Ядро клетки: функции, строение, химический состав
Ядро – важнейший и обязательный компонент клетки, выполняющий сле-
дующие функции:
1) хранение генетической информации;
2) реализацию генетической информации путем контроля в клетке синтети-
ческих процессов, а также процессов воспроизводства и гибели (апоптоза);
3) воспроизведение и передачу генетической информации.
Ядро состоит из: 1) хроматина; 2) ядрышка; 3) кариоплазмы; 4) ядерной
оболочки.
Хроматин. В его состав входит ДНК в комплексе с белком. Различают
два вида хроматина: 1) эухроматин, соответствующий сегментам хромосом,
которые деспирализованы и открыты для транскрипции; 2) гетерохроматин,
соответствующий конденсированным, плотно скрученным сегментам хромо-
сом, что делает их недоступными для транскрипции.
Чем больше эухроматина в интерфазном ядре, тем интенсивнее протекают в
нем процессы синтеза.
Белки хроматина: 1) гистоны, обеспечивающие компактную упаковку ДНК;
2) негистоновые белки, регулирующие активность генов.
Ядрышко – это самая плотная структура ядра диаметром 1-5 мкм. Яд-
рышко создается ядрышковым организатором, который располагается в об-
ласти вторичных перетяжек хромосом. Ядрышко – это место образования
рибосомных РНК и субъединиц рибосом.
Кариоплазма (ядерный сок) содержит различные белки (гистоны, фер-
менты, структурные белки), углеводы, нуклеотиды.
Функции: 1) создает микросреду для всех структур ядра; 2) обеспечивает
перемещение рибосом, м-РНК, т-РНК к ядерным порам.
Ядерная оболочка (кариолемма) состоит из внешней и внутренней мем-
бран, разделенных перинуклеарным пространством шириной 15-40 нм. Внеш-
няя мембрана переходит в мембраны ЭПС-гранулярного типа и содержит ри-
босомы. Внутренняя мембрана связана с хромосомным материалом ядра. На
месте слияния 2-х мембран образуются ядерные поры. Поры содержат два па-
раллельных кольца (по одному с каждой поверхности кариолеммы).
Кольца образованы 8 белковыми гранулами. От этих гранул к центру
сходятся фибриллы, формирующие диафрагму, в середине которой лежит центральная гранула, и возможно, что это представляет собой субъединицы
рибосом, транспортируемые через поры.
Функции кариолеммы
1) разграничительная;
2) защитная;
3) регуляция транспорта веществ, в том числе и рибосом из ядра в цито-
плазму и наоборот.
Ядерно-цитоплазматические отношения – это отношение объема ядра
клетки к объему цитоплазмы. Это соотношение показывает, в каком состоянии
находится клетка. Если это отношение равно или больше 1, это значит, что в клет-
ке большое ядро и мало цитоплазмы. Такое отношение могут иметь стволовые
клетки, малые лимфоциты, стареющие клетки. Такие клетки функционально неак-
тивны, однако обладают способностью делиться, например, стволовые клетки. И,
наоборот, клетки, у которых ядерно-цитоплазматические отношения меньше 1,
имеют большой объем цитоплазмы и, следовательно, большое количество орга-
нелл. Они высоко дифференцированы и способны активно функционировать.
Способы репродукции клеток
Митоз
Митоз – это непрямое деление; кариокинез – универсальный способ де-
ления, благодаря которому ядерный материал распределяется поровну между
дочерними клетками.
Фазы митоза: профаза, метафаза, анафаза, телофаза.
Профаза. В ядре происходит конденсация хромосом, и они становятся
видимыми. Хромосомные нити, переплетаясь, образуют фигуру плотного
клубка (ранняя профаза) или рыхлого клубка (поздняя профаза). Ядрышки
уменьшаются в размере и исчезают. Ядерная оболочка распадается на фраг-
менты. Удвоившиеся в S-периоде центриоли расходятся к полюсам, и между
ними начинает формироваться веретено деления.
Метафаза. Хромосомы свободно лежат в цитоплазме. Они имеют фор-
му шпилек, концы их обращены к периферии клетки, а центромеры всех
хромосом располагаются в одной экваториальной плоскости так, что создает-
ся «материнская звезда». Между хроматидами определяется разделяющая их
щель. Завершается формирование веретена деления.
Анафаза. Происходит расщепление центромеров и расхождение хро-
матид к полюсам клетки при участии веретена деления.
Телофаза. Начинается с остановки разошедшихся хромосом. При этом
происходит восстановление нового ядра и ядрышек, а также деспирализация
хромосом дочерних клеток, которые включаются в синтетические процессы.
Происходит цитотомия.
Амитоз – прямое деление, которое часто встречается при патологии и у
стареющих клеток. Вначале происходит деление ядрышка путем перешну-
ровки, затем происходит перетяжка в ядре. Вслед за делением ядра осущест-
вляется цитотомия.
Различают: 1) генеративный амитоз, после которого дочерние клетки спо-
собны делиться митозом; 2) реактивный амитоз, вызванный неадекватным
воздействием на организм; 3) дегенеративный амитоз – деление, связанное с
процессами дегенерации клеток.
Эндорепродукция – это явление, при котором из митотического цикла
выпадает митоз. Она приводит к увеличению числа молекул ДНК, но новых
клеток при этом не образуется. Эндорепродукция может протекать в форме
эндомитоза. Эндомитоз – редупликация хромосом. Их расхождение происхо-
дит без разрушения ядерной оболочки, образования митотического аппарата
и цитотомии. В результате увеличивается количество хромосом и возникают
полиплоидные ядра (клетки печени).
Мейоз.
Мейоз – это способ клеточного деления, приводящий к образованию га-
плоидного набора хромосом. Он характерен только для половых клеток. Раз-
берем на примере сперматогенеза.
Сперматогенез осуществляется в 4 стадии: 1) размножение; 2) рост;
3) созревание; 4) формирование.
Клетка на стадии роста называется сперматоцитом первого порядка. В
этот период клетка растет, происходит синтетический (S) период интерфазы,
в течение которого происходит удвоение количества ДНК, и таким образом
клетка имеет диплоидный набор хромосом, но тетраплоидное количество
ДНК. Далее клетка вступает в длительную профазу первого деления мейоза и
претерпевает сложную перестройку, проходя стадии:
1) лептотенную(стадия тонких нитей)– начало конденсации хромосом;
2) зиготенную (стадия сливающихся нитей) – сближение и конъюгация
гомологичных хромосом;
3) похищенную (стадия толстых нитей) – на этой стадии происходит
кроссинговер – обмен генами;
4) диплотенную (стадия двойных нитей) – начинается отталкивание
гомологичных хромосом;
5) диакинез (стадия обособления двойных нитей).
Таким образом, на стадии роста происходит увеличение размера клетки и
подготовка к последующему мейотическому делению, которая заключается в
синтезе ДНК, и в результате кроссинговера происходит перекомбинация ге-
нов в гомологичных хромосомах.
Период созревания характеризуется наступлением двух быстро сле-
дующих друг за другом делений сперматоцитов первого порядка.
1. Первое деление созревания или мейоза приводит к образованию не
до конца разделенных сперматоцитов второго порядка.
2. Второе деление созревания или мейоза осуществляется сразу вслед за
первым (обычный митоз), когда сперматоциты второго порядка, не проходя син-
тетический (S) период, делятся (синтез ДНК происходит только перед первым
делением мейоза). В результате такого деления из сперматоцитов второго поряд-
ка образуются четыре сперматиды с гаплоидным набором хромосом.