Будова ядерної оболонки. Розташування ядра в клітині та його структура

Функції ядерної оболонки (каріолема)полягають у відмежуванні ядерного вмісту від цитоплазми, підтримці умов, необхідних для виконання ядром функцій, зокрема генетичних, у забезпеченні доступу до генетичного матеріалу та структур (ДНК, хромосоми) сигналів (транскрипційні фактори), що змінюють функціональний стан генів, в упорядкуванні просторової структур та процесів, у реалізації двосторонніх ядерно-цитоплазматичних обмінів та взаємодій.

Механізми ядерно-цитоплазматичних транспортних потоківрізноманітні. Іони, низькомолекулярні сполуки (цукри, амінокислоти, нуклеотиди), деякі білки (гістони) проникають у ядро ​​відносно легко та поза зв'язком з порами ядерної оболонки. Відомий механізм проникнення в ядро ​​стероїдних, зокрема статевих гормонів (естрадіол, прогестерон, тестостерон). Будучи жиророзчинними, вони легко проходять через плазмалемму з навколоклітинного середовища до цитоплазми клітини, де комплексуються з цитозольними рецепторами (родина «білків теплового шоку»). Такий комплекс проходить через ядерну оболонку і зв'язується з гормонидукованими генами. У результаті - активація останніх, що обумовлює ланцюг подій, необхідних статевого розвитку організму та здійснення ним репродуктивної функції. У розглянутому прикладі білки теплового шоку – це транскрипційні фактори у неактивному стані, що активуються шляхом взаємодії з гормоном (рис. 2.9).

Великі білкові молекули, рибонуклеопротеїдні комплекси (субодиниці рибосом) потрапляють у ядро ​​або залишають його через особливі структури – ядерні пори. Це перевірено введенням у цитоплазму клітин частинок колоїдного золота (діаметр близько 14 нм), які

Мал. 2.9.Комплексування сигнальної молекули (стероїдний гормон) з цитозольним рецептором (для статевого гормону - білки «теплового шоку»), що призводить до транспорту в ядро ​​та активації специфічного транскрипційного фактора (схема). 1 – сигнальна молекула; 2 – цитозольний рецептор: ділянка (центр) зв'язування сигнальної молекули; 3 – цитозольний рецептор: ділянка (домен) зв'язування сигнальної молекули; 4 – цитозольний рецептор: ділянка (домен) зв'язування ДНК; 5 – цитозольний рецептор: ділянка (домен) активації транскрипції; 6 - інгібуючий білок

проникають з цитоплазми в ядро, попередньо накопичуючись поблизу ядерних пір.

Ядерна оболонка виконує щодо головних ядерних структур хромосом організуючу функцію.Перетворення ядерної оболонки та хромосом у мітозі взаємопов'язані. В кінці анафази перед початком їх декомпактизації хромосоми встановлюють контакти з мембранними бульбашками, які потім паралельно процесу декомпактизації складаються в ядерну оболонку. Якщо в експерименті викликати декомпактизацію хромосом вже в метафазі мітозу, то кожна з них вступить у контакт з мембранною бульбашкою і набуде самостійної окремої оболонки, що має будову ядерної. Ядерна оболонка складається з двох мембран,розділених навколоядерним (перинуклеарним) простором.Незважаючи на подібність електронно-мікроскопічної картини, швидкість обміну фосфоліпідів у зовнішній мембрані в 4 рази перевищує швидкість їх обміну у внутрішній. Перинуклеарний простір (20-50 нм) повідомляється з канальцями цито(ендо)плазматичної мережі. До зовнішньої мембрани ядерної оболонки прикріплюються рибосоми та полісоми. У навколоядерній зоні цитоплазми підвищено вміст мікрофіламентів та мікротрубочок. До внутрішньої мембрани, за винятком ділянок, зайнятих

часом, прилежить високо компактизований хроматин.Між мембраною та хроматином розташовується ядерна ламіна (щільна пластинка).Вона утворена проміжними мікрофіламентами (10 нм) у комплексі з білками внутрішньої ядерної мембрани. Враховуючи міцність зв'язку між пластинкою і хроматином, можна думати, що цим контактом забезпечується просторова впорядкованість розташування хромосом обсягом інтерфазного ядра, що, можливо, має функціональний сенс. Так, утворення молекул гемоглобіну вимагає скоординованої транскрипції генів α- та β-глобінів, які у людини розташовані відповідно на хромосомах 16 та 11. Така узгодженість може досягатися завдяки просторовому зближенню названих хромосом. Щільна платівка виконує структурну функцію: за її наявності ядро ​​зберігає форму без обох мембран ядерної оболонки.

Ядерна пора (поровий комплекс)- структура діаметром близько 100 нм, у освіті якої беруть участь обидві мембрани ядерної оболонки та понад 1000 білків (рис. 2.10). Число ядерних пір на 1 мкм2 ядерної оболонки залежить від інтенсивності синтетичних процесів у клітині. У нижчих хребетних, зрілі еритроцити яких зберігають ядра, хоча синтези в них зведені до нуля, на 1 мкм2 ядерної поверхні припадає до 5 пір, тоді як в еритробластах, що активно утворюють гемоглобін - 30. Оболонка ядра зрілого сперматозоїда позбавлена ​​пір. Відносна кількість ядерних пір відрізняється у жи-

Мал. 2-10.Поровий комплекс (схема): а - зовнішній вигляд ядерних пір в ядрі ооцитів; б - схема будови ядерної доби: 1 - кільце; 2 - спиці; 3 – центральна гранула; 4 – хроматин; 5 - рибосоми

для різних лімфоцитів мишей ця цифра становить 3,3 на 1 мкм2, а для лімфоцитів людини - порядку 5.

Структури, аналогічні за будовою поровим комплексам, як рідкісні знахідки виявлені в мембранах гранулярної ендоплаз-матичної мережі. Їхня функція невідома. Транслокони, через які поліпептиди, що утворюються на рибосомах, проникають у просвіт канальців ендоплазматичної мережі, мають іншу будову (див. п. 2.4.4.4-а).

Ядерна оболонка (нуклеолема) є складним утворенням, що відокремлює вміст ядра від цитоплазми та інших елементів живої клітини. Ця оболонка виконує ряд важливих функцій, без яких неможливе функціонування ядер, повноцінне . Щоб визначити роль ядерних мембран у життєдіяльності еукаріотних клітин, необхідно дізнатися не лише головні функції, а й особливості будови.

У статті докладно розглядаються функції ядерної оболонки. Описується будова, структурні компоненти нуклеолеми, їх взаємозв'язок, механізми транспортування речовин, процес розподілу при мітозі.

Будова оболонки

Головна відмінність еукаріотів полягає в наявності ядра та ряду інших органел, необхідних для його підтримки. Такі клітини входять до складу всіх рослин, грибів, тварин, тоді як клітини-прокаріоти є найпростішими без'ядерними організмами.

Нуклеолема складається з двох структурних елементів - внутрішньої та зовнішньої мембран. У проміжку з-поміж них існує вільний простір, зване перинуклеарным. Ширина перинуклеарного проміжку нуклеолеми становить від 20 до 60 нанометрів (нм).

Зовнішня мембрана нуклеолеми контактує з клітинною цитоплазмою. На її зовнішній поверхні розташовується значна кількість рибосом, які відповідають за окремі амінокислоти. Зовнішня мембрана не містить рибосом.

Мембрани, що утворюють нуклеолему, складаються з білкових сполук та подвійного шару фосфоліпідних речовин. Механічна міцність оболонки забезпечується мережею філаментів – ниткоподібних білкових структур. Наявність філаментної мережі характерна для більшості еукаріотів. Вони стикаються з внутрішньою мембраною.

Мережі філаментів розташовуються у сфері нукелолеммах. Такі структури також розташовуються у цитоплазмі. Їхня функція полягає у збереженні цілісності клітини, а також у формуванні контактів між клітинами. При цьому відзначається, що шари, що утворюють мережу, регулярно перебудовуються. Цей процес найбільш активний у період зростання клітинного ядра перед розподілом.

Мережа філаментів, що підтримує мембрани, називається ядерною ламіною. Вона формується із певної послідовності білків-полімерів, які називаються ламінами. Вона взаємодіє з хроматином - речовиною, що у формуванні хромосом. Також ламін контактує з молекулами рибонуклеїнової кислоти, відповідальними за .

Зовнішня мембрана ядра взаємодіє з мембраною, що оточує ендоплазматичний ретикулум. У певних ділянках оболонки відбувається контакт перинуклеарного простору та внутрішнього простору ретикулуму.

Функції ендоплазматичного ретикулуму:

• Синтез та транспортування білків
• Зберігання продуктів синтезу
• Формування нової оболонки при мітозі
• Зберігання, що виконують функцію медіатора
• Продукція гормонів

Усередині оболонки розташовуються ядерні порові комплекси. Це канали, з яких відбувається перенесення молекул між клітинним ядром, цитоплазмою та іншими клітинними органелами. На одному квадратному мікроні поверхні нуклеолеми має від 10 до 20 порових комплексу. Виходячи з цього, в оболонці 1 соматичної клітини може бути всього від 2 до 4 тисяч ЯПК.

Крім транспорту речовин, оболонка виконує опорну та захисну функцію. Вона відокремлює ядро ​​від вмісту цитоплазми, у тому числі продуктів діяльності інших органел. Захисна функція полягає у запобіганні генетичній інформації ядра від негативного впливу, наприклад, .

Вважається, що подвійна мембрана ядерної оболонки сформувалася під час еволюції шляхом захоплення одних клітин іншими. Внаслідок цього деякі поглинені клітини зберегли власну активність, але при цьому їх ядро ​​було оточене подвійною мембраною - власною, і мембраною клітини-господаря.

Таким чином, ядерна оболонка є складною структурою, що складається з подвійної мембрани, що містить ядерні пори.

Будова та властивості ЯПК

Ядерний поровий комплекс - це симетричний канал, місцем локалізації якого є звіряння зовнішньої та внутрішньої мембран. ЯПК складаються із набору речовин, що включають близько 30 видів білків.

Ядерні пори мають бочкоподібну форму. Утворений канал не обмежується ядерними мембранами, а трохи виступає за межі. В результаті з обох боків оболонки виникають кільцеподібні виступи. Розмір цих виступів відрізняється, тому що з одного боку кільцеподібне утворення має більший діаметр, ніж з іншого. Елементи ядерних пір, що виступають за межі мембрани, називаються термінальними структурами.

Цитоплазматична термінальна структура (що знаходиться на зовнішній поверхні ядерної мембрани) складається з восьми коротких фібрил-ниток. Ядерна термінальна структура також складається з 8 фібрил, проте вони утворюють кільце, що виконує функції кошика. Багато клітинах від ядерної корзини виходять додаткові фібрили. Термінальні структури є місцями, де відбувається контакт молекул, які транспортуються через ядерні пори.

У місці розташування ЯПК відбувається злиття зовнішньої та внутрішньої ядерної мембрани. Таке злиття пояснюється необхідністю забезпечити фіксацію ядерних пір у мембранах за допомогою білків, що з'єднують їх також із ядерною ламіною.

В даний час загальноприйнятим вважається модульна будова ядерних каналів. Така модель передбачає структуру пори, що складається з кількох кільцеподібних утворень.

Усередині ядерної пори постійно знаходиться щільна речовина. Її походження точно не відоме, проте вважається, що воно є одним із елементів ЯПК, за рахунок якого здійснюється транспортування молекул від цитоплазми до ядра і навпаки. Завдяки дослідженню з використанням електронних мікроскопів з високою роздільною здатністю вдалося з'ясувати, що щільне середовище всередині ядерного каналу здатне змінювати своє місцезнаходження. Зважаючи на це, вважається, щільне внутрішнє середовище ЯПК є карго-рецепторним комплексом.

p align="justify"> Транспортні функції ядерної оболонки можливі завдяки наявності ядерних порових комплексів.

Види ядерного транспорту

Транспортування речовин через ядерну оболонку називається ядерно-цитоплазматичним транспортом речовин. Цей процес передбачає своєрідний обмін молекулами, що синтезуються в ядрі, та речовинами, що забезпечують життєдіяльність самого ядра, що імпортуються з цитоплазми.

Існують такі види транспортування:

1. Пасивна. За допомогою цього процесу здійснюється переміщення невеликих молекул. Зокрема через пасивний транспорт відбувається передача мононуклеотидів, мінеральних компонентів, продуктів метаболічного обміну. Процес називається пасивним, оскільки протікає шляхом дифузії. Швидкість проходження через ядерну пору залежить від обсягу речовини. Чим воно менше, тим вища швидкість транспортування.
2. Активна. Передбачає перенесення через канали всередині ядерної оболонки великих молекул або їх сполук. При цьому з'єднання не розпадаються на дрібні частинки, що дозволило б збільшити швидкість транспортування. Цей процес забезпечує надходження в цитоплазму синтезованих в ядрі рибонуклеїнових молекул. Зі зовнішнього цитоплазматичного простору за рахунок активного транспорту відбувається перенесення білків, необхідних для метаболічних процесів.

Виділяють пасивний та активний транспорт білків, що відрізняється механізмом дії.

Імпорт та експорт білків

Розглядаючи функції ядерної оболонки, необхідно нагадати, що транспортування речовин здійснюється у двох напрямках - з цитоплазми в ядро ​​і навпаки.

Імпорт білкових сполук через мембрани до ядра здійснюється з допомогою наявності спеціальних рецепторів, званих транспортинами. Ці компоненти містять запрограмований сигнал, за рахунок якого відбувається рух у необхідному напрямку. і з'єднання, які не мають такого сигналу, здатні приєднатися до речовин, у яких він є, і таким чином безперешкодно переміщатися.

Важливо, що сигнали ядерного імпорту забезпечують вибірковість надходження речовин, у ядро. Багато освіти, серед яких полімерази ДНК і РНК, і навіть білки, що у процесах регуляції, не досягають ядра. Отже, ядерні пори є як механізм транспортування речовин, а й їх своєрідної сортування.

Сигнальні білки відрізняються одна від одної. Зважаючи на це, існує різниця між швидкістю переміщення через пори. Також вони виконують функцію джерела енергії, оскільки для переміщення великих молекул, транспортування яких не можливе дифузним шляхом, потрібні додаткові енергетичні витрати.

Перший етап імпорту білків полягає у приєднанні до імпортину (транспортину, що забезпечує перенесення через канал до ядра). Отримане внаслідок злиття складне утворення відбувається через ядерну пору. Після цього, з ним зв'язується інша речовина, за рахунок якого білок, що транспортується, звільняється, а імпортин повертається назад в цитоплазму. Таким чином, імпорт у ядро ​​є циклічним замкнутим процесом.

Транспорт речовин із ядра через оболонку в цитоплазматичний простір здійснюється аналогічним чином. Винятком є ​​те, що за перенесення речовини-вантажу відповідають сигнальні білки, які називаються експортинами.

На першій стадії процесу білок (у більшості випадків це молекули РНК) пов'язуються з експортином і речовиною, що відповідає за вивільнення субстрату, що транспортується. Після переходу крізь оболонку нуклеотид розщеплюється, за рахунок чого білок, що переноситься, вивільняється.

У цілому нині, перенесення речовин між ядром і цитоплазмою є циклічний процес, здійснюваний з допомогою білків-транспортинів і речовин, відповідальних вивільнення вантажу.

Ядерна оболонка при розподілі

Більшість клітин-еукаріотів розмножуються шляхом непрямого поділу, який називається мітозом. Цей процес передбачає поділ ядра та інших клітинних структур із збереженням однакової кількості хромосом. За рахунок цього зберігається генетична ідентичність, отримана внаслідок розподілу клітин.

У процесі розподілу нуклеолема виконує ще одну важливу функцію. Після того як відбувається руйнування ядра, внутрішня мембрана не дозволяє хромосом розходиться на великі відстані один від одного. Хромосоми фіксуються на поверхні мембрани до моменту повноцінного поділу ядер та формування нової нуклеолеми.

Ядерна оболонка, безперечно, бере активну участь у клітинному розподілі. Процес складається з двох послідовних етапів - руйнування та перебудови.

Розпад ядерної оболонки відбувається у прометафазі. Руйнування мембран відбувається стрімко. Після розпаду хромосоми характеризуються хаотичним розташуванням в області ядра, що існувало раніше. Надалі утворюється веретено поділу – біполярна структура, між полюсами якої формуються мікротрубочки. Веретено забезпечує розподіл хромосом та його розподіл між двома дочірніми клітинами.

Перерозподіл хромосом та формування нових ядерних мембран відбувається в період телофази. Точний механізм відновлення оболонок не відомий. Поширеною є теорія про те, що злиття частинок зруйнованої оболонки відбувається під дією везикул – дрібних клітинних органел, функція яких полягає у збиранні та зберіганні поживних речовин.

Також утворення нових ядерних мембран пов'язують із переформуванням ендоплазматичного ретикулуму. Зі зруйнованого ЕПР вивільняються білкові сполуки, які поступово обволікають простір навколо нового ядра, внаслідок чого надалі утворюється цілісна мембранна поверхня.

Таким чином, нуклеолема бере безпосередню участь у процесі поділу клітини шляхом мітозу.

Ядерна оболонка – складний структурний компонент клітини, що виконує бар'єрні, захисні, транспортні функції. Повноцінне функціонування нуклеолеми забезпечується взаємодією з іншими клітинними компонентами та біохімічними процесами, що протікають у них.

Ядро клітини - найважливіша її органела, місце зберігання та відтворення спадкової інформації. Це мембранна структура, що займає 10-40% якої є дуже важливими для життєдіяльності еукаріотів. Проте, навіть без наявності ядра реалізація спадкової інформації можлива. Прикладом цього процесу є життєдіяльність бактеріальних клітин. Проте особливості будови ядра та його призначення дуже важливі для

Розташування ядра в клітині та його структура

Ядро розташовується в товщі цитоплазми і безпосередньо контактує з шорсткою і гладкою. Воно оточене двома мембранами, між якими знаходиться перинуклеарний простір. Усередині ядра є матрикс, хроматин і кілька ядер.

Деякі зрілі людські клітини немає ядра, інші функціонують за умов сильного придушення своєї діяльності. Загалом будова ядра (схема) представлена ​​як ядерна порожнина, обмежена каріолемою від клітини, що містить хроматин і ядерця, фіксовані в нуклеоплазмі ядерним матриксом.

Будова каріолеми

Для зручності вивчення клітини ядра, останнє слід сприймати як бульбашки, обмежені оболонками з інших бульбашок. Ядро - це бульбашка зі спадковою інформацією, що знаходиться в товщі клітини. Від її цитоплазми він захищається бислойной ліпідної оболонкою. Будова оболонки ядра схожа на клітинну мембрану. Насправді їх відрізняє лише назва та кількість шарів. Без цього вони є однаковими за будовою і функцій.

Будова каріолеми (ядерної мембрани) двошарова: вона складається з двох ліпідних шарів. Зовнішній біліпідний шар каріолеми безпосередньо контактує з шорстким ретикулумом ендоплазми клітини. Внутрішня каріолема – із вмістом ядра. Між зовнішньою та внутрішньою каріомембраною існує перинуклеарний простір. Мабуть, воно утворилося через електростатичні явища - відштовхування ділянок гліцеринових залишків.

Функцією ядерної мембрани є створення механічного бар'єру, що поділяє ядро ​​та цитоплазму. Внутрішня мембрана ядра є місцем фіксації ядерного матриксу - ланцюга білкових молекул, які підтримують об'ємну структуру. У двох ядерних мембранах існують спеціальні пори: через них у цитоплазму до рибосом виходить інформаційна РНК. У самій товщі ядра знаходяться кілька ядер і хроматин.

Внутрішня будова нуклеоплазми

Особливості будови ядра дозволяють порівняти його з клітиною. Усередині ядра також є особливе середовище (нуклеоплазма), представлене гель-золем, колоїдним розчином білків. Усередині неї є нуклеоскелет (матрикс), представлений фібрилярними білками. Основна відмінність полягає тільки в тому, що в ядрі є переважно кислі білки. Мабуть, така реакція середовища потрібна для збереження хімічних властивостей нуклеїнових кислот та перебігу біохімічних реакцій.

Ядрішко

Будова клітинного ядра може бути завершеним без ядерця. Ним є спіралізована рибосомальна РНК, яка перебуває у стадії дозрівання. Пізніше з неї вийде рибосома – органела, необхідна для синтезу білків. У структурі ядерця виділяють два компоненти: фібрилярний та глобулярний. Вони різняться лише за електронної мікроскопії і мають своїх мембран.

Фібрилярний компонент знаходиться в центрі ядерця. Він є нитками РНК рибосомального типу, з яких збиратимуться рибосомні субодиниці. Якщо розглядати ядро ​​(будову та функції), то очевидно, що з них згодом буде утворено гранулярний компонент. Це ті ж дозрівають рибосомальні субодиниці, які знаходяться на пізніших стадіях свого розвитку. З них незабаром утворюються рибосоми. Вони видаляються з нуклеоплазми через каріолеми і потрапляють на мембрану шорсткої ендоплазматичної мережі.

Хроматин та хромосоми

Будова та клітини органічно пов'язані: тут присутні лише ті структури, які потрібні для зберігання та відтворення спадкової інформації. Також існує каріоскелет (матрикс ядра), функцією якого є підтримка форми органели. Однак найважливішою складовою ядра є хроматин. Це хромосоми, які відіграють роль картотек різних груп генів.

Хроматин є складним білоком, який складається з поліпетиду четвертинної структури, сполученого з нуклеїновою кислотою (РНК або ДНК). У плазмідах бактерій хроматин також є. Майже чверть від ваги хроматину становлять гістони - білки, відповідальні за "упаковку" спадкової інформації. Цю особливість структури вивчає біохімія та біологія. Будова ядра складна саме через хроматин та наявність процесів, що чергують його спіралізацію та деспіралізацію.

Наявність гістонів дає можливість ущільнювати та укомплектувати нитку ДНК у невеликому місці – в ядрі клітини. Це відбувається таким чином: гістони утворюють нуклеосоми, які є структурою на кшталт намиста. Н2В, Н3, Н2А та Н4 - це головні гістонові білки. Нуклеосома утворена чотирма парами кожного з представлених гістонів. При цьому гістон Н1 є лінкерним: він пов'язаний з ДНК у місці входу в нуклеосому. Упаковка ДНК відбувається в результаті намотування лінійної молекули на 8 білків гістонової структури.

Будова ядра, схема якого представлена ​​вище, передбачає наявність соленоїдподібної структури ДНК, укомплектованої на гістонах. Товщина даного конгломерату становить близько 30 нм. При цьому структура може ущільнюватися і далі, щоб займати менше місця і менше піддаватися механічним ушкодженням, які виникають у процесі життя клітини.

Фракції хроматину

Ядра клітини зациклені на тому, щоб підтримувати динамічні процеси спіралізації та деспіралізації хроматину. Тому є дві основні його фракції: сильно спіралізована (гетерохроматин) і малоспіралізована (еухроматин). Вони розділені як структурно, і функціонально. У гетерохроматині ДНК добре захищена від будь-яких впливів і може транскрибироваться. Еухроматин захищений слабше, проте гени можуть подвоюватись для синтезу білка. Найчастіше ділянки гетерохроматину та еухроматину чергуються протягом довжини всієї хромосоми.

Хромосоми

Будова та функції якої описуються в цій публікації, містить хромосоми. Це складний і компактно упакований хроматин, який можна побачити при світловій мікроскопії. Однак це можливо тільки у випадку, якщо на предметному склі розташована клітина на стадії мітотичного або мейотичного поділу. Одним із етапів є спіралізація хроматину з утворенням хромосом. Їхня структура гранично проста: хромосома має теломеру і два плечі. У кожного багатоклітинного організму одного виду однакова будова ядра. Таблиця хромосомного набору також аналогічна.

Реалізація функцій ядра

Основні особливості будови ядра пов'язані з виконанням деяких функцій та необхідністю їх контролю. Ядро відіграє роль сховища спадкової інформації, тобто це свого роду картотека із записаними послідовностями амінокислот усіх білків, які можуть синтезуватись у клітці. Значить, для виконання будь-якої функції клітина повинна синтезувати закодована в гені.

Щоб ядро ​​"розуміло", який саме білок необхідно синтезувати в потрібний час, існує система зовнішніх (мембранних) і внутрішніх рецепторів. Інформація від них надходить до ядра за допомогою молекулярних передавачів. Найчастіше це реалізується за допомогою аденілатциклазного механізму. Так на клітину впливають гормони (адреналін, норадреналін) та деякі ліки з гідрофільною структурою.

Другим механізмом передачі є внутрішній. Він властивий ліпофільним молекулам – кортикостероїдам. Ця речовина проникає через біліпідну мембрану клітини та прямує до ядра, де взаємодіє з його рецептором. Внаслідок активації рецепторних комплексів, розташованих на клітинній мембрані (аденілатциклазний механізм) або на каріолемі, запускається реакція активації певного гена. Він реплікується, з його підставі будується інформаційна РНК. Пізніше структурою останньої синтезується білок, виконує деяку функцію.

Ядро багатоклітинних організмів

У багатоклітинному організмі особливості будови ядра такі самі, як і в одноклітинному. Хоча є деякі нюанси. По-перше, багатоклітинність має на увазі, що у ряду клітин буде виділено свою специфічну функцію (або кілька). Це означає, деякі гени постійно будуть деспіралізовані, тоді як інші перебувають у неактивному стані.

Наприклад, у клітинах жирової тканини синтез білків йтиме малоактивно, тому більшість хроматину спіралізована. На клітинах, наприклад, екзокринної частини підшлункової залози, процеси біосинтезу білка йдуть постійно. Тому їхній хроматин деспіралізований. На тих ділянках, гени яких реплікуються найчастіше. При цьому важливою є ключова особливість: хромосомний набір всіх клітин одного організму однаковий. Тільки через диференціацію функцій у тканинах деякі з них вимикаються з роботи, а інші деспіралізуються частіше за інші.

Без'ядерні клітини організму

Існують клітини, особливості будови ядра яких можуть не розглядатися, тому що вони в результаті своєї життєдіяльності або пригнічують його функцію, або позбавляються від нього. Найпростіший приклад – еритроцити. Це кров'яні клітини, ядро ​​яких є тільки на ранніх стадіях розвитку, коли синтезується гемоглобін. Як тільки його кількості достатньо для перенесення кисню, ядро ​​видаляється з клітини, щоб полегшити її не заважати транспорту кисню.

У загальному вигляді еритроцит є цитоплазматичний мішок, наповнений гемоглобіном. Схожа структура й у жирових клітин. Будова клітинного ядра адипоцитів гранично спрощена, вона зменшується та зміщується до мембрани, а процеси білкового синтезу максимально пригнічуються. Ці клітини також нагадують "мішки", наповнені жиром, хоча, зрозуміло, різноманітність біохімічних реакцій у них трохи більша, ніж в еритроцитах. Тромбоцити також не мають ядра, проте їх не слід вважати повноцінними клітинами. Це уламки клітин, необхідних реалізації процесів гемостазу.

Назад вперед

Увага! Попередній перегляд слайдів використовується виключно для ознайомлення та може не давати уявлення про всі можливості презентації. Якщо вас зацікавила ця робота, будь ласка, завантажте повну версію.

Урок вивчення та первинного закріплення нових знань.

План уроку:

I. Організаційний момент

ІІ. Актуалізація опорних знань

ІІІ. Вивчення нової теми

IV. Закріплення вивченого матеріалу

V. Домашнє завдання

Хід уроку

I. Організаційний момент. (Вступне слово вчителя).

ІІ. Актуалізація опорних знань.

Т.о. тема нашого уроку “ Будова та функції ядра”.

Цілі та завдання уроку:

1. Узагальнити та вивчити матеріал про будову та функції ядра як найважливішого компонента еукаріотичної клітини.

2. Особливості клітин еукаріотів. Доводити, що ядро ​​– центр керування життєдіяльністю клітини. Будова ядерної доби. Вміст клітинного ядра.

3.Активізувати пізнавальну діяльність із використанням технології “ключових слів”: каріоплазма, хроматин, хромосоми, ядерце (нуклеолу). Розвивати вміння працювати із тестами.

4. Аналізувати та встановлювати зв'язки та відносини між органоїдами клітини, проводити порівняння, розвивати здатність до аналітичного мислення.

5. Продовжити розвиток пізнавального інтересу у старшокласників до вивчення будови клітини, як одиниці будови та функції організмів.

6.Сприяти розвитку ціннісно-смислових, загальнокультурних, навчально-пізнавальних, інформаційних компетенцій. Компетенцій особистісного самовдосконалення.

ІІІ. Пояснення нового матеріалу.

Ввідне слово.

Які органели зображені на слайді №4? (Мітохондрії, хлоропласти).

Чому їх вважають напівавтономними структурами клітки? (Утримують власну ДНК, рибосоми, можуть синтезувати власні білки).

Де ще міститься ДНК? (У ядрі).

Т.о. процеси життєдіяльності клітини залежатимуть від ядра. Спробуймо це довести.

Подивитись фрагмент фільму "Клітинне ядро". (Слайд №5).

Ядро виявив у клітці англійський ботанік Р.Броун у 1831 році.

Зробити висновок. Ядро є найважливішим компонентом еукаріотичної клітини.

Ядро найчастіше розташоване в центрі клітини, і тільки у рослинних клітин із центральною вакуоллю – у пристінковій протоплазмі. Воно може бути різної форми:

• сферичним;
• яйцеподібним;
• сочевицеподібним;
• сегментованим (рідко);
• витягнутим у довжину;
• веретеновидним, а також іншої форми.

Діаметр ядра варіює в межах від 0,5 мкм (у грибів) до 500 мкм (у деяких яйцеклітинах), у більшості випадків він менший за 5 мкм.

Більшість клітин мають одне ядро, але є клітини та організми, що містять 2 і більше ядер.

Давайте згадаємо. (Клітини печінки, клітини поперечно – смугастої м'язової тканини). Слайд №6.

З організмів: гриб - мукор - кілька сотень, інфузорія - черевичок має два ядра. Слайд №7.

Клітини, що не мають ядер: ситоподібні трубки флоеми вищих рослин та зрілих еритроцитів ссавців. (Слайд №8).

Подивитись фрагмент фільму "Будова ядра" (слайд №9, 58 сек.)

1. Сформулювати функції ядра.
2. Розглянути будову ядерної мембрани та її функції.
3. Взаємозв'язок ядра та цитоплазми.
4. Вміст ядра.

