Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Биология 10 класс УЧЕБНИК.doc
Скачиваний:
142
Добавлен:
13.11.2019
Размер:
2.79 Mб
Скачать

§ 18. Ядро

Ядро — важнейшая структура в клетках эукариот. Оно представляет собой центр управления клетки и хранилище ин­формации о ней. В ядре содержится более 90 % клеточной ДНК — вещества, являющегося носителем наследственной информации.

Роль ядра в управлении процессами жизнедеятельности клеток была доказана экспериментально. В начале 1930-х годов ученый И. Гиммерлинг в ка­честве объекта для опытов по регенерации выбрал зеле­ную водоросль ацетабулярию (рис. ). Эта водоросль, обитающая в Средиземном море, замечательна тем, что представляет собой одну гигантскую (размером до 5 см) клетку сложной формы. Клетка имеет корнеподобные ризоиды, тонкий стебелек и сложной формы шляпку, в которой образуются споры. Имеется единственное круп­ное ядро, расположенное у основания ножки.

Гиммерлинг пересадил ядро от одного вида ацетабулярии другому, с иной формой шляпки (см. рис. ). Если затем шляпку удалить, она вырастет снова, но при этом ее форма окажется не такой, как прежде. Отросшая шляпка будет иметь форму, харак­терную для вида, от которого взято ядро. Замечатель­но, что если у молодой ацетабулярии удалить ядро за несколько недель до образования шляпки, то она все-таки образуется (хотя потом клетка и гибнет). Если отрезать кончик стебелька, из него регенерируют сте­белек и шляпка. А вот из средней части стебелька не вырастает ничего.

Гиммерлинг предположил, что ядро управляет раз­витием шляпки с помощью каких-то веществ, выделяе­мых в цитоплазму. Эти вещества транспортируются по стебельку в его верхнюю часть и накапливаются там. Вот почему даже при удалении ядра может происходить регенерация. Возникла идея, что ядро управляет жиз­нью клетки с помощью веществ — «инструкций», посы­лаемых в цитоплазму.

Как в дальнейшем выяснилось, такими веществами являются молекулы информационной РНК. Именно они передают инструкции ядра в цитоплазму и обеспечивают синтез необходимых ферментов, управляющих жизнедеятельностью клетки, в том числе процессами регене­рации.

Большинство клеток имеет одно ядро, изредка встречаются двухъядерные (клетки печени, инфузория-туфелька) и много­ядерные (многие протисты, клетки грибов, поперечнополосатые мышечные волокна). Неко­торые клетки в зрелом состоянии не имеют ядра. Таковыми являются эритроциты млекопитающих и клетки ситовидных трубок цвет­ковых растений.

Обычно ядро имеет шаровидную форму. Оно может быть также линзовидным, веретеновидным и даже многолопастным (в клетках зернистых лейкоцитов). В животной клетке ядро обычно расположено в центре, а в рас­тительной, как правило, находится на периферии клетки (центральную часть обычно занимает крупная вакуоль).

Общий план строения ядра одинаков у всех клеток эукариот (рис. ). Оно состо­ит из ядерной оболочки, ядерного матрикса (нуклеоплазмы), хро­матина и ядрышка (одного или нескольких).

От цитоплазмы содержимое ядра отделено ядерной оболочкой, состоящей из двух мембран. Наружная мембрана, граничащая с цитоплазмой клетки, в некоторых местах переходит в каналы эндоплазматического ретикулума; к ней при­креплены рибосомы. Внутренняя мембрана, контактирующая с нуклеоплазмой, гладкая. Ядерная оболочка пронизана множе­ством пор, по которым из ядра в цитоплазму выходят молекулы иРНК и тРНК, а в ядро из цитоплаз­мы проникают структурные белки, ферменты, нуклеотиды, молекулы АТФ, неорганические ионы и т. д.

Содержимое ядра представляет собой гелеобразный матрикс, называ­емый ядерным матриксом (нуклеоплазмой). Ядерный матрикс содержит белки, РНК, а также различные ионы и нуклеотиды. В нем располагаются хроматин и одно или несколько яд­рышек.

