§ 15. ЯДРО: СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ И ФУНКЦИИ

Основные понятия и ключевые термины: ЯДРО. Генетическая информация.

Вспомните! Что такое эукариотическая клетка?

Новости науки

Длина ДНК составляет около 2 м, а размер ядра, в котором она расположена, составляет в среднем 16 мкм. Значит, ДНК в ядре должна быть определённым образом пространственно организована.

Но проблема заключается не в плотности укладки, а в возможности считывания информации с её витков. Учёные нашли ответ на вопрос о том, как в ядре располагаются нити ДНК. Оказывается, что все нити ДНК образуют фрактальную глобулу. Само понятие заимствовано из математики, но в современной науке применяется в радиотехнике, информатике, биологии и даже в экономике.

СОДЕРЖАНИЕ

Почему ядро играет ведущую роль в жизнедеятельности клетки?

В 1831 г. английский учёный Роберт Броун, рассматривая клетки под световым микроскопом, увидел кое-что интересное: каждая растительная клетка содержала круглый и непрозрачный элемент. Он назвал его ядром (лат. nucleus) (ил. 35). Узнав о наблюдении Броуна, немецкий физиолог Т. Шванн начал искать подобные элементы в животных клетках и нашёл их (ил. 36). Это было важным открытием, что свидетельствует о единстве строения всех эукариотических клеток.

Ил. 35. Ядро в клетке кожуры лука (световой микроскоп, х1 000)

Более поздние исследования, начатые И. Геммерлингом в 1930-х годах, доказали ведущую роль ядра в передаче наследственности. Ядро содержит основную долю генетической информации о том, какими должны быть форма и строение клетки, как ей жить и развиваться. Именно в ядре содержатся молекулы ДНК, в которых закодирована наследственная информация о структуре белков. Эта информация переписывается на иРНК, которая с помощью белков-переносчиков поступает в цитоплазму к рибосомам. И уже на этих немембранных органеллах синтезируются вещества, от которых зависит формирование признаков и свойств клетки и организма. Ядро регулирует и энергетические преобразования, поскольку в нём записана информация о ферментах и органеллах энергетического обмена. Вот почему ядро является обязательным компонентом клеток растений, грибов и животных. Только в клетках некоторых типов нет ядра. Это, в частности, эритроциты млекопитающих, ситовидные трубки семенных растений. И такие клетки не способны к продолжительной жизни.

Ил. 36. Электронная микрофотография ядра клетки поджелудочной железы (х 16000)

Каждому типу клеток свойственно определённое постоянное соотношение между объёмами ядра и цитоплазмы (ядерно-цитоплазматическое соотношение). Ядро определённого объёма может обеспечивать процессы биосинтеза белков только в соответствующем объёме цитоплазмы. Поэтому в больших клетках или клетках с усиленным обменом веществ наблюдается многоядерность (например, в клетках инфузорий, грибов, печени, мышечных волокнах).

Итак, ЯДРО - это непременная часть клетки, играет ведущую роль в его жизнедеятельности, так как содержит генетическую информацию.

Как происходят сохранение и передача генетической информации ядра?

Генетическая информация - совокупность сведений о развитии, строении и свойствах клетки, передаётся по наследству. Отсюда её другое название - наследственная информация. Саму способность клеток или организмов передавать эту информацию следующему поколению называют наследственностью. Большинство живых существ сохраняют свою генетическую информацию в ядре клеток, ядро имеет особые структуры - хромосомы, а хромосомы образованы хроматином, состоящим из ДНК и белков. И именно на ДНК генетическая информация клеток записана в виде определённых последовательностей нуклеотидов и благодаря действию различных механизмов защищена от вредного воздействия. ДНК содержит сведения о строении всех белков и РНК клетки, а также о регуляции их синтеза.

Передача генетической информации от материнской клетки следующему поколению осуществляется при её делении. Деление клеток - это процесс, при котором происходит распределение хромосом с имеющейся в них ДНК между дочерними клетками. Для клеток характерны два основных типа деления - митоз и мейоз. При митозе генетическая информация передаётся без изменений, а при мейозе - видоизменяется для увеличения изменчивости (ил. 37).

Итак, сохранение и передача генетической информации происходят с участием ядра.

Ил. 37. Уровни хранения и передачи генетической информации: 1 - ДНК; 2 - хромосомы; 3 - ядро; 4 - деление клеток

Каковы особенности строения ядра в связи с функцией?

