Что такое информационная система клетки и каковы строение и функции ядра - Клетка - структурная и функциональная единица жизни - ОБЩАЯ БИОЛОГИЯ

Все живые организмы характеризуются исключительно упорядоченным строением и совокупностью взаимосвязанных процессов. Это достигается воспроизведением необходимой информации в конкретное время и в конкретном месте. Информация о функционировании клетки закодирована в генах, совокупность которых представлена нуклеиновыми кислотами каждой клетки и составляет ее информационную систему. Информационным центром клетки, местом хранения и воспроизводства наследственной информации, которая определяет все признаки данной клетки и организма в целом, является ядро. Удаление ядра из клетки, как правило, ведет к ее быстрой гибели.

Ядро. Форма и размеры ядра очень изменчивы и зависят от вида организма, а также от типа, возраста и функционального состояния клетки.

Общий план строения ядра одинаков у всех клеток эукариот (рис. 7). Клеточное ядро состоит из ядерной оболочки, ядерного матрикса (нуклеоплазмы), хроматина и ядрышка (одного или нескольких). От цитоплазмы содержимое ядра отделено двойной мембраной или так называемой ядерной оболочкой. Наружная мембрана в некоторых местах переходит в каналы эндоплазматического ретикулума; к ней прикреплены рибосомы. Внутренняя мембрана рибосом не содержит.

Рисунок 7. Схема строения ядра: 1, 2 — гранулярная и агранулярная эндоплазматическая сеть соответственно; 3 — рибосомы; 4 — хроматин; 5— ядрышко; 6— пора

Пространство между внешней и внутренней мембраной называется перинуклеарным. Ядерная оболочка пронизана множеством пор, диаметр которых около 90 нм.

В молодых клетках пор всегда больше, чем в старых. Благодаря наличию пор, обеспечивающих избирательную проницаемость, ядерная оболочка контролирует обмен веществ между ядром и цитоплазмой, например, выход в цитоплазму РНК и рибосомных субъединиц или поступление в ядро рибосомных белков, нуклеотидов и молекул, регулирующих активность ДНК.

После деления ядра в ходе деления клетки оболочки новых ядер собираются из цистерн эндоплазматического ретикулума и частично из фрагментов старой ядерной оболочки, распавшейся во время деления.

Содержимое ядра представляет собой гелеобразный матрикс, называемый ядерным матриксом (нуклеоплазмой), в котором располагаются хроматин и одно или несколько ядрышек. Ядерный матрикс содержит примембранные и межхроматиновые белки, белки-ферменты, РНК, участки ДНК, а также различные ионы и нуклеотиды, находящиеся в виде истинного либо коллоидного раствора.

Наследственный материал клетки в зависимости от ее состояния может быть представлен хроматином или хромосомами.

Хроматин на окрашенных препаратах клетки представляет собой сеть тонких тяжей (фибрилл), мелких гранул или глыбок. Основу хроматина составляют нуклеопротеиды — длинные нитевидные молекулы ДНК (около 40 %), соединенные со специфическими белками — гистонами (40 %). В состав хроматина входят также РНК, кислые белки, липиды и минеральные вещества (ионы Са²⁺ и Mg²⁺), а также фермент ДНК-полимераза, необходимый для репликации ДНК. В процессе деления ядра нуклеопротеиды укорачиваются и уплотняются — спирализуются в хромосомы. Как правило, хромосомы имеют первичную перетяжку — центромеру, которая делит хромосому на два плеча. В области центромеры расположено небольшое фибриллярное тельце — кинетохор, который регулирует движение хромосом при клеточном делении: к нему прикрепляются нити веретена деления, разводящие хромосомы к полюсам. Некоторые хромосомы имеют вторичную перетяжку, не связанную с прикреплением нитей веретена. Этот участок хромосомы контролирует синтез ядрышка (ядрышковый организатор).

Ядрышки — это округлые, сильно уплотненные, не ограниченные мембраной участки ядра диаметром 1—2 мкм и больше. Форма, размеры и количество ядрышек зависят от функционального состояния ядра: чем крупнее ядрышко, тем выше его активность.

В состав ядрышек входят около 80 % белка, 10—15 % РНК, 2—12% ДНК. Во время деления ядра ядрышки разрушаются. В конце деления ядрышки вновь формируются вокруг определенных участков хромосом, называемых ядрышковыми организаторами. В ядрышковых организаторах локализованы гены рибосомной РНК. Здесь происходит синтез рибосомных РНК, объединение их с белками и образование субъединиц рибосом. Последние через поры в ядерной оболочке переходят в цитоплазму, где во время синтеза белка из субъединиц возникают рибосомы.

Большинство клеток имеют одно ядро, изредка встречаются двухъядерные (клетки печени) и многоядерные (водоросли, грибы, млечные сосуды растений, поперечнополосатые мышцы). Некоторые клетки в зрелом состоянии не имеют ядра, например, эритроциты млекопитающих и клетки ситовидных трубок у цветковых растений.