Ядро в клітині помітне лише в інтерфазі (інтерфазне ядро) - період між її поділами.

Функції:(Слайд № 10)

1. Зберігає генетичну інформацію, укладену в ДНК, та передає її дочірнім клітинам у процесі клітинного поділу.

2. Контролює життєдіяльність клітини. Регулює процеси обміну речовин, які у клітині.

Розглядаємо рис. "Будова ядра" (слайд 11)

Складаємо схему: учні складають самостійно, слайд 12.

Розглянемо ядерну оболонку (слайд 13)

Ядерна оболонка складається із зовнішньої та внутрішньої мембран. Оболонка пронизана ядерними порами. Робимо висновок, що ядро ​​– двомембранна структура клітини.

Працюючи із рис. 93. стор. 211. (Підручник І.М. Пономарьова, О.А. Корнілова, Л.В. Симонова, (слайд 14), розбираємо будову та функції ядерної мембрани.

Відокремлює ядро ​​від цитоплазми клітини;

Зовнішня оболонка перетворюється на ЕПС і несе рибосоми, може утворювати випинання.

Ядерна пластинка (ламін) підстилає внутрішню мембрану, бере участь у фіксації хроматину – до неї можуть прикріплюватися кінцеві та інші ділянки хромосом.

Перінуклеарний простір – простір між мембранами.

Пори здійснюють вибірковий транспорт речовин з ядра в цитоплазму та з цитоплазми в ядро. Число пір непостійне і залежить від розмірів ядер та їх функціональної активності.

Транспорт речовин через пори (слайд 15).

Пасивний транспорт: молекули цукрів, іони солей.

Активний та виборчий транспорт: білки, субодиниці рибосом, РНК.

Знайомимося з поровим комплексом, 212. рис.94 (слайди 16,17).

Робимо висновок: функція ядерної оболонки регуляція транспорту речовин з ядра до цитоплазми та з цитоплазми до ядра.

Вміст ядра (слайд18, 19, 20) .

Ядерний сік (нуклеоплазма, або каріоплазма, каріолімфа) - це безструктурна маса, що оточує хроматин (хромосоми) та ядерця. Схожа на цітозол (гіалоплазму) цитоплазми. Містить різні РНК і білки-ферменти, на відміну гіалоплазми містить велику концентрацію іонів Na, + K + , Cl - ; меншим вмістом SO 4 2- .

Функції нуклеоплазми:

• заповнює простір між ядерними структурами;
• бере участь у транспорті речовин з ядра в цитоплазму та з цитоплазми в ядро;
• регулює синтез ДНК при реплікації, синтез іРНК при транскрипції

Хроматин має вигляд глибок, гранул та ниток (слайд 20,21).

Хімічний склад хроматину: 1) ДНК (30-45%); 2) гістонові білки (30-50%); 3) негістонові білки (4-33%); отже, хроматин є дезоксирибонуклеопротеїдним комплексом (ДНП).

Хроматин – форма існування генетичного матеріалу в інтерфазних клітинах. У клітині нитки ДНК, що ділиться, спіралізуються (конденсація хроматину), утворюючи Хромосоми.

Хромосоми ядра складають його хромосомний набір. каріотип.

Функції хроматину:

• Містить генетичний матеріал - ДНК, що складається з генів, що несуть спадкову інформацію;
• Здійснює синтез ДНК (при подвоєнні хромосом у S-період клітинного циклу), іРНК (транскрипція при біосинтезі білка);
• Регулює синтез, білків та контролює життєдіяльність клітини;
• Гістонові білки забезпечують конденсацію хроматину.

Ядрішко.У ядрі одне чи кілька ядерців. Вони мають округлу структуру (слайд 22, 23)

Воно містить: білок – 70-80% (визначає високу щільність), РНК – 5-14%, ДНК – 2-12%.

Ядрішко – несамостійна структура ядра. Воно утворюється на ділянці хромосоми, що несе гени рРНК. Такі ділянки хромосом називаються ядерцевими організаторами. В утворенні ядерця клітини людини беруть участь петлі десяти окремих хромосом, що містять гени рРНК (ядерцеві організатори). У ядерцях синтезується рРНК, яка разом з білком, що надійшов з цитоплазми, утворює субодиниці рибосом.

Вторинна перетяжка – ядерцевий організатор, містить гени рРНК, є в однієї – двох хромосом у геномі.

Завершується збирання рибосом у цитоплазмі. Під час поділу клітини ядерце розпадається, а телофазі знову формується.

Функції ядерця:

Синтез рРНК та складання субодиниць рибосом (завершується складання рибосом із субодиниць у цитоплазмі після їх виходу з ядра);

Підбиваємо підсумок:

Клітинне ядро ​​– центр управління життєдіяльністю клітини.

1. Ядро -> хроматин (ДНП) -> хромосоми -> молекула ДНК -> ділянка ДНК - ген зберігає та передає спадкову інформацію.
2. Ядро перебуває у постійній і тісній взаємодії з цитоплазмою, у ньому синтезуються молекули іРНК, які переносять інформацію від ДНК до місця синтезу білка у цитоплазмі на рибосомах. Однак саме ядро ​​також зазнає впливу цитоплазми, тому що синтезовані в ній ферменти надходять в ядро ​​і необхідні для його нормального функціонування.
3. Ядро контролює синтез усіх білків у клітині і через них – усі фізіологічні процеси у клітині

Ще наприкінці минулого століття було доведено, що позбавлені ядра фрагменти, відрізані від амеби чи інфузорії, через більш менш короткий час гинуть.

Для того, щоб з'ясувати роль ядра, можна видалити його з клітини та спостерігати наслідки такої операції. Якщо за допомогою мікроголки видалити ядро ​​у одноклітинної тварини - амеби, то клітина продовжує жити і рухатися, але не може рости і за кілька днів гине. Отже, ядро ​​необхідне метаболічних процесів (насамперед - для синтезу нуклеїнових кислот і білків), які забезпечують зростання і розмноження клітин.

