Разнообразие клеток по количеству ядер
Как правило, наличие одного ядра округлой или овальной (реже сегментированной) формы — это стандартное правило для большинства эукариотических клеток. Однако существуют примечательные исключения:
- Двуядерные клетки: характерны для некоторых простейших, например, для инфузории туфельки.
- Многоядерные структуры: встречаются в клетках печени (гепатоцитах), элементах костного мозга, клетках соединительной ткани, а также в поперечнополосатых мышечных волокнах.
- Безъядерные клетки: в процессе своего созревания и дифференцировки некоторые структуры вторично утрачивают ядро. Классические примеры — зрелые эритроциты млекопитающих и ситовидные трубки покрытосеменных растений.
Строение ядерной оболочки
Ядро изолировано от цитоплазмы кариолеммой — ядерной оболочкой. Она состоит из наружной и внутренней мембран, между которыми располагается узкая щель, называемая перинуклеарным пространством. Наружная мембрана не является полностью обособленной: её выросты соединяются с каналами эндоплазматической сети (ЭПС), формируя единую систему сообщающихся путей.
В местах слияния наружной и внутренней мембран образуются ядерные поры. Внутри них находится сложный белковый поровый комплекс, состоящий из строго ориентированных в пространстве центральных и периферических глобул. Этот комплекс работает как строгий контрольно-пропускной пункт. Например, если молекулы рибонуклеопротеидов (РНП) имеют дефекты из-за мутаций, или если матричная РНК ещё не созрела и содержит интроны, они не экспортируются в цитоплазму. Такие дефектные молекулы задерживаются в ядре и в дальнейшем подвергаются разрушению.
Кариоплазма и функции ядрышек
Внутреннее содержимое органоида заполняет кариоплазма (нуклеоплазма, или ядерный сок). По своим физико-химическим свойствам это коллоидный раствор, который значительно более вязок, чем окружающая ядро гиалоплазма. В его состав входят белки, ферменты, свободные нуклеотиды, соли и ионы. Кариоплазма выполняет важнейшие функции: она является средой для ядерного метаболизма, обеспечивает внутриядерный транспорт белков и РНК, а также создает условия для нормального функционирования генетического материала.
В кариоплазме располагаются одно или несколько ядрышек. Впервые эти структуры были описаны исследователем Фонтана в 1774 году. Это очень плотные, непостоянные образования округлой формы. Они динамично ведут себя в ходе клеточного цикла: полностью исчезают в конце профазы клеточного деления и восстанавливаются только в телофазе. Главная задача ядрышка — синтез рибосомных субъединиц. Ультраструктура ядрышка напрямую зависит от активности этого процесса: при высоком уровне синтеза РНК в нем наблюдается большое количество гранул, а при его прекращении гранулы исчезают, и ядрышко превращается в плотные фибриллярные центры.
Процесс сборки: малая субъединица связывается с мРНК, затем к ним присоединяется большая субъединица, в результате чего образуется полноценно функционирующая рибосома типа 80S.
Хроматин и организация ДНК
Генетический материал в ядре представлен хроматином — плотным веществом, которое отлично окрашивается основными красителями. В его химический состав входят молекулы ДНК, РНК, а также специализированные белки (гистоны и негистоны).
Основу хроматина составляет дезоксирибонуклеопротеид. Двойная спираль ДНК, имеющая диаметр всего 2 нм, наматывается на комплексы белков-гистонов (типы H1, H2A, H2B, H3, H4). Такая сложная нуклеопротеидная структура называется нуклеосомой. Благодаря нуклеосомной организации достигается невероятно компактная упаковка: молекула ДНК суммарной длиной около 2 метров успешно помещается внутри микроскопического ядра.
Форма существования генетического материала меняется в зависимости от фазы жизни клетки:
- В период интерфазы он находится в виде разуплотнённого хроматина.
- В период деления (при митозе или мейозе) хроматин максимально конденсируется, превращаясь в компактные хромосомы.
Коротко: ответы на вопросы по теме
Какие белки-нуклеопорины образуют ядерный поровый комплекс?
Ядерный поровый комплекс образован крупным белковым комплексом ядерных филаментов — нуклеопоринов. Конкретные названия отдельных белков-нуклеопоринов в источниках не приводятся.
По источникам, в состав комплекса входят:
- периферические белковые гранулы — расположены по периферии поры в количестве 8 пар;
- центральная гранула — расположена в центре и, вероятно, представляет собой субстрат в процессе активного транспорта через пору;
- фибриллы — связывают центральную гранулу с периферическими, структура напоминает колесо со спицами;
- диафрагма — тонкая перегородка, закрывающая отверстие и пронизанная цилиндрическими каналами.
Для запоминания пяти типов гистонов (H1, H2A, H2B, H3, H4) можно использовать ассоциацию: «Первый (1), две двойки с буквами (2A, 2B), третий (3) и четвертый (4) — все гистоны на месте».
Вопросы с занятий и экзамена
У всех ли эукариотических клеток есть ядро?
В подавляющем большинстве случаев да. Однако некоторые высокоспециализированные клетки, такие как эритроциты млекопитающих и ситовидные трубки растений, вторично утрачивают ядро в процессе дифференцировки.
Что происходит с поврежденными молекулами РНК в ядре?
Ядерный поровый комплекс осуществляет строгий контроль. Дефектные рибонуклеопротеиды и незрелые мРНК (с интронами) не пропускаются в цитоплазму, задерживаются в ядре и впоследствии разрушаются.
Чем хроматин отличается от хромосом?
Химически это одно и то же вещество (комплекс ДНК и белков). Хроматин — это рабочая, менее плотная форма упаковки генетического материала в интерфазе, а хромосомы — максимально компактная форма, образующаяся во время деления клетки.
Что ещё разобрать по теме
- Механизмы формирования и функционирования белкового порового комплекса.
- Детальный процесс сборки субъединиц рибосом (80S) в ядрышке.
- Уровни компактизации ДНК: от нуклеосомы до метафазной хромосомы.
- Особенности соединения наружной ядерной мембраны с каналами ЭПС.
Разберите тему целиком в курсе «Биология»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Клеточное ядро» и ещё 3 793 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 124 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Клетка — элементарная единица живого»
Бесплатные видеоуроки: биологияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.