Клеточное ядро: особенности строения, функции ядра и значение для клетки

Особенности строения ядра

Ядро заполнено жидкостью и несколькими структурными элементами. Он содержит оболочку, набор хромосом, нуклеоплазму и ядрышко. Оболочка двухмембранная; между оболочками имеется перинуклеарное пространство.

Наружная мембрана по строению аналогична эндоплазматической сети. Он связан с отделением неотложной помощи, которое, кажется, ответвляется от ядерной оболочки. Рибосомы расположены вне ядра.

Внутренняя мембрана прочная, поскольку содержит пластинку. Он выполняет опорную функцию и выступает местом прикрепления хроматина.

Мембрана имеет поры, обеспечивающие обменные процессы с цитоплазмой. Ядерные поры состоят из транспортных белков, доставляющих вещества в кариоплазму путем активного транспорта. Только небольшие молекулы могут пассивно проходить через отверстия пор. Кроме того, каждая пора покрыта поросомой, регулирующей обменные процессы в ядре.

Число ядер в клетках разной специализации неодинаково. В большинстве случаев клетки мононуклеарные, но встречаются ткани, состоящие из многоядерных клеток (ткань печени или головного мозга). Есть клетки без ядра – это зрелые эритроциты.

У простейших имеется два типа ядер: одни отвечают за хранение информации, другие — за синтез белка.

Ядро может находиться в состоянии покоя (интерфазный период) или деления. При переходе в интерфазу он имеет вид шаровидного образования со множеством белых гранул (хроматина). Существует два типа хроматина: гетерохроматин и эухроматин.

Эухроматин — активный хроматин, сохраняющий деспирализованную структуру в покоящемся ядре и способный к интенсивному синтезу РНК.

Гетерохроматин – это участки хроматина, находящиеся в конденсированном состоянии. При необходимости он может перейти в эухроматическое состояние.

Цитологическим методом окраски ядра (по Романовскому-Гимзе) выявлено, что гетерохроматин меняет цвет, а эухроматин — нет. Хроматин состоит из нитей нуклеопротеина, называемых хромосомами. Хромосомы несут основную генетическую информацию каждого человека. Хроматин – форма существования наследственной информации в интерфазном периоде клеточного цикла; при делении преобразуется в хромосомы.

Строение хромосом

Каждая хромосома состоит из пары хроматид, параллельных друг другу и соединенных только в одном месте — центромере. Центромера делит хромосому на два плеча. В зависимости от длины плеч различают три типа хромосом:

• Равные плечи;
• разнообразие,
• плечо

Некоторые хромосомы имеют дополнительный участок, который прикрепляется к основному нитевидными связями – это сателлит. Спутники помогают идентифицировать разные пары хромосом.

Метафазное ядро ​​представляет собой пластинку, в которой расположены хромосомы. Именно в этой фазе митоза изучаются число и строение хромосом. Во время метафазы сестринские хромосомы перемещаются в центр и делятся на две хроматиды.

Строение ядрышка

Ядро содержит также немембранозное образование — ядрышко. Ядрышки представляют собой сжатые округлые тела, способные преломлять свет. Это основное место синтеза рибосомальной РНК и незаменимых белков.

Число ядрышек различно в разных клетках; они могут объединяться в крупное образование или существовать отдельно друг от друга в виде мелких частиц. При активации синтетических процессов объем ядрышка увеличивается. Он лишен оболочки и окружен конденсированным хроматином. Ядрышко также содержит металлы, главным образом цинк. Таким образом, ядрышко представляет собой динамичное, изменяющееся образование, необходимое для синтеза РНК и транспорта ее в цитоплазму.

Нуклеоплазма заполняет все внутреннее пространство ядра. Нуклеоплазма содержит ДНК, РНК, белковые молекулы и ферментативные вещества.

Сравнение с другими мембранными конструкциями

Core, стр. Его двойная мембранная структура является уникальной особенностью эукариотических клеток. Однако важно понимать, чем ядро ​​отличается от других мембранных структур клетки. Давайте рассмотрим две ключевые структуры: клеточную стенку и другие органеллы.

