Біологія 10 клас

Терміни та поняття: ядро, ядерна оболонка, хроматин, ядерце, хромосоми, ядерцевий організатор, каріоплазма (ядерний сік), нуклеоїд.

Який вигляд має ядро. Еукаріотична клітина відрізняється від прокаріотичної наявністю ядра, у якому міститься ДНК, що утворює генетичний апарат клітини. Ядро зазвичай розміщується в центрі клітини і займає близько 20 % її об’єму. У круглих клітинах воно має кулеподібну форму, у видовжених — еліпсоподібну, а ядрам деяких лейкоцитів або клітин павутинних залоз павуків притаманна химер на форма: вони здатні поділятися на кілька сегментів, що сполучаються, тому їх називають багатолопатевими.

Мал. 197. Рибосома, що рухається по РНК

Мал. 198.Схема будови ядра: 1 — ядерна оболонка; 2 — рибосоми; 3 — ядерні пори; 4 — ядерце; 5 — хроматин; 6 — ядро; 7 — ендоплазматична сітка;

Більшість клітин має одне ядро, але трапляються й багатоядерні клітини. В інфузорії туфельки клітина містить два ядра: велике й мале. Одне з них бере участь у метаболічних процесах, а інше є місцем зберігання спадкової інформації. У міцелію грибів (грибниці) між клітинами зникають поперечні стінки, тому утворюється одна величезна клітина з великою кількістю ядер. Подібна структура спостерігається і в клітинах посмугованої м’язової тканини, які виникли внаслідок злиття багатьох клітин. Багатоядерні клітини є в кістковому мозку і в печінці людини, де відбувається інтенсивний синтез білків. Відомі й без’ядерні клітини. Зокрема, юні еритроцити ссавців на момент свого дозрівання втрачають ядро, після чого живуть близько 120 днів і не здатні до розмноження (поділу). У клітинах деревини, з яких утворюються спеціальні капілярні трубки, що слугують для транспортування води від коренів до листків, відбувається відмирання цитоплазми й ядра. Оболонки цих клітин поступово набирають спеціальної речовини, відтак у клітинах гасне життя, і вони перетворюються на міцні механічні структури. (Наведіть приклади різної форми та кількості ядер у клітинах різноманітних тканин різних організмів. Поясніть ці факти.)

Ядро як апарат керування клітиною. Майже відразу після відкриття ядра (пригадайте, хто і коли вперше описав ядро), ще до формування клітинної теорії, висловлювалися припущення щодо провідної ролі ядра у процесах росту й розвитку клітини та організму. Наступні дослідження й спеціальні експерименти на живих клітинах підтвердили це припущення й довели, що ядро є центром керування клітиною. Найвідоміші такі експерименти:

• якщо із заплідненого яйця жаби одного виду мікрохірургічним шляхом видалити ядро, а на його місце помістити ядро жаби іншого, досить близького виду, то із цього ядра розів’ється жабеня другого, а не першого виду;

• якщо в амеби акуратно видалити ядро, вона житиме від одного дня до двох тижнів і протягом цього часу не здатна рости й ділитися. Якщо ж видалити цитоплазму, залишивши лише невелику облямівку навколо ядра, то протягом одного-двох тижнів цитоплазма відновиться й амеба житиме і розмножуватиметься, як і раніше. Цей експеримент довів, що клітина без ядра не здатна не лише розмножуватися, а й жити тривалий час.

Мал. 199.Мікрофотографії клітин, у яких добре помітні ядра

(Чи відомі вам інші експерименти, результати яких підтверджують провідну роль ядра у клітині?)

Які функції ядра в клітині. Ви вже знаєте, що ядро зберігає спадкову інформацію і забезпечує її передачу від материнської клітини дочірнім. Саме з молекул ДНК за участю молекул іРНК інформація про структуру білків переносить ся до місця їхнього синтезу на мембранах зернистої ендоплазматичної сітки. Спадкова інформація, що зберігається в ядрі, може змінюватись унаслідок мутацій. Це забезпечує спадкову мінливість.

У ядрі за участю ядерець формуються частини рибосом. Як ви вже знаєте, ці органели беруть участь у синтезі білків. Таким чином, завдяки реалізації спадкової інформації, закодованої у вигляді послідовності нуклеотидів молекули ДНК, ядро регулює біохімічні, фізіологічні та морфологічні процеси, які відбуваються в клітині.

Будова ядра. Ядро складається з компонентів, що є неодмінними для всіх клітин, а отже, має загальний план будови. У ядрі розрізняють: ядерну оболонку, хроматин (від грец. хрома — колір), ядерце і каріоплазму (від грец. каріон — ядро і плазма) (мал. 198, 199).

Ядерна оболонка добре помітна у світловий мікроскоп, вона має вигляд чіткої темної межі, що проходить навколо ядра. В електронний мікроскоп ядерну оболонку можна розглянути детально. Вона складається з двох шарів елементарної плазматичної мембрани (зовнішньої, яка є продовженням ендоплазматичної сітки, та внутрішньої), між ними знаходиться порожнина. Ядер на оболонка містить отвори — пори (мал. 200), які в жодному разі не є дірками в загальному розумінні, а мають певну складну структуру, і організовані спеціальними білками. Крізь пори до цитоплазми клітини надходять молекули іРНК і рибосоми. При цьому крізь ядерну оболонку в обох напрямках відбувається дифузія іонів і низькомолекулярних сполук.

Хроматин — це щільна речовина ядра, що зазвичай має вигляд переплутаних тонких ниток, які можна побачити навіть у світловий мікроскоп. Детальне вивчення їх структури за допомогою арсеналу сучасних методів виявило, що хроматин нагадує намисто, намистинки якого — це специфічні білки, а нитки — молекули ДНК. Під час поділу клітини, коли відбувається руйнування ядерної оболонки, нитки хроматину ущільнюються, коротшають, і у світловий мікроскоп можна побачити компактні щільні структури — хромосоми (від грец. хрома — колір і сома — тіло) (мал. 201 ).

Ядер це — добре помітне у світловий мікроскоп овальне або округле тільце, що міститься в середині ядра, воно не має власної мембранної оболонки. У ядрі може бути кілька ядерець, і відповідно до стану клітини їх кількість змінюється. У молодих клітинах, де обмін речовин інтенсивніший, кількість ядерець завжди більша. Ядерця розміщуються в певному місці ядра — ядерцевих організаторах.

Мал. 200.Мікрофотографія ядра за допомогою електронного мікроскопа, на якій добре помітні ядерні пори (блакитний колір)

Мал. 201.Схема будови хромосоми на початку клітинного поділу: 1 — кінцева частина; 2 — центромера; 3 — коротке плече;

4 — довге плече. Звичайно хромосома складається з однієї молекули ДНК, однак перед поділом клітини вона обов’язково має подвійну структуру

За даним цитохімічних та біохімічних досліджень основним компонентом ядерця є білок: на його долю припадає близько 70-80 % від сухої ваги. Окрім білку у складі ядерця було виявлено нуклеїнові кислоти: РНК (5-14 %) та ДНК (2-12 %).

У 50-х роках ХХ століття при вивченні ультраструктури ядерець в їх складі було виявлено гранули, подібні за своїми якостями з цитоплазматичними гранулами рибонуклеопротеїдної природи, з рибосомами.

Каріоплазма (ядерний сік) — це напіврідка безструктурна рідина, яка за повнює порожнину між хроматином і ядерцями. У ній містяться білкові фібрили і молекули PHK.

Що собою являє генетичний апарат прокаріотів. Клітини прокаріотів мають лише нуклеоїд (від лат. нуклеус — ядро і грец. еідос — вид) — структуру, подібну ядра еукаріотів — «ядерну область», позбавлену будь-яких мембран і яка розміщується не в центрі клітини, а біля зовнішньої оболонки. Незважаючи на те, що нуклеоїд не має постійної форми, його можна добре розгледіти в електронний мікроскоп, а також при спеціальному забарвленні розпізнати під світловим мікроскопом. Генетичний матеріал прокаріотів — це молекула ДНК, що має замкнену кільцеву форму. Крім того, до складу нуклеоїда також входять РНК і білки, серед останніх — білки, що упаковують ДНК, як гістони в ядрі еукаріотичної клітини. Ядро зберігає спадкову інформацію і забезпечує її передачу від материнської клітини дочірнім. Від цитоплазми ядро відокремлене подвійною мембраною і містить ДНК та спеціальні білки, з яких формується хроматин.

У прокаріотів є подібна до ядра структура — нуклеоїд, яка являє собою одну замкнену в кільце молекулу ДНК.

Використовуючи сайт ви погоджуєтесь з правилами користування

Віртуальна читальня освітніх матеріалів для студентів, вчителів, учнів та батьків.

Наш сайт не претендує на авторство розміщених матеріалів. Ми тільки конвертуємо у зручний формат матеріали з мережі Інтернет які знаходяться у відкритому доступі та надіслані нашими відвідувачами.

Якщо ви являєтесь володарем авторського права на будь-який розміщений у нас матеріал і маєте намір видалити його зверніться для узгодження до адміністратора сайту.

Ми приєднуємось до закону про авторське право в цифрову епоху DMCA прийнятим за основу взаємовідносин в площині вирішення питань авторських прав в мережі Інтернет. Тому підтримуємо загальновживаний механізм “повідомлення-видалення” для об’єктів авторського права і завжди йдемо на зустріч правовласникам.

Копіюючи матеріали во повинні узгодити можливість їх використання з авторами. Наш сайт не несе відподвідальність за копіювання матеріалів нашими користувачами.

ТЕМА 2. СТРУКТУРА КЛІТИНИ

Пригадайте функції ядра клітини. Що таке хромосоми? Що таке ген? Які будова і функції нуклеїнових кислот? Що вивчає наука систематика? Які білки називають глобулярними, а які – фібрилярними? Які рослини називають однодомними та дводомними? Яка будова та функції рибосом?

Ядро – обов’язкова складова будь-якої еукаріотичної клітини. У ньому зберігається спадкова інформація. Ядро регулює процеси життєдіяльності клітин. Лише деякі типи клітин еукаріотів у зрілому стані позбавлені ядра. Це, зокрема, еритроцити більшості ссавців, ситоподібні трубки вищих рослин. У таких клітинах ядро формується на початкових етапах розвитку, а потім руйнується. Втрата ядра супроводжується нездатністю клітини до розмноження.

У багатьох клітин є лише одне ядро, але є клітини, які містять декілька або багато ядер (інфузорії, форамініфери, деякі водорості, гриби, посмуговані м’язові волоконця тощо).

Ядро складається з поверхневого апарату і внутрішнього середовища (матриксу) (мал. 70. І). Поверхневий апарат ядра утворений двома мембранами – зовнішньою та внутрішньою, між якими є заповнений рідиною щілиноподібний простір. У деяких місцях зовнішня мембрана з’єднана із внутрішньою навколо мікроскопічних отворів – ядерних пор (мал. 70. ІІ). Отвір пори заповнений білковими структурами. Зокрема, до складу цього комплексу входить білок-рецептор, здатний взаємодіяти з речовинами, які проходять через пору.

Поверхневий апарат ядра забезпечує регуляцію транспорту речовин, які проходять через нього. Із цитоплазми всередину ядра надходять синтезовані в ній білки. Натомість з ядра до цитоплазми транспортуються різні типи молекул РНК. Білки ядерної пори забезпечують впізнавання, сортування та транспорт різних сполук.

Мал. 70. І. Будова ядра: 1 – оболонка ядра; 2 – ядерна пора; 3 – ядерце; 4 – нитки хроматину.

ІІ. Поверхневий апарат ядра: 1 – мікрофотографія, зроблена за допомогою сканувального електронного мікроскопа (помітні ядерні пори); 2 – схема будови: а) