Що таке ядро в біології? Будова і функції ядра

У кожній живій клітині протікає безліч біохімічних реакцій і процесів. Щоб контролювати їх, а також регулювати багато життєво важливі чинники, необхідна спеціальна структура. Що таке ядро в біології? Завдяки чому воно ефективно справляється з поставленим завданням?

Що таке ядро в біології. Визначення

Ядро – необхідна структура будь-якої клітини організму. Що таке ядро? У біології це найважливіший компонент кожного організму. Ядро можна виявити і в одноклітинних найпростіших, і у високоорганізованих представників еукаріотичного світу. Головна функція цієї структури – зберігання та передача генетичної інформації, яка тут же і міститься.


Після запліднення яйцеклітини сперматозоїдом відбувається злиття двох гаплоидных ядер. Після злиття статевих клітин утворюється зигота, ядро якої вже несе диплоїдний набір хромосом. Це означає, що каріотип (генетична інформація ядра) вже містить копії генів і матері, і батька. Диплоидное ядро присутній практично у всіх еукариотичних клітинах. Гаплоидным ядром володіють не тільки гамети, але й багато представників найпростіших організмів. Сюди відносяться деякі одноклітинні паразити, водорості, свободноживущие форми одноклітинних. Варто зазначити, що більшість з перерахованих представників мають гаплоидное ядро лише на певній стадії життєвого циклу.

Склад ядра

Яка характеристика ядра? Біологія ретельно вивчає склад ядерного апарату, тому що це може дати поштовх у розвитку генетики, селекції та молекулярної біології. Ядро – це двумембранная структура. Мембрани є продовженням ендоплазматичної мережі, що необхідно для транспорту утворених речовин з клітини. Вміст ядра називається нуклеоплазма.


Хроматин – основна речовина нуклеоплазми. Складу хроматину різноманітний: тут перебувають в першу чергу нуклеїнові кислоти (ДНК і РНК), а також білки і багато іони металів. ДНК в нуклеоплазмі розташована впорядковано у вигляді хромосом. Саме хромосоми при поділі подвоюються, після чого кожен їх наборів переходить у дочірні клітини. РНК в нуклеоплазмі найчастіше зустрічається двох типів: мРНК і рРНК. Матрична РНК утворюється в процесі транскрипції – зчитування інформації з ДНК. Молекула такої рибонуклеїнової кислоти пізніше покидає ядро і надалі служить матрицею для утворення нових білків. Рибосомальная РНК утворюється в спеціальних структурах під назвою ядерця. Ядерце побудовано з кінцевих ділянок хромосом, утворених вторинними перетяжками. Ця структура може бути видно в світловий мікроскоп у вигляді ущільненого плямочки на ядрі. Рибосомальные РНК, які синтезуються тут, також надходять у цитоплазму і далі разом з білками утворюють рибосоми. Безпосередній вплив на функції надає склад ядра. Біологія як наука вивчає властивості хроматину для кращого розуміння процесів транскрипції і ділення клітини.

Функції ядра. Біологія процесів в ядрі

Першою і найважливішою функцією ядра є зберігання і передача спадкової інформації. Ядро – унікальна структура клітини, оскільки в ньому міститься велика частина генів людини. Каріотип може бути гаплоїдний, диплоїдний, триплоидный і так далі. Плоїдності отрути залежить від функції самої клітини: гаплоїдні гамети, а соматичні клітини диплоїдні. Клітини ендосперму покритонасінних рослин триплоїдні, і, нарешті, багато сортів посівних культур мають поліплоїдний набір хромосом.
Передача спадкової інформації в цитоплазму з ядра відбувається при утворенні мРНК. У процесі транскрипції потрібні гени каріотипу зчитуються, і в підсумку синтезуються молекули матричної або інформаційної РНК. Також спадковість проявляється при поділі клітини мітозом, мейозом або амитозом. У кожному з випадків ядро виконує свою певну функцію. Наприклад, в профазі мітозу руйнується оболонка ядра і сильно компактизированные хромосоми потрапляють в цитоплазму. Однак у мейозі перед руйнуванням мембрани в ядрі відбувається кросинговер хромосом. А в амитозе ядро зовсім руйнується і вносить невеликий внесок у процесі поділу. Крім того, ядро побічно бере участь у транспорті речовин з клітки через безпосередній зв'язок мембрани з ЕПС. Ось що таке ядро в біології.