Клеточная стена

Клеточная стенка — это прочный внешний слой, присутствующий в растительных клетках, грибах и некоторых бактериях. Он обеспечивает структурную поддержку и защиту клетки. В отличие от ядра клеточная стенка не является мембранной структурой. Вместо этого он состоит из сложной сети целлюлозы, гемицеллюлозы и белков.

Клеточная стенка действует как барьер, предотвращающий разрыв клетки под действием осмотического давления. Он также помогает поддерживать форму клеток и обеспечивает механическую прочность. Напротив, ядро ​​отвечает в первую очередь за размещение генетического материала клетки и регулирование экспрессии генов.

Другие органеллы

Цитоплазма эукариотических клеток содержит различные мембраносвязанные органеллы, выполняющие специфические функции. Эти органеллы включают, среди прочего, эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи, митохондрии и лизосомы. Хотя эти органеллы имеют мембраны, их структура и функции отличаются от ядра.

Эндоплазматическая сеть (ЭР) представляет собой сеть взаимосвязанных мембран, участвующих в синтезе белка и метаболизме липидов. Он играет решающую роль в сворачивании, модификации и транспортировке белков. Гольджи, в свою очередь, отвечает за обработку, сортировку и упаковку белков для транспортировки к конечному пункту назначения.

Митохондрии часто называют «электростанцией клетки», поскольку они генерируют энергию посредством клеточного дыхания. Они имеют двойную мембранную структуру, похожую на ядро, но их функция различна. Митохондрии производят аденозинтрифосфат (АТФ), основную энергетическую валюту клетки.

С другой стороны, лизосомы представляют собой мембраносвязанные органеллы, участвующие во внутриклеточном пищеварении. Они содержат ферменты, расщепляющие различные молекулы, включая белки, нуклеиновые кислоты и углеводы. Лизосомы играют решающую роль в переработке клеточных компонентов и продуктов жизнедеятельности.

Хотя ядро ​​имеет общую характеристику наличия двойной мембраны с некоторыми органеллами, такими как митохондрии, оно уникально в своей роли контрольного центра клетки. Ядро отвечает за хранение и защиту ДНК клетки и регулирование экспрессии генов. Понимание сходств и различий между ядром и другими мембранными структурами помогает нам оценить сложность и разнообразие клеточной организации.
Заключение

В заключение отметим, что ядро ​​— важная органелла, обнаруженная в эукариотических клетках и фактически имеющая двойную мембрану. Эта двойная мембрана, известная как ядерная оболочка, играет решающую роль в защите генетического материала, хранящегося в ядре. Он состоит из внешней мембраны и внутренней мембраны с небольшим пространством между ними, называемым перинуклеарным пространством.

Ядерная оболочка пронизана ядерными порами, которые обеспечивают обмен молекул между ядром и цитоплазмой. Двойная мембранная структура ядра важна для поддержания целостности генетического материала и регулирования потока молекул в ядро ​​и из него. Понимание структуры и функции ядра имеет фундаментальное значение для понимания сложности клеточных процессов и организации генетической информации.

Важность двойной мембраны в ядре

Ядро, часто называемое «центром управления клеткой», играет решающую роль в различных клеточных процессах.Одной из характерных особенностей ядра является его двойная мембранная структура, известная как ядерная оболочка. Эта двойная мембрана необходима для правильного функционирования ядра и выполняет несколько важных ролей.

Специфические функции белка

Двойная мембрана ядра отвечает за содержание специфических белков, которые необходимы для различных клеточных функций. Эти белки включают ядерные транспортные рецепторы, белки ядерной оболочки и компоненты комплекса ядерных пор. Эти белки работают вместе, регулируя движение молекул в ядро ​​и из него.

Селективный транспорт молекул

Двойная ядерная мембрана действует как селективный барьер, позволяя только определенным молекулам проникать в ядро ​​или выходить из него. Этот избирательный транспорт необходим для поддержания целостности и функциональности ядра. Комплексы ядерных пор, встроенные в ядерную оболочку, облегчают транспорт таких молекул, как РНК, белки и сигнальные молекулы.

