Содержание
Введение
Глава 1. Строение ядра
1.1. Ядерная оболочка
1.2. Ядерный матрикс
1.3. Кариоплазма
1.4. Ядрышко
1.5. Хроматин
Глава 2. Функции ядра
Заключение
Список использованных источников
Введение
Каждый многоклеточный организм состоит из органов, органы состоят из тканей, ткани из клеток, а клетки состоят из множества органоидов. Они разнообразны по своему происхождению, строению, местоположению, свойствам, а главное – функциям. Например, на рибосомах, немембранных органоидах, осуществляется синтез белка, митохондрии выступают энергетическими станциями клеток, лизосомы выполняют функцию фагоцитоза и т.д. Все эти органоиды находятся в тесной взаимосвязи межу собой, все вместе они осуществляют работу клетки и способствуют её нормальной жизнедеятельности. Но работа эта не производится без контроля самого важного органоида – ядра. Ядро является важнейшая составная часть клетки, оно регулирует и контролирует все процессы, происходящие в клетке. Также ядро клетки содержит в своём составе ДНК, что обусловливает 2 главные функции:
1) Хранение и передача наследственной информации
2) Регуляция процессов обмена веществ в клетке
Существует множество безъядерных организмов, однако они относятся к примитивным и их клетки долго существовать не могут. Клетка не может долго функционировать без ядра, а ядро не может существовать вне клетки, потому образуется взаимосвязанная система ядра и цитоплазмы. Наряду с безъядерными и одноядерными существуют клетки, в которых можно наблюдать 2-3 ядра в одной, например, в клетках печени. Известны и многоядерные клетки, причем число ядер может достигать нескольких десятков. Форма ядра зависит большей частью от формы клетки, она может быть и совершенно неправильной. Различают ядра шаровидные, многолопастные. Впячивания и выросты ядерной оболочки значительно увеличивают поверхность ядра и тем самым усиливают связь ядерных и цитоплазматических структур и веществ [2].
Глава 1. Строение ядра
Ядро – двумембранный органоид. В его строении ядра можно выделить следующие ключевые структуры:
- Ядерная оболочка, состоящая из внешней и внутренней мембраны,
- Ядерный матрикс — всё, что заключено внутри клеточного ядра,
- Кариоплазма (ядерный сок)
- Ядрышко,
- Хроматин [1]
1.1. Ядерная оболочка
Ядерная оболочка характерна для всех эукариотических клеток. Ядерная оболочка состоит из внешней и внутренней мембран. В состав ядерной оболочки входят ядерные поры.
Мембраны ядерной оболочки в морфологическом отношении не отличаются от остальных внутриклеточных мембран: они имеют толщину около 7 нм и состоят из двух осмиофильных слоев.
В общем виде ядерная оболочка может быть представлена, как полый двухслойный мешок, отделяющий содержимое ядра от цитоплазмы. Из всех внутриклеточных мембранных компонентов таким типом расположения мембран обладают только ядро, митохондрии и пластиды. Однако ядерная оболочка имеет характерную особенность, отличающую ее от других мембранных структур клетки. Это наличие особых пор в оболочке ядра, которые образуются за счет многочисленных зон слияний двух ядерных мембран и представляет собой как бы округлые перфорации всей ядерной оболочки.
Строение ядерной оболочки:
Внешняя мембрана ядерной оболочки, непосредственно контактирующая с цитоплазмой клетки, имеет ряд структурных особенностей, позволяющих отнести ее к собственно мембранной системе эндоплазматического ретикулума. Так, на внешней ядерной мембране обычно располагается большое количество рибосом. Внутренняя мембрана контактирует с хромосомным материалом ядра.
Наиболее характерной и бросающейся в глаза структурой в ядерной оболочке является ядерная пора. Поры в оболочке образуются за счет слияния двух ядерных мембран в виде округлых сквозных отверстий или перфораций с диаметром 80-90 нм. Округлое сквозное отверстие в ядерной оболочке заполнено сложноорганизованными глобулярными и фибриллярными структурами. Совокупность мембранных перфораций и этих структур называют комплексом пор ядра.
Число ядерных пор зависит от метаболической активности клеток: чем выше синтетические процессы в клетках, тем больше пор на единицу поверхности клеточного [5].
1.2. Ядерный матрикс
Ядерный матрикс не представляет собой четкой морфологической структуры: он выявляется как отдельный морфологический гетерогенный компонент при экстракции из ядер практически всех участков хроматина, основной массы РНК и липопротеидов ядерной оболочки. От ядра, которое не теряет при этом своей общей морфологии, оставаясь сферической структурой, остается как бы каркас, остов, который иногда называют еще «ядерным скелетом».
