть ДНК находится в составе эухроматина, чем в гетерохроматине.

Какие преимущества обеспечивает ядро эукариотической клетке? Ядро защищает ДНК и участвует в сложном процессе регуляции генной активности. В клетке эукариот содержится больше ДНК, чем в прокариотической клетке (в некоторых случаях в 10 000 раз больше). Эта ДНК упакована в хромосомы, в каждой из которых содержится одна молекула ДНК. Один двунитевый разрыв в ДНК одной хромосомы может оказаться для клетки летальным событием.

В интерфазе ДНК упакована относительно неплотно, так что ферменты, ответственные за репликацию и синтез РНК, имеют к ней доступ. Когда ДНК упакована рыхло, она в большей степени склонна к повреждениям. Подвижная структура цитоскелета генерирует усилия сдвига, которые могут нарушить целостность ДНК в тех местах интерфазного ядра, где она оказывается незащищенной. Напротив, в митозе хромосомы становятся компактными, поскольку ДНК скручивается в плотную структуру. Хотя при митозе ядерная мембрана исчезает и ДНК оказывается в окружении цитоплазмы, конденсированные хромосомы более устойчивы к повреждениям, которые вызываются силами сдвига при движении цитоскелета.

Наличие ядра позволяет клеткам эукариот иметь гораздо более сложную систему регуляции экспрессии генов, чем прокариотическим клеткам. В клетках прокариотических организмов трансляция и транскрипция являются сопряженными процессами: трансляция мРНК начинается до момента завершения их синтеза. Вследствие разделения эукариотической клетки на цитоплазматический и ядерный компартменты многие макромолекулы должны транспортироваться между ядром и цитоплазмой.

Например, транскрипция и процессинг мРНК происходят в ядре, и затем эти молекулы поступают в цитоплазму, где происходит синтез белка. Особенности протекания процессов транскрипции и трансляции в клетках про- и эукариот представлены на рисунке ниже. Для протекания репликации, транскрипции и других ядерных процессов необходимо много белков, которые должны поступать из цитоплазмы. В ядре из множества образующихся там молекул РНК собираются субъединицы рибосом, при этом более сотни необходимых белков импортируются из цитоплазмы. Образующиеся субъединицы выходят в цитоплазму.

Все макромолекулы поступают в ядро и выходят из него через ЯПК Важно отметить, что двухсторонний ядерный транспорт молекул является регулируемым процессом.

Многие детали строения ядра лимфоцита хорошо видны в электронном микроскопе. В клетках прокариот транскрипция и трансляция представляют собой сопряженные процессы (слева).
У эукариот эти же процессы происходят в отдельных компартментах (справа).

Строение и функции ядра

Презентация к уроку

Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.

Урок изучения и первичного закрепления новых знаний.

План урока:

I. Организационный момент

II. Актуализация опорных знаний

III. Изучение новой темы

IV. Закрепление изученного материала

V. Домашнее задание

Ход урока

I. Организационный момент. (Вступительное слово учителя).

II. Актуализация опорных знаний.

УчительУчащиеся
Вспомним. Основные компоненты клетки.

Какие органоиды клетки мы рассмотрели? (слайд №1).

Рассматривая схему (слайд №2) скажите, пожалуйста, что же нам осталось рассмотреть.1) плазмолемма, 2) цитоплазма, 3) ядро

Мембрану клетки, немемранные, мембранные и двухмембранные органоиды. Учащиеся называют органеллы клетки. (спрашивать по столбцам).

Учащиеся отвечают: ядро

Т.о. тема нашего урока “Строение и функции ядра”.

Цели и задачи урока:

1. Обобщить и изучить материал о строение и функции ядра как важнейшего компонента эукариотической клетки.

2. Особенности клеток эукариот. Доказывать, что ядро – центр управления жизнедеятельностью клетки. Строение ядерных пор. Содержимое ядра клетки.

3.Активизировать познавательную деятельность с использованием технологии “ключевых слов”: кариоплазма, хроматин, хромосомы, ядрышко (нуклеола). Развивать умения работать с тестами.

4. Анализировать и устанавливать связи и отношения между органоидами клетки, проводить сравнения, развивать способность к аналитическому мышлению.

5. Продолжить развитие познавательного интереса у старшеклассников к изучению строения клетки, как единице строения и функции организмов.

6.Способствовать развитию ценностно-смысловых, общекультурных, учебно-познавательных, информационных компетенции. Компетенций личностного самосовершенствования.

III. Объяснение нового материала.

Какие органеллы изображены на слайде №4? (Митохондрии, хлоропласты).

