15. Ядро, его строение и функции.

Ядро – основной компонент клетки, несущийгенетическую информации. Ядро – располагается в центре. Форма различная, но всегда круглая или овальная. Размеры различны. Содержимое ядра – жидкая консистенция. Различают оболочку, хроматин, кариолимфу (ядерный сок), ядрышко. Ядерная оболочка состоит из 2 мембран, разделённых перенуклеарным пространством. Оболочка снабжена порами, через которые происходит обмен крупными молекулами различных веществ. Оно может находиться в 2 состояниях: покоя – интерфазы и деления – митоза или мейоза.

Кариоплазма(ядерный матрикс) – внутреннее содержимое ядра, в котором располагаются хроматин и одно или несколько ядрышек. В состав кариоплазмы входит вода, минеральные соли, белки-ферменты, нуклеотиды, РНК, ионы. В нуклеоплазме имеются белковые фибриллы толщиной 2-3 нм, выполняющие роль внутреннего скелета ядра и соединяющие ядрышка, нити хроматина, ядерные поры. Кариоплазма осуществляет взаимосвязь всех структур ядра и обменные процессы с цитоплазмой клетки. Интерфазное ядро представляет собой круглое образование с многочисленными глыбками белкового вещества, названного хроматином. Выделяют 2 типа хроматина: гетерохроматин и эухроматин. Хроматин состоит из очень тонких нитей, получивших название хромосом. В них заложена основная часть генетической информации индивидуума. Хроматин – комплекс ядерной ДНК с белками (дезоксирибонуклеопротеин – ДНП). В интерфазном ядре хромосомы деконденсированы (деспирализованы) и не выделяются по отдельности, а воспринимаются все вмести в виде глыбок, гранул, нитчатых структур, которые получили название хроматина. Существование хромосом в неделящихся клетках в форме хроматина обеспечивает возможность удвоения ДНК и реализации заключенной в ней генетической информации. Различные участки молекул ДНК в составе хроматина обладают разной степенью спирализации, а поэтому различаются степенью окраски и характером генной активности. После фиксации и специфической окраски в кариоплазме становятся видимыми два типа хроматина: хорошо окрашенный гетерохроматин и светлый эухроматин.

Гетерохроматин– это сильно конденсированные (уплотненные), а поэтому функционально неактивные участки хромосом. До 90% хроматина находится именно в такой форме. На электронно-микроскопических фотографиях гетерохроматин выглядит как сильно окрашенные темные участки ядра, расположеные в основном вблизи внутренней ядерной мембраны и вокруг ядрышка.Различают конститутивный (структурный) и факультативный гетерохроматин.Конститутивный–гетерохроматин содержится в обеих гомологичных хромосомах и локализуется в околоцентромерных и теломерных участках хромосом, а также определенных, постоянно конденсованных, участках некоторых хромосом. Полагают, что его роль заключается в прикреплении хроматина к ядерной оболочке, взаимном узнавании гомологичных хромосом в мейозе, разделении соседних структурных генов, участии в процессах регуляции их активности.Факультативныйгетерохроматинприсутствует только в одной из гомологичных хромосом. Примером хроматина такого типа может быть половой хроматин, который в норме выявляется в клетках гомогаметного пола.Половой хроматин–сильно спирализованная генетически инактивированная Х-хромосома, которая при специфическом окрашивании выявляется в интерфазных ядрах в виде темного тельца (тельца Барра). Количество телец полового хроматина в ядре на единицу меньше чем число Х-хромосом, т.е. равно nx-1. Эухроматин– слабо конденсированные (деспирализованные) функционально активные участки хромосом, расположеные между глыбами гетерохроматина. Под электронным микроскоп он выявляется в виде светлых участков ядра. На эухроматиновых участках считывается информация и образуется РНК. В клетках с интенсивным синтезом белка эухроматина больше.Считается, что гетерохроматиннеактивен в связи с высокой конденсацией, а эухроматин – активен. С другой стороны, только незначительная часть генов эухроматина активна, т.е. нахождение участков хромосом в состоянии эухроматина является недостаточным условием для экспрессии генов.

