В каждой живой клетке протекает множество биохимических реакций и процессов. Чтобы контролировать их, а также регулировать многие жизненно важные факторы, необходима специальная структура. Что такое ядро в биологии? Благодаря чему оно эффективно справляется с поставленной задачей?
Что такое ядро в биологии. Определение
Ядро – необходимая структура любой клетки организма. Что такое ядро? В биологии это важнейший компонент каждого организма. Ядро можно обнаружить и у одноклеточных простейших, и у высокоорганизованных представителей эукариотического мира. Главная функция этой структуры – хранение и передача генетической информации, которая здесь же и содержится.
После оплодотворения яйцеклетки сперматозоидом происходит слияние двух гаплоидных ядер. После слияния половых клеток образуется зигота, ядро которой уже несет диплоидный набор хромосом. Это значит, что кариотип (генетическая информация ядра) уже содержит копии генов и матери, и отца.
Диплоидное ядро присутствует практически во всех эукариотических клетках. Гаплоидным ядром обладают не только гаметы, но и многие представители простейших организмов. Сюда относятся некоторые одноклеточные паразиты, водоросли, свободноживущие формы одноклеточных. Стоит отметить, что большинство из перечисленных представителей имеют гаплоидное ядро лишь на определенной стадии жизненного цикла.
Состав ядра
Какова характеристика ядра? Биология тщательно изучает состав ядерного аппарата, т. к. это может дать толчок в развитии генетики, селекции и молекулярной биологии.
Ядро – это двумембранная структура. Мембраны являются продолжением эндоплазматической сети, что необходимо для транспорта образованных веществ из клетки. Содержимое ядра называется нуклеоплазма.
Хроматин – основное вещество нуклеоплазмы. Состав хроматина разнообразен: здесь находятся в первую очередь нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК), а также белки и многие ионы металлов. ДНК в нуклеоплазме расположена упорядочено в виде хромосом. Именно хромосомы при делении удваиваются, после чего каждый их наборов переходит в дочерние клетки.
РНК в нуклеоплазме чаще всего встречается двух типов: мРНК и рРНК. Матричная РНК образуется в процессе транскрипции – считывания информации с ДНК. Молекула такой рибонуклеиновой кислоты позже покидает ядро и в дальнейшем служит матрицей для образования новых белков.
Рибосомальная РНК образуется в специальных структурах под названием ядрышки. Ядрышко построено из концевых участков хромосом, образованных вторичными перетяжками. Эта структура может быть видна в световой микроскоп в виде уплотненного пятнышка на ядре. Рибосомальные РНК, которые синтезируются здесь, также поступают в цитоплазму и далее вместе с белками образуют рибосомы.
Непосредственное влияние на функции оказывает состав ядра. Биология как наука изучает свойства хроматина для лучшего пониманию процессов транскрипции и деления клетки.
Функции ядра. Биология процессов в ядре
Первой и самой важной функцией ядра является хранение и передача наследственной информации. Ядро – уникальная структура клетки, т. к. в нем содержится большая часть генов человека. Кариотип может быть гаплоидный, диплоидный, триплоидный и так далее. Плоидность яда зависит от функции самой клетки: гаметы гаплоидные, а соматические клетки диплоидные. Клетки эндосперма покрытосеменных растений триплоидные, и, наконец, многие сорта посевных культур имеют полиплоидный набор хромосом.
Передача наследственной информации в цитоплазму из ядра происходит при образовании мРНК. В процессе транскрипции нужные гены кариотипа считываются, и в итоге синтезируются молекулы матричной или информационной РНК.
Также наследственность проявляется при делении клетки митозом, мейозом или амитозом. В каждом из случаев ядро выполняет свою определенную функцию. Например, в профазе митоза разрушается оболочка ядра и сильно компактизированные хромосомы попадают в цитоплазму. Однако в мейозе перед разрушением мембраны в ядре происходит кроссинговер хромосом. А в амитозе ядро вовсе разрушается и вносит небольшой вклад в процессе деления.
Кроме того, ядро косвенно участвует в транспорте веществ из клетки из-за непосредственной связи мембраны с ЭПС. Вот что такое ядро в биологии.
Форма ядер
Ядро, его строение и функции могут зависеть от формы мембраны. Ядерный аппарат может быть округлым, вытянутым, в виде лопастей и т. д. Часто форма ядра специфична для отдельных тканей и клеток. Одноклеточные организмы различаются по типу питания, жизненного цикла, а вместе с тем различаются и формы мембраны ядер.
Разнообразие в форме и размере ядра можно проследить на примере лейкоцитов.
- Ядро нейтрофилов может быть сегментированным и не сегментированным. В первом случае говорят о подковообразном ядре, и такая форма характерна для молодых клеток. Сегментированное ядро – это результат образования нескольких перегородок в мембране, в результате чего образуется несколько частей, связанных между собой.
- У эозинофилов ядро имеет характерную гантелевидную форму. В этом случае ядерный аппарат состоит из двух сегментов, связанных перегородкой.
- Почти весь объем лимфоцитов занят огромным ядром. Лишь небольшая часть цитоплазмы остается по периферии клетки.
- В железистых клетках насекомых ядро может иметь разветвленное строение.
Количество ядер в одной клетке может быть разным
Не всегда в клетке организма присутствует только одно ядро. Порой необходимо присутствие двух или более ядерных аппаратов для осуществления нескольких функций одновременно. И наоборот, некоторые клетки могут вовсе обходиться без ядра. Вот некоторые примеры необычных клеток, в которых ядер больше одного или оно вообще отсутствует.
1. Эритроциты и тромбоциты. Эти форменные элементы крови транспортируют гемоглобин и фибриноген соответственно. Чтобы одна клетка смогла вместить максимальное количество вещества, она утратила свое ядро. Характерна такая особенность не для всех представителей животного мира: у лягушек в крови находятся огромные по размерам эритроциты с ярко выраженным ядром. Это показывает примитивность данного класса в сравнении с более развитыми таксонами.
2. Гепатоциты печени. Эти клетки содержат в себе два ядра. Одно из них регулирует очистку крови от токсинов, а другое отвечает за образование гемма, который в последующем войдет в состав гемоглобина крови.
3. Миоциты поперечно-полосатой скелетной ткани. Мышечные клетки многоядерные. Это связано с тем, что в них активно проходит синтез и распад АТФ, а также сборка белков.
Особенности ядерного аппарата у простейших
Для примера рассмотрим два вида простейших: инфузории и амебы.
1. Инфузория-туфелька. Этот представитель одноклеточных организмов имеет два ядра: вегетативное и генеративное. Т. к. они отличаются как по функциям, так и по размерам, такая особенность получила название ядерного дуализма.
Вегетативное ядро отвечает за повседневную жизнедеятельность клетки. Оно регулирует процессы ее метаболизма. Генеративное ядро участвует в клеточном делении и в конъюгации – половом процессе, при котором происходит обмен генетической информацией с особями того же вида.
2. Амебы. Яркие представители - дизентерийная и кишечная амебы. Первая относится к агрессивным паразитам человека, а вторая – обычный симбионт, который живет в кишечнике и не причиняет никакого вреда. Т. к. дизентерийная амеба паразитирует тоже в кишечнике, важно отличать эти два вида между собой. Для этого используют особенность ядерного аппарата: у дизентерийной амебы может быть до 4 ядер, а у кишечной амебы от 0 до 8.
Заболевания
Многие генетические заболевания связаны с нарушениями в наборе хромосом. Вот список наиболее известных отклонений в генетическом аппарате ядра:
- синдром Дауна;
- сиддром Патау;
- синдром Эдвардса;
- синдром Клайнфелтера;
- синдром Шерешевского-Тернера.
Список можно продолжать, и каждая из болезней отличается порядковым номером пары хромосом. Также подобные заболевания часто затрагивают половые X и Y хромосомы.
Заключение
Ядро играет важную роль в процессе жизнедеятельности клетки. Оно регулирует биохимические процессы, является хранилищем наследственной информации. Транспорт веществ из клетки, синтез белков также связаны с функционированием этой центральной структуры клетки. Вот что такое ядро в биологии.
