Строение ядра клетки: функции и особенности
Ядро - важнейший органоид клетки, регулирующий все процессы жизнедеятельности. Без ядра клетка не может нормально функционировать. Давайте разберемся в уникальном строении и многочисленных функциях этого удивительного органелла.
Общая характеристика ядра
Ядро - это органоид эукариотической клетки, который содержит наследственный материал в виде молекул ДНК и управляет всеми процессами жизнедеятельности клетки. Ядро имеет шаровидную или яйцевидную форму, но в некоторых клетках может быть веретеновидным, линзовидным или других форм. Размеры ядер также варьируют - от 1 мкм в диаметре у инфузорий до 10 мкм у амеб.
Ядро, содержащее генетический материал клетки, подобно дирижеру оркестра, управляющему работой всех музыкантов. Без дирижера был бы apenas хаос. То же самое можно сказать и о ядре в клетке.
Большинство зрелых клеток содержат одно ядро. Однако существуют двуядерные клетки, например инфузории, и многоядерные клетки - некоторые водоросли, грибы, мышечные волокна. Известно, что у представителей рода Syncarpha количество ядер в одной клетке может достигать 100 тысяч!
Строение ядра клетки
Несмотря на различия в форме и размерах, строение ядра у всех эукариотических организмов одинаково. Оно состоит из:
- Ядерной оболочки
- Ядерных пор
- Ядерного сока
- Хроматина
- Одного или нескольких ядрышек
Ядерная оболочка отделяет содержимое ядра от цитоплазмы клетки. Она представляет собой двойную мембрану, состоящую из внешней и внутренней мембран. Между ними располагается межмембранное пространство. Ядерная оболочка выполняет защитную функцию и регулирует транспорт веществ в ядро и из него.
Через ядерные поры осуществляется обмен веществами между ядром и цитоплазмой. Это белок-липидные каналы в ядерной мембране диаметром около 100 нм. Из-за регуляторных белков эффективный диаметр пор составляет ~9 нм. Через такие узкие поры могут проходить только небольшие молекулы.
Ядерный сок или нуклеоплазма заполняет внутреннее пространство ядра. Это вязкая жидкость, сходная по составу с цитоплазмой. Она создает оптимальные условия для протекания процессов с участием хроматина и ядрышек.
Ядрышко - это не имеющее собственной мембраны плотное образование, состоящее из РНК и белков. В его состав входят специальные участки хромосом - ядрышковые организаторы, несущие гены рибосомальной РНК. Функции ядрышка клетки заключаются в синтезе и сборке субъединиц рибосом, которые затем экспортируются в цитоплазму.
Хромосомы представляют собой нитевидные структуры, состоящие из ДНК и белков. Они несут наследственную информацию клетки в виде линейных молекул ДНК с упакованными вокруг них гистоновыми белками. Все хромосомы имеют характерную форму - две хроматиды, соединенные в области центромеры. У человека в клетке 46 хромосом, у собак - 78. Это самое большое число хромосом среди млекопитающих!
Основная функция ядра - хранение и реализация наследственной информации клетки. Эта информация записана в виде последовательности нуклеотидов ДНК с помощью 4-х буквенного генетического кода: A, T, G, C. Каждый ген в ДНК кодирует определенный белок.
Регуляция активности генов
Для обеспечения нормального функционирования клетки в разных условиях требуется динамически регулировать активность генов - включать или выключать транскрипцию с разных участков ДНК. Эта регуляция осуществляется несколькими механизмами:
- Метилирование ДНК - присоединение метильных групп к нуклеотидам, из-за чего транскрипция блокируется.
- Ремоделирование хроматина - изменение степени упаковки ДНК гистонами.
- Регуляторные белки - транскрипционные факторы, стимулирующие или подавляющие синтез определенных мРНК.
Подготовка к делению клетки
Перед делением клетке необходимо удвоить свою ДНК, чтобы обеспечить дочерние клетки полной генетической информацией. Этот процесс репликации ДНК также происходит в ядре:
- Ферменты расплетают спирали ДНК.
- С обеих цепей синтезируется комплементарная цепь нуклеотидов.
- Образуются две идентичные молекулы ДНК.
После репликации ядерная оболочка исчезает, ДНК конденсируется в хромосомы, которые расходятся к полюсам во время митоза.