Компонентами ядра є. Ядро

Головна

Калькулятори

Ядро клітини – центральний органоїд, один із найважливіших. Наявність їх у клітині є ознакою високої організації організму. Клітина, що має оформлене ядро, називається еукаріотичною. Прокаріоти - це організми, що складаються з клітини, яка не має оформленого ядра. Якщо докладно розглянути всі його складові, можна зрозуміти, яку функцію виконує ядро клітини.

Структура ядра

Ядерна оболонка.
Хроматин.
Ядрішки.
Ядерний матрикс та ядерний сік.

Структура та функції ядра клітини залежать від типу клітин та їх призначення.

Ядерна оболонка

Ядерна оболонка має дві мембрани - зовнішню та внутрішню. Вони розділені між собою перинуклеарним простором. Оболонка має пори. Ядерні пори необхідні для того, щоб різні великі частинки та молекули могли переміщатися з цитоплазми в ядро і назад.

Ядерні пори утворюються внаслідок злиття внутрішньої та зовнішньої мембрани. Пори є округлими отворами, що мають комплекси, в які входять:

Тонка діафрагма, що закриває отвір. Вона пронизана циліндричними каналами.
Білкові гранули. Вони з двох сторін від діафрагми.
Центральна білкова гранула. Вона пов'язана з периферичними гранулами фібрил.

Кількість часу в ядерній оболонці залежить від того, наскільки інтенсивно в клітині проходять синтетичні процеси.

Ядерна оболонка складається із зовнішньої та внутрішньої мембран. Зовнішня перетворюється на шорсткий ЭПР (эндоплазматический ретикулум).

Хроматин

Хроматин - найважливіша речовина, що входить до ядра клітини. Функції його – це зберігання генетичної інформації. Він представлений еухроматином та гетерохроматином. Весь хроматин – це сукупність хромосом.

Еухроматин – це частини хромосом, які активно беруть участь у транскрипції. Такі хромосоми перебувають у дифузному стані.

Неактивні відділи та цілі хромосоми є конденсованими глибками. Це гетерохроматин. При зміні стану клітини гетерохроматин може переходити до еухроматину, і навпаки. Чим більше в ядрі гетерохроматину, тим нижча швидкість синтезу рибонуклеїнової кислоти (РНК) і тим менша функціональна активність ядра.

Хромосоми

Хромосоми - це особливі освіти, які у ядрі лише під час поділу. Хромосома складається з двох плечей та центроміру. За формою їх поділяють на:

Паличкоподібні. Такі хромосоми мають одне велике плече, інше маленьке.
Рівноплечні. Мають відносно однакові плечі.
Різноплечні. Плечі хромосоми візуально відрізняються між собою.
З вторинними перетяжками. Така хромосома має нецентромірну перетяжку, яка відокремлює супутниковий елемент від основної частини.

У кожного виду кількість хромосом завжди однакова, але слід зазначити, що від їхньої кількості не залежить рівень організації організму. Так, у людини є 46 хромосом, у курки - 78, у їжака - 96, а у берези - 84. Найбільше хромосом має папороть Ophioglossum reticulatum. Він має 1260 хромосом на кожну клітину. Найменше число хромосом має самець-мураха виду Myrmecia pilosula. У нього лише 1 хромосома.

Саме вивчивши хромосоми, вчені зрозуміли, якими є функції ядра клітини.

До складу хромосом входять гени.

Ген

Гени - це ділянки молекул дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК), де закодовані певні склади молекул білка. Внаслідок цього в організму проявляється та чи інша ознака. Ген передається у спадок. Так, ядро у клітині виконує функцію передачі генетичного матеріалунаступним поколінням клітин.

Ядрішки

Нуклеола – це найщільніша частина, яка входить у ядро клітини. Функції, які вона виконує, є дуже важливими для всієї клітини. Зазвичай має округлу форму. Кількість ядерців варіюється в різних клітинах - їх може бути два, три або взагалі не бути. Так, у клітинах яєць, що дробляться, нуклеоли немає.

Структура ядерця:

Гранулярний компонент. Це гранули, що знаходяться на периферії ядерця. Їх розмір варіюється від 15 нм до 20 нм. У деяких клітинах ГК може бути рівномірно розподілений по всьому ядерцю.
Фібрилярний компонент (ФК). Це тонкі фібрили розміром від 3 нм до 5 нм. Фк є дифузною частиною ядерця.

Фібрилярні центри (ФЦ) - це ділянки фібрил, що мають низьку щільність, які, у свою чергу, оточені фібрил з високою щільністю. Хімічний склад та будова ФЦ майже такі ж, як і у ядерцевих організаторів мітотичних хромосом. До їх складу входять фібрили товщиною до 10 нм, у яких є РНК-полімераза I. Це підтверджується тим, що фібрили фарбуються солями срібла.