Регуляция экспрессии генов

Другая важная роль двойной ядерной мембраны — регуляция экспрессии генов. Ядро содержит ДНК, которая несет генетическую информацию организма. Ядерная оболочка помогает организовывать и регулировать этот генетический материал, обеспечивая физический барьер, отделяющий ДНК от остальной части клетки, позволяя точно контролировать экспрессию генов.

Ядерная стабильность

Двойная мембранная структура ядра также способствует стабильности. Внутренняя и внешняя ядерные мембраны вместе с ядерной пластинкой обеспечивают структурную поддержку ядра. Эта стабильность необходима для сохранения целостности генетического материала и защиты его от повреждений.

Таким образом, двойная мембрана ядра, известная как ядерная оболочка, играет важную роль в различных клеточных процессах. Это облегчает выполнение специфических функций белка, избирательный транспорт молекул, регуляцию экспрессии генов и обеспечивает стабильность ядра. Понимание важности этой двойной мембранной структуры имеет решающее значение для понимания сложной функции ядра и ее важности в клеточной биологии.

Виды ядер

Клетки обычно диплоидны, то есть имеют пару: два набора гомологичных хромосом и, следовательно, две копии каждого гена или генетического локуса.

Локус — это термин, используемый для обозначения того, где на хромосоме расположен конкретный ген. Это физическое расположение полиморфизма гена или ДНК на хромосоме.

Клетки могут быть гаплоидными, диплоидными, полиплоидными или анеуплоидными:

1. Гаплоидные клетки имеют только один набор хромосом в сперме или яйцеклетке.
2. Диплоидные клетки. Большинство клеток животных и растений диплоидны. Они получили одну хромосому от матери и одну хромосому от отца.
3. Полиплоидные клетки содержат более двух наборов гомологичных хромосом.
4. Анеуплоидные клетки имеют атипичное количество хромосом: они могут иметь одну или две дополнительные хромосомы или могут терять хромосомы. Это ненормально и может быть признаком рака.

Большинство клеток человека диплоидны, и только гаметы (т.е сперматозоиды и яйцеклетки) гаплоидны. Гаплоидные клетки содержат вдвое меньше хромосом, чем диплоидные клетки. Диплоидная клетка человека содержит всего 46 хромосом (2n = 46), поэтому гаплоидная клетка будет содержать 23 хромосомы (n = 23).

Кариотип – это индивидуальный набор хромосом. Этот термин также относится к лабораторному методу, позволяющему получать изображения хромосом человека. Кариотип используется для поиска аномального числа или структуры хромосом.

Структура ядра

Ядро — важная органелла, обнаруженная в эукариотических клетках. Он действует как центр управления клеткой, содержит генетический материал и координирует различные процессы клеточной активности. Изучим строение ядра и состав его оболочки.

Ядро как органелла

Ядро — это отдельный отсек внутри клетки, отвечающий за хранение и защиту ДНК. Его часто называют «командным центром» клетки, поскольку он регулирует экспрессию генов и контролирует деятельность клетки.

Ядро окружено двойной мембраной, называемой ядерной оболочкой, которая отделяет его содержимое от остальной части клетки. Ядерная оболочка состоит из внутренней ядерной мембраны и внешней ядерной мембраны с узким пространством между ними, называемым перинуклеарным пространством.

Внутри ядра есть несколько отдельных областей, выполняющих разные функции, включая ядрышко, отвечающее за производство рибосом, и нуклеоплазму, содержащую ДНК и различные белки, участвующие в регуляции генов.

Мембранный состав ядра

Ядерная оболочка, также известная как ядерная мембрана, состоит из двух липидных бислоев. Каждый бислой состоит из фосфолипидов, белков и холестерина. Эти мембраны по структуре аналогичны плазматической мембране, окружающей всю клетку.

Ядерная оболочка усеяна ядерными порами, которые представляют собой крупные белковые комплексы, обеспечивающие транспорт молекул в ядро ​​и из него. Эти ядерные поры играют решающую роль в регулировании движения белков, РНК и других молекул между ядром и цитоплазмой.