Можна заперечити, що загибель призводить не втрата ядра, а сама операція. Для того щоб з'ясувати це, необхідно поставити досвід з контролем, тобто піддати дві групи амеб однієї і тієї ж операції, з тією різницею, що в одному випадку ядро ​​дійсно видаляють, а в іншому в амебу вводять мікроголку, пересувають її в клітці подібно до того, як це робиться при видаленні ядра, і виводять, залишивши ядро ​​в клітці; це називається "уявною" операцією. Після такої процедури амеби одужують, ростуть і діляться; це свідчить, що загибель амеб першої групи викликалася не операцією як такої, саме видаленням ядра.

Ацетабулярія є одноклітинним організмом, гігантською одноядерною клітиною, що має складну будову (слайд 26).

Складається з ризоида з ядром, стеблинка та парасольки (шапочки).

Ампутація ніжки (ризоїду), що містить єдине клітинне ядро ​​рослини. Утворюється новий ризоид, який, проте, немає ядра. Клітина може вижити за сприятливих умов кілька місяців, але не здатна до розмноження.

Енуклейована (позбавлена ​​ядра) рослина здатна відновити втрачені частини: парасолька, ризоїд: все, за винятком ядра. Такі рослини гинуть за кілька місяців. Навпаки, частини цієї одноклітинної рослини з ядром здатні неодноразово відновлюватись після пошкодження.

Виконати тест (коментувати відповідь, слайди 27-37 ).

1. Які клітини людини у процесі розвитку втрачають ядро, але протягом тривалого часу продовжують виконувати свої функції?

а) нервові клітини

б) клітини внутрішнього шару шкіри

в) еритроцити +

г) поперечно-смугасті м'язові волокна

(Клітини еритроцитів. Молоді мають ядро, зрілі його втрачають, продовжують функціонувати 120 днів).

2. Головна генетична інформація організму зберігається у:

3. Функцією ядерця є освіта:

(У ядерці синтезується рРНК, яка разом із білком, що надходить із цитоплазми, формує рибосоми).

4. Білки, що входять до складу хромосом, називаються:

(гістонові білки забезпечують конденсацію хроматину).

5. Пори в оболонці ядра:

(Пори утворені білковими структурами, через них пасивно і вибірково відбувається зв'язок ядра та цитоплазми).

6. Що вірно?

а) у процесі поділу клітини ядерця в ядрі зникають +

б) хромосоми складаються лише з ДНК

в) у клітинах рослин ядро ​​відтісняє вакуоль до стінки

г) білки гістони усувають порушення у ДНК

(Ядро - несамостійна структура ядра. Воно утворюється на ділянці хромосоми, що несе гени рРНК. Такі ділянки хромосом називаються ядерцевими організаторами. Перед поділом ядерце зникає, а потім утворюється знову).

7. Головна функція ядра: (2 відповіді)

а) управління внутрішньоклітинним обміном речовин +

б) ізоляції ДНК від цитоплазми

в) зберіганні генетичної інформації +

г) поєднання хромосом перед спіралізацією

(В ядрі знаходиться ДНК, яка зберігає та передає генетичну інформацію, через іРНК, на рибосомах відбувається синтез білка, здійснюється обмін речовин між ядром та цитоплазмою)

Вибрати три відповіді.

8. Вкажіть структури клітини еукаріотів, у яких локалізовані молекули ДНК.

(Напівавтономні органоїди клітини мітохондрії та хлоропласти. Ядро, яке контролює всі процеси життєдіяльності у клітині).

9. Ядерця складаються з:

(білок – 70-80% (визначає високу щільність), РНК – 5-14%, ДНК – 2-12%).

10. Що вірно?

а) ядерця - це "майстерні" з виробництва лізосом

б) зовнішня мембрана покрита безліччю рибосом +

в) реплікацією називають процес самокопіювання ДНК +

г) рибосомна РНК утворюється в ядерцях +

Дати відповідь на запитання.

• Яка будова та функції оболонки ядра?

Елементи відповіді.

1) 1. Обмежує вміст ядра від цитоплазми

2) 2. Складається із зовнішньої та внутрішньої мембран, подібних до будови з плазматичною мембраною. На зовнішній мембрані – рибосоми, що переходить в ЕПС.

3) 3. Має численні пори, якими відбувається обмін речовинами між ядром і цитоплазмою.

Домашнє завдання.Параграф 46. Запитання 2,4 стор. 215.

Основна литература.

1. І.М. Пономарьова, О.А. Корнілова, Л.В. Симонова, Москва Видавничий центр "Вентана - Граф" 2013р.
2. В.В. Захаров, С.Г. Мамонтов, І. І. Сонін Загальна біологія.10 клас. Вид. "Дрофа", Москва 2007р.
3. А.А. Кам'янський, Є.А. Криксунов, В.В.Пасічник Загальна біологія 10-11 клас Вид. "Дрофа" 2010р.
4. Краснодембський Є.Г., 2008. "Загальна біологія: Посібник для старшокласників та вступників до вузів"
5. Ресурси Інтернету. Єдина колекція освітніх ресурсів. Матеріал з Вікіпедії – вільної енциклопедії.

Будова та функції ядра

Як правило, еукаріотична клітина має одне ядро, але зустрічаються двоядерні (інфузорії) та багатоядерні клітини (опалина). Деякі високоспеціалізовані клітини вдруге втрачають ядро ​​(еритроцити ссавців, ситоподібні трубки покритонасінних).

Форма ядра - сферична, еліпсоподібна, рідше лопатева, бобоподібна та ін. Діаметр ядра - зазвичай від 3 до 10 мкм.

Будова ядра:
1 – зовнішня мембрана; 2 – внутрішня мембрана; 3 - пори; 4 - ядерце; 5 – гетерохроматин; 6 – еухроматин.

Ядро відмежовано від цитоплазми двома мембранами (кожна їх має типове будова). Між мембранами – вузька щілина, заповнена напіврідкою речовиною. У деяких місцях мембрани зливаються одна з одною, утворюючи пори (3), через які відбувається обмін речовин між ядром та цитоплазмою. Зовнішня ядерна (1) мембрана з боку, зверненої до цитоплазми, покрита рибосомами, що надають їй шорсткість, внутрішня (2) мембрана гладка. Ядерні мембрани є частиною мембранної системи клітини: вирости зовнішньої ядерної мембрани з'єднуються з каналами ендоплазматичної мережі, утворюючи єдину систему каналів, що сполучаються.