По своей морфологической композиции ядерный матрикс состоит, по крайней мере, из трех компонентов: периферический белковый сетчатый (фиброзный) слой – ламина, внутренняя или интерхроматиновая сеть (остов) и «остаточное» ядрышко.
Ламина представляет собой тонкий фиброзный слой, подстилающий внутреннюю мембрану ядерной оболочки. В ее состав входят так же комплексы ядерных пор, которые как бы вмурованы в фиброзный слой. Часто эту часть ядерного матрикса называют фракцией «поровый комплекс – ламина» (PCL – “pore complex – lamina”). В интактных клетках и ядрах ламина большей частью морфологически не выявляется, т.к. к ней тесно прилегает слой периферического хроматина. Лишь иногда ее удается наблюдать в виде относительного тонкого (10-20 нм) фиброзного слоя, располагающегося между внутренней мембраной ядерной оболочки и периферическим слоем хроматина.
Внутриядерный остов или сеть морфологически выявляется только после экстракции хроматина. Он представлен рыхлой фиброзной сетью, располагающейся между участками хроматина, часто в состав этой губчатой сети входят различные гранулы РНП-природы.
Наконец, третий компонент ядерного матрикса – остаточное ядрышко – плотная структура, повторяющая по своей форме ядрышко, также состоит из плотно уложенных фибрилл.
Компоненты ядерного матрикса представляют собой не застывшие жесткие структуры, а компоненты, обладающие динамической подвижностью, которые могут меняться [5].
1.3. Кариоплазма
Кариоплазма или нуклеоплазма. Это микроскопически бесструктурное вещество ядра. Содержит различные белки, нуклеопротеины, гликопротеины, ферменты и соединения, участвующие в процессах синтеза нуклеиновых кислот, белков и всех других веществ, входящих в состав кариоплазмы. Кариоплазма заполняет все внутреннее пространство ядра между хромосомами и ядрышком. Благодаря ей ядро обладает тургором.
Кариоплазма (ядерный сок, нуклеоплазма) в виде неструктурированной массы окружает хромосомы и ядрышки. Вязкость ядерного сока примерно такая же, как вязкость основного вещества цитоплазмы. Кислотность ядерного сока, определенная путем микроинъекции индикаторов в ядро, оказалась несколько выше, чем у цитоплазмы. Кроме того, в ядерном соке содержатся ферменты, участвующие в синтезе нуклеиновых кислот в ядре, и рибосомы. Ядерный сок не окрашивается основными красителями, поэтому его называют ахроматиновым веществом, или кариолимфой, в отличие от участков, способных окрашиваться, — хроматина. Кариоплазма- основная внутренняя среда ядра, она занимает все пространство между ядрышком, хроматином, мембранами, всевозможными включениями и другими структурами. Кариоплазма под электронным микроскопом имеет вид гомогенной или мелкозернистой массы с низкой электронной плотностью. В ней во взвешенном состоянии находятся рибосомы, микротельца, глобулины и различные продукты метаболизма. Кариоплазма характеризуется особыми структурными и функциональными свойствами. Функции кариоплазмы чрезвычайно многообразны, поскольку с ней связаны коллоидные свойства ядра, а также явления роста, синтеза ДНК, различных РНК и белка, передачи раздражения и т. п. Физико-химические свойства кариоплазмы обусловлены ее коллоидным характером. Они определяются наличием в ней множества частиц, в совокупности образующих огромную поверхность взаимодействия со средой, что обеспечивает прохождение разнообразных физико-химических процессов.
Химический состав ее крайне сложен и представлен органическими и неорганическими веществами. Основные органические вещества — это белки, углеводы, дезоксирибонуклеиновые и рибонуклеиновые кислоты, жироподобные вещества (липиды). Из простых белков (протеинов) в кариоплазме содержатся гистоны, протамины, альбумины и глобулины, а из протеидов — липопротеиды, глюкопротеиды и нуклеопротеиды. Большая часть белков относится к глобулярным, меньшая — к фибриллярным структурам. Белки глобулярной формы, способные превращаться в фибриллярные, называются структурными.
Из неорганических веществ в кариоплазме обычно содержится большое количество воды (80-85 %), играющей важную роль в жизнедеятельности как ядра, так и клетки. Вода кариоплазмы может находиться в свободном состоянии (в виде растворителя) и быть связанной водородными связями с полярными группами белковых молекул. Другие неорганические вещества кариоплазмы содержатся в виде солей, ионов или в соединении с белками, аминокислотами, углеводами и липидами. Наибольшее значение в построении кариоплазмы имеют элементы — кальций, фосфор, калий и сера. На кариоплазму приходится примерно 20 % массы ядра [5].