В ядрах клеток обнаруживаются округлые тельца – ядрышки. На них осуществляется синтез рибосомной рибонуклеиновой кислоты, а также ядерных белков. В кариолимфе содержатся РНК и ДНК, белки, большая часть ферментов ядра. Ядрышко состоит из РНК, много ионов металла, в частности цинка. Не имеют собственную оболочку. Они состоят из фибриллярной и аморфной частях. Это место активного синтеза белка, белок накапливается.

Значение ядра: участвует в образовании белка, РНК, рибосом; регуляция формообразования процессов и функции клеток; хранение генетического кода и его точное воспроизведение в ряду клеточного поколения. Строение каждой хромосомы индивидуальное. Оно состоит из 2 нитей – хроматид, расположенных параллельно и соединённых между собой в одной точке – центромера, первичная перетяжка, содержит ДНК. Центромеры делят хромосому на 2 плеча. По длине плеч различают 3 типа хромосом равноплечие (1-1.7), неравноплечие (1.71-4.99), одноплечие (5 и более). Имеют и вторичную перетяжку, но без ДНК.

У некоторых хромосом имеется небольшой участок, прикреплённый к основному телу тонкой нитью – спутник. По наличию вторичной перетяжки и спутников различают хромосомы из разных пар. Концы хромосом содержат большое количество повторов нуклеотидов и из-за этого обладает полярностью. Концы хромосом – теломеры. Хромосомы окрашиваются ядерными красителями Гинза. Яркоокращенные участки называются гетерохроматидными, они не содержат работающих генов (в половых клетках, во всех хромосомах в районе центромер). Бледноокрашенные участки эухроматиновые, содержат активные гены.

Функции ядра:

Ядро осуществляет две группы общих функций: одну, связанную собственно с хранением генетической информации, другую - с ее реализацией, с обеспечением синтеза белка.  В первую группу входят процессы, связанные с поддержанием наследственной информации в виде неизменной структуры ДНК. Эти процессы связаны с наличием так называемых репарационных ферментов, ликвидирующих спонтанные повреждения молекулы ДНК (разрыв одной из цепей ДНК, часть радиационных повреждений), что сохраняет строение молекул ДНК практически неизменным в ряду поколений клеток или организмов. Далее, в ядре происходит воспроизведение или редупликация молекул ДНК, что дает возможность двум клеткам получить совершенно одинаковые и в качественном и в количественном смысле объемы генетической информации. В ядрах происходят процессы изменения и рекомбинации генетического материала, что наблюдается во время мейоза (кроссинговер). Наконец, ядра непосредственно участвуют в процессах распределения молекул ДНК при делении клеток.  Другой группой клеточных процессов, обеспечивающихся активностью ядра, является создание собственно аппарата белкового синтеза. Это не только синтез, транскрипция на молекулах ДНК разных информационных РНК и рибосомных РНК. В ядре эукариотов происходит также образование субъедениц рибосом путем комплексирования синтезированных в ядрышке рибосомных РНК с рибосомными белками, которые синтезируются в цитоплазме и переносятся в ядро.  Таким образом, ядро представляет собой не только вместилище генетического материала, но и место, где этот материал функционирует и воспроизводится. Поэтому выпадение или нарушение любой из перечисленных выше функций губительно для клетки в целом. Так нарушение репарационных процессов будет приводить к изменению первичной структуры ДНК и автоматически к изменению структуры белков, что непременно скажется на их специфической активности, которая может просто исчезнуть или измениться так, что не будет обеспечивать клеточные функции, в результате чего клетка погибает. Нарушения редупликации ДНК приведут к остановке размножения клеток или к появлению клеток с неполноценным набором генетической информации, что также губительно для клеток. К такому же результату приведет нарушение процессов распределения генетического материала (молекул ДНК) при делении клеток. Выпадение в результате поражения ядра или в случае нарушений каких-либо регуляторных процессов синтеза любой формы РНК автоматически приведет к остановке синтеза белка в клетке или к грубым его нарушениям.