Структурні типи ядерців

Нуклеолонемний чи ретикулярний тип.Характеризується великою кількістюгранул та щільного фібрилярного матеріалу. Даний тип структури ядерця характерний більшості клітин. Його можна спостерігати як у тваринних клітинах, так у рослинних.
Компактний тип.Характеризується невеликою вираженістю нуклеономи, великою кількістю фібрилярних центрів. Зустрічається в рослинних та тваринних клітинах, у яких активно відбувається процес синтезу білка та РНК. Цей тип ядерців характерний для клітин, що активно розмножуються (клітини культури тканини, клітини рослинних меристем та ін.).
Кільцеподібний тип.У світловому мікроскопі цей тип видно як кільце зі світлим центром - фібрилярний центр. Розмір таких ядерців загалом 1 мкм. Цей тип характерний лише тварин клітин (ендотеліоцити, лімфоцити та інших.). У клітинах з таким типом ядер досить низький рівень транскрипції.
Залишковий тип.У клітинах цього типу ядерців немає синтез РНК. За певних умов даний тип може переходити до ретикулярного або компактного, тобто активуватися. Такі ядерця характерні для клітин шипуватого шару шкірного епітелію, нормобласту та ін.
Сегрегований тип.У клітинах із цим типом ядерців не відбувається синтез рРНК (рибосомної рибонуклеїнової кислоти). Це відбувається, якщо клітина оброблена яким-небудь антибіотиком або хімічною речовиною. Слово «сегрегація» у разі означає «поділ» чи «відокремлення», оскільки всі компоненти ядерців поділяються, що зумовлює його зменшення.

Майже 60% сухої ваги ядерців посідає білки. Їхня кількість дуже велика і може досягати декількох сотень.

Головна функція ядерців – це синтез рРНК. Зародки рибосом потрапляють у каріоплазму, потім через пори ядра просочуються в цитоплазму та на ЕПС.

Ядерний матрикс та ядерний сік

Ядерний матрикс займає майже все ядро клітки. Функції його специфічні. Він розчиняє та рівномірно розподіляє всі нуклеїнові кислоти в стані інтерфази.

Ядерний матрикс, або каріоплазма, - це розчин, до складу якого входять вуглеводи, солі, білки та інші неорганічні та органічні речовини. У ньому містяться нуклеїнові кислоти: ДНК, тРНК, рРНК, іРНК.

У стані поділу клітини ядерна оболонка розчиняється, утворюються хромосоми, а каріоплазма поєднується з цитоплазмою.

Основні функції ядра у клітці

Інформаційна функція. Саме в ядрі міститься вся інформація про спадковість організму.
Функція наслідування. Завдяки генам, які розташовані в хромосомах, організм може передавати свої ознаки з покоління до покоління.
функція об'єднання. Всі органоїди клітини поєднані в одне ціле саме в ядрі.
Функція регулювання. Усі біохімічні реакції у клітині, фізіологічні процеси регулюються і узгоджуються ядром.

Один із найважливіших органоїдів - ядро клітини. Функції його важливі нормальної життєдіяльності всього організму.

Ядро - постійний компонент всіх клітин багатоклітинних рослин та тварин, а також найпростіших та одноклітинних водоростей. Більшість клітин має одне ядро. Проте є клітини з двома, трьома і навіть із кількома десятками чи сотнями ядер. Такі клітини називаються багатоядерними і зустрічаються, наприклад, серед одноклітинних організмів, а також у печінці та кістковому мозку хребетних тварин.

Форма ядра і часто його розміри залежить від форми клітини. Зазвичай у кулястих клітинах ядро має округлу форму, а клітинах, витягнутих у довжину, ядро також подовженої форми.

Розрізняють два стани ядра: що ділиться і неділиться. Ми розглянемо особливості будови та функції ядер, що не діляться.

Вони розрізняють ядерну оболонку, ядерний сік, чи каріоплазму («каріон» - ядро, грец.),хроматин та ядерця. Хромосоми формуються тільки в ядрах, що діляться, але іноді вони видно і в проміжку між поділами.

Ядерна оболонка.Від цитоплазми ядро відокремлено ядерною оболонкою, яка добре видно світловий мікроскоп у формі контуру, що обмежує ядро. На електронномікроскопічній фотографії, де ядерна оболонка складається з двох мембран: зовнішньої та внутрішньої. Кожна з мембран має типову тришарову будову, таку ж, як зовнішня цитоплазматична мембрана та мембрани інших органоїдів.

Ядерна оболонка не суцільна: в ній є численні пори, які настільки малі, що видно лише за допомогою електронного мікроскопа. Діаметр часу близько 300-500 А. Через пори здійснюється обмін речовин між цитоплазмою і ядром. Зовнішня мембрана ядерної оболонки тісно пов'язана з ендоплазматичною мережею. Під час поділу ядра у більшості клітин ядерна оболонка руйнується.

Ядерний сік (каріоплазма).Ядерний сік - це речовина напіврідкої консистенції, яка знаходиться під ядерною оболонкою та заповнює всю порожнину ядра. У ядерному соку розташовуються ядерця і хроматин, а в Останнім часомза допомогою електронного мікроскопа у ньому виявлено рибосоми.

Хроматин.У ядрах, що не діляться, хроматин часто буває видно у формі окремих глибок невеликих розмірів або ниток. Ці хроматинові структури містять дезоксирибонуклеїнову кислоту (ДНК) та білок.

Хроматин-це той матеріал, з якого утворюються хромосоми при розподілі ядер.У ядрах, що діляться, ДНК зосереджена саме в хромосомах. ДНК - найважливіша частинаядра. У цій речовині міститься спадкова інформація, що передається з покоління до покоління у кожного виду організмів.

Ядрішко.Ядрішко є щільне округле тільце, що знаходиться в ядерному соку. У ядрах різних клітин, а також і в ядрі однієї і тієї ж клітини в різні моменти її життєдіяльності кількість ядерців, їх форма та розміри можуть бути різними. Часто в ядрах міститься лише 1-2 ядерця, але їх може бути 5-7 і більше. Ядерця є тільки в ядрах, що не діляться; під час поділу вони зникають, а ядрах дочірніх клітин утворюються заново.

