Раздел 1

БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА

1.2. Молекулярно-генетический и клеточный уровни организации жизни

1.2.2. Структурно-химическая и функциональная организация клеток еукаріотичних

1.2.2.8. Ядро

В еукаріотичних клетках генетический материал сосредоточен в ядре (от греч. xapuov - ядро, лат. nucleus - ядро). Ядерная оболочка отделяет генетический материал и молекулярно-генетические процессы от цитоплазмы, обеспечивает автономность и независимость наследственных механизмов. Большинство клеток содержит одно ядро. При выделении ядра клетка не может долго существовать, так же как и ядро, выделенное из клетки, погибает. Ядро конечно локализуется в центре клетки.

Структура ядра. Ядро состоит из нескольких компонентов, выполняющих различные функции: ядерная оболочка, каріоплазма, хроматин, ядрышко (рис. 1.38).

Рис. 1.38. Строение ядра:

1 - ядерная оболочка; 2 - наружная мембрана; 3 - внутренняя мембрана; 4 - перинуклеарний пространство; 5 - каріоплазма; 6 - хроматин; 7 - ядрышко; 8 - ядерные поры.

Ядро круглой, шарообразной, но может быть и другой формы: паличкоподібне, серпоподібне, лопастное. Форма ядра зависит от формы самой клетки и от функций, которые она выполняет. В клетках с высокой физиологической активностью сложная форма ядер, что увеличивает соотношение поверхности ядра к его объему. Например, сегментоядерні лейкоциты имеют многолопастной ядро.

Размеры ядра в основном зависят от размера клетки; при увеличении объема цитоплазмы возрастает и объем ядра. В основном объем ядра занимает около 10-50 % объема клетки. Соотношение объемов ядра и цитоплазмы называется ядерно-цитоплазматичним соотношением. Изменение этого является одним из факторов клеточного деления или нарушения обмена веществ.

Химический состав. В состав сухой вещества ядер входит - 80 % белков, 12 % ДНК, 5 % РНК, С % липидов и некоторая количество Мg²+, Мn²⁺. Большинство белков - ферменты, катализирующие молекулярно-генетические процессы. Кроме этого, гістонові и негістонові белки вместе с ДНК образуют хроматин. Определенная часть белков составляет основу ядра в виде мікрофіламентів и ядерной пластинки - сетки белковых нитей, выстилающая внутреннюю поверхность ядра. Специальные белки связываются с РНК и образуют субъединицы рибосом. Некоторые белки входят в состав ядерных пор.

В ядре есть три разновидности РНК: іРНК, тРНК, рРНК.

Каріоплазма. Каріоплазма содержит большое количество воды (75-80 %), в которой сконцентрированы: хроматин (гетерохроматин и эухроматин), мікрофіламенти, ядрышко, ферменты.

Ядерная оболочка. Ядерная оболочка покрывающая ядро, формирует компартмент, имеет специфический химический состав, который способствует течении важных молекулярно-генетических процессов.

Ядерная оболочка состоит из внешней и внутренней мембран; между ними находится перинуклеарний пространство, который через каналы эндоплазматической сетки связан с различными участками цитоплазмы.

Обе мембраны пронизаны многочисленными порами. Через них происходит выборочный обмен веществ между ядерным содержанием и цитоплазмой. Внутрь ядра поступают белки, АТФ, нуклеотиды, а из ядра в цитоплазму выходят субъединицы рибосом, тРНК и іРНК. При делении клетки ядерная оболочка каждый раз раскладывается на отдельные мембранные пузырьки - везикулы - и снова собирается в дочерних клетках, окружая генетический материал. Считается, что ядерная оболочка эукариот образовалась из мембран ЭПС.

Обе мембраны типовой строения - липидный двойной с встроенными в него белками. Изнутри ядерная оболочка покрыта белковой сеткой - ядерным ламіною, что предопределяет форму и объем ядра. К ядерной ламіни теломерними участками присоединены нити хроматина. Мікрофіламенти образуют внутреннюю "основу" ядра. Они поддерживают его форму, а также служат местом прикрепления хроматина. Внутренний "скелет" ядра имеет большое значение для обеспечения упорядоченного протекания основных процессов транскрипции, репликации, процессинга.

Снаружи ядро также покрыто мікрофіламентами, которые являются элементами цитоскелета клетки. Внешняя мембрана может иметь на своей поверхности рибосомы и соединена с мембранами эндоплазматической сети.

Ядерная оболочка имеет свойство выборочной проницаемости. Потоки вещества регулируются специфическими свойствами белков мембран и ядерных йор. Количество ядерных пор колеблется от 1000 до 10000 на каждое ядро.

Основные функции оболочки: 1) создание компартмента клетки, где сконцентрирован генетический материал и условия для его сохранения и удвоение; 2) отделение от цитоплазмы, в которой иначе содержание веществ и проходят другие процессы; 3) поддержание формы и объема ядра, или их изменений; 4) регуляция потоков веществ внутрь и наружу ядра. С ядра сквозь поры в цитоплазму поступают различные виды РНК и субъединицы рибосом, а внутрь ядра переносятся необходимые белки, вода, ионы и т.д.

Функции ядра: 1) хранение наследственной информации в молекулах ДНК; 2) реализация наследственной информации путем регуляции синтеза белков. Благодаря этому поддерживается структурная упорядоченность клеток, регулируются их метаболизм, функции и процессы разделения; 3) передача наследственной информации следующим поколениям в результате репликации ДНК путем образования хромосом и их разделения.

Важнейшие молекулярно-генетические процессы, происходящие в ядре: репликация ДНК, транскрипция всех видов РНК, процессинг, образование рибосом.