Клеточное ядро

Схема строения интерфазного ядра
Схема строения интерфазного ядра: 1 — наружная мембрана; 2 — внутренняя мембрана; 3 — перинуклеарное пространство; 4 — пора; 5 — ядрышко; 6 — кариоплазма; 7 — хроматин.

Ядро является обязательным компонентом всех эукариотических клеток. Форма и размеры ядра зависят от формы и величины клетки и выполняемой ею функции.

Химический состав ядра

По химическому составу ядро отличается от остальных компонентов клетки высоким содержанием ДНК (15 — 30%) и РНК (12%). В ядре клетки сосредоточено 99% ДНК клетки в виде комплекса с белками – дезоксирибонуклеопротеина (ДНП).

Функции ядра

Ядро выполняет две главные функции:

  1. хранение, воспроизведение и передачу наследственной информации
  2. регуляцию процессов обмена веществ, протекающих в клетке.

Выделяют два состояния ядра: делящееся и интерфазное. В интерфазном ядре различают: ядерную оболочку, ядерный сок, хроматин и ядрышки.

Ядерная оболочка

Ядерная оболочка (кариолемма) представлена двумя биологическими мембранами, между которыми находится перинуклеарное пространство. Наружная ядерная мембрана непосредственно соединена с мембранами каналов эндоплазматической сети. На ней располагаются рибосомы. Ядерная оболочка пронизана многочисленными порами, через которые происходит обмен веществ между ядром и цитоплазмой. Основная функция ядерной оболочки: регуляция обмена веществ между ядром и цитоплазмой клетки.

Ядерный сок

Ядерный сок (кариоплазма) – это однородная масса, заполняющая пространство между структурами ядра. В его состав входят вода, минеральные соли, белки (ферменты), нуклеотиды, аминокислоты, АТФ и различные виды РНК.

Функция кариоплазмы: обеспечение взаимосвязей между ядерными структурами.

Хроматин

Хроматин представляет собой дезоксирибонуклеопротеин (ДНП), состоящий преимущественно из ДНК и белков-гистонов, выявляемый под световым микроскопом в виде глыбок и гранул. Это деспирализованные хромосомы интерфазного ядра. В процессе митоза хроматин путем спирализации образует хорошо видимые (особенно в метафазе) интенсивно окрашивающиеся структуры – хромосомы.

Метафазная хромосома


Метафазная хромосома
Схема строения метафазной хромосомы (А) и типы хромосом (Б). А: 1 — плечо; 2 — центромера; 3 — вторичная перетяжка; 4 — спутник; 5 — две хроматиды; Б: 1 — акроцентрическая; 2 — субметацентрическая; 3 — метацентрическая.

Метафазная хромосома состоит из двух продольных нитей ДНП – хроматид, соединенных друг с другом в области первичной перетяжки – центромеры. Центромера делит каждую хроматиду на два плеча.

В зависимости от расположения первичной перетяжки различают следующие типы хромосом: метацентрические (равноплечие), в которых центромера расположена посередине, а плечи примерно равной длины; субметацентрические (неравноплечие), когда центромера смещена от середины хромосомы, а плечи неравной длины; акроцентрические (палочковидные), когда центромера смещена к одному концу хромосомы и одно плечо очень короткое. Некоторые хромосомы могут иметь вторичные перетяжки, отделяющие от хроматиды участок, называемый спутником. Основная функция хромосом – хранение, воспроизведение и передача генетической информации.

Кариотип


Кариотип – это диплоидный набор хромосом соматических клеток организма определенного вида. Каждый вид растений и животных имеет определенное, постоянное число хромосом. Так, в ядре соматических клеток у лошадиной аскариды содержится 2 хромосомы, у мухи дрозофилы – 8, у человека – 46. Во всех соматических клетках число хромосом всегда парное (диплоидный набор – 2n), т.е. каждая хромосома в наборе имеет парную, гомологичную (одну из этих хромосом дочерний организм получает от отца, а вторую от матери). Гомологичные хромосомы одинаковы по величине, форме, расположению центромер. Для каждого биологического вида характерно постоянство числа, величины и формы хромосом. При образовании половых клеток из каждой пары гомологичных хромосом в гамету попадает только одна, поэтому хромосомный набор гамет называется гаплоидным (одинарным – 1n). При оплодотворении восстанавливается диплоидный набор хромосом.