1.4. Ядрышко
Ядрышко — это своеобразный центр ядра, его «штаб», где собираются рибосомы и, таким образом, контролируется степень последующих процессов трансляции белков в клетке.
В ядре может быть от одного до нескольких ядрышек, но если ядрышек одно или два, то они более крупные. Они могут иметь различные размеры, форму, плотность и область распределения в зависимости от функциональной активности клетки. Более крупные ядрышки характерны для дифференцированных клеток с высокой активностью синтеза белков. Малодифференцированные клетки обычно имеют несколько мелких ядрышек. Клетки, в которых активность белкового синтеза невелика, имеют мелкие ядрышки с высокой электронной плотностью и интенсивно окрашивающиеся основными красителями.
Основная функция ядрышка — синтез рРНК и субъединиц рибосом. При исследовании ультратонких срезов в электронном микроскопе видно, что ядрышки не гомогенные структуры, а имеют вид элекронно-плотного вещества, формирующего петли. Промежутки между петлями заполнены более светлым веществом. С помощью электронной микроскопии в ядрышке можно выявить несколько компонентов.
Фибриллярный компонент — это тонкофибриллярная структура, состоящая из тончайших нитей различной электронной плотности. Она образована участками слабо конденсированной ДНК, считывающимися с нее молекулами РНК и белками, осуществляющими транскрипцию. Фибриллярный компонент занимает центральные, небольшие по размерам участки вокруг ядрышковых организаторов. В фибриллярном компоненте ядрышка происходит транскрипция рРНК.
Нужна помощь в написании реферата?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
Гранулярный (зернистый) компонент — это образующиеся субъединицы рибосом. При большом увеличении электронного микроскопа в гранулярном компоненте видно множество гранул высокой электронной плотности. Располагается между фибриллярными структурами и по периферии ядрышка.
Зону ядрышкового организатора иногда выявляют в центре фибриллярного компонента в виде светлого участка. Вокруг ядрышкового организатора в интерфазу образуется ядрышко. В период митоза зона ядрышкового организатора соответствует области вторичной перетяжки хромосомы.
Зона неактивной ДНК вокруг ядрышка отличается высокой степенью конденсации в виде околоядрышкового гетерохроматина. Предположительно эти зоны являются частями хромосом, которые образуют ядрышко.
Ядрышки значительно изменяются в различные стадии митоза. В конце профазы митоза они исчезают, а находящийся в ядрышках хроматин начинает конденсироваться. С конца профазы до середины телофазы митоза ядрышко содержит в себе только хроматин ядрышкового организатора, что указывает на его низкую активность. Затем этот хроматин деконденсируется и вокруг него формируется плотный фибриллярный материал, содержащий скопление рРНК. Рост ядрышка продолжается до конца телофазы за счет увеличения содержания фибриллярных структур, а затем вокруг них формируется гранулярный компонент. К концу телофазы строение ядрышка близко к таковому в интерфазном ядре, и проявляются признаки нарастающей синтетической активности с образованием новых рибосом [6].
1.5. Хроматин
Хроматином называется содержащий наследственную информацию материал клеточного ядра, представляющий собой сложный функциональный комплекс ДНК со структурными белками и другими элементами, обеспечивающими упаковку, хранение и реализацию кариотического генома. В упрощенной трактовке это вещество, из которого состоят хромосомы. Термин происходит от греческого «хрома» – цвет, краска. Понятие было введено Флемингом еще в 1880 году, но до сих пор идут споры о том, что такое хроматин, с точки зрения биохимического состава. Неопределенность касается небольшой части компонентов, не участвующих в структурировании генетических молекул (некоторые ферменты и рибонуклеиновые кислоты).
С целью определить, что такое хроматин на биохимическом уровне, ученые экстрагировали это вещество из клеток, переводили в раствор и в таком виде изучали компонентный состав и структуру. При этом использовались как химические, так и физические методы, включая технологии электронной микроскопии. Выяснилось, что химический состав хроматина на 40% представлен длинными молекулами ДНК и почти на 60% – различными белками. Последние подразделяются на две группы: гистоны и негистоновые [6].
