§ 15. ЯДРО: СТРУКТУРНА ОРГАНІЗАЦІЯ ТА ФУНКЦІЇ

Основні поняття й ключові терміни: ЯДРО. Генетична інформація.

Пригадайте! Що таке еукаріотична клітина?

Новини науки

Довжина ДНК становить близько 2 м, а розмір ядра, в якому вона розташована, дорівнює в середньому 16 мкм. Отже, ДНК в ядрі має бути певним чином просторово організована. Але проблема полягає не в щільності укладки, а в можливості зчитування інформації з її витків. Науковці знайшли відповідь на запитання про те, як в ядрі розташовуються нитки ДНК. Виявляється, що всі нитки ДНК утворюють фрактальну глобулу. Саме поняття запозичене з математики, але в сучасній науці застосовується в радіотехніці, інформатиці, біології і навіть в економіці.

ЗМІСТ

Чому ядро відіграє провідну роль у життєдіяльності клітини?

У 1831 р. англійський учений Роберт Броун, розглядаючи клітини під світловим мікроскопом, побачив дещо цікаве: кожна рослинна клітина містила круглий і непрозорий елемент. Він назвав його ядром (лат. nucleus) (іл. 35). Дізнавшись про спостереження Броуна, німецький фізіолог Т. Шванн почав шукати подібні елементи в тваринних клітинах і знайшов їх (іл. 36). Це було важливим відкриттям, що свідчить про єдність будови усіх еукаріотичних клітин.

Іл. 35. Ядро в клітині шкірки цибулі (світловий мікроскоп, х1000)

Іл. 36. Електронна мікрофотографія ядра клітини підшлункової залози (х16000)

Пізніші дослідження, започатковані І. Геммерлінгом у 1930-х роках, довели провідну роль ядра у передачі спадковості. Ядро містить основну частку генетичної інформації про те, якими мають бути форма й будова клітини, як їй жити й розвиватися. Саме в ядрі містяться молекули ДНК, в яких закодована спадкова інформація про структуру білків. Ця інформація переписується на іРНК, яка за допомогою білків-переносників надходить у цитоплазму до рибосом. Повний цикл перенесення РНК з ядра в цитоплазму триває лише близько 200 мс. І вже на цих немембранних органелах синтезуються речовини, від яких залежить формування ознак й властивостей клітини й організму. Ядро регулює й енергетичні перетворення, оскільки в ньому записана інформація про ферменти та органели енергетичного обміну. Ось чому ядро є обов’язковим складником клітин рослин, грибів і тварин. Лише у клітинах деяких типів немає ядра. Це, зокрема, еритроцити ссавців, ситоподібні трубки насінних рослин. І такі клітини нездатні до тривалого життя, самооновлення й самовідтворення.

Кожному типу клітин властиве певне стале співвідношення між об’ємами ядра та цитоплазми (ядерно-цитоплазматичне співвідношення). Ядро певного об’єму може забезпечувати процеси біосинтезу білків лише у відповідному об’ємі цитоплазми. Через те у великих клітинах або клітинах з посиленим обміном речовин спостерігається багатоядерність (наприклад, у клітинах інфузорій, грибів, печінки, м’язових волокнах посмугованих м’язів, нейронах нервових вузлів вегетативної нервової системи).

Отже, ЯДРО - це неодмінна частина клітини, що відіграє провідну роль у її життєдіяльності, тому що містить генетичну інформацію, для організації перетворень речовин, енергії та інформації.

Як відбуваються збереження і передача генетичної інформації ядра?

Генетична інформація - сукупність відомостей про розвиток, будову і властивості клітини, що передається у спадок. Звідси її інша назва - спадкова інформація. Саму здатність клітин чи організмів передавати цю інформацію наступному поколінню називають спадковістю. Більшість живих істот зберігають свою генетичну інформацію в ядрі клітин, ядро має особливі структури - хромосоми, а хромосоми побудовані з хроматину, що складається з ДНК і білків. І саме на ДНК генетична інформація клітин записана у вигляді певних послідовностей нуклеотидів і завдяки дії різних механізмів оберігається від шкідливого впливу. ДНК містить відомості про будову всіх білків та РНК клітини, а також про регуляцію їх синтезу.

Передача генетичної інформації від материнської клітини наступному поколінню здійснюється під час її поділу. Поділ клітин - це процес, за якого відбувається розподіл хромосом з наявною в них ДНК між дочірніми клітинами. У клітин виокремлюють два основні типи поділу - мітоз і мейоз. Під час мітозу генетична інформація передається без змін, а під час мейозу - видозмінюється для збільшення мінливості (іл. 37).

Іл. 37. Рівні збереження та передачі генетичної інформації: 1 - ДНК; 2 - хромосоми; 3 - ядро; 4 - поділ клітин

Отже, збереження й передача генетичної інформації відбуваються за участі ядра.

