- •Глава 8. Селекция и биотехнология
- •Введение
- •Глава 1. Химические компоненты живых организмов § 1. Содержание химических элементов в организме. Макро- и микроэлементы
- •§ 2. Неорганические вещества
- •§ 3. Органические вещества. Аминокислоты. Белки
- •§ 4. Свойства и функции белков
- •§ 5. Углеводы
- •§ 6. Липиды, их строение и функции
- •§ 7. Нуклеиновые кислоты
- •§ 8. Атф. Биологически активные вещества
- •Глава 2. Клетка – структурная и функциональная единица живых организмов
- •§ 9. История открытия клетки. Создание клеточной теории
- •§ 10. Методы изучения клетки
- •§ 11. Строение клетки
- •§ 12. Цитоплазматическая мембрана
- •§ 13. Гиалоплазма. Цитоскелет.
- •§ 14. Клеточный центр. Рибосомы
- •§ 15. Эндоплазматическая сеть. Комплекс Гольджи. Лизомосы
- •§ 16. Вакуоли
- •§ 17. Митохондрии. Пластиды
- •§ 18. Ядро
- •§ 19. Особенности строения клеток прокариот
- •§ 20. Особенности строения клеток эукариот
- •Глава 3. Деление клетки
- •§ 21. Клеточный цикл
- •§ 22. Митоз. Амитоз. Прямое бинарное деление
- •§ 23. Мейоз и его биологическое значение
- •Глава 4. Обмен веществ и превращение энергии в организме
- •§ 24. Общая характеристика обмена веществ и превращения энергии
- •§ 25. Энергетический обмен
- •§ 26. Брожение
- •§ 27. Фотосинтез
- •§ 28. Хранение наследственной информации
- •§ 29. Реализация наследственной информации — синтез белка на рибосомах
- •§ 30. Регуляция транскрипции и трансляции в клетке и организме
- •Глава 5. Структурная организация и регуляция функций живых организмов § 31. Структурная организация живых организмов
- •§ 32. Ткани и органы растений
- •§ 33. Ткани и системы органов животных
- •§ 34. Саморегуляция жизненных функций организмов
- •§ 35. Иммунная регуляция
- •§ 36. Специфическая иммунная защита организма
- •§ 37. Иммунологическая реакция организма (иммунный ответ)
- •Глава 6. Размножение и индивидуальное развитие организмов
- •§ 38. Типы размножения организмов. Бесполое размножение
- •§ 39. Половое размножение. Образование половых клеток
- •§ 40. Оплодотворение
- •§ 41. Онтогенез. Эмбриональное развитие животных
- •§ 42. Постэмбриональное развитие
- •§ 43. Онтогенез человека
- •Глава 7. Наследственность и изменчивость организмов
- •§ 44. Закономерности наследования признаков, установленные г. Менделем. Моногибридное скрещивание. Первый и второй законы Менделя
- •§ 45. Цитологические основы наследования признаков при моногибридном скрещивании
- •§ 46. Дигибридное скрещивание. Третий закон Менделя
- •§ 47. Взаимодействие аллельных генов
- •§ 48. Хромосомная теория наследственности. Сцепленное наследование
- •§ 49. Генетика пола
- •§ 50. Изменчивость организмов, ее типы. Модификационная изменчивость
- •§ 51. Генотипическая изменчивость
- •§ 52.Особенности наследственности и изменчивости человека
- •§ 53. Наследственные болезни человека
- •Глава 8. Селекция и биотехнология
- •§ 54. Cелекции, ее задачи и основные направления
- •§ 55 . Методы селекции и ее достижения
- •§ 56. 0Сновные направления биотехнологии
- •§ 57. Инструменты генетической инженерии
- •§ 58. Успехи и достижения генетической инженерии
§ 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?