Клітинне ядро. Клітини грибів, рослин і тварин мають ядро — органелу, в якій міститься ДНК і яка є місцем зберігання генетичної інформації клітини. У ядрі міститься генетичний апарат клітини.

Зазвичай ядро розташоване в центрі клітини, хоча в багатьох зрілих клітинах рослин воно притиснуте до клітинної стінки вакуолею (іл. 11.4). Ядро займає близько 20 % об’єму клітини (іл. 11.1). У круглих клітинах воно має форму кулі (звідки й походить назва «клітинне ядро»), у видовжених — еліпсоїда.

Більшість клітин має одне ядро, але трапляються й багатоядерні клітини. В інфузорії-туфельки клітина містить два ядра (іл. 13.1): велике й мале. Велике ядро, або макронуклеус, регулює перебіг хімічних реакцій у клітині, а мале, або мікронуклеус, є місцем зберігання спадкової інформації. У клітинах вищих грибів зазвичай наявні два ядра: одне — від материнського, інше — від батьківського організмів (іл. 13.2).

Іл. 13.1. Інфузорія туфелька: 1 — макронуклеус, 2 — мікрону клеус

Іл. 13.2. Клітина шапинкового гриба: 1 — клітинна стінка; 2 — вакуоля; 3 — рибосоми; 4 — ростові міхурці; 5 — ядра; 6 — мітохондрії

А в нижчих грибів є лише одна величезна клітина зі значною кількістю ядер. Подібну структуру спостерігають і в клітинах посмугованих м’язів, що виникли внаслідок злиття багатьох клітин. Багатоядерні клітини є в кістковому мозку й у печінці людини, де відбувається інтенсивний синтез білків.

У тварин також відомі без’ядерні клітини, які, однак, довго жити не можуть.

Іл. 13.3. Формені елементи крові людини у світловому мікроскопі: 1 — лейкоцит; 2 — ядро лейкоцита; 3 — еритроцити

Зокрема, юні еритроцити ссавців на момент свого дозрівання втрачають ядро й здатність до поділу та живуть лише 120 днів (іл. 13.3).

У рослин є також свої без’ядерні клітини. Оболонки таких клітин поступово накопичують спеціальну речовину, у них згасає життя, і вони перетворюються на міцні механічні структури.

Ядро як центр керування клітиною. Майже одразу після відкриття ядра ще на початку XIX ст. висловлювались припущення щодо провідної ролі ядра в процесах росту й розвитку клітини та організму. Згодом це припущення довели численні дослідження.

Найвідомішими стали такі експерименти.

1. Якщо із заплідненого яйця жаби одного виду мікрохірургічним шляхом видалити ядро, а на його місце помістити ядро жаби іншого, близького виду, то з цього ядра розвинеться жабеня іншого, а не першого виду. Отже, ядро — це апарат керування, що визначає характер росту і специфіку розвитку організму.

2. Якщо в амеби акуратно видалити ядро, вона житиме від одного дня до двох тижнів і протягом цього часу не здатна рости й ділитися. Якщо ж видалити цитоплазму, залишивши лише невелику облямівку навколо ядра, то протягом одного-двох тижнів цитоплазма відновиться й амеба житиме та розмножуватиметься, як і раніше. Цей експеримент довів, що клітина без ядра не здатна не лише розмножуватися, а й жити тривалий час. Ядро — це той органоїд, який постійно підтримує цитоплазму у функціональному стані.

Отже, ядро в клітині виконує дві головні функції:

• метаболічну функцію — ядро «керує» процесами біосинтезу, зокрема РНК та білків.

• спадкову функцію — саме в ядрі в молекулах ДНК зберігається генетична інформація.

Будова клітинного ядра. Ядро складається з компонентів, обов’язкових для всіх клітин, і, отже, має загальну схему будови. У ядрі розрізняють: ядерну оболонку, хроматин (від грец. хрома — колір), ядерце та каріоплазму (від грец. каріон — ядро) (іл. 13.4).

Ядерна оболонка добре помітна у світловий мікроскоп, де вона має вигляд чіткої темної межі, що проходить навколо ядра. В електронний мікроскоп ядерну оболонку можна роздивитись у деталях. Вона складається з двох шарів елементарної плазматичної мембрани (зовнішньої та внутрішньої), між якими розміщена порожнина. Ядерна оболонка містить отвори — пори (іл. 13.4), які заповнені спеціальними білками.