Основные функции ядра, определяющие его форму и особенности строения, направлены на: 1) самовоспроизведение клеток, что связано с сохранением информации в ДНК и её передачей дочерним клеткам при делении; 2) самообновление клеток - в ядре с участием ядрышек синтезируются рРНК и происходит соединение субъединиц, которые синтезируют новые молекулы белков; 3) саморегуляцию клеток - в ядре содержится информация о регуляторных белках, оказывающих влияние на активность генов.

В основном ядра имеют шаровидную форму, однако форма ядра зависит от формы и размеров клетки и от функций, которые она выполняет. Размеры ядра могут быть разными, обычно от 8 до 25 мкм в диаметре. В ядре выделяют поверхностный аппарат и внутреннюю среду.

Поверхностный аппарат состоит из двух мембран, формирующих ядерную оболочку с межмембранным пространством. В некоторых местах внутренняя и внешняя мембраны с помощью белков соединяются, образуя ядерные поры для осуществления связи между ядром и цитоплазмой. Из цитоплазмы внутрь ядра поступают синтезированные в ней вещества с помощью специализированных белков-импортинов. Зато из ядра в цитоплазму транспортируются молекулы РНК различных типов. Наружная ядерная мембрана связана с шероховатой ЭПС, которая продолжает транспортирование соединений в цитоплазме. Изнутри ядерная оболочка покрыта ядерной пластинкой, которая определяет форму ядра и прикрепляет хроматин (ил. 38).

Ил. 38. Строение ядра: 1 - внешняя ядерная мембрана; 2 - внутренняя ядерная мембрана; 3 - рибосомы; 4 - хроматин; 5 - ядрышко; 6 - ядерный сок; 7 - ядерные поры; 8 - шероховатая ЭПС с рибосомами; 9 - межмембранное пространство; 10 - ядерная пластинка

Внутренняя среда ядра содержит хроматин, ядерный сок (кариоплазму) и ядрышки.

Хроматин - генетический материал, основу которого составляют ДНК и белки. Хроматин образует хромосомы, которых нет у прокариотов. В состав ядра эукариотических клеток входит определённое количество хромосом, каждая из которых содержит одну линейную молекулу ДНК. Ядерный сок является внутренним содержимым ядра, по составу и свойствам близким к цитоплазме. Ядрышки - это плотные структуры, состоящие из РНК и белков, хроматина и гранул-предшественниц субъединиц рибосом. Ядрышки формируются на определённых участках отдельных хромосом. В ядрышках образуются большая и малая субъединицы рибосом, которые выходят через поры в цитоплазму и соединяются для биосинтеза белков. В ядре может быть одно или несколько ядрышек.

Итак, строение ядра приспособлено к функциям, направленным на самовоспроизведение, сомообновление и саморегуляцию клеток.

ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ

Самостоятельная работа с таблицей

Заполните таблицу и сформулируйте вывод о взаимосвязи строения ядра с его функциями.

Биология + Архитектура

Самым ярким произведением современной архитектуры является сингапурский пешеходный мост Хеликс (The Helix Bridge), который считается одним из красивейших мостов мира. Этот мост в виде спиралевидной молекулы ДНК длиной 280 м отличается надёжностью и лёгкостью. Какие особенности организации ДНК обеспечивают её прочность и компактное расположение в ядре?

ОТНОШЕНИЕ

Ацетабулярии - это одноклеточные зелёные водоросли, которые благодаря огромному ядру, развитой регенерации и большим размерам (до 18 см) являются классическим объектом цитологических исследований. Различные виды ацетабулярий отличаются прежде всего формой «шапки». У средиземноморской ацетабулярии (Acetabularia mediterranea) «шапка» круглая, а у ацетабулярии из Карибского моря (Acetabularia crenulata) она рассечена на лопасти. Во время опыта у водоросли Х удалили верхнюю и среднюю части, у водоросли Y - верхнюю и нижнюю части. К нижней части водоросли Х пересадили среднюю часть водоросли Y, в результате чего созданный организм приобрёл вид водоросли Х. О чём свидетельствуют результаты опыта? Каково значение этих опытов для доказательства единства органического мира?

РЕЗУЛЬТАТ

скачать dle 11.0фильмы бесплатно

 

Даний матеріал відноситься до підручника "Биология 9 класс Соболь (новая программа)", створено завдяки МІНІСТЕРСТУ ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ (МОН)