Будова ядра клітини і 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 в кожному поколінні. З-за цього будову ядра клітини настільки складне.

Функції ядра

Будова ядра клітини реалізовано таким чином, щоб воно могло виконувати основні функції. Серед них збереження та відтворення інформації, закладеної в нуклеїнових кислотах. Також ядро синтезує рибосоми, інформаційну РНК і відповідає за клітинний поділ. Однак це лише узагальнені задачі, які треба розглядати детальніше в приватному порядку. Отже, функції ядра клітини наступні:

регуляція клітинного метаболізму, розподілу і смерті;

збереження спадкової інформації;

спирализация хроматину;

деспирализация хроматину;

реплікація ДНК ;

синтез інформаційної РНК;

ініціація білкового синтезу;

взаємодію з клітинними структурами за допомогою рецепторів.

Даний список більш ніж повний та детальний. При цьому будь-яка эукариотическая клітка грає найважливішу роль в реалізації даних завдань. Тому будову ядра эукариотической клітини настільки складна. У прокариотических організмів згаданий структурний елемент замінюється плазміди, 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 ділянку зміненої цитоплазми, де містяться хромосоми або хроматин (в залежності від фази існування клітини), ядерце і кариоматрикс. При цьому ядро – це мембранна структура, яка містить двошаровий билипидную кариолемму, має пори. За допомогою останніх з нього виходять рибосоми, що потрапляють на шорсткий ретикулум клітинної эндоплазми. Також через пори ядро залишає інформаційна РНК.

Нуклеоплазма

Нуклеоплазма – це середовище, на основі якої виконано будова ядра клітини. Вона по консистенції дуже схожа на цитоплазму, але має інший показник кислотності. В ядрі присутні в основному кислі білки, тоді як у цитоплазмі – основні. Всю товщу нуклеоплазми пронизує кариоматрикс - 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.

Кариолемма

Основна особливість, згідно закономірностям якої закладено будова ядра клітини, полягає в наявності механічного і хімічного бар'єру, що відокремлює нуклеус від цитоплазми. Це необхідно для розмежування середовищ з різною реакцією (кислої і основною). Кариолемма – це двошарова мембрана, зовнішня сторона якої прикріплена до шорсткої ендоплазматичної мережі. До внутрішньої прикріплені фібрилярні білки ядерного матриксу. При цьому між мембранами ядра існує перинуклеарное простір. Функціональна його роль не з'ясована. Передбачається, що воно виникло в результаті відштовхування гліцеринових залишків, що мають однаковий заряд. І головне: в кариолемме існує система пір, дозволяють рибосом та інформаційної РНК потрапляти в эндоплазматическую мережу, а лігандів внутрішньоядерних рецепторів передавати сигнали про необхідність синтезу певних білків. Існує компетентне, науково обґрунтована думка, що пояснює будову клітини: клітинна мембрана, ядро, ендоплазматична мережа (гладка і шорстка) – це цілісна структура. Вона утворена извитием мембрани і не має структурних розмежувань. Тобто одна і та ж мембрана покриває одночасно клітину ззовні, а за рахунок випинань формує місце для ядра і ендоплазматичної мережі. Лише наявність мітохондрій і хлоропластів пояснюється іншим чином. Прийнято вважати, що мітохондрія в філогенезі була окремою клітиною, яка була захоплена эукариотами (або прокариотами). Часткове доказ теорії отримано після відкриття мітохондріальної ДНК і нуклеїнової кислоти хлоропластів. Очевидно, що раніше ці органели були окремими бактеріями.

Ядерце

При електронному мікроскопірованіі будова ядра эукариотической клітини виглядає більш детальним, ніж при розгляді під світловим мікроскопом. Зокрема, стають помітні нитки конденсованого і деспирализованного хроматину і ядерце. Роль останнього полягає в синтезі рибосомальних субодиниць – комплексів білка і рибосомальних РНК. Структура ядерця двоїста. У його центрі розташований фибриллярний компонент. Він являє собою сукупність ниткоподібних молекул РНК, які будуть використані для утворення рибосом. До них транспортуються білки, синтезовані на шероховатом ретикулумі эндоплазми. Взаємодіючи, вони утворюють гранулярний компонент ядерця – готові субодиниці рибосом. Одна мала і одна велика субодиниці поєднуються в цілісну рибосому, яка виводиться через пори кариолемми в эндоплазматическую мережу. Там вона буде синтезувати білки.

Хроматин

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 вона одержує від них інформацію і за допомогою експресії генів регулює їх функції. Це одне з найважливіших властивостей даного елемента. Всі гени – це строга послідовність сполучених нуклеотидів двоспіральної ДНК. Це велика молекула, яка розташовується по всьому об'єму ядра. А для зручності і збереження цілісності молекулярних зв'язків вона організована в строгій послідовності. По-перше, з'єднана з гистонами для освіти кластерної структури. По-друге, вона потім конденсується з утворенням двох видів хроматину (гетерохроматину та эухроматина). Гетерохроматин – це щільно укомплектована спадкова інформація. Вона не може зчитуватися і відтворюватися, а коли це буде потрібно, то спочатку потрібну ділянку повинен звільнитися від гістонів. Еухроматин – менш щільний тип нуклеопротеида. Він може правильно і транскрибироваться.

Хромосоми

Існує і більш щільна компонування 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 ділення, виявився такий же набір генетичного матеріалу. Після цього в "новому" ядрі хромосоми знову деспирализуются в гетерохроматин і в еухроматин.

Таблиця морфофункціональних особливостей ядра

Для зручності вивчення питання весь вищевикладений матеріал варто представити в систематизованому вигляді. Отже, що ж собою являє будова 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 фибриллярними білками



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



Ядерна мембрана і пори



Внутрішня і зовнішня билипидная мембрана з ядерними порами



Розмежування ядерної та цитоплазматичної середовища, транспорт рибосом і иРНК з клітки, транспорт рибосомальних білків всередину ядра



Ядерце



Фибриллярний і гранулярний компонент



Синтез рибосом



Хроматин



Гетерохроматин і еухроматин



Збереження спадкової інформації, реплікація ДНК, експресія генів



Хромосома



Спирализованний укомплектований хроматин (теломери і плечі хромосоми)



Созранение і передача спадкової інформації

Висновок

При оцінці всіх біохімічних процесів, що протікають у ядрі, будь вчений уражається їх складності. І очевидно, що з-за цього була створена така складна морфологія нуклеусів. Проте будова і 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 клітці.