Клетъчно ядро ​​и неговите функции

Структурата и функциите на клетката претърпяха редица промени в хода на еволюцията. Появата на нови органели се предшества от трансформации в атмосферата и литосферата на млада планета. Едно от значителните придобивания е клетъчното ядро. Еукариотните организми, благодарение на наличието на изолирани органели, имат значителни предимства пред прокариотите и бързо започват да доминират.

Клетъчното ядро, чиято структура и функции са малко по-различни в различните тъкани и органи, направи възможно подобряването на качеството на биосинтезата на РНК и трансфера на наследствена информация.

произход

Към днешна дата има две основни хипотези за образуването на еукариотна клетка. Съгласно симбиотичната теория органелите (например, фланела или митохондриите) са веднъж отделни прокариотни организми. Предците на съвременните еукариоти ги поглъщат. В резултат на това се образува симбиотичен организъм.

Ядрото се образува в резултат на изпъкналост в цитоплазмения участък мембрана. Това е е необходимо придобиване по пътя на разработването на нов начин на хранене, фагоцитоза. Завладяването на храната е придружено от повишаване на степента на мобилност на цитоплазмата. Генофорите, които са генетичен материал на прокариотната клетка и са прикрепени към стените, попадат в зоната на силен "ток" и се нуждаят от защита. В резултат на това се образува дълбока инвагинация на областта на мембраната, съдържаща прикрепените генофори. В полза на тази хипотеза е фактът, че обвивката на ядрото е неразривно свързана с цитоплазмената мембрана на клетката.

Има и друга версия на развитието на събитията. Съгласно вирусната хипотеза за произхода на ядрото, тя се образувала в резултат на заразяване на клетката на древната арка. Той е заразен с ДНК вирус и постепенно е придобил пълен контрол върху жизнените процеси. Учените, които считат тази теория по-коректна, водят много аргументи в полза на нея. Досега обаче няма доказателства за нито една от съществуващите хипотези.

Един или повече

Повечето от клетките на съвременните еукариоти имат ядро. Преобладаващият брой от тях съдържа само една подобна органела. Има обаче клетки, които са загубили ядрото поради някои функционални характеристики. Те включват, например, червени кръвни клетки. Има и клетки с две (infusoria) и дори няколко ядра.

Структура на клетъчното ядро

Независимо от характеристиките на организма, структурата на ядрото се характеризира с набор от типични органели. От вътрешното пространство на клетката е оградена от двойна мембрана. Неговите вътрешни и външни слоеве в някои места се сливат, образувайки пори. Тяхната функция е да обменят вещества между цитоплазмата и ядрото.

Пространството на органелите е изпълнено с кариоплазма, наричан още ядрен сок или нуклеоплазма. Той съдържа хроматин и ядрото. Понякога последният от посочените органели на клетъчното ядро ​​не присъства в един екземпляр. В някои организми, обаче, ядра липсват.

мембрана

Ядрената обвивка се формира от липиди и се състои от два слоя: външен и вътрешен. Всъщност това е същата клетъчна мембрана. Ядрото комуникира с каналите на ендоплазмения ретикулум през перинуклеарното пространство, кухина, образувана от два слоя на обвивката.

Външната и вътрешната мембрани имат свои особености в структурата, но като цяло те са доста сходни.

Най-близо до цитоплазмата

Външният слой преминава в мембраната на ендоплазмения ретикулум. Нейната основна разлика от последната е много по-висока концентрация на протеини в структурата. Мембраната директно в контакт с цитоплазмата на клетката е покрита със слой от рибозоми от външната страна. С вътрешна мембрана, тя се свързва с много пори, които са доста големи протеинови комплекси.

Вътрешен слой

Мембраната се превръща в клетъчното ядро, за разлика от външната, е гладка, не е покрита с рибозоми. Той ограничава кариоплазмата. Характерна особеност на вътрешната мембрана е слоят на ядрената пластина, който го обгръща от страната, която е в контакт с нуклеоплазмата. Тази специфична протеинова структура поддържа формата на мембраната, участва в регулирането на генната експресия и също така подпомага прикрепването на хроматина към сърцевината на мембраната.

метаболизъм

Взаимодействието на ядрото и цитоплазмата се осъществява чрез ядрени пори. Те са доста сложни структури, образувани от 30 протеина. Броят на порите на едно ядро ​​може да бъде различен. Зависи от това тип клетки, тялото и организма. По този начин клетъчното ядро ​​на човек може да има от 3 до 5 хиляди пори, в някои жаби достига 50 000.

Основната функция на порите е метаболизмът между ядрото и останалата част от клетъчното пространство. Някои молекули проникват през порите пасивно, без допълнителни разходи за енергия. Те са малки по размер. Транспортирането на големи молекули и супрамолекулни комплекси изисква консумацията на определено количество енергия.

От кариоплазмата, молекулите РНК, синтезирани в ядрото, попадат в клетката. В противоположната посока се транспортират протеините, необходими за интрануклеарните процеси.

нуклеоплазма

Ядреният сок е колоиден разтвор на протеини. Тя е ограничена от обвивката на ядрото и обгражда хроматина и ядрото. Нуклеоплазмата е вискозна течност, в която се разтварят различни вещества. Те включват нуклеотиди и ензими. Първите са необходими за синтеза на ДНК. Ензимите участват в транскрипцията, както и репарацията и ДНК репликация.

