Характеристики на структурата на ядрото. Структура и функции на клетъчното ядро

Ядрото на клетката е неговата най-важна органела, мястото на съхранение и възпроизвеждане на наследствена информация. Това е мембранна структура, която заема 10-40% клетки, функции

Местоположението на ядрото в клетката и нейната структура

Ядрото се намира в дебелината на цитоплазмата и директно се свързва с грубата и гладка ендоплазмения ретикулум. Той е заобиколен от две мембрани, между които е перинуклеарното пространство. Вътре в ядрото има матрица, хроматин и множество нуклеоли.

Някои зрели човешки клетки нямат ядро, докато други функционират в условия на силно потискане на дейността си. Най-общо, структурата на ядрото (схема) е представена като ядрена кухина, ограничена от кариолема от клетката, съдържаща хроматин и нуклеоли, фиксирани в нуклеоплазмата чрез ядрена матрица.

Структурата на кариолемата

За удобство при изследването на ядрените клетки, последните трябва да се възприемат като мехурчета, ограничени до черупки от други везикули. Ядрото е балон с наследствена информация, разположен в дебелината на клетката. От своята цитоплазма тя е защитена с двуслойно липидно покритие. Структурата на черупката на ядрото е подобна на клетъчната мембрана. Всъщност те се отличават само от името и броя на слоевете. Без всичко това те са еднакви по структура и функция.

Структурата на кариолемата (ядрена мембрана) е двупластова: състои се от два липидни слоя. Външният билипиден слой на кариолемата се свързва директно с грапавия ретикулум на ендоплазмата на клетката. Вътрешен кариол - с основно съдържание. Между външната и вътрешната кариомембриня има перинуклеарно пространство. Очевидно е, че се е образувала поради електростатични явления - отблъскване на областите глицеринови остатъци.

Функцията на ядрената мембрана е да се създаде механична бариера, разделяща ядрото и цитоплазмата. Вътрешната сърцевинна мембрана служи като място за фиксиране на ядрената матрица, верига от протеинови молекули, които поддържат триизмерна структура. В две ядрени мембрани има специални пори: чрез тях информационната РНК напуска цитоплазмата до рибозомите. В самата сърцевина има няколко нуклеоли и хроматин.

Вътрешна структура на нуклеоплазмата

Характеристиките на структурата на ядрото ви позволяват да го сравните със самата клетка. Вътре в ядрото има и специална среда (нуклеоплазма), представлявана от гел-сол, колоиден разтвор на протеини. Вътре има нуклеоскелет (матрикс), представен от фибриларни протеини. Основната разлика е, че ядрото съдържа предимно кисели протеини. Очевидно такава реакция на средата е необходима за запазване на химичните свойства на нуклеиновите киселини и протичането на биохимичните реакции.

ендозома

Структурата на клетъчното ядро ​​не може да бъде завършена без ядрото. Той е спирализирана рибозомална РНК, която е в етап на узряване. По-късно тя ще произведе рибозома - органел, необходим за протеиновия синтез. В структурата на ядрото се разграничават два компонента: фибриларни и глобуларни. Те се различават само по електронен микроскоп и нямат мембрани.

Фибриларният компонент е разположен в центъра на ядрото. Това е рибозомален тип РНК, от който ще бъдат сглобени рибозомните субединици. Ако разгледаме ядрото (структура и функции), тогава е очевидно, че от него ще се образува впоследствие гранулиран компонент. Това са същите зреещи рибозомни субединици, които са в по-късните етапи на тяхното развитие. От тях скоро се образуваха рибозоми. Те се отстраняват от нуклеоплазмата през ядрените пори на кариолемата и влизат в мембраната на грубия ендоплазменен ретикулум.

Хроматин и хромозоми

Структурата и функции на ядрото клетките са биологично свързани: има само тези структури, които са необходими за съхраняването и възпроизвеждането на наследствена информация. Има и кариоскелет (сърцевина), чиято функция е да поддържа формата на органела. Най-важната съставна част на ядрото обаче е хроматинът. Това са хромозоми, играещи ролята на картови файлове на различни групи гени.

Хроматинът е комплексен протеин, който се състои от кватернерен полипептид, свързан с нуклеинова киселина (РНК или ДНК). В плазмидите на бактериите също присъства хроматин. Почти една четвърт от общото тегло на хроматина се състои от хистони - протеини, отговорни за "опаковането" на наследствена информация. Тази характеристика на структурата се изследва от биохимия и биология. Структурата на ядрото е сложна именно поради хроматина и наличието на процеси, редуващи се на неговата спирализация и депиризация.

Наличието на хистони прави възможно да се сгъсти и завърши ДНК веригата на малко място - в ядрото на клетката. Това се случва, както следва: хистоните формират нуклеозоми, което е структура като мъниста. Н2В, НЗ, Н2А и Н4 са главните хистонови протеини. Нуклеозомата се образува от четири двойки от всеки от представените хистони. В този случай, хистон Н1 е линкер: той е свързан с ДНК в мястото на влизане в нуклеозомата. Опаковането на ДНК се получава в резултат на "навиването" на линейната молекула в 8 протеина на хистоновата структура.