Які особливості будови ядра у зв'язку з функцією?

Основні функції ядра, що визначають його форму й особливості будови, спрямовані на: 1) самовідтворення клітин, що пов’язано із збереженням інформації у ДНК і її передачею дочірнім клітинам під час поділу; 2) самооновлення клітин - в ядрі за участі ядерець синтезуються рРНК й відбувається самозбирання субодиниць, які синтезують нові молекули білків; 3) саморегуляцію клітин - в ядрі міститься інформація про регуляторні білки, що чинять вплив на активність генів.

Здебільшого ядра мають кулясту форму, але зазначимо, що форма ядра залежить від форми й розмірів клітини та від функцій, які вона виконує. Розміри ядра можуть бути різними, зазвичай від 8 до 25 мкм у діаметрі. В ядрі виокремлюють поверхневий апарат і внутрішнє середовище.

Поверхневий апарат складається з двох мембран, які формують ядерну оболонку з міжмембранним простором. У певних місцях внутрішня і зовнішня мембрани за допомогою білків з’єднуються, утворюючи ядерні пори для здійснення зв’язку між ядром і цитоплазмою. Із цитоплазми всередину ядра надходять синтезовані в ній речовини за допомогою спеціалізованих білків-імпортинів. Натомість з ядра до цитоплазми транспортуються молекули РНК різних типів. Зовнішня ядерна мембранамає зв’язок із шорсткою ЕПС, яка продовжує транспортування сполук у цитоплазмі. Зсередини ядерна оболонка вкрита ядерною пластинкою, що визначає форму ядра й прикріплює хроматин (іл. 38).

Іл. 38. Будова ядра: 1 - зовнішня ядерна мембрана; 2 - внутрішня ядерна мембрана; 3 - рибосоми; 4 - хроматин; 5 - ядерце; 6 - ядерний сік; 7 - ядерна пора; 8 - шорстка ЕПС з рибосомами; 9 - міжмембранний простір; 10 - ядерна пластинка

Внутрішнє середовище ядра містить хроматин, ядерний сік (каріоплазму) та ядерця. Хроматин - генетичний матеріал, основу якого становлять ДНК і білки. Хроматин утворює хромосоми, яких немає в прокаріотів. До складу ядра еукаріотичних клітин входить певна кількість хромосом, кожна з яких містить одну лінійну молекулу ДНК. Ядерний сік є внутрішнім вмістом ядра, що за складом та властивостями подібний до цитоплазми. Ядерця - це щільні структури, які складаються з РНК й білків, хроматину та гранул-попередників субодиниць рибосом. Ядерця формуються на певних ділянках окремих хромосом. У ядерцях утворюються велика та мала субодиниці рибосом, які виходять крізь пори в цитоплазму і з’єднуються для біосинтезу білків. У ядрі може бути одне або декілька ядерець.

Отже, будова ядра пристосована до його функцій, що спрямовані на самовідтворення, самооновлення та саморегуляцію клітин.

ДІЯЛЬНІСТЬ

Самостійна робота з таблицею

Заповніть таблицю і сформулюйте висновок про взаємозв’язок будови ядра з його функціями.

БУДОВА ТА ФУНКЦІЇ КОМПОНЕНТІВ ЯДРА

Біологія + Архітектура

Найяскравішим витвором сучасної архітектури є сінгапурський пішохідний міст Хелікс (The Helix Bridge), який вважається одним із найкрасивіших мостів світу, чим приваблює багато туристів. Цей міст у вигляді спіралеподібної молекули ДНК має довжину 280 м і відрізняється надійністю та легкістю. Які особливості організації ДНК забезпечують її міцність і компактне розташування в ядрі?

СТАВЛЕННЯ

Ацетабулярії - це одноклітинні зелені водорості, які завдяки велетенському ядру, розвинутій регенерації і великим розмірам (до 18 см) є класичним об’єктом цитологічних досліджень. Різні види ацетабулярій різняться передусім формою «шапки». У середземноморської ацетабулярії (Acetabularia mediterranea) «шапка» кругла, а в ацетабулярії з Карибського моря (Acetabularia crenulata) вона розсічена на лопаті. Під час досліду у водорості Х видалили верхню та середню частини, у водорості Y - верхню та нижню частини. До нижньої частини водорості Х пересадили середню частину водорості Y, в результаті чого створений організм набув вигляду водорості Х. Про що свідчать результати досліду? Яке значення цих дослідів для доведення єдності органічного світу?

РЕЗУЛЬТАТ

скачать dle 11.0фильмы бесплатно

 

Даний матеріал відноситься до підручника "Біологія 9 клас Соболь (нова програма)", створено завдяки МІНІСТЕРСТУ ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ (МОН)