Внутренняя ядерная мембрана связана с сетью белков, называемой ядерной пластинкой, которая обеспечивает структурную поддержку ядра. Ядерная пластинка помогает поддерживать форму ядра и участвует в различных ядерных процессах, включая репликацию ДНК и экспрессию генов.

Процесс ядерного транспорта включает распознавание и связывание специфических сигналов с белками, известных как сигналы ядерной локализации (NLS) и сигналы ядерного экспорта (NES). Эти сигналы направляют белки к соответствующим транспортным рецепторам, которые облегчают их перемещение через ядерную оболочку.

Вкратце, ядро ​​представляет собой высокоорганизованную органеллу с двойной мембраной, известной как ядерная оболочка. Эта оболочка состоит из внутренней и внешней ядерной мембраны, разделенных перинуклеарным пространством. Ядерная оболочка содержит ядерные поры, которые обеспечивают регулируемый транспорт молекул между ядром и цитоплазмой. Внутренняя ядерная мембрана соединена с ядерной пластинкой, которая обеспечивает структурную поддержку ядра. Понимание структуры ядра имеет решающее значение для раскрытия его сложных функций в клеточных процессах.

Различия между ядерными мембранами в растительных и животных клетках

О ядерных мембранах клеток животных и дрожжей известно гораздо больше, чем о клетках растений, но благодаря недавним исследованиям пробел в знаниях сокращается. В ядерных мембранах растений отсутствуют многие белки, присутствующие в ядерных мембранах клеток животных, но в них есть другие белки поровых мембран, уникальные для растений.

В клетках животных есть центросомы — структуры, которые помогают организовывать ДНК, когда клетка готовится к делению; растения не имеют этих структур и, по-видимому, полностью полагаются на ядерную мембрану для организации во время деления клеток. Дальнейшие исследования позволят ученым лучше понять уникальность ядерных мембран растительных клеток.

• цитоплазма – весь материал клетки, за исключением ядра.
• ядро — это центральная структура клетки, содержащая генетический материал клетки.
• Липидный бислой – двойной слой липидных молекул; Наружная клеточная мембрана и ядерная оболочка состоят из липидного бислоя.
• рибосома – структура в клетке, вырабатывающая белки. Некоторые рибосомы прикреплены к внешней части ядерной оболочки.

Функции ядра в клетке

1. Принимает участие в синтезе белка и рибосомальной РНК.
2. Регулирует функциональную активность клетки.
3. Сохранение генетической информации, ее точное воспроизведение и передача потомству.

Функции двойной мембраны ядра.

Ядро, часто называемое «центром управления клеткой», играет решающую роль в различных клеточных процессах. Отличительной особенностью ядра является его двойная мембрана, также известная как ядерная оболочка. Эта двойная мембрана выполняет несколько важных функций, необходимых для правильного функционирования клетки. Давайте рассмотрим некоторые из этих особенностей подробно.

Разделение хромосом и защита

Ядерная оболочка, состоящая из внутренней и внешней мембраны, действует как физический барьер, отделяющий ядро ​​от остальной части клетки. Это разделение необходимо для организации и защиты генетического материала в ядре. Внутренняя мембрана ядерной оболочки тесно связана с хроматином — комплексом ДНК и белков, составляющих хромосомы. Эта ассоциация помогает хромосомам сохранять организованность и предотвращает их смешивание с другими клеточными компонентами.

Кроме того, ядерная оболочка образует защитный слой вокруг хромосом, защищая их от потенциально вредных молекул или процессов в цитоплазме. Эта защита необходима для поддержания целостности и стабильности генетического материала, для обеспечения точной передачи генетической информации во время деления клеток.

Регуляция молекул между ядром и цитоплазмой

Двойная ядерная мембрана также играет решающую роль в регулировании движения молекул между ядром и цитоплазмой. Хотя ядерная оболочка действует как барьер, она содержит специализированные структуры, называемые комплексами ядерных пор, которые обеспечивают избирательный транспорт молекул. Эти ядерные поры действуют как привратники, контролируя проход белков, молекул РНК и других важных молекул в ядро ​​и из него.

Комплексы ядерных пор состоят из белков, которые образуют каналоподобную структуру, позволяющую транспортировать молекулы на основе специфических сигналов. Например, белки, предназначенные для ядра, содержат сигнал ядерной локализации (NLS), который действует как «паспорт», позволяющий их распознавать и транспортировать через ядерную пору. Точно так же молекулы, которые необходимо транспортировать из ядра, имеют сигнал ядерного экспорта (NES), который облегчает их экспорт.

Сохранение генетического материала

Другая важная функция двойной ядерной мембраны — поддержание организации и целостности генетического материала. Ядерная оболочка связана с сетью белков, называемой ядерной пластинкой, которая обеспечивает структурную поддержку ядра. Эта сеть помогает поддерживать форму ядра и обеспечивает правильную организацию генетического материала.

Кроме того, белки ядерной оболочки играют роль в регуляции процессов репликации и репарации ДНК. Они помогают координировать деятельность ферментов, участвующих в этих процессах, обеспечивая точное дублирование и сохранение генетического материала.

Контроль экспрессии генов

Двойная ядерная мембрана также помогает регулировать экспрессию генов. Этот термин относится к процессу, посредством которого информация, закодированная в генах, используется для производства функциональных молекул, таких как белки. Ядерная оболочка содержит белки, которые участвуют в контроле экспрессии генов, влияя на доступность генов для транскрипционного аппарата.

Эти белки могут взаимодействовать с определенными участками хроматина, стимулируя или ингибируя экспрессию генов. Регулируя доступность генов, ядерная оболочка помогает контролировать выработку белков и других молекул, необходимых для различных клеточных процессов.

Таким образом, двойная мембрана ядра, известная как ядерная оболочка, выполняет несколько функций, критически важных для функционирования клетки. Он разделяет и защищает генетический материал, регулирует движение молекул между ядром и цитоплазмой, поддерживает организацию и целостность генетического материала и влияет на экспрессию генов. Эти особенности подчеркивают важность двойной мембраны для обеспечения эффективного и точного функционирования ядра.

Структура ядра

В состав ядра входят ядерная оболочка, нуклеоплазма, хромосомы и ядрышко.

Ядерная мембрана

Ядерная мембрана представляет собой двойную мембрану, окружающую ядро ​​клетки.

Ядерная мембрана представляет собой двухслойную структуру, окружающую содержимое ядра. Наружный слой мембраны соединен с эндоплазматической сетью. Как и клеточная мембрана, ядерная оболочка состоит из фосфолипидов, которые образуют липидный бислой.

Оболочка помогает поддерживать форму ядра и помогает регулировать поток молекул в ядро ​​и из него через ядерные поры. Ядро сообщается с остальной частью клетки или цитоплазмой через несколько отверстий, называемых ядерными порами.

Ядерная пора — это канал в ядерной оболочке, выстланный белком, который регулирует транспорт молекул между ядром и цитоплазмой.

В эукариотических клетках ядро ​​отделено от цитоплазмы и окружено ядерной оболочкой. Эта оболочка защищает ДНК, находящуюся в ядре. Несмотря на этот барьер, связь между ядром и цитоплазмой все же существует. Эта связь регулируется ядерными порами. Эти поры имеют истинный диаметр около 100 нм, но из-за присутствия ключевых регуляторных белков истинный размер щели составляет около 9 нм.

Этот небольшой размер контролирует прохождение молекул в ядро ​​и из него. Более крупные молекулы, такие как более крупные белки и нуклеиновые кислоты, не могут пройти через эти поры, поэтому функция ядерной оболочки заключается в избирательном отделении ядерного содержимого от цитоплазматического содержимого.

Таким образом, ядерные поры являются местом обмена крупных молекул (белков и РНК) между ядром и цитоплазмой.
Между двумя слоями ядерной мембраны имеется заполненное жидкостью пространство или перинуклеарное пространство.

Ядерная пластинка

Механическую поддержку ядра обеспечивает ядерная пластинка. Это белковая сеть, более организованная на внутренней поверхности ядра, чем на поверхности цитоплазмы.

Нуклеоплазма

Нуклеоплазма – это желеобразное вещество внутри ядерной оболочки.

Этот полуводный материал, также называемый кариоплазмой, напоминает цитоплазму и состоит в основном из воды с растворенными в ней солями, ферментами и органическими молекулами.

Ядрышко и хромосомы окружены нуклеоплазмой, которая размягчает и защищает содержимое ядра.
Нуклеоплазма также поддерживает ядро, помогая сохранять его форму. Кроме того, он обеспечивает среду, через которую такие материалы, как ферменты и нуклеотиды (субъединицы ДНК и РНК), могут транспортироваться по ядру. Обмен веществами между цитоплазмой и нуклеоплазмой происходит через ядерные поры.

Ядрышко

Внутри ядра находится плотная безмембранная структура, состоящая из РНК и белков, называемая ядрышком.

Некоторые эукариотические организмы имеют ядро, содержащее до четырех ядрышек. Под микроскопом они выглядят как большое плотное пятно внутри ядра.

Ядрышко содержит ядрышковые организаторы — части хромосом с генами синтеза рибосом в них. Ядрышко помогает синтезировать рибосомы путем транскрипции и сборки субъединиц рибосомальной РНК. Эти субъединицы соединяются вместе, образуя рибосому во время синтеза белка.

Ядрышко исчезает, когда клетка подвергается делению, и восстанавливается после завершения деления клетки.

Хромосомы

Ядро – это органелла, содержащая хромосомы.

Хромосомы представляют собой нитевидные структуры, расположенные внутри ядра клеток животных и растений. Каждая хромосома состоит из белка и молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Передаваемая от родителей потомству ДНК содержит информацию, которая делает каждый вид живого существа уникальным. Хромосомы присутствуют в виде нитей ДНК и гистонов (белковых молекул), называемых хроматином.

Хроматин – это вещество в хромосоме, состоящее из ДНК и белка.

ДНК несет в себе генетические инструкции из ада. Основными белками ядра хроматина являются гистоны, которые помогают упаковать ДНК в компактную форму, которая помещается внутри ядра клетки. Изменения структуры хроматина связаны с репликацией ДНК и экспрессией генов.

ДНК содержит информацию о наследственности и инструкции по росту, развитию и размножению клеток.

ДНК

ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) — генетический материал человека и почти всех других организмов.

Почти каждая клетка человеческого тела имеет одинаковую ДНК. Большая часть ДНК находится в ядре клетки (где она называется ядерной ДНК), но небольшое количество ДНК также можно найти в митохондриях (где она называется митохондриальной ДНК или мтДНК). Митохондрии — это структуры внутри клеток, которые преобразуют энергию пищи в форму, которую клетки могут использовать.

Информация в ДНК хранится в виде кода, состоящего из четырех химических оснований: аденина (А), гуанина (Г), цитозина (Ц) и тимина (Т). ДНК человека состоит примерно из 3 миллиардов оснований, и более 99% этих оснований одинаковы у всех людей. Порядок или последовательность этих оснований определяет информацию, доступную для построения и поддержания организма.

Основания ДНК соединяются вместе, A и T, C и G, образуя единицы, называемые парами оснований. Каждое основание также присоединено к молекуле сахара и молекуле фосфата. Вместе основание, сахар и фосфат называются нуклеотидом. Нуклеотиды расположены в две длинные цепи, образующие спираль, называемую двойной спиралью. Структура двойной спирали чем-то напоминает лестницу: пары оснований образуют ступени лестницы, а молекулы сахара и фосфата — вертикальные стороны лестницы.

Важным свойством ДНК является то, что она может реплицироваться, т е создавать копии самой себя. Каждая цепь ДНК в двойной спирали может служить матрицей для дублирования последовательности оснований. Это очень важно, когда клетки делятся, поскольку каждая новая клетка должна иметь точную копию ДНК, присутствующую в старой клетке.

Читайте также: Осадочные горные породы — условия происхождения, типы