Почему их считают полуавтономными структурами клетки? (Содержат собственную ДНК, рибосомы, могут синтезировать собственные белки).

Где ещё содержится ДНК? (В ядре).

Т.о. процессы жизнедеятельности клетки будут зависеть от ядра. Давайте попробуем это доказать.

Посмотреть фрагмент фильма “Клеточное ядро”. (Слайд № 5).

Ядро обнаружил в клетке английский ботаник Р.Броун в 1831 году.

Сделать вывод. Ядро наиболее важный компонент эукариотической клетки.

Ядро чаще всего расположено в центре клетки, и только у растительных клеток с центральной вакуолью – в пристеночной протоплазме. Оно может быть различной формы:

  • сферическим;
  • яйцевидным;
  • чечевицеобразным;
  • сегментированным (редко);
  • вытянутым в длину;
  • веретеновидным, а также иной формы.

Диаметр ядра варьирует в пределах от 0,5 мкм (у грибов) до 500 мкм (в некоторых яйцеклетках), в большинстве случаев он меньше 5 мкм.

Большинство клеток имеют одно ядро, но есть клетки и организмы, содержащие 2 и более ядер.

Давайте вспомним. (Клетки печени, клетки поперечно – полосатой мышечной ткани). Слайд № 6.

Из организмов: гриб – мукор – несколько сотен, инфузория – туфелька имеет два ядра. Слайд №7.

Клетки, не имеющие ядер: ситовидные трубки флоэмы высших растений и зрелых эритроцитов млекопитающих. (Слайд №8).

Посмотреть фрагмент фильма “Строение ядра” (слайд №9, 58 сек.)

  1. Сформулировать функции ядра.
  2. Рассмотреть строение ядерной мембраны и её функции.
  3. Взаимосвязь ядра и цитоплазмы.
  4. Содержимое ядра.

Ядро в клетке различимо только в интерфазе (интерфазное ядро) — период между ее делениями.

Функции: (слайд № 10)

1. Хранит генетическую информацию, заключенную в ДНК, и передает ее дочерним клеткам в процессе клеточного деления.

2. Контролирует жизнедеятельность клетки. Регулирует процессы обмена веществ, протекающих в клетке.

Рассматриваем рис. “Строение ядра” (слайд 11)

Составляем схему: учащиеся составляют самостоятельно, проверка слайд 12.

Рассмотрим ядерную оболочку (слайд 13)

Ядерная оболочка состоит из наружной и внутренней мембран. Оболочка пронизана ядерными порами. Делаем вывод, что ядро двухмембранная структура клетки.

Работая с рис. 93. стр. 211. (Учебник И.Н. Пономарёва, О.А. Корнилова, Л.В. Симонова, (слайд 14), разбираем строение и функции ядерной мембраны.

Отделяет ядро от цитоплазмы клетки;

Наружная оболочка переходит в ЭПС и несет рибосомы, может образовывать выпячивания.

Ядерная пластинка (ламина) подстилает внутреннюю мембрану, принимает участие в фиксации хроматина – к ней могут прикрепляться концевые и другие участки хромосом.

Перинуклеарное пространство – пространство между мембранами.

Поры осуществляют избирательный транспорт веществ из ядра в цитоплазму и из цитоплазмы в ядро. Число пор непостоянно и зависит от размеров ядер и их функциональной активности.

Транспорт веществ через поры (слайд 15).

Из цитоплазмы в ядроИз ядра в цитоплазму
Крупные молекулы белков, жиры, углеводы, АТФ, вода, ионы.Молекулы иРНК, тРНК, белки, субъединицы рибосом, комплексы РНК с белками.

Пассивный транспорт: молекулы сахаров, ионы солей.

Активный и избирательный транспорт: белки, субъединицы рибосом, РНК.

Знакомимся с поровым комплексом, стр. 212. рис.94 (слайды 16,17).

Делаем вывод: функция ядерной оболочки регуляция транспорта веществ из ядра в цитоплазму и из цитоплазмы в ядро.

Содержимое ядра (слайд18,19,20).

Ядерный сок (нуклеоплазма, или кариоплазма, кариолимфа) — это бесструктурная масса, окружающая хроматин (хромосомы) и ядрышки. Похожа на цитозоль (гиалоплазму) цитоплазмы. Содержит различные РНК и белки-ферменты, в отличие от гиалоплазмы содержит большую концентрацию ионов Na, + K + , Cl – ; меньшим содержанием SO4 2- .