Структурата на ядрото, чиято схема е представена по-горе, предполага наличието на соленоидна структура на ДНК, допълнена с хистони. Дебелината на този конгломерат е около 30 nm. В този случай структурата може да бъде уплътнена по-нататък, за да поеме по-малко пространство и по-малко да претърпи механично увреждане, неизбежно появяващо се по време на живота на клетката.

Хроматинови фракции

Структура, структура и функции ядрата на клетката се връщат, за да поддържат динамичните процеси на спирализация и депиризация на хроматина. Следователно, има две основни фракции: силно спирала (хетерохроматин) и рядка (еххроматин). Те са разделени както структурно, така и функционално. При хетерохроматин, ДНК е добре защитена от всякакви влияния и не може да бъде транскрибирана. Евхроматинът е по-малко защитена, но гените могат да се удвоят за протеиновия синтез. Най-често хетерохроматинните и евхроматинните области се редуват по цялата дължина на цялата хромозома.

хромозом

Ядрото на ядрото, структурата и функциите на които са описани в тази публикация, съдържат хромозоми. Това е сложен и компактно опакован хроматин, който може да се види при светлинна микроскопия. Това обаче е възможно само ако клетката е разположена на слайда в стадия на митотично или мейотично делене. Един от етапите е спирилизацията на хроматин хроматина. Тяхната структура е изключително проста: хромозомата има тельомер и две ръце. Всеки многоклетъчен организъм от същия вид има същата основна структура. Таблицата на хромозомния набор също е сходна.

Внедряване на функции на ядрото

Основните характеристики на структурата на ядрото са свързани с изпълнението на определени функции и необходимостта от контрола им. Ядрото играе ролята на склад за наследствена информация, т.е. това е вид картотека с регистрирани аминокиселинни последователности на всички протеини, които могат да бъдат синтезирани в клетката. Следователно, за да изпълнявате функция, клетката трябва да синтезира протеин, структура който е кодиран в гена.

За да може ядрото "да разбере" кой специфичен протеин трябва да бъде синтезиран в точното време, съществува система от външни (мембранни) и вътрешни рецептори. Информацията от тях идва от ядрото чрез молекулярни предаватели. Това най-често се осъществява чрез механизъм на аденилат циклаза. Така клетката засяга хормоните (адреналин, норепинефрин) и някои лекарства с хидрофилна структура.

Вторият механизъм за предаване на информация е вътрешен. Той е характерен за липофилните молекули - кортикостероиди. Това вещество прониква в билипидната мембрана на клетката и се насочва към ядрото, където взаимодейства с неговия рецептор. Като резултат от активирането на рецепторните комплекси, разположени върху клетъчната мембрана (механизъм на аденилат циклазата) или върху кариолемата, се задейства активирането на специфичен ген. Той се повтаря, той се основава на информация РНК. По-късно структурата на последния синтезира протеин, който изпълнява определена функция.

Ядрото на многоклетъчните организми

В многоклетъчния организъм характеристиките на структурата на ядрото са същите като в едноклетъчния организъм. Въпреки че има някои нюанси. Първо, многоклетъчността предполага, че редица клетки ще имат своя собствена специфична функция (или няколко). Това означава, че някои гени винаги ще бъдат депирализирани, докато други са в неактивно състояние.

Например, в мастните клетки тъканният синтез на протеините ще остане неактивен и затова по-голямата част от хроматина е спирален. И в клетките, например, екзокринната част на панкреаса, процесите на биосинтеза на протеините продължават постоянно. Следователно, техният хроматин е депиризиран. На тези места, чиито гени се реплицират най-често. В същото време важна характеристика е важната: хромозомният набор от всички клетки на същия организъм е еднакъв. Само поради диференциацията на функциите в тъканите, някои от тях са изключени от работа, докато други са депирализирани по-често от други.

Ядрени клетки от тялото

Има клетки, характеристиките на структурата на ядрото, които не могат да бъдат разглеждани, защото или намаляват своята функция в резултат на жизнената си дейност, или напълно се отърват от нея. Най-простият пример е еритроцитите. Това са кръвни клетки, чието ядро ​​присъства само в ранните стадии на развитие, когато се синтезира хемоглобин. Веднага щом количеството му е достатъчно за пренасяне на кислорода, ядрото се отстранява от клетката, за да се улесни не пречи на транспортирането на кислород.

По принцип, еритроцитът е цитоплазмен сак, напълнен с хемоглобин. Подобна структура е характерна за мастните клетки. Структурата на клетъчното ядро ​​на адипоцитите е изключително опростена, намалява и преминава към мембраната и процесите на синтез на протеини са максимално инхибирани. Тези клетки също приличат на "чанти", пълни с мазнини, въпреки че, разбира се, разнообразието от биохимични реакции в тях е малко по-високо, отколкото в еритроцитите. Тромбоцитите също нямат ядро, но те не трябва да се считат за пълни клетки. Това са фрагментите от клетки, необходими за осъществяването на хемостазните процеси.