4.3. Строение ядра

От остальной цитоплазмы ядро отделено оболочкой, состоящей из двух слоев плазматической мембраны. Наружная мембрана переходит непосредственно в эндоплазматический ретикулум. Кариоплазма - внутреннее содержимое ядра - представлена гелеобразным матриксом, в котором располагаются хроматин и одно или несколько ядрышек. Хроматин представляет собой молекулы ДНК, связанные с белками. Он может находиться в виде тонких, неразличимых при световой микроскопии нитей (эухроматин), и в виде глыбок, лежащих, главным образом, по периферии ядра. В этом случае говорят о гетерохроматине. Различная степень конденсации (или спирализации) хроматина обусловлена разной генетической активностью расположенных в нем участков ДНК.

Ядрышко - сферическая структура, функция которой - синтез рРНК, из которой состоят рибосомы. Транспорт рРНК в цитоплазму происходит через ядерные поры - отверстия в ядерной оболочке, посредством которых осуществляется контакт кариоплазмы с содержимым клетки.

Главными функциями ядра являются:

1) хранение генетической информации и передача ее дочерним клеткам в процессе деления;

2) контроль жизнедеятельности клетки путем определения, какие белки и в каких количествах должны синтезироваться.

4.4. Мембрана клетки как сферический конденсатор

Электрическое сопротивление 1 см мембраны составляет (10²…10⁶) ом, что в десятки миллионов раз больше сопротивления внеклеточной жидкости или цитоплазмы. Электроизоляционные свойства мембран значительно превосходят свойства технических изоляционных материалов. Напряженность электрического поля в мембране E=200·10³ В/м. В обычных диэлектриках пробой происходит при гораздо меньших напряженностях поля.

. Мембрану клетки можно представить в виде сферы. Немембранный слой имеет относительную диэлектрическую проницаемость ε от 2 до 6.

В таком случае емкость мембраны (Ф) можно найти по формуле

, (4.1)

где ε – диэлектрическая проницаемость среды, Ф/м;

ε₀=8,84·10^-12 Ф/м - диэлектрическая проницаемость вакуума;

S – площадь сферы, м²;

d – разность радиусов внешней и внутренней сфер конденсатора, м.

,

откуда

. (4.2)

Таким образом, мембраны клетки принимают самое активное участие в ее жизнедеятельности.

Во-первых, вследствие проницаемости происходит перенос (транспорт) веществ в клетку и из нее.

Во-вторых, в клетке локализуются основные биоэлектрические процессы.

В-третьих, в мембранах митохондрий синтезируется АТФ - основной источник энергии в живом организме. Есть предположение, что репликация ДНК и хромосом также происходит с участием мембран.

К основным функциям мембран можно отнести следующие:

1) барьерная — обеспечивает управляемый (селективный), то есть избирательный обмен с окружающей средой;

2) матричная — обеспечивает взаимное расположение и ориентацию мембранных белков;

3) механическая — обеспечивает прочность внутриклеточных структур;

4) энергетическая — мембраны участвуют в синтезе универсальных аккумуляторов энергии АТФ в митохондриях, фотосинтезе и т.д.;

5) генераторная — мембраны участвуют в образовании электрических потенциалов;

6) рецепторная — формирует структуру клетки, осуществляют ее функции – механические, акустические и т.д.;

Многие заболевания связаны с нарушением структуры и функций клеточных мембран.