3. Ядро

Ядро является обязательной, важнейшей ча­стью клеит, содержащей её генетический аппа­рат Оно выполняет следующие функции: 1) хранение генетической информации (в молеку­лах ДНК, находящихся в хромосомах); 2) реали­зацию генетической информации (контроль и ре­гуляция разнообразных процессов в клетке); 3) воспроизведение и передача генетической ин­формации дочерним клеткам (при делении).

Обычно в клетке имеется только одно ядро, но встречаются и многоядерные клетки (образу­ются вследствие митоза, не сопровождающегося цитотомией). Форма ядра зависит от формы клетки. Так, клетки круглой и кубической формы обычно имеют круглое ядро, клетки плоские - уплощён­ное, клетки призматической формы - овальное ядро, клетки веретеновидной формы - палочко­видное ядро. Встречаются и сегментированные ядра (в лейкоцитах).

Размеры ядра и ядерно-цитоплазматическое отношение обычно постоянны для каждого типа клеток, увеличиваясь при усилении её функцио­нальной активности. Основные компоненты ядра: ядерная оболоч­ка, хромосомы (хроматин), ядрышко, карио­плазма, кариоскелет.

Ядерная оболочка отделяет ядро от цито­плазмы, отграничивает его содержимое и обес­печивает обмен веществ между ядром и цито­плазмой. Ядерная оболочка состоит из двух биологических мембран, между которыми рас­положено перинуклеарное пространство шириной 15-40 нм. Наружная мембрана ядра по­крыта рибосомами и переходит в мембраны гра­нулярной эндоплазматической сети. К внутрен­ней мембране прилежит слой белковых фила­ментов (ламина) кариоскелета, через который к ядерной оболочке прикрепляются хромосомы.

В ядерной оболочке имеются отверстия - ядерные поры диаметром 90 нм. Они содержат комплекс пор, которые состоят из1 центральной и 8 периферических белковых глобул, свя­занных между собой белковыми нитями, обра­зующими диафрагму толщиной 5 нм. Эти ком­плексы пор обладают избирательной про­ницаемостью: через них не могут пройти мелкие ионы, но переносятся длинные нити информа­ционной РНК и субъединицы рибосом. В ядре имеется несколько тысяч пор, занимающих от 3 до 35% его поверхности. Количество их значи­тельно больше в клетках с интенсивными син­тетическими и обменными процессами. В ядер­ных оболочках зрелых сперматозоидов, где био­синтез белка не происходит, поры не обнаруже­ны. Замечено также, что чем выше функцио­нальная активность клетки, тем сильнее извита кариолемма (для увеличения площади обмена веществ между ядром и цитоплазмой).

Хромосомы - комплексы ДНК с белком. В период митоза хромосомы конденсированы и хорошо видны в клетке под обычным световым микроскопом в виде интенсивно окрашенных па­лочковидных телец. В них очень плотно упако­ваны длинные нити Д1IK с белком. В интерфаз­ном ядре хромосомы под световым микроскопом не видны, а под электронным микроскопом в яд­ре выявляются многочисленные нити толщиной 30 нм, которые представляют собой фрагменты деспирализованных хромосом.

Упаковка ДНК в хромосоме. Двойная спи­раль ДНК (2 нм толщиной) наматывается на глобулы белка-гистона (по два витка на каждой глобуле), образуя нуклеосомы и нуклеосомную нить, имеющую вид «нитки бус» толщиной 11 нм. На втором уровне упаковки эта нить про­дольно скручивается (суперспирализация) с об­разованием хромосомной фибриллы толщи­ной 30 нм, которая складывается, сшивается не-гистоновыми белками, образуя петли и фибрил­лу толщиной 300 нм (хромонема - третий уро­вень упаковки). Последняя опять образует складки и ещё более толстую и короткую струк­туру толщиной 700 нм - хроматиду, из пары которых и образуются хромосомы (толщиной 1400 нм) в делящейся клетке.

Подсчитано, что в каждой хромосоме (3-5 мкм длины) упакована нить ДНК длиной несколько сантиметров, а общая длина нитей ДНК в. одной клетке человека более 170 см. Эта плотность упаковки сравнима с укладкой нити длиной 20 км в клубок размером в теннисный мячик.