Глава 2. Функции ядра
Функции ядра связаны с процессами редупликации. В результате формируются абсолютно одинаковые (и в количественном, и в качественном смысле) объемы наследственных данных. В ядрах осуществляется изменение и рекомбинация наследственного материала. Это наблюдается в процессе мейоза. Кроме того, ядра принимают непосредственное участие в распределении ДНК-молекул во время деления клеток.
Во вторую группу входят процессы, связанные непосредственно с формированием аппарата синтеза белка. В эукариотических ядрах происходит образование рибосомных «субъединиц». Это осуществляется за счет комплексирования рибосомных РНК, синтезированных в ядрышке, и рибосомных белков, синтезированных в цитоплазме. Таким образом, ядра являются не только вместилищем наследственных данных, но и местом, где осуществляется воспроизведение этой информации и ее функционирование. В связи с этим нарушение или выпадение любой из перечисленных выше функций является для клетки губительным. Так, например, нарушения в репарационном процессе может спровоцировать изменение первичной структуры ДНК, что автоматически приводит к изменению белковых структур. Это, в свою очередь, безусловно, скажется на специфической активности белков, которая может измениться настолько, что будет не способна обеспечивать основные функции клетки. Это приводит к ее (клетки) гибели. Нарушения в процессе редупликации ДНК останавливают размножение клетки или вызывают появление клеток, обладающих неполноценным набором наследственной информации, что также весьма губительно для структуры в целом. К гибели клетки приводят также нарушения в процессах распределения наследственного материала во время деления. Выпадения вследствие поражений в ядре или в результате расстройства в каких-либо регуляторных процессов синтеза РНК (любой формы) приведет автоматически остановке белкового синтеза либо к возникновению серьезных погрешностей в нем [4].
Заключение
Ядро осуществляет две группы общих функций: одну, связанную собственно с хранением генетической информации, другую — с ее реализацией, с обеспечением синтеза белка [3].
В первую группу входят процессы, связанные с поддержанием наследственной информации в виде неизменной структуры ДНК. Эти процессы связаны с наличием так называемых репарационных ферментов, ликвидирующих спонтанные повреждения молекулы ДНК (разрыв одной из цепей ДНК, часть радиационных повреждений), что сохраняет строение молекул ДНК практически неизменным в ряду поколений клеток или организмов. Далее, в ядре происходит воспроизведение или редупликация молекул ДНК, что дает возможность двум клеткам получить совершенно одинаковые и в качественном и в количественном смысле объемы генетической информации. В ядрах происходят процессы изменения и рекомбинации генетического материала, что наблюдается во время мейоза (кроссинговер). Наконец, ядра непосредственно участвуют в процессах распределения молекул ДНК при делении клеток.
Другой группой клеточных процессов, обеспечивающихся активностью ядра, является создание собственно аппарата белкового синтеза. Это не только синтез, транскрипция на молекулах ДНК разных информационных РНК и рибосомных РНК. В ядре эукариотов происходит также образование субъедениц рибосом путем комплексирования синтезированных в ядрышке рибосомных РНК с рибосомными белками, которые синтезируются в цитоплазме и переносятся в ядро.
Таким образом, ядро представляет собой не только вместилище генетического материала, но и место, где этот материал функционирует и воспроизводится. Нарушения редупликации ДНК приведут к остановке размножения клеток или к появлению клеток с неполноценным набором генетической информации, что также губительно для клеток. К такому же результату приведет нарушение процессов распределения генетического материала (молекул ДНК) при делении клеток. Выпадение в результате поражения ядра или в случае нарушений каких-либо регуляторных процессов синтеза любой формы РНК автоматически приведет к остановке синтеза белка в клетке или к грубым его нарушениям.
Список использованных источников
1. Хржановский В.Г. Курс общей ботаники / В.Г. Хржановский – М.: Высшее образование, 1982, — 383 с.
2. Каменский А.А. Введение в общую биологию и экологию / А.А. Каменский – М.: Дрофа, 2002, — 304 с.
3. Ченцов Ю.С. Введение в клеточную биологию / Ю.С. Ченцов – М.: Академкнига, 2004, — 495 с.
4. Сенюкович С. Что такое ядро в биологии [Электронный ресурс]. URL: http://fb.ru/article/230391/cyto-takoe-yadro-v-biologii-stroenie-i-funktsii-yadra (дата обращения: 12.05.2018)
5. Филатов И. Основные функции ядра [Электронный ресурс]. URL: http://fb.ru/article/44044/osnovnyie-funktsii-yadra (дата обращения: 13.05.2018)
6. Окольнова Л. Ядро клетки [Электронный ресурс]. URL: https://distant-lessons.ru/yadro-kletki.html (дата обращения: 20.05.2018)