До складу ядерця входять РНК та білки. Найважливіша функція ядерця полягає в тому, що в ньому відбувається формування рибосом,які потім виходять із ядра в цитоплазму. Це означає, що рибосоми, що знаходяться на мембранах ендоплазматичної мережі і вільно лежать у цитоплазмі, утворюються в ядерці. Рибосоми, що у ядерці, здійснюють синтез білків.

Взаємодія ядра та цитоплазми.Цитоплазма і ядро клітини знаходяться у тісному взаємозв'язку один з одним. Якщо з клітки видалити ядро, то цитоплазма неминуче загине. У свою чергу, ядро не може існувати без цитоплазми навіть протягом короткого часу. Для життя клітини необхідна взаємодія ядра, цитоплазми та всіх її органоїдів як єдиного цілого. Будь-яке ушкодження викликає зрештою загибель клітини. У ній немає структурних компонентів, здатних до тривалого самостійного існування. Клітина – це елементарна цілісна жива система.

ЯДРО КЛІТИНИ

Ядроє найважливішим компонентом клітини, що містить її генетичний апарат.

Функції ядра:

Про зберігання генетичної інформації(У молекулах ДНК, що знаходяться в хромосомах);

Зазвичай у клітці є лише одне ядро, проте зустрічаються багатоядерні клітини,які утворюються внаслідок поділу клітин, що не супроводжується цитотомії,або злиття кількох одноядерних клітин (останні правильніше називати симпластами).

Форма ядрарізних клітин неоднакова: зустрічаються клітини з округлим, овальним, бобоподібним, паличкоподібним, багатолопатевим, сегментованим ядром; нерідко на поверхні ядра є втискання. Найчастіше форма ядра загалом відповідає формі клітини: воно зазвичай сферичне в клітинах округлої або кубічної форми, витягнуте або еліпсоїдна в призматичних клітинах, сплощене в плоских.

Розташування ядраваріює у різних клітинах; воно може лежати в центрі клітини (у клітинах округлої, плоскої, кубічної або витягнутої форми), біля її базального полюса (у клітинах призматичної форми) або на периферії (наприклад, жирових клітинах).

Розмір ядравідносно постійна для кожного типу клітин, проте вона може змінюватись у певних межах, збільшуючись при посиленні функціональної активності клітини та зменшуючись при її пригніченні.

Компоненти ядра. У ядрі, що не ділиться (інтерфазний)клітини виявляються каріолема (ядерна оболонка), хроматин, ядерце та каріоплазма (ядерний сік).Як видно з подальшого викладу,

хроматин і ядерце є не самостійні компоненти ядра, а є морфологічним відображенням хромосом,присутніх в інтерфазному ядрі, але не виявляються як окремі утворення.

Ядерна оболонка

Ядерна оболонка (каріолема)на світлооптичному рівні практично не визначається; під електронним мікроскопом виявляється, що вона складається з двох мембран - зовнішньої та внутрішньої, -розділених порожниною шириною 15-40 їм (Прінуклеарним простором)та змикаються в області ядерних пор

Зовнішня мембранастановить єдине ціле з мембранами грЭПС - її поверхні є рибосоми, а перинуклеарное простір відповідає порожнини цистерн грЭПС і може містити синтезований матеріал. З боку цитоплазми зовнішня мембрана оточена пухкою мережею проміжних. (віментинових) філаментів(Див. рис. 3-18).

Внутрішня мембрана- Гладка, її інтегральні білки пов'язані з ядерною пластинкою - ламіною -шаром товщиною 80-300 нм, що складається з переплетених проміжних філаментів (ламінів),утворюють каріоскелет. Ламіна відіграє дуже важливу роль у: (1) підтримці формиядра; (2) упорядкованого укладання хроматину;(3) структурної організації парових комплексів;(4) формуванні каріолемипри розподілі клітин.

Ядерні поризаймають 3-35% поверхні ядерної оболонки. Вони більш численні в ядрах клітин, що інтенсивно функціонують, і відсутні в ядрах сперміїв. Пори (див. рис. 3-19) містять два паралельні кільця (по одному з кожної поверхні каріолеми) діаметром 80 нм, які утворені 8 білковими гранулами.Від цих гранул до центру сходяться фібрили,формуйте перегородку (діафрагму)товщиною близько 5 нм, у середині якої лежить центральна гранула(За деякими уявленнями, це - суб'одиниця рибосоми, що транспортується через пору). Сукупність структур, пов'язаних з ядерною часом, називається комплексом ядерної доби.Останній утворює водний канал діаметром 9 нм, яким рухаються дрібні водорозчинні молекули та іони. Гранули порових комплексів структурно пов'язані з білками ядерної ламіни, що у їх організації.

Ядерна оболонка у клітинах тварин та людини містить до 2000-4000 порових комплексів. В ядро з цитоплазми через них надходять синтезовані білки, у зворотному напрямку переносяться молекули РНК та субодиниці рибосом.

Функції комплексу ядерної доби:

1. Забезпечення регулювання виборчого транспортуречовин між цитоплазмою та ядром.

2. Активне перенесення в ядро білків,мають особливе маркування у вигляді так званої послідовності ядерної локалізації -Nuclear Localization Sequence (NLS), що розпізнається рецепторами NLS (у комплексі пори).

3. Перенесення в цитоплазму субодиниць рибосом,які, однак, занадто великі для вільного проходження доби; їхній транспорт, ймовірно, супроводжується зміною конформації перового комплексу.