Считывание генетической информации с ДНК (транскрипция, образование информаци­онной РНК) может происходить только в деспи­рализованных (таких как нуклеосомная нить), открытых для считывания информации участках хромосом интерфазной клетки (эухроматин). В более спирализованных участках хромосом (гетерохроматин) транскрипция не происходит. Во время деления (митоза) происходит макси­мальная спирализация ДНК хромосом. В этот период генетическая информация с ДНК считываться не может и синтетические процессы в клетке резко заторможены.

Морфология митотических хромосом. Хромосомы во время митоза представляют со­бой палочковидные структуры разной длины. В них выявляется первичная перетяжка (центро­мера, кинетохор) - сложная белковая структу­ра, к которой прикрепляются микротрубочки кле­точного веретена, связанные с перемещением хромосом при делении клетки. Она делит хро­мосому на два плеча. Хромосомы с равными плечами называются метацентрическими, с плечами неодинаковой длины - субметацентрическими. Хромосомы с очень коротким вторым плечом называются акроцентрическими. Некоторые хромосомы, кроме того, имеют вбли­зи одного из концов вторичные перетяжки, от­деляющие маленький участок хромосомы - спутник. Вторичные перетяжки называют также ядрышковыми организаторами, так как в этих участках некоторых (пяти пар) хромосом содержатся гены, кодирующие рибосомную РНК и образование в интерфазе ядрышек.

Кариотип - совокупность хромосом данного вида животных (их число, размеры и особенно­сти строения). Например, кариотип человека со­ставляет, 22 пары, соматических хромосом +1 пара половых хромосом.

Хроматин - мелкие глыбки интенсивно ок­рашенного базофильного материала в фиксированном интерфазном ядре клетки. Это выпав­шие в осадок при фиксации хромосомы. Чем сильнее спирализованы, конденсированы хро­мосомы, тем крупнее эти глыбки. В виде самой крупной глыбки хроматина выявляется вторая (плотно скрученная, не функционирующая) X-хромосома в клетках женского организма. Её на­зывают половым хроматином (тельце Барра). По его присутствию в образцах тканей можно идентифицировать пол человека.

Ядрышки - плотные, интенсивно окрашен­ные округлые образования в ядре размером 1-2 мкм. Их может быть несколько. Ядрышки обра­зуются в ядре в области ядрышковых организа­торов некоторых хромосом. Там находятся гены, кодирующие рибосомную РНК. Ядрышки состоят из гранулярного, фибриллярного компонентов. Нити ядрышек представляют собой молекулы образовавшейся рибосомной РНК, а гранулы -субъединицы рибосом, которые образуются при связывании нитей РНК с белками, посту­пающими из цитоплазмы. Эти субъединицы че­рез ядерные поры выходят в цитоплазму, где объединяются в рибосомы и связываются с ин­формационной РНК для синтеза белка. Чем вы­ше функциональная синтетическая активность клетки, тем многочисленней и крупнее её яд­рышки.

Кариоплазма (ядерный сок) - жидкий компо­нент ядра, истинный раствор биополимеров, в котором во взвешенном состоянии расположены хромосомы и ядрышко. По своим физико-химическим свойствам кариоплазма близка к гиалоплазме.

Кариоскелет - фибриллярная сеть ядра, ко­торая уплотняется около ядерной оболочки с образованием лямины. Кариоскелет поддержи­вает определённую форму ядра и расположение в нём хромосом.

Основные проявления жизнедеятельности клеток - определённая структурная организа­ция, постоянный обмен веществ и энергии с ок­ружающей средой, раздражимость и возбудимость, движение, способность к самовоспроизведению.

Для нормальной жизнедеятельности клетки необходима определённая структурная организация, т. е. закономерное распределение в пространстве и во времени всех макромолекул, биополимеров, хромосом, мембран, органоидов и включений клетки. Это необходимое условие для нормального её существования и функционирования.

Обмен веществ в клетке необходим как для восстановления изношенных повреждённых структур клетки, так и для образования веществ, которые производятся и выделяются клеткой на экспорт, для нужд организма. Этот процесс на­зывается секрецией.