Каріоплазма (ядерний сік, нуклеоплазма)- Внутрішній вміст ядра, в якому розташовуються хроматин і одне або кілька ядер. До складу ядерного соку входять різні білки (зокрема ферменти ядра), вільні нуклеотиди.

Ядрішко(4) являє собою щільне округле тільце, занурене в ядерний сік. Кількість ядер залежить від функціонального стану ядра і варіює від 1 до 7 і більше. Ядерця виявляються тільки в ядрах, що не діляться, під час мітозу вони зникають. Ядро утворюється на певних ділянках хромосом, що несуть інформацію про структуру рРНК. Такі ділянки називаються ядерцевим організатором та містять численні копії генів, що кодують рРНК. З рРНК та білків, що надходять з цитоплазми, формуються субодиниці рибосом. Таким чином, ядерце є скупченням рРНК і рибосомальних субодиниць на різних етапах їх формування.

Хроматин- Внутрішні нуклеопротеїдні структури ядра, що фарбуються деякими барвниками і відрізняються формою від ядерця. Хроматин має вигляд глибок, гранул та ниток. Хімічний склад хроматину: 1) ДНК (30-45%); 2) гістонові білки (30-50%); 3) негістонові білки (4-33%); отже, хроматин є дезоксирибонуклеопротеїдним комплексом (ДНП). Залежно від функціонального стану хроматину розрізняють: гетерохроматин(5) та еухроматин(6). Еухроматин – генетично активні, гетерохроматин – генетично неактивні ділянки хроматину. Еухроматин при світловій мікроскопії не помітний, слабо забарвлюється і є деконденсовані (деспіралізовані, розкручені) ділянки хроматину. Гетерохроматин під світловим мікроскопом має вигляд глибок або гранул, що інтенсивно забарвлюється і являє собою конденсовані (спіралізовані, ущільнені) ділянки хроматину. Хроматин – форма існування генетичного матеріалу в інтерфазних клітинах. Під час поділу клітини (мітоз, мейоз) хроматин перетворюється на хромосоми.

Функції ядра: 1) зберігання спадкової інформації та передача її дочірнім клітинам у процесі поділу; 2) регуляція життєдіяльності клітини шляхом регуляції синтезу різних білків; 3) місце утворення субодиниць рибосом.

Яндекс.ДиректУсі оголошення

Хромосоми

Хромосоми- це цитологічні паличкоподібні структури, що являють собою конденсований хроматин і що з'являються в клітині під час мітозу або мейозу. Хромосоми та хроматин – різні форми просторової організації дезоксирибонуклеопротеїдного комплексу, що відповідають різним фазам життєвого циклу клітини. Хімічний склад хромосом такий самий, як і хроматину: 1) ДНК (30-45%); 2) гістонові білки (30-50%); 3) негістонові білки (4-33%).

Основу хромосоми становить одна безперервна дволанцюжкова молекула ДНК; Довжина ДНК однієї хромосоми може досягати кількох сантиметрів. Зрозуміло, що молекула такої довжини не може розташовуватися в клітині у витягнутому вигляді, а піддається укладання, набуваючи певної тривимірної структури, або конформації. Можна виділити такі рівні просторового укладання ДНК та ДНП: 1) нуклеосомний (накручування ДНК на білкові глобули), 2) нуклеомерний, 3) хромомірний, 4) хромонімний, 5) хромосомний.

У процесі перетворення хроматину на хромосоми ДНП утворює не тільки спіралі та суперспіралі, але ще петлі та суперпетлі. Тому процес формування хромосом, який відбувається у профазу мітозу або профазу 1 мейозу, краще називати не спіралізацією, а конденсацією хромосом.

Хромосоми: 1 – метацентрична; 2 – субметацентрична; 3, 4 – акроцентричні. Будова хромосоми: 5 - центромір; 6 – вторинна перетяжка; 7 – супутник; 8 – хроматиди; 9 – теломери.

Метафазна хромосома (хромосоми вивчаються метафазу мітозу) складається з двох хроматид (8). Будь-яка хромосома має первинну перетяжку (центроміру)(5), яка ділить хромосому на плечі. Деякі хромосоми мають вторинну перетяжку(6) та супутник(7). Супутник - ділянка короткого плеча, що відокремлюється вторинною перетяжкою. Хромосоми, що мають супутник, називають супутниковими (3). Кінці хромосом називаються тіломірами(9). Залежно від положення центроміри виділяють: а) метацентричні(рівноплечі) (1), б) субметацентричні(помірковано нерівноплечі) (2), в) акроцентричні(Різко нерівноплечі) хромосоми (3, 4).

Соматичні клітини містять диплоїдний(подвійний - 2n) набір хромосом, статеві клітини - гаплоїдний(Одинарний - n). Диплоїдний набір аскариди дорівнює 2, дрозофіли – 8, шимпанзе – 48, річкового раку – 196. Хромосоми диплоїдного набору розбиваються на пари; хромосоми однієї пари мають однакову будову, розміри, набір генів і називаються гомологічними.

Каріотип- сукупність відомостей про кількість, розміри та будову метафазних хромосом. Ідіограма – графічне зображення каріотипу. У представників різних видів каріотипи різні, одного виду – однакові. Автосоми- хромосоми, однакові для чоловічого та жіночого каріотипів. Статеві хромосоми- хромосоми, якими чоловічий каріотип відрізняється від жіночого.

Хромосомний набір людини (2n = 46, n = 23) містить 22 пари аутосом та 1 пару статевих хромосом. Аутосоми розподілені за групами та пронумеровані:

Статеві хромосоми не належать до жодної групи і не мають номера. Статеві хромосоми жінки – ХХ, чоловіки – ХУ. Х-хромосома – середня субметацентрична, У-хромосома – дрібна акроцентрична.

В області вторинних перетяжок хромосом груп D та G знаходяться копії генів, що несуть інформацію про будову рРНК, тому хромосоми груп D та G називаються ядерцетворчими.

Функції хромосом: 1) зберігання спадкової інформації; 2) передача генетичного матеріалу від материнської клітини до дочірніх.

Лекція №9.
Будова прокаріотичної клітини. Віруси

До прокаріотів належать архебактерії, бактерії та синьо-зелені водорості. Прокаріоти- одноклітинні організми, у яких відсутні структурно оформлене ядро, мембранні органоїди та мітоз.