Хроматин

Хроматин(від грецьк. chroma - фарба) дрібні зернятка і брили матеріалу, який виявляється в ядрі клітин і забарвлюється основними барвниками. Хроматин складається з комплексу ДНК та білкаі відповідає хромосомам, які в інтерфазному ядрі представлені довгими, тонкими перекрученими нитками та невиразні як індивідуальні структури. Виразність спіралізації кожної з хромосом неоднакова за їх довжиною. Розрізняють два види хроматину. еухроматин і гетерохроматин.

Еухроматінвідповідає сегментам хромосом, які деспіралізовані та відкриті для транскрипції.Ці сегменти не фарбуютьсяі не видно у світловий мікроскоп.

Гетерохроматинвідповідає конденсованим,щільно скрученим сегментам хромосом (що робить їх недоступними для транскрипції).Він інтенсивно забарвлюєтьсяосновними барвниками, і світловому мікроскопі має вигляд гранул.

Таким чином, за морфологічними ознаками ядра (співвідношенню вмісту еу- та гетерохроматину) можна оцінити активність процесів транскрипції, а отже, синтетичної функції клітини.При її підвищенні це співвідношення змінюється на користь еухро-матину, при зниженні – наростає вміст гетерохроматину. При повному пригніченні функції ядра (наприклад, у пошкоджених і гинуть клітинах, при ороговіванні епітеліальних клітин епідермісу - кератиноцитів, при утворенні ретикулоцитів крові) воно зменшується в розмірах, містить тільки гетерохроматин і забарвлюється основними барвниками інтенсивно і рівномірно. Таке явище називається каріопікноз(від грец. karyon – ядро і pyknosis – ущільнення).

Розподіл гетерохроматину (топографія його частинок в ядрі) та співвідношення вмісту еу- та гетерохроматинухарактерні для клітин кожного типу, що дозволяє здійснювати їх ідентифікацію

як візуально, так і за допомогою автоматичних аналізаторів зображення. Разом з тим, є певні загальні закономірності розподілу гетерохроматинув ядрі: його скупчення розташовуються під каріолемою,перериваючись в області пір (що обумовлено його зв'язком з ламіною) і навколо ядерця ( перинуклеолярний гетерохроматин),дрібніші глибки розкидані по всьому ядру (див. рис. 3-18).

Тільце Барра -скупчення гетерохроматину, що відповідає одній Х-хромосомі у особин жіночої статі, яка в інтерфазі щільно скручена та неактивна. У більшості клітин воно лежить у каріолеми, а в гранулоцитах крові має вигляд маленької додаткової часточки ядра. ("Барабанної палички").Виявлення тільця Барра (зазвичай в епітеліальних клітинах слизової оболонки ротової порожнини) використовується як діагностичний тест для визначення генетичної статі (обов'язковий, зокрема, для жінок, що беруть участь в Олімпійських Іграх).

Пакування хроматину в ядрі.У дсконденсованому стані довжина однієї молекули (подвійної спіралі) ДНК, що утворює кожну хромосому, дорівнює в середньому близько 5 см, а загальна довжина молекул ДНК всіх хромосом в ядрі (діаметром близько 10 мкм) становить більше 2 м (що порівняно з укладанням нитки довжиною 20 км у тенісний м'ячик діаметром близько 10 см), а в S-період інтерфази - більше 4 м. Конкретні механізми, що перешкоджають сплутуванню цих ниток під час транскрипції та реплікації, залишаються нерозкритими, проте очевидна необхідність компактного пакування молекул ДНК,У клітинному ядрі це здійснюється завдяки їх зв'язку зі спеціальними основними (гіс-тоновими) білками.Компактна упаковка ДНК у ядрі забезпечує:

(1) впорядковане розташуваннядуже довгих молекул ДНК у невеликому обсязі ядра;

(2) функціональний контроль активності генів(Внаслідок впливу характеру упаковки на активність окремих ділянок геному.

Рівні упаковки хроматину(Рис. 3-20). Початковий рівень упаковки хроматину, що забезпечує освіту нуклеосомної ниткидіаметром 11 нм, обумовлений намотуванням подвійної нитки ДНК (діаметром 2 нм) на блоки дископодібної форми з 8 гістонових молекул (Нуклео-соми).Нуклеосоми розділені короткими ділянками вільної ДНК. Другий рівень упаковки також обумовлений гістонами та призводить до скручування нуклеосомної нитки з формуванням. хроматинової фібрилидіаметром 30 нм. В інтерфазі хромосоми утворені хроматиновими фібрилами, причому кожна хроматида складається з однієї фібрили. При подальшій упаковці хроматинові фібрили утворюють петлі (петельні домени)діаметром 300 нм, кожен з яких відповідає одному або декільком генам, а ті, у свою чергу, в результаті ще компактнішого укладання, формують ділянки конденсованих хромосом, які виявляються лише при розподілі клітин.

У хроматині ДНК пов'язана крім гастонів також і з негісто-новими білками,які регулюють активність генів.Разом з тим, і гістони, обмежуючи доступність ДНК для інших ДНК-зв'язуючих білків, можуть брати участь у регулядії активності генів.

Функція зберігання генетичної інформаціїв ядрі у незміненому вигляді має винятково важливе значення для нормальної життєдіяльності клітини та всього організму. Підраховано, що при реплікації ДНК та внаслідок її ушкоджень зовнішніми факторами у кожній клітині людини щорічно відбуваються зміни 6 нуклеотидів. Пошкодження молекул ДНК, що виникли, можуть виправлятися в результаті процесу. репараціїабо шляхом заміщенняпісля розпізнавання та маркуваннявідповідної ділянки.