Функции нуклеоплазмы:

  • заполняет пространство между ядерными структурами;
  • участвует в транспорте веществ из ядра в цитоплазму и из цитоплазмы в ядро;
  • регулирует синтез ДНК при репликации, синтез иРНК при транскрипции

Хроматин имеет вид глыбок, гранул и нитей (слайд 20,21).

Химический состав хроматина: 1) ДНК (30–45%), 2) гистоновые белки (30–50%), 3) негистоновые белки (4–33%), следовательно, хроматин является дезоксирибонуклеопротеидным комплексом (ДНП).

Хроматин — форма существования генетического материала в интерфазных клетках. В делящейся клетке нити ДНК спирализуются (конденсация хроматина), образуя хромосомы.

Хромосомы ядра составляют его хромосомный набор — кариотип.

Функции хроматина:

  • Содержит генетический материал — ДНК, состоящую из генов, несущих наследственную информацию;
  • Осуществляет синтез ДНК (при удвоении хромосом в S-период клеточного цикла), иРНК (транскрипция при биосинтезе белка);
  • Регулирует синтез, белков и контролирует жизнедеятельность клетки;
  • Гистоновые белки обеспечивают конденсацию хроматина.

ХроматинГетерохроматин — генетически неактивные участки хроматина.

Гетерохроматин под световым микроскопом имеет вид глыбок или гранул, интенсивно окрашивается и представляет собой конденсированные (спирализованные, уплотненные) участки хроматина.Эухроматин — генетически активные участки хроматина

Эухроматин при световой микроскопии не различим, слабо окрашивается и представляет собой деконденсированные (деспирализованные, раскрученные) участки хроматина.

Ядрышко. В ядре одно или несколько ядрышек. У них округлая структура (слайд 22, 23)

Оно содержит: белок – 70-80% (определяет высокую плотность), РНК – 5-14%, ДНК – 2-12%.

Ядрышко — несамостоятельная структура ядра. Оно образуется на участке хромосомы, несущем гены рРНК. Такие участки хромосом называются ядрышковыми организаторами. В образовании ядрышка клетки человека участвуют петли десяти отдельных хромосом, содержащие гены рРНК (ядрышковые организаторы). В ядрышках синтезируется рРНК, которая вместе с поступившим из цитоплазмы белком образует субъединицы рибосом.

Вторичная перетяжка – ядрышковый организатор, содержит гены рРНК, имеется у одной – двух хромосом в геноме.

Завершается сборка рибосом в цитоплазме. Во время деления клетки ядрышко распадается, а в телофазе вновь формируется.

Синтез рРНК и сборка субъединиц рибосом (завершается сборка рибосом из субъединиц в цитоплазме после их выхода из ядра);

Подводим итог:

Клеточное ядро – центр управления жизнедеятельностью клетки.

  1. Ядро —> хроматин (ДНП) —> хромосомы —> молекула ДНК —> участок ДНК – ген хранит и передаёт наследственную информацию.
  2. Ядро находится в постоянном и тесном взаимодействии с цитоплазмой, в нём синтезируются молекулы иРНК, которые переносят информацию от ДНК к месту синтеза белка в цитоплазме на рибосомах. Однако само ядро также испытывает влияние цитоплазмы, т. к. синтезируемые в ней ферменты поступают в ядро и необходимы для его нормального функционирования.
  3. Ядро контролирует синтез всех белков в клетке и через них – все физиологические процессы в клетке

Еще в конце прошлого века было доказано, что лишенные ядра фрагменты, отрезанные от амебы или инфузории, через более или менее короткое время погибают.

Для того чтобы выяснить роль ядра, можно удалить его из клетки и наблюдать последствия такой операции. Если с помощью микроиглы удалить ядро у одноклеточного животного — амебы, то клетка продолжает жить и двигаться, но не может расти и через несколько дней погибает. Следовательно, ядро необходимо для метаболических процессов (в первую очередь — для синтеза нуклеиновых кислот и белков), обеспечивающих рост и размножение клеток.

Можно возразить, что к гибели приводит не утрата ядра, а сама операция. Для того чтобы выяснить это, необходимо поставить опыт с контролем, т. е. подвергнуть две группы амеб одной и той же операции, с той разницей, что в одном случае ядро действительно удаляют, а в другом в амебу вводят микроиглу, передвигают ее в клетке подобно тому, как это делается при удалении ядра, и выводят, оставив ядро в клетке; это называется “мнимой” операцией. После такой процедуры амебы оправляются, растут и делятся; это показывает, что гибель амеб первой группы вызывалась не операцией как таковой, а именно удалением ядра.