Форма ядер

Ядро, його будова і функції можуть залежати від форми мембрани. Ядерний апарат може бути округлим, витягнутим, у вигляді лопатей і т. д. Часто форма ядра специфічна для окремих тканин і клітин. Одноклітинні організми розрізняються за типом живлення, життєвого циклу, а разом з тим розрізняються і форми мембрани ядер. Різноманітність у формі та розмірі ядра можна простежити на прикладі лейкоцитів.

Ядро нейтрофілів може бути сегментованим та не сегментованим. У першому випадку говорять про подковообразном ядрі, і така форма характерна для молодих клітин. Сегментоване ядро – це результат освіти кількох перегородок в мембрані, в результаті чого утворюється кілька частин, пов'язаних між собою.

У еозинофілів ядро має характерну гантелевідной форму. У цьому випадку ядерний апарат складається з двох сегментів, пов'язаних перегородкою.

Майже весь обсяг лімфоцитів зайнятий величезним ядром. Лише невелика частина цитоплазми залишається по периферії клітини.

У залозистих клітинах комах ядро може мати розгалужену будову.

Кількість ядер в одній клітині може бути різним

Не завжди в клітині організму є тільки одне ядро. Деколи необхідна присутність двох або більше ядерних апаратів для здійснення декількох функцій одночасно. І навпаки, деякі клітини можуть зовсім обходитися без ядра. Ось деякі приклади незвичайних клітин, в яких ядер більше одного або воно взагалі відсутнє.
1. Еритроцити і тромбоцити. Ці формені елементи крові транспортують гемоглобін і фібриноген відповідно. Щоб одна клітина змогла вмістити максимальну кількість речовини, вона втратила своє ядро. Характерна така особливість не для всіх представників тваринного світу: у жаб в крові знаходяться величезні за розмірами еритроцити з яскраво вираженим ядром. Це показує примітивність цього класу у порівнянні з більш розвиненими таксонами. 2. Гепатоцити печінки. Ці клітини містять в собі два ядра. Одне з них регулює очищення крові від токсинів, а інша відповідає за утворення гема, який в подальшому увійде до складу гемоглобіну крові. 3. Міоцити поперечно-смугастої скелетної тканини. М'язові клітини багатоядерні. Це пов'язано з тим, що в них активно проходить синтез і розпад АТФ, а також складання білків.

Особливості ядерного апарату у найпростіших

Для прикладу розглянемо два види найпростіших: інфузорії і амеби. 1. Інфузорія-туфелька. Цей представник одноклітинних організмів має два ядра: вегетативний і генеративний. Т. к. вони відрізняються як за функціями, так і за розмірами, така особливість одержала назву ядерного дуалізму. Вегетативне ядро відповідає за повсякденну життєдіяльність клітини. Воно регулює процеси її метаболізму. Генеративна ядро бере участь у клітинному розподілі і кон'югації – статевому процесі, при якому відбувається обмін генетичною інформацією з особинами того ж виду. 2. Амеби. Яскраві представники - дизентерійна і кишкова амеби. Перша відноситься до агресивних паразитів людини, а друга – звичайний симбионт, який живе в кишечнику і не заподіює ніякої шкоди. Т. к. дизентерійна амеба паразитує теж в кишечнику, важливо відрізняти ці два види між собою. Для цього використовують особливість ядерного апарату: у дизентерійної амеби може бути до 4 ядер, а у кишкової амеби від 0 до 8.

Захворювання

Багато генетичні захворювання пов'язані з порушеннями в наборі хромосом. Ось список найбільш відомих відхилень у генетичному апараті ядра:

синдром Дауна;

сиддром Патау;

синдром Едвардса;

синдром Клайнфелтера;

синдром Шерешевського-Тернера.

Список можна продовжувати, і кожна з хвороб відрізняється порядковим номером пари хромосом. Також подібні захворювання часто зачіпають статеві X і Y хромосоми.

Висновок

Ядро грає важливу роль у процесі життєдіяльності клітини. Воно регулює біохімічні процеси, є сховищем спадкової інформації. Транспорт речовин із клітини, синтез білків також пов'язані з функціонуванням цієї центральної структури клітини. Ось що таке ядро в біології.