У разі неможливості репарації ДНК при надто значних ушкодженнях включається механізм запрограмованої загибелі клітини(див. нижче). У цій ситуації "поведінку" клітини можна оцінити як свого роду "альтруїстичне самогубство": ціною своєї загибелі вона рятує організм від можливих негативних наслідків реплікації та ампліфікації пошкодженого генетичного матеріалу.

Здатність до репарації ДНК удорослу людину знижується приблизно на 1% з кожним роком. Це зниження може почасти пояснити, чому старіння є фактором ризику розвитку злоякісних захворювань. Порушення процесів репарації ДНКпритаманно низки спадкових хвороб, у яких різко підвищенояк чутливість до ушкоджуючих факторів,так і частота розвитку злоякісних новоутворень

Функція реалізації генетичної інформаціїв інтерфазному ядрі здійснюється безперервно завдяки процесам транскрипції.Геном ссавців містить близько ЗхЮ 9 нуклеотидів, проте не більше 1% його обсягу кодує важливі білки та бере участь у регуляції їх синтезу. Функції основної некодуючої частини геному невідомі.

При транскрипції ДНК утворюється дуже велика молекула РНК (первинний транскрипт),яка пов'язується з ядерними білками з утворенням рибонуклеопротеїнів (РНП).У первинному РНК-транскрипті (як і матричної ДНК) є дискретні значущі послідовності нуклеотидів. (екзони),розділені довгими некодуючими вставками (Нітрон).Процесинг РНК-транскрипта включає відщеплення нітронів та стикування екзонів - сплайсинг(від англ, splicing – зрощування). При цьому дуже велика молекула РНК перетворюється на досить дрібні молекули іРНК, що відокремлюються від зв'язаних з ними білків при перенесенні в цитоплазму.

Кліткове ядро складається з оболонки, ядерного соку, ядерця та хроматину. Функціональна роль ядерної оболонки полягає у відокремленні генетичного матеріалу клітини від цитоплазми, а також регуляції взаємодій ядра та цитоплазми. Пронизана ядерна оболонка порами, що забезпечують зв'язок із цитоплазмою. Ядерна оболонка складається з 2 мембран, розділених перинуклеарним простором. Цей простір може повідомлятися з канальцями цитоплазматичної мережі. Основу ядерного соку, або матриксу, становлять білки. Ядерний сік утворює внутрішнє середовище ядра, у зв'язку з чим він відіграє важливу роль у забезпеченні нормального функціонування генетичного матеріалу. У складі ядерного соку присутні нитчасті білки, з якими пов'язане виконання опорної функції, в матриксі знаходяться первинний продукти транскрипції ген інформації. Ядро має одне або кілька ядерців. Воно складається з РНК та білка. Формується на певних ділянках деяких хромосом. Ядрішко – це структура, яка бере участь у синтезі та дозріванні рРНК. Хроматинові структури у вигляді глибок, розсіяних у нуклеоплазмі, є інтерфазною формою існування хромосом клітини. Розрізняють еухроматин та гетерохроматин Головна функція ядра – зберігання та передача спадкової інформації – пов'язана з хромосомами. З іншого боку, ядро бере участь у реалізації цієї інформації з допомогою синтезу білка.

16. Хромосоми – структурні компоненти ядра. Будова, склад, функції. Поняття про каріотип, каріограма

Хромосоми клітини, що не ділиться, мають вигляд довгих тонких ниток. Кожна хромосома перед розподілом клітини складається з двох однакових ниток - хроматид, які з'єднуються між в області перетяжки – центромірами. Хромосоми складаються з ДНК та білків. Оскільки нуклеотидний склад ДНК відрізняється у різних видів, склад хромосом є унікальним для кожного виду. Молекули ДНК забезпечують зберігання та передачу спадкової інформації від клітини до клітини та від організму до організму. Основні функції ядра - зберігання та передача спадкової інформації здійснюється хромосомами Диплоїдний набір хромосом клітини, що характеризується їх числом, величиною та формою, називається каріотипом. Нормальний каріотип людини включає 46 хромосом, або 23 пари: з них 22 пари аутосом і одна пара - статевих хромосом Для того, щоб легше розібратися в складному комплексі хромосом, що становить каріотип, їх мають у вигляді ідіограми. В ідіограмі хромосоми розташовуються попарно в порядку спадної величини, виняток робиться для статевих хромосом. Найбільшій парі присвоєно №1, найдрібнішій - №22. Ідентифікація хромосом лише за величиною зустрічає великі труднощі: ряд хромосом має схожі розміри. Однак останнім часом шляхом використання різного роду барвників встановлена чітка диференціювання хромосом людини за їх довжиною на барвні спеціальними методами і смуги, що не фарбуються. Постійність числа, індивідуальність і складність будови, авторепродукція та безперервність у послідовних генераціях клітин говорять про велику біологічну роль хромосом. Хромосоми справді є зберігачами інформації.

Ядро – постійний компонент всіх клітин багатоклітинних рослин та тварин, а також найпростіших та одноклітинних водоростей. Більшість клітин має одне ядро. Проте є клітини з двома, трьома і навіть із кількома десятками чи сотнями ядер. Такі клітини називаються багатоядерними і зустрічаються, наприклад, серед одноклітинних організмів, а також у печінці та кістковому мозку хребетних тварин.