Структурата на ядрения сок варира в зависимост от състоянието на клетката. Двамата са неподвижни и се появяват по време на периода на делене. Първият е характерен за интерфазата (времето между разделенията). В този случай ядреният сок се характеризира с равномерно разпределение на нуклеинови киселини и неструктурирани ДНК молекули. През този период наследственият материал съществува под формата на хроматин. Разделянето на клетъчното ядро ​​е придружено от трансформацията на хроматина в хромозоми. По това време структурата на кариоплазмата се променя: генетичният материал придобива определена структура, ядрената обвивка се срива и кариоплазмата се смесва с цитоплазмата.

хромозом

Основните функции на нуклеопротеиновите структури на хроматина, трансформирани за времето на разделяне, са съхранение, реализация и трансфер на наследствена информация, която съдържа клетъчното ядро. Хромозомите се характеризират с определена форма: те са разделени на части или рамене чрез първично свиване, наричано също цяло число. Чрез него се разграничават три вида хромозоми:

• пръчковидна или акроцентрична: за тях поставянето на цели числа е почти в края, една ръка се оказва много малка;
• raznopchie или submetacentric имат рамената с неравномерна дължина;
• равностранен или метацентричен.

Набор от хромозоми в клетка се нарича кариотип. Във всеки вид е фиксиран. В този случай, различни клетки от същия организъм могат да съдържат диплоиден (двоен) или хаплоиден (единичен) набор. Първият вариант е характерен за соматичните клетки, които основно съставляват тялото. Хаплоидът е привилегията на сексуалните клетки. Човешките соматични клетки съдържат 46 хромозоми, сексуални - 23.

Хромозомите от двойния набор са двойки. Идентични нуклеопротеинови структури в двойката се наричат ​​алелични. Те имат същата структура и изпълняват същите функции.

Структурната единица на хромозомите е генът. Това е регион на ДНК молекула, която кодира специфичен протеин.

ендозома

Клетъчното ядро ​​има още един органоид - ядрото. Той не се отделя от кариоплазмата от мембраната, но е лесно да се види по време на изследването на клетката с микроскоп. Някои ядра могат да имат няколко нуклеоли. Съществуват и такива, в които такива органели липсват напълно.

Във форма, ядрото прилича на сфера, тя е доста малка по размер. Той съдържа различни протеини. Основната функция на ядрото е синтеза на рибозомна РНК и самите рибозоми. Те са необходими за създаването на полипептидни вериги. Ядрените очертания се формират около специални участъци от генома. Те бяха наречени организатори на ядрени оръжия. Тук се съдържат гени на рибозомна РНК. Ядрото, наред с други неща, е мястото с най-висока концентрация на протеини в клетката. Някои от протеините са необходими, за да изпълняват функциите на органоида.

Ядрото се състои от два компонента: гранулиран и фибриларен. Първият е зреещите субединици на рибозомите. Във фибриларния център, синтеза на рибозомна РНК. Гранулираният компонент заобикаля фибриларния компонент, разположен в центъра на ядрото.

Клетъчно ядро ​​и неговите функции

Ролята на ядрото е неразривно свързана със структурата му. Вътрешните структури на органоида съвместно реализират най-важните процеси в клетката. Тя съдържа генетична информация, която определя структурата и функциите на клетката. Ядрото е отговорно за съхраняването и предаването на наследствена информация, която се получава по време на митоза и мейоза. В първия случай, дъщерната клетка получава идентичен набор от гени, идентични на майчината клетка. В резултат на мейозата се образуват сексуални клетки с хаплоиден набор от хромозоми.

Друга не по-малко важна функция на ядрото е регулирането на вътреклетъчните процеси. Тя се осъществява в резултат на контролиране на синтеза на протеини, отговорни за структурата и функционирането на клетъчните елементи.

Ефектът върху протеиновия синтез има още един израз. Ядрото, контролиращо процесите в клетката, обединява всичките си органоиди в една система с добре функциониращ механизъм на работа. Неизправностите в него по правило водят до смъртта на клетката.

Накрая, ядрото е мястото на синтеза на рибозомни субединици, които са отговорни за образуването на един и същ протеин от аминокиселини. Рибозомите са незаменими в процеса на транскрипция.

Еукариотната клетка е по-добра структура от прокариотната клетка. Появата на органоиди със собствената им мембрана позволява да се повиши ефективността на вътреклетъчните процеси. Образуването на ядро, заобиколено от двулипидна черупка, играе много важна роля в тази еволюция. Защитата на наследствената информация от мембраната дава възможност да се научат нови начини на живот от древните едноклетъчни организми. Сред тях е фагоцитозата, която според една версия води до появата на симбиотичен организъм, който по-късно става прогенитор на съвременната еукариотна клетка с всичките й характерни органоиди. Клетъчното ядро, структурата и функциите на някои от новите структури позволиха използването на кислород в метаболизма. Последствие от това е драматична промяна в биосферата на Земята, основата за формирането и развитието многоклетъчни организми. Днес еукариотните организми, към които човек принадлежи, доминират на планетата и нищо не предсказва никакви промени в този план.