Ядрышки

Ядрышки имеют шаровидную форму, не окружены мембраной. Они содержат преимущественно белки и р-РНК. Ядрышки – непостоянные образования, они растворяются в начале деления клетки и восстанавливаются после его окончания. Их образование связано со вторичными перетяжками (ядрышковыми организаторами) спутничных хромосом, в которых локализованы гены, кодирующие синтез рибосомальных РНК и белков. Функция ядрышек – образование субъединиц рибосом.

Эукариотические клетки

iv>

Клетки подавляющего большинства живых организмов имеют оформленное, сложно устроенное ядро, цитоплазму с органоидами и оболочку. Такие клетки называются эукариотическими. Они характерны для протистов, грибов, растений и животных.

Прокариотические клетки

Прокариотические клетки не имеют оформленного ядра и мембранных органоидов. Генетический аппарат прокариот представлен нуклеоидом одной кольцевой молекулой ДНК, не связанной с белками-гистонами и не окруженной мембраной. Имеются рибосомы. Функций мембранных органоидов выполняют впячивания плазмалеммы – мезосомы. К прокариотам относятся бактерии и цианобактерии.

Клетки растений и животных сходны по строению и химическому составу, но между ними имеются и определенные отличия.

Источник: biobloger.ru

Ядро было открыто и описано в 1833 г. англичанином Р. Броуном. Ядро присутствует во всех эукариотических клетках, за исключением зрелых эритроцитов и ситовидных трубок растений. Клетки, как правило, имеют одно ядро, но иногда встречаются многоядерные клетки.

Ядро бывает шаровидной или овальной формы. В некоторых клетках встречаются сегментированные ядра. Размеры ядер — от 3 до 10 мкм в диаметре.

Ядро необходимо для жизни клетки. Оно регулирует активность клетки. В ядре хранится наследственная информация, заключенная в ДНК. Эта информация, благодаря ядру, при делении клетки передается дочерним клеткам. Ядро определяет специфичность белков, синтезируемых в клетке. В ядре содержится множество белков, необходимых для обеспечения его функций. В ядре синтезируется РНК.

Ядро имеет ядерную оболочку, отделяющую его от цитоплазмы, кариоплазму (ядерный сок), одно или несколько ядрышек, хроматин


Клеточное ядро

Ядерная оболочка состоит из двух мембран. В ней имеются поры, играющие важную роль в переносе веществ в цитоплазму и из нее. Поры не являются постоянными образованиями. Их число меняется в зависимости от функциональной активности ядра. Число пор увеличивается в период наибольшей ядерной активности. Ядерная оболочка связана непосредственно с эндоплазматической сетью.

На наружной мембране ядерной оболочки, с внешней стороны находятся рибосомы, синтезирующие специфические белки, образующиеся только на рибосомах ядерной оболочки.

Ядерный сок (кариоплазма) — внутреннее содержимое ядра, представляет собой раствор белков, нуклеотидов, ионов, более вязкий, чем гиалоплазма. В нем

присутствуют также фибриллярные белки. В кариоплазме находятся ядрышки и хроматин. Ядерный сок обеспечивает нормальное функционирование генетического материала.

Ядрышки — обязательный компонент ядра, обнаруживаются в интерфазных ядрах и представляют собой мелкие тельца, шаровидной формы. Ядрышки имеют большую плотность, чем ядро. В ядрышках происходит синтез р-РНК, других видов РНК и образование субъединиц рибосом.

>

Возникновение ядрышек связано с определенными зонами хромосом, называемыми ядрышковыми организаторами. Число ядрышек определяется числом ядрышковых организаторов. В них содержатся гены р-РНК.