Вони розрізняють ядерну оболонку, ядерний сік, чи каріоплазму («каріон» – ядро, грец.),хроматин та ядерця. Хромосоми формуються тільки в ядрах, що діляться, але іноді вони видно і в проміжку між поділами.

Ядерна оболонка.Від цитоплазми ядро відокремлено ядерною оболонкою, яка добре видно світловий мікроскоп у формі контуру, що обмежує ядро. На електронномікроскопічній фотографії, де ядерна оболонка складається з двох мембран: зовнішньої та внутрішньої. Кожна з мембран має типову тришарову будову, таку ж, як зовнішня цитоплазматична мембрана та мембрани інших органоїдів.

Ядерний сік (каріоплазма).Ядерний сік – це речовина напіврідкої консистенції, яка знаходиться під ядерною оболонкою та заповнює всю порожнину ядра. У ядерному соку розташовуються ядерця і хроматин, а останнім часом за допомогою електронного мікроскопа в ньому виявлені рибосоми.

Хроматин. У ядрах, що не діляться, хроматин часто буває видно у формі окремих глибок невеликих розмірів або ниток. Ці хроматинові структури містять дезоксирибонуклеїнову кислоту (ДНК) та білок.

Хроматин - це той матеріал, з якого утворюються хромосоми при розподілі ядер. У ядрах, що діляться, ДНК зосереджена саме в хромосомах. ДНК – найважливіша частина ядра. У цій речовині міститься спадкова інформація, що передається з покоління до покоління у кожного виду організмів.

Ядрішко.Ядрішко є щільне округле тільце, що знаходиться в ядерному соку. У ядрах різних клітин, а також і в ядрі однієї і тієї ж клітини в різні моменти її життєдіяльності кількість ядерців, їх форма та розміри можуть бути різними. Часто в ядрах міститься лише 1-2 ядерця, але їх може бути 5-7 і більше. Ядерця є тільки в ядрах, що не діляться; під час поділу вони зникають, а ядрах дочірніх клітин утворюються заново.

Взаємодія ядра та цитоплазми.Цитоплазма і ядро клітини знаходяться у тісному взаємозв'язку один з одним. Якщо з клітки видалити ядро, то цитоплазма неминуче загине. У свою чергу, ядро не може існувати без цитоплазми навіть протягом короткого часу. Для життя клітини необхідна взаємодія ядра, цитоплазми та всіх її органоїдів як єдиного цілого. Будь-яке ушкодження викликає зрештою загибель клітини. У ній немає структурних компонентів, здатних до тривалого самостійного існування. Клітина – це елементарна цілісна жива система.

Одноклітинні організми

На відміну від клітин багатоклітинних організмів, що утворюють різноманітні органи та тканини, одноклітинні організми (найпростіші, одноклітинні водорості, бактерії) мають багато своєрідних рис будови. Насамперед, тіло їх складається лише з однієї клітини. А будь-який одноклітинний організм одночасно є і клітиною, і цілим організмом, що веде самостійне існування.

Найпростіші та одноклітинні водорості.Найпростіші, або одноклітинні, тварини (амеби, евгени, інфузорії та ін.), а також одноклітинні водорості (хламідомонада, хлорела та ін.) мають типову клітинну будову: вони мають ядро, обмежене ядерною оболонкою, у них добре розвинені і всі органоди відомі для клітин багатоклітинних організмів. Багато форм, що відносяться до цих двох груп одноклітинних, мають добре розвинені органоїди руху у вигляді вій і джгутиків, мають ротовий отвір, через який їжа проходить всередину клітини (згадайте, як харчується інфузорія туфелька), та інші органоїди, що забезпечують всі процеси життя . Всі ці пристосування забезпечують самостійне існування найпростіших різноманітних умовахдовкілля.

Бактерії. Бактеріальні клітини характеризуються насамперед найбільш дрібними розмірами. Деякі бактерії з округлою формою тіла досягають лише 0,2 мкму діаметрі.

За рядом ознак будови бактеріальні клітини відрізняються від клітин найпростіших та багатоклітинних організмів. До таких ознак належить насамперед відсутність типового ядра, яке у бактерій позбавлене ядерної оболонки. Ядерні елементи, що містять ДНК, розташовуються безпосередньо в цитоплазмі та часто мають неправильну розгалужену форму. У бактерій органоїди цитоплазми, наприклад, ендоплазматична мережа, мітохондрії мають більш просту будову, ніж у клітинах інших організмів.

Усе це є доказом простішого будови бактеріальних клітин проти найпростішими і клітинами багатоклітинних організмів. Незважаючи на порівняльну простоту будови, бактерії – організми, що знаходяться на клітинному рівні організації. Вони, подібно до найпростіших і одноклітинних водоростей, представляють велику групу клітин-організмів, які ведуть самостійне існування і пристосовані до різноманітних довкілля.

Неклітинні організми

Детальне вивчення тонкої структури клітин показало, що клітинна теорія знайшла блискуче підтвердження у будові всіх багатоклітинних та одноклітинних організмів. Лише одна група живих істот не може бути охоплена клітинною теорією, тому що організми, що належать до неї, не мають клітинної будови і представляють тому неклітинну форму існування живої матерії.