Іл. 13.4. Схема будови ядра: 1 — шорстка ендоплазматична сітка; 2 —ядерце; 3 — хроматин; 4 —ядерний сік; 5 — ядерна пора; 6 — ядерна оболонка

Крізь пори до цитоплазми клітини надходять молекули іРНК і рибосоми. Із цитоплазми до ядра проникають нуклеотиди, з яких синтезуються нуклеїнові кислоти, а також певні білки, що входять до складу генетичного апарату клітини та рибосом. Також крізь ядерну оболонку в обох напрямках відбувається дифузія йонів і низькомолекулярних сполук.

Ядерна мембрана є продовженням мембранної системи клітини й нерозривно пов'язана з її головним компонентом — ендоплазматичною сіткою. Причому пори ядерної оболонки безпосередньо переходять у канали ендоплазматичної сітки.

Хроматин — це щільна речовина ядра, що у світловому мікроскопі зазвичай має вигляд переплутаних тонких ниток.

Під час поділу клітини, коли відбувається руйнування ядерної оболонки, нитки хроматину ущільнюються, коротшають, і у світловий мікроскоп можна побачити компактні структури — хромосоми (від грец. chroma — колір і soma — тіло).

Детальне вивчення структури за допомогою електронного мікроскопа виявило, що хроматин нагадує «намистинки» зі специфічних білків — гістонів (від лат. гістон — ткацька майстерня). «Нитками» слугують молекули ДНК (іл. 8.3).

Саме в ДНК хромосом міститься спадкова інформація організму, тому сукупність хромосом ядра називають генетичним апаратом клітини.

Форма хромосом може бути різною і залежить від розміщення особливої перетяжки — центромери, яка поділяє її на дві частини — течі. Відповідно до розміщення центромери розрізняють кілька типів хромосом (іл. 13.5).

Ядерце — добре помітне у світловий мікроскоп овальне або округле тільце (іл. 11.1). У ядрі може бути кілька ядерець і, відповідно до стану клітини, їх кількість змінюється. У молодих клітинах, де синтез білка протікає більш інтенсивно, кількість ядерець завжди більша, адже саме в ядерцях відбувається синтез рРНК, а потім збираються рибосоми.

Каріоплазма (ядерний сік) — це напіврідка безструктурна рідина, що заповнює порожнину між хроматином і ядерцями. У ній містяться білкові фібрили та молекули РНК.

Хромосомний набір. У ядрі клітин усіх еукаріотів міститься не одна, а кілька хромосом, число яких парне і зазвичай змінюється залежно від виду організму — від 4 до 200. Це і є хромосомний набір клітини.

Іл. 13.5. Вигляд хромосом різного типу під час поділу клітини: 1 — центромера; 2 — плечі

Іл. 13.6. Каріотип людини (жінка)

Хромосоми чітко групуються на пари хромосом, які називають гомологічними. Одна з гомологічних хромосом походить від матері, друга — від батька. Хромосоми кожної пари за своєю структурою унікальні. Вони різняться не лише за місцем розташування центромери, а й за розмірами всієї хромосоми або окремих її частин. У різних, навіть зовні дуже подібних видів тварин і рослин число хромосом зазвичай відрізняється, і певної логіки та очевидного функціонального сенсу в цьому немає.

Ці ознаки хромосомного набору (число хромосом, їх форма й розміри), за якими набір хромосом одного виду відрізняється від іншого, називають каріотипом (від грец. каріон — ядро, типос — зразок) (іл. 13.6).

Соматичні (від грец. сома — тіло) клітини, з яких, власне, й складається тіло будь-якого багатоклітинного організму, зберігають усі ознаки хромосомного набору, властиві певному біологічному виду — їх кількість та індивідуальність. Причому такі клітини мають подвійний, або диплоїдншї, набір, один з яких походить від яйцеклітини, а другий — від сперматозоїда, тоді як статеві клітини є гаплоїдними і мають лише один набір змішанних хромосом, тобто в статевих клітинах містяться як хромосоми від матері, так і від батька, причому бувають вони в найрізноманіших комбінаціях.

Ядро — це місце зберігання генетичної інформації та апарат керування клітиною. Ядро відокремлене від цитоплазми подвійною клітинною мембраною і містить ДНК та спеціальні білки, з яких утворюється хроматин.