Хроматин (окрашенный материал) — плотное вещество ядра, хорошо окрашиваемое основными красителями. В состав хроматина входят молекулы ДНК в комплексе с белками (гистонами и негистонами), РНК.

В неделящихся (интерфазных) ядрах хроматин может равномерно заполнять объем ядра, находясь в деконденсированном состоянии. Этот диффузный хроматин (эухроматин) генетически активен. Молекулы ДНК, содержащие наследственную информацию, способны удваиваться при репликации, и возможна передача (транскрипция) генетической информации с ДНК на и-РНК.

Иногда в интерфазном ядре бывают видны глыбки хроматина, представляющие собой участки конденсированного хроматина (гетерохроматина). Это неактивные участки. Например, в клетках женского организма, где присутствуют две X -хромосомы, одна находится в активном диффузном состоянии, а вторая в неактивном, конденсированном состоянии.

Во время деления ядра хроматин окрашивается интенсивнее, происходит его конденсация — образование более спирализованных (скрученных) нитей, называе­мых хромосомами.

Хромосомы синтетически неактивны. Строение хромосом лучше всего изучать в момент их наибольшей конденсации, т. е. в метафазе и начале анафазы митоза.

Каждая хромосома в метафазе митоза состоит из двух хроматид, образовавшихся в результате редупликации, и соединенных центромерой (первичной перетяжкой).


центральной части центромеры находятся кинетохоры, к которым во время митоза прикрепляются микротрубочки нитей веретена (рис. 47). В анафазе хроматиды отделены друг от друга. Из них образуются дочерние хромосомы, содержащие одинаковую генетическую информацию. Центромера делит хромосому на два плеча. Хромосомы с равными плечами называют равноплечими или метацентрическими, с плечами неодинаковой длины — неравноплечими -субметацентрическими, с одним коротким и вторым почти незаметным — палочковидными или акроцентрическими.

Некоторые хромосомы имеют вторичную перетяжку, отделяющую спутник. Вторичные перетяжки называют ядрышковыми организаторами. В них в интерфазе происходит образование ядрышка. В ядрышковых организаторах находится ДНК,

отвечающая за синтез р-РНК. Плечи хромосом оканчиваются участками, называемыми теломерами, не способными соединяться с другими хромосомами.

Клеточное ядро

Кинетохоры располагаются в центромерном районе хромосом. / — кинетохор, 2 — пучок кинетохорных микротрубочек; 3 — хроматида.

Число, размер и форма хромосом в наборе у разных видов могут варьировать. Совокупность признаков хромосомного набора называют кариотипом


Клеточное ядро

Хромосомный набор специфичен и постоянен для особей каждого вида. У человека 46 хромосом, у мыши — 40 хромосом и т.д.

В соматических клетках, имеющих диплоидный набор хромосом, хромосомы парные. Их называют гомологичными. Одна хромосома в паре происходит от материнского организма, другая — от отцовского.

Изменения в структуре хромосом или в их числе возникают в результате мутаций.

Каждая пара хромосом в наборе индивидуальна. Хромосомы из разных пар называют негомологичными.

В кариотипе различают половые хромосомы (у человека это Х-хромосома и Y -хромосома) и аутосомы (все остальные).

Половые клетки имеют гаплоидный набор хромосом.

Основу хромосомы составляет молекула ДНК, связанная с белками (гистонами и др.) в нуклеопротеид.

Основное положение молекулярной биологии, сформулированное Ф. Криком, утверждает, что перенос генетической информации осуществляется:

1) от ДНК к ДНК путем репликации;

2) от ДНК через и-РНК (м-РНК) к белку.

Процесс самовоспроизведения макромолекул нуклеиновых кислот (репликация) обеспечивает точное копирование генетической информации и передачу ее от поколения к поколению.