На окрашенных пре­паратах хроматин представляет собой сеть тонких тяжей (фибрилл), мел­ких гранул или глыбок. Основу хроматина составляют нуклеопротеины — длинные нитевидные мо­лекулы ДНК, соединенные со спе­цифическими хромосомными белками. В состав хроматина входят так­же РНК, синтез которых осуществляется на ДНК.

Ядрышки — это округлые, силь­но уплотненные, не ограниченные мембраной участки клеточного ядра. В ядре может быть одно, два или не­сколько ядрышек. Во время деления клетки ядрышки разрушаются, а в конце деления формируются вновь вок­руг определенных участков ДНК. Здесь происходит синтез рибосомных РНК и объеди­нение их с молекулами белка, что ве­дет к образованию субъединиц ри­босом. Таким образом, ядрышко представляет собой место синтеза рРНК и самосборки субъединиц рибосом.

Хромосомы. Перед делением клетки хроматин плотно скручива­ется, образуя палочковидные образования – хромосомы. Ядерные белки (гистоны) при этом обеспечивают правильную укладку ДНК, в результате которой ее длина во много раз уменьшается. В растянутом виде длина ДНК одной хромосомы человека может достигать 5 см. Каждая хромосома образована одной молекулой ДНК.

У каждой хромосомы имеется первичная перетяжка (центромера), которая делит хро­мосому на два плеча (рис. ). Хромосомы с равными или почти равными плечами называются равнопле­чими, с плечами неодинаковой длины неравноплечими; хромосомы с одним длинным и другим очень коротким, едва за­метным плечом — палочковидными.

Некоторые хромосомы имеют вторичную перетяжку. Последняя обычно расположена вблизи одного из концов хромосомы и отделяет маленький участок – спутник. Вторичные перетяжки называют, кроме того, ядрышковыми организаторами, так как именно на них в интерфазе происходит образование ядрышка.

Понятие о кариотипе. Каждой клетке того или иного вида живых организмов свойственно определен­ное число, размеры и форма хро­мосом. Совокупность хромосом, содержащихся в клетках определенного вида организмов, называется кариотипом (от греч. карион – орех, ядро; типос – образец, форма). Кариотип видоспецифичен (неповторим), и даже если число хромосом в клетках каких-либо видов будет одинаковым (например, у картофеля и шимпанзе по 48 хромосом в клетке), то форма и строение хромосом будут разными. Это дает возможность использовать кариотип как критерий вида (этот критерий вида, как вы уже знаете, получил название генетического критерия).

Число хромосом в зрелых поло­вых клетках называют гаплоидным набором и обозначают буквой п.

Клетки, составляющие ткани любого организма, получили название соматических (сома – тело). Ядра таких клеток содержат, как правило, двой­ной, или диплоидный, на­бор хромосом, обозначаемый 2п. Парные хромосомы, т.е. оди­наковые по форме, структуре и раз­мерам, но имеющие разное проис­хождение (одна материнская, дру­гая отцовская), называются гомоло­гичными.

Клетки, име­ющие более двух наборов хромосом, называют полиплоидными (4п, 8п и т.д.).

Между количеством хромосом в кариотипе и уровнем органи­зации живых организмов не наблюдается прямой связи. Прими­тивные формы могут иметь большее число хромосом, чем высокооргани­зованные, и наоборот. Например, клетки радиолярий (морских планктонных протистов) содержат 1000—1600 хро­мосом, а клетки шимпанзе — всего 48. В клетках человека диплоидный набор составляет 46 хромосом, пше­ницы мягкой — 42, картофеля — 18, мухи домашней — 12, плодо­вой мушки дрозофилы — 8.

1. Каковы основные функции ядра? 2. Из каких компонентов состоит ядро? 3. Что представляет собой хроматин? 4. Что собой представляют ядрышки? 5. Какие структуры ядра содержат молеку­лы ДНК? 6. Каким образом отсутствие ядра влияет на свойства клетки? Ответ обоснуйте. 7. Что такое кариотип? 8. Почему существование видов связано со стабильностью их кариотипа?