Ацетабулярия представляет собой одноклеточный организм, гигантскую одноядерную клетку, имеющую сложное строение (слайд 26).

Состоит из ризоида с ядром, стебелька и зонтика (шапочки).

Ампутация ножки (ризоида), которая содержит единственное клеточное ядро растения. Образуется новый ризоид, который, однако, не имеет ядра. Клетка может выжить в благоприятных условиях несколько месяцев, но уже не способна к размножению.

Энуклеированное (лишённое ядра) растение способно восстановить утраченные части: зонтик, ризоид: всё, за исключением ядра. Такие растения погибают через несколько месяцев. Напротив, части этого одноклеточного растения с ядром способны неоднократно восстанавливаться после повреждения.

Выполнить тест (комментировать ответ, слайды 27-37).

1. Какие клетки человека в процессе развития теряют ядро, но в течение длительного времени продолжают выполнять свои функции?

а) нервные клетки

б) клетки внутреннего слоя кожи

г) поперечно-полосатые мышечные волокна

(Клетки эритроцитов. Молодые имеют ядро, зрелые его теряют, продолжают функционировать 120 дней).

2. Главная генетическая информация организма хранится в:

а) ядре +г) рибосомах
б) ядрышкед) центриолях
в) клеточном центрее) аппарате Гольджи

3. Функцией ядрышка является образование:

а) лизосомг) митохондрий
б) хромосомд) центриолей
в) рибосом +е) ком. Гольджи

(В ядрышке синтезируется рРНК, которая вместе с белком, поступающим из цитоплазмы, формирует рибосомы).

4. Белки, входящие в состав хромосом, называются:

а) пистоныв) кингстоны
б) гистоны +г) ливингстоны

(Гистоновые белки обеспечивают конденсацию хроматина).

5. Поры в оболочке ядра:

а) имеют диаметр около 0,1 нмб) имеют диаметр около 100 нм +
в) отсутствуютг) то возникают, то исчезают

(Поры образованы белковыми структурами, через них пассивно и избирательно происходит связь ядра и цитоплазмы).

6. Что правильно?

а) в процессе деления клетки ядрышки в ядре исчезают +

б) хромосомы состоят только из ДНК

в) в клетках растений ядро оттесняет вакуоль к стенке

г) белки гистоны устраняют нарушения в ДНК

(Ядрышко — несамостоятельная структура ядра. Оно образуется на участке хромосомы, несущем гены рРНК. Такие участки хромосом называются ядрышковыми организаторами. Перед делением ядрышко исчезает, а затем образуется вновь).

7. Главная функция ядра: (2 ответа)

а) управление внутриклеточным обменом веществ +

б) изоляции ДНК от цитоплазмы

в) хранении генетической информации +

г) объединении хромосом перед спирализацией

(В ядре находится ДНК, которая хранит и передаёт генетическую информацию, через иРНК, на рибосомах происходит синтез белка, осуществляется обмен веществ между ядром и цитоплазмой)

Выбрать три ответа.

8. Укажите структуры клетки эукариот, в которых локализованы молекулы ДНК.

А) цитоплазмаГ) рибосомы
Б) ядро +Д) хлоропласты +
В) митохондрии +Е) лизосомы

(Полуавтономные органоиды клетки митохондрии и хлоропласты. Ядро, которое контролирует все процессы жизнедеятельности в клетке).

9. Ядрышки состоят из:

а) белков +г) ДНК +
б) жировд) РНК +
в) углеводове) субъединиц рибосом

(белок – 70-80% (определяет высокую плотность), РНК – 5-14%, ДНК – 2-12%).

10. Что правильно?

а) ядрышки — это “мастерские” по производству лизосом

б) внешняя мембрана покрыта множеством рибосом +

в) репликацией называют процесс самокопирования ДНК +

г) рибосомная РНК образуется в ядрышках +

Дать ответ на вопрос.

  • Каково строение и функции оболочки ядра?

Элементы ответа.

1) 1. Ограничивает содержимое ядра от цитоплазмы

2) 2. Состоит из наружной и внутренней мембран, сходных по строению с плазматической мембраной. На внешней мембране – рибосомы, переходит в ЭПС.

3) 3. Имеет многочисленные поры, через которые происходит обмен веществами между ядром и цитоплазмой.

Домашнее задание. Параграф 46. Вопросы 2,4 стр. 215.