Віруси. Неклітинні організми звуться вірусів («вірус» – отрута лат.).Електронно-мікроскопічне вивчення показало, що за будовою віруси сильно відрізняються від клітин. Існування вірусів відкрив російський учений Д. та Івановський у 1892 р. Віруси значно менші за бактерії. Наприклад, розміри вірусу грипу 800 А. Віруси здатні жити і розмножуватися лише у клітинах рослин, тварин та людини і не можуть вести самостійне існування. Віруси викликають багато небезпечних захворювань і завдають шкоди здоров'ю людини та шкоду народному господарству. Віруси – збудники таких захворювань, як грип, кір, поліомієліт, віспа. Вони викликають захворювання рослин, наприклад мозаїчну хворобу тютюну. Листя хворих рослин стає строкатим, так як віруси тютюнової мозаїки руйнують хлоропласти і ділянки листа з зруйнованими хлоропластами стають безбарвними. Відомі також віруси, які поселяються у клітинах бактерій. Такі віруси називаються бактеріофагами або просто фагами (фагос - пожирає, грец.).Бактеріофаги повністю руйнують бактеріальні клітини і тому можуть бути використані для лікування бактеріальних захворювань, наприклад, дизентерії, черевного тифу, холери.

Будова вірусів найбільш детально вивчена на прикладах вірусу тютюнової мозаїки та бактеріофагів. Вірус тютюнової мозаїки існує у формі окремих частинок, кожна з яких має паличкоподібну форму і є циліндром з порожниною всередині. Стінка циліндра утворена молекулами білка, а всередині, під цією білковою оболонкою, розташовується тяж РНК, згорнутий у формі спіралі.

У довжину частки вірусу досягають 3000 А, тому їх можна бачити тільки за допомогою електронного мікроскопа. Частинки вірусу поселяються в клітинах листя тютюну і часто утворюють скупчення як кристалів шестигранної форми. Ці кристали видно у світловий мікроскоп.

Будівлю бактеріофага розглянемо з прикладу форм, які поселяються у клітинах кишкової палички. Такий бактеріофаг за формою тіла нагадує пуголовок.

Довжина його близько 2000 А. Тіло бактеріофага складається з голівки, хвостика та кількох хвостових відростків. Зовні головка та хвостик покриті білковою оболонкою. Усередині головки знаходиться ДНК, а всередині хвостика проходить канал. Коли бактеріофаг проникає в клітину кишкової палички, спочатку він прикріплюється до її поверхні, а потім розчиняє оболонку бактерії в тому місці, де сталося прикріплення. ДНК бактеріофага проходить у канал хвостика і впорскується в клітину бактерії через отвір, що утворився в її оболонці. Далі у кишкової палички, зараженої бактеріофагом, починає синтезуватися ДНК бактеріофага, а не власна ДНК бактерії, і зрештою бактерія гине.

Такою є будова вірусів, яка дійсно сильно відрізняється від будови клітин. Це дає право вважати, що віруси – неклітинні істоти. Їх будова значно простіша за будову клітини.

Еволюція клітини.Існування організмів, що не мають клітинної будови, є підтвердженням того, що клітини не завжди були такими, якими ми їх бачимо та вивчаємо зараз, а пройшли тривалий шлях еволюції. Ймовірно, у процесі розвитку життя спочатку з'явилися якісь неклітинні організми, будова яких була значно простішою, ніж будова найпростіших, відомих нам одноклітинних організмів. Потім, на наступному етапі розвитку виникли клітинної форми існування живої матерії. Це, ймовірно, були якісь ще дуже просто організовані одноклітинні форми, які на наступному, більш високому ступені еволюції дали початок багатоклітинним організмам.

Хімічний склад клітини

Жива клітина характеризується активною хімічною діяльністю. У ньому одночасно протікають тисячі хімічних реакцій. Речовини із довкілля безперервним потоком надходять у клітину, і безперервно ж відпрацьовані продукти виносять із клітини в довкілля. В одних ділянках клітини речовини зазнають глибокого розпаду, в інших ділянках із простих низькомолекулярних речовин утворюються складні високомолекулярні сполуки.

Хімічна діяльність клітини є основою її життя, головною умовою її розвитку та функціонування.

Хімічний склад клітини. У різних клітин виявляється подібність у будові, а й у хімічному складі. Це свідчить про спільність походження клітин.

Дані про елементарний склад клітин представлені таблиці 1.

Таблиця 1. Елементарний склад клітин

Як очевидно з таблиці, до складу клітин входить багато різних елементів. Зі 104 елементів періодичної системи Менделєєва у клітинах виявлено близько 60. Слід підкреслити, що жива клітина складається з тих же елементів, що й неживі об'єкти. Це вказує на зв'язок та єдність живої та неживої природи.

Елементи, що входять до складу клітини, зручно поділити на три групи. У першу групу входять 4 елементи: кисень, вуглець, водень та азот. Зміст цих елементів у клітині найбільше. На частку припадає майже 98% всього складу клітини. Наступну групу утворюють елементи, вміст яких у клітині обчислюється десятими та сотими частками відсотка. Таких елементів 8: калій, сірка, фосфор, хлор, магній, натрій, кальцій та залізо. У сумі вони становлять приблизно 1,9%. До третьої групи належать решта елементів. Вони містяться у клітині у винятково малих кількостях (менше 0,01%). Їх називають, тому мікроелементів.

На атомному рівні відмінностей між хімічним складоморганічного та неорганічного світу немає. Відмінності виявляються більш рівні організації – на молекулярному. Звісно, в повному обсязі сполуки, які у клітині, специфічні живої природи. Такі речовини, як вода та солі, поширені і поза живим. Але в організмах і продуктах їх життєдіяльності вже давно виявлено присутність великої кількості вуглецевмісних сполук, характерних тільки для організмів. Ці з'єднання і називаються, тому органічними.Зміст основних хімічних сполук, виявлених у клітинах, наведено в таблиці 2.

