• Ядерные и безъядерные клетки эукариот. Вам уже известно, что ядро - обязательная составляющая всякой эукариотической клетки, в нем сохраняется наследственная информация. Ядро регулирует процессы жизнедеятельности клеток. Лишь некоторые типы клеток эукариот лишены ядра. Это, в частности, тромбоциты и эритроциты большинства млекопитающих, ситовидные трубки высших растений. В таких клетках ядро формируется на начальных этапах развития, а потом разрушается. Потеря ядра сопровождается утратой способности клетки к размножению (делению).

Рис. 17.1. Строение ядра

В клетках обычно есть лишь одно ядро, но некоторые клетки содержат от двух до нескольких тысяч ядер (инфузории, фораминиферы, некоторые водоросли, грибы, исчерченные мышечные волокна и т. п.).

Зачем некоторым клеткам необходимо не одно ядро, а несколько или много? Дело в том, что каждому типу клеток присуще определенное постоянное соотношение между объемами ядра и цитоплазмы (ядерно-цитоплазматическое соотношение). Ведь ядро определенного объема может обеспечивать процессы биосинтеза белков лишь в соответствующем объеме цитоплазмы.

Поэтому в клетках больших размеров или с повышенной интенсивностью обмена веществ часто находится от двух до нескольких тысяч ядер.

• Строение ядра. Форма ядра достаточно разнообразна. Чаще всего она сферическая или эллипсовидная, реже - неправильная (например, у некоторых типов лейкоцитов ядра имеют отростки). Размеры ядер варьируют от 1 мкм (некоторые одноклеточные животные, водоросли) до 1 мм (яйцеклетки некоторых рыб и земноводных).

Ядро состоит из поверхностного аппарата и внутренней среды (матрикса) (рис. 17.1). Поверхностный аппарат ядра образован двумя мембранами - внешней и внутренней, между которыми находится заполненное жидкостью щелевидное пространство шириной от 20 до 60 нм. В некоторых местах внешняя мембрана соединена с внутренней вокруг микроскопических отверстий - ядерних пор (рис. 17.2) диаметром около 100 нм.

Рис. 17.2. Поверхностный аппарат ядра: 1 - микрофотография, сделанная с помощью сканирующего микроскопа (видны ядерные поры); 2 - схема строения

Рис. 17.3. Функциональная связь ядра с другими мембранными органеллами

Отверстие поры заполнено особыми глобулярными (шаровидными) или фибриллярными (нитчатыми) белковыми структурами. Среди них обязательно имеется белок-рецептор, способный реагировать на проходящие через пору вещества. Совокупность пор и таких белков называют комплексом ядерной поры.

Поверхностный аппарат обеспечивает регуляцию транспорта веществ внутрь ядра и из него наружу через комплекс ядерной поры. Он, например, распознает и сортирует эти соединения. Из цитоплазмы в ядро поступают белки, а из ядра в цитоплазму - разные типы молекул РНК. Поверхностный аппарат ядра функционально связан с мембранами эндоплазматической сети (рис. 17.3). На поверхности внешней ядерной мембраны может быть расположено много рибосом.

Ядерный матрикс - внутренняя среда ядра - состоит из ядерного сока, ядрышек и нитей хроматина. Хроматин (от греч. хроматос - краска) - нитевидные структуры ядра, образованные в основном из белков и нуклеиновых кислот (рис. 17.4). Участки хроматина неоднородны. Те из них, которые постоянно находятся в уплотненном состоянии, называют гетерохроматином. Они хорошо окрашиваются разными красителями и в период между делениями клетки заметны в световой микроскоп. Неокрашенные, менее уплотненные участки получили название эухроматин. Считается, что в них находится основная масса генов. Во время деления клетки нити хроматина уплотняются и из них формируются компактные тельца - хромосомы (от греч. хроматос и сома - тельце) (рис. 17.4).

Рис. 17.4. 1. Хромосомы человека (фотография сделана с помощью сканирующего микроскопа). 2. Разные состояния хроматина

Ядерный сок (кариоплазма, или нуклеоплазма) по строению и свойствам напоминает цитоплазму. В кариоплазме есть белковые фибриллы (нити) 2-3 нм толщиной. Они образуют особый внутренний скелет ядра, который соединяет различные структуры: ядрышки, нити хроматина, ядерные поры и т. п. Белки матрикса обеспечивают определенное пространственное расположение хромосом, а также влияют на их активность.

Ядрышки - плотные структуры, состоящие из комплексов РНК с белками, хроматина и гранул - предшественников рибосом (см. рис. 17.1). В ядре может быть от одного до многих ядрышек (например, в яйцеклетках рыб), которые формируются на особых участках хромосом. Во время деления клетки ядрышки исчезают вместе с ядерной оболочкой, а в период между двумя делениями - формируются снова. Функции ядрышек заключаются в образовании рРНК и предшественников рибосом, которые после формирования поступают в цитоплазму.

• Функции ядра. Вы уже знаете, что ядро сохраняет наследственную информацию и обеспечивает ее передачу от материнской клетки дочерним. Кроме того, оно является своеобразным центром управления процессами жизнедеятельности клетки, в частности регулирует процессы биосинтеза белков. Здесь информация о структуре белков переписывается с молекул ДНК на молекулы иРНК. Затем эта информация поступает к месту синтеза белков: на мембраны зернистой эндоплазматической сети или в цитоплазму. В ядре образуются компоненты (субъединицы) рибосом, непосредственно участвующие в биосинтезе белков. Таким образом, благодаря реализации наследственной информации, закодированной в молекуле ДНК, ядро регулирует происходящие в клетке биохимические, физиологические и морфологические процессы.

Ведущую роль ядра в передаче наследственной информации иллюстрирует опыт на зеленых одноклеточных водорослях - ацетабуляриях, которые по форме похожи на плодовое тело шляпочного гриба (рис. 17.5). Клетка имеет высокую «ножку», в основе которой находится ядро, а на верхушке - диск в виде шляпки. Различные виды ацетабулярий различаются по форме «шляпки». Экспериментально сращивали центральную часть «ножки» представителя одного вида ацетабулярий, лишенную «шляпки», с нижней частью «ножки» особи другого вида, где расположено ядро. У такого искусственно созданного организма формировалась «шляпка», присущая тому виду водоросли, которому принадлежала часть ножки с ядром, а не тому, которому принадлежала средняя безъядерная ее часть (рис. 17.5). Подобные результаты получены и в опытах на клетках животных. Например, из яйцеклетки лягушки удаляли ядро и вместо него пересаживали ядро из оплодотворенной яйцеклетки тритона. Вследствие этого развивался зародыш тритона, а не лягушки. Эти опыты - часть исследований в области клеточной технологии (цитотехнологии).