Ядро клетки. Главные особенности строения

Ядро и мембранные органоиды

Первые клетки, возникшие на Земле, были безъядерными, прокариотами, и не имели оформившихся мембранных структур. На следующем эволюционном этапе клетки обзавелись ядрами и органоидами. Ядрами обладают клетки растений, грибов и животных, для них характерен общий план строения.

В клеточном ядре хранится большая часть генетического материала. Как правило, ядро в клетке одно, но бывают клетки и с несколькими ядрами.

Ядро клетки. Главные особенности строения

1. Имеется двойная мембрана с ядерными порами — местами соединения двух мембран. Расстояние между мембранами 80 нм, каждая мембрана имеет толщину 8 нм.

2. В ядре содержится ядрышко диаметром 1 мкм — место сборки рибосом.

3. Ядерный сок — кариоплазма — включает белки и РНК, рибосомы. Кислотность у него выше, чем в гиалоплазме.

4. Какие вещества проникают в ядро через поры? Белки для упаковки ДНК — гистоны, рибосомные белки, ферменты. Почему именно эти вещества? ДНК находится в ядре, она требует упаковки белками. Рибосомы тоже в ядре, они синтезируются ядрышком, в их состав входят белки. Ферменты нужны для синтеза всех РНК на основе ДНК, а также для удвоения ДНК при делении клетки.

5. Какие вещества и органоиды выходят из ядра наружу? тРНК, иРНК, субчастицы рибосом с рРНК. рРНК всегда двигается в составе рибосом. Все РНК выходят из ядра и идут в цитоплазму.

Хромосомы содержат молекулы ДНК, причем внутри одной хромосомы молекула ДНК может удваиваться, — этот процесс идет перед делением клетки. Интересно, что в микроскоп хромосомы видны только в делящихся клетках (в процессе митоза или мейоза). В момент подготовки клетки к делению (интерфазы) хромосомы не видны. Каковы ключевые особенности хромосом?

1. Кариотип — набор признаков, присущих хромосомам определенного вида или организма. Он описывает не только число хромосом, но и их размер, форму, химический состав.

2. Набор хромосом в клетках может быть гаплоидным или диплоидным. Диплоидный — это двойной набор, характерный для соматических клеток (клеток тела), гаплоидный — одинарный набор, характерный для половых клеток.

3. Парные хромосомы в клетке называются гомологичными. По какой причине хромосомы образуют пары? По причине того, что одна хромосома нам достается от сперматозоида отца, другая от яйцеклетки матери. Хромосомы разных пар, отличающиеся по форме и размерам, называются негомологичными.

4. Две нити, из которых состоит хромосома перед делением — хроматиды. После разделения сестринские хроматиды одной хромосомы становятся дочерними хромосомами.

5. Хроматин, или хроматиновая нить — это нить ДНК с белками гистонами. Хроматин виден в период интерфазы (подготовки клетки к делению).

6. Две половинки одной хроматиды называются плечами. По характеру плеч хромосомы могут быть равноплечие, разноплечие и одноплечие.

7. Две хроматиды соединяются между собой маленькой первичной перетяжкой — центромерой.

8. Помимо первичной, в хромосоме возникает и вторичная перетяжка — ядрышковый организатор, содержащий рибосомные гены (ДНК), из которых синтезируются рРНК.

9. Какие виды хромосом выделяют по расположению центромеры и наличию вторичной перетяжки?

1) Метацентрические (центромера посередине хроматид);

2) субметацентрические (центромера выше середины хроматид);

3) акроцентрические (центромера еще дальше от середины хроматид);

4) телоцентрические (центромера на конце хроматид);

5) со спутником (центромера в середине хроматид, но выше нее имеется еще одна перетяжка — вторичная).

10. Концевые участки хромосом называются теломерами и выполняют защитную функцию. Присоединиться к другим хромосомам эти участки не могут.

11. Нуклеосома — частица, образованная участком спирали ДНК с группой из 8 молекул белков.

12. Какие выделяются пять уровней спирализации ДНК в хромосому?

2) хроматиновая фибрилла;

3) вытянутые петли;

4) компактные петли;

5) метафазная хромосома.

Органоиды — выполняющие особенные задачи надмолекулярные структуры цитоплазмы, без которых клетка не сможет нормально функционировать. Эукариотическая клетка имеет следующие мембранные органоиды: эндоплазматическая сеть, лизосомы, пластиды, митохондрии, пероксисомы, аппарат Гольджи. Рассмотрим их подробнее.

Клеточное ядро как важнейший компонент клетки #47

Клеточное ядро

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

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.

Читайте также:  Витамины - сообщение доклад
Ссылка на основную публикацию