Таблиця 2. Зміст основних хімічних сполук у клітинах

Вода

З таблиці видно, що серед речовин клітини першому місці стоїть вода. Вміст води у різних клітинах коливається; зазвичай вона становить близько 80% їхньої маси. Високий вміст води у клітині – необхідна умова її життєвої активності. Чим вищий вміст води в клітині, тим інтенсивніша її життєдіяльність. Так, в клітинах, що швидко ростуть, ембріонів людини і тварин міститься близько 95% води. У клітинах дорослого організму води до 80%, а до старості знижується до 60%. Високоактивні клітини мозку містять близько 85% води, а малоактивних клітинах жирової тканини вміст води вбирається у 40%. Смерть внаслідок позбавлення води настає раніше ніж від відсутності їжі. Втрата понад 20% маси за рахунок води для людини є смертельною.

Роль води у клітині велика і різноманітна. Вода визначає багато фізичних властивостей клітин – їх обсяг, пружність. Дуже істотна роль води як розчинника. Багато речовин надходять у клітини в водному розчині, і у водному розчині відпрацьовані продукти виводяться з клітин. Більшість хімічних реакцій, що протікають у клітині, може йти лише у водному розчині. Далі вода безпосередньо бере участь у багатьох хімічних реакціях клітини. Так, наприклад, розщеплення білків, жирів, вуглеводів та інших речовин відбувається внаслідок хімічної взаємодії цих речовин із водою. Нарешті, вода відіграє істотну роль у розподілі та віддачі тепла у клітці.

Біологічна роль води визначається особливостями її внутрішньомолекулярної структури, полярністю молекул, здатністю утворювати водневі зв'язки. Цими властивостями пояснюється, зокрема, висока питома теплоємністьводи, що має значення для регуляції тепла в клітині. При охолодженні чи підвищенні температури довкілля тепло поглинаємося чи виділяється завдяки розриву чи новоутворенню водневих зв'язків між молекулами води. Таким чином, коливання температури всередині клітини, незважаючи на різкі її зміни в зовнішньому середовищі, пом'якшуються. Особливостями внутрішньомолекулярної структури води пояснюються і її видатні властивості як розчинника. У воді розчиняються дуже багато речовин: солі, різні органічні речовини - білки, вуглеводи і т.д. , чим енергія тяжіння між молекулами води. гідрофільними(«гідро» – вода, «філео» – люблю, грец.).Існує велика група речовин, які важко або практично майже зовсім нерозчинні у воді. До них відноситься більшість неполярних речовин: жири, ліпоїди, каучук, парафін та ін. Енергія тяжіння молекул води до неполярних молекул виявляється меншою, ніж енергія водневих зв'язків. Речовини, у яких енергія тяжіння до води особливо слабка та розчинність відповідно дуже низька, називаються гідрофобними,(«гідро» – вода, «фобос» – страх, грец.).

Нерозчинність гідрофобних речовин у воді використовується клітиною: до складу клітинних мембран входять неполярні речовини (ліпоїди), що обмежують перехід води із зовнішнього середовища в клітину і назад, а також з одних ділянок клітини до інших.

Неорганічні складові клітини

З хімічних елементів, що входять до складу клітин, частина бере участь у побудові органічних сполук, інша частина у вигляді неорганічних речовин. З вуглецю, водню та кисню складаються вуглеводи та жири. У всі білки та нуклеїнові кислоти, крім цих елементів, входить азот. Багато білків містять сірку. Фосфор - складова частина нуклеїнових кислот, залізо входить до складу гемоглобіну, магній міститься в хлорофілі, йод бере участь у побудові молекули тироксину (гормону щитовидної залози), кобальт входить до складу вітаміну B 12 і т.д.

З неорганічних речовин клітини більшість перебуває у вигляді солей. Найбільш важливі з катіонів: К + , Na +, Ca 2+ і Mg 2 +, з аніонів: НРО 2 4 -, Н 2 РО 4 - С1- НСО 3 ~.

Зміст катіонів і аніонів у клітині та середовищі її проживання, зазвичай, різко по-різному. Так, усередині клітини досить висока концентрація калію та дуже мала натрію. Навпаки, у середовищі, що оточує клітину, – у плазмі крові, у морській воді – мало калію та досить висока концентрація натрію. У м'язових клітинах калію в 30 разів більше, ніж у крові, а натрію в 10 разів менше, ніж у крові. Поки клітина жива, ця різниця в концентрації К+ та Na+ між клітиною та середовищем стійко утримується. Після смерті клітини вміст К+ та Na+ у клітині та середовищі швидко вирівнюється. Наявність у клітці та в навколишньому середовищінеорганічних іонів має значення для нормального функціонування клітини. За відсутності іонів клітина втрачає збудливість та гине.

Мінеральні речовини містяться у клітині у розчиненому, а й у твердому стані; зокрема, міцність та твердість кісткової тканини, а також раковин молюсків зобов'язані присутності в них нерозчинного фосфорнокислого кальцію.

Якщо в середовищі, що оточує клітину, містяться в недостатній кількості елементи Р, Fe, Mg, мікроелементи I, Co, Zn та ін, то порушується утворення важливих сполук: нуклеїнових кислот, гемоглобіну, хлорофілу, тироксину, вітаміну B 12 і т.д. . - І в результаті виникають різні захворювання, затримка зростання та розвитку.

Розділи