Принцип комплементарности, лежащий в основе структуры молекулы ДНК, дает возможность понять, как синтезируются новые молекулы в синтетическом периоде интерфазы жизненного цикла клетки перед ее делением.

Источник: ibrain.kz

§18. Ядро

Решебник "Биология 10"

 


 


 

1. Для клеток каких живых организмов характерно наличие ядра?

Бактерий, протистов, грибов, растений, животных.

Наличие ядра характерно для клеток протистов, грибов, растений и животных.

 

2. Из каких компонентов состоит ядро клетки? Какие функции оно выполняет? Каким образом отсутствие ядра может повлиять на жизнедеятельность клетки?

Ядро состоит из ядерной оболочки, ядерного сока и хроматина. Также в ядре может обнаруживаться одно или несколько ядрышек. Ядерная оболочка пронизана множеством пор и представлена двумя мембранами. Наружная мембрана граничит с цитоплазмой и в некоторых местах переходит в каналы ЭПС. К наружной мембране ядра прикрепляются рибосомы. Внутренняя мембрана, контактирующая с ядерным соком, гладкая (без рибосом). Ядерный сок имеет гелеобразную консистенцию, в его состав входят различные органические и неорганические вещества. В ядерном соке располагаются хроматин и ядрышки.

Важнейшие функции ядра:

● Хранение наследственной информации, закодированной в молекулах ДНК, и передача этой информации дочерним клеткам в процессе деления.


● Управление процессами жизнедеятельности клетки.

Без ядра клетка будет неспособна к синтезу белков, обновлению своих структурных компонентов и делению.

 

3. Что представляют собой ядрышки? Почему ядрышки в ядре клетки периодически появляются и исчезают?

Ядрышки – плотные, округлые, не ограниченные мембраной участки ядра, в которых происходит синтез рРНК и их объединение с молекулами белков, что приводит к образованию субъединиц рибосом. Ядрышки появляются только в тех участках ядра, где синтезируются молекулы рРНК и формируются субъединицы рибосом. После завершения сборки субъединиц ядрышки исчезают.

 

4. Что представляет собой хроматин? Что происходит с хроматином в начале деления клетки?

Основу хроматина составляют молекулы ДНК, соединённые с особыми белками. В состав хроматина входят также молекулы РНК, синтез которых осуществляется на ДНК. Под микроскопом хроматин имеет вид тонких тяжей, мелких гранул или глыбок.

В начале деления клетки хроматин уплотняется (спирализуется), образуя компактные структуры – хромосомы. Специальные ядерные белки при этом обеспечивают правильную укладку ДНК, в результате чего её длина во много раз уменьшается.

Каждая хромосома образована двумя сестринскими хроматидами. В состав каждой хроматиды входит одна молекула ДНК. Молекулы ДНК в сестринских хроматидах одной хромосомы идентичны. Сестринские хроматиды соединены друг с другом в области центромеры (первичной перетяжки). Центромера делит хромосому на два плеча.

 

5. Чем гаплоидный набор хромосом отличается от диплоидного? Для каких типов клеток характерны данные хромосомные наборы?

В гаплоидном наборе (1n) каждая хромосома уникальна: невозможно найти две хромосомы, одинаковые по строению (форме, размерам, расположению перетяжек) и содержанию наследственной информации. В диплоидном наборе (2n) все хромосомы парные. Парные хромосомы одинаковы по строению и сходны по содержанию наследственной информации, но имеют разное происхождение (одна из них – материнская, другая – отцовская), такие хромосомы называют гомологичными.

У большинства живых организмов половые клетки содержат гаплоидный набор хромосом (исключением являются гаметы, которые образуются у полиплоидных организмов, и яйцеклетки, образующиеся при диплоидном партеногенезе), а соматические – диплоидный.

 

6. Что такое кариотип? Почему существование видов связано со стабильностью их кариотипа?

Кариотип – совокупность признаков хромосомного набора (количество, размер, форма, строение хромосом), характерных для клеток определённого вида живых организмов. Это своего рода «хромосомный паспорт», по которому клетки одного вида организмов надёжно отличаются от клеток других биологических видов.

Организмы разных видов отличаются рядом признаков и свойств, которые определяются генетической информацией, содержащейся в ДНК их хромосом. Если у каких-либо особей изменяется кариотип (вследствие мутаций), то, как правило, они становятся неспособными скрещиваться с другими особями данного вида (имеющими нормальный кариотип) и давать потомство. Следовательно, существование любого биологического вида обусловлено стабильностью кариотипа.

 

7*. В цикле развития растений происходит строгое чередование двух поколений — спорофита и гаметофита. Спорофиты развиваются из зигот, гаметофиты — из гаплоидных спор. Вспомните циклы развития мха, папоротника, голосеменного и покрытосеменного растений, изученные в 7-м классе. Как в ходе эволюции растений изменялись размеры, строение и роль каждого поколения в цикле развития? Как вы думаете, чем обусловлена обнаруженная закономерность?

В ходе эволюции растений увеличивались размеры и усложнялось строение спорофита, роль этого поколения в цикле развития возрастала. Вместе с тем происходила постепенная редукция гаметофита. У семенных растений гаметофит полностью утратил способность к самостоятельному существованию и всё его развитие протекает за счёт спорофита.

Спорофиты имеют диплоидный (2n) набор хромосом, поскольку развиваются из зигот. Гаметофиты – гаплоидные (1n) организмы, т.к. развиваются из гаплоидных клеток – спор. Наличие двойного набора хромосом существенно повышает адаптационные возможности организма. Это особенно важно для обитателей наземно-воздушной среды, условия жизни в которой более изменчивы, чем в воде. Таким образом, в наземных условиях диплоидные спорофиты имеют бóльшие преимущества, чем гаплоидные гаметофиты. Кроме того, гаметофиты продуцируют гаметы, которые приспособлены к существованию в водной среде. Следовательно, редукция гаметофита является важным приспособлением к наземным условиям, где капельно-жидкая среда не всегда имеется в распоряжении растения.

 

8*. В тёплых морях обитают необычные зелёные водоросли — ацетабулярии. Известно несколько видов ацетабулярий, различающихся формой шляпки и некоторыми другими признаками. Тело ацетабулярии представляет собой одну гигантскую клетку, состоящую из ножки с ризоидами, тонкого стебелька и шляпки. Стебелёк достигает в длину 6 см, а шляпка — 1 см в диаметре. Ацетабулярии живут на мелководье и часто повреждаются прибоем. Однако они обладают способностью регенерировать все части своего тела, кроме ядра, которое находится в прикреплённой к камням ножке. Какие эксперименты с этими водорослями можно провести, чтобы доказать, что именно ядро клетки является основным хранителем наследственной информации?

Решебник по биологии, репетитор по биологии в Минске

Например, можно перерезать стебелёк посередине и таким образом разделить ацетабулярию на две примерно равные части. Впоследствии верхняя часть погибнет, а из нижней части, содержащей ядро, со временем разовьётся целая водоросль.

Если у ацетабулярии одного вида удалить шляпку и нижнюю часть с ядром, а к оставшемуся стебельку пересадить нижнюю часть с ядром ацетабулярии другого вида, то через некоторое время у водоросли с пересаженным ядром образуется шляпка, характерная для того вида, которому принадлежало ядро. Значит, именно в ядре содержится наследственная информация, которая определяет признаки и свойства организма.

* Задания, отмеченные звёздочкой, предполагают выдвижение учащимися различных гипотез. Поэтому при выставлении отметки учителю следует ориентироваться не только на ответ, приведённый здесь, а принимать во внимание каждую гипотезу, оценивая биологическое мышление учащихся, логику их рассуждений, оригинальность идей и т. д. После этого целесообразно ознакомить учащихся с приведённым ответом.

Дашков М.Л.

Сайт: dashkov.by

Вернуться к оглавлению

 


Источник: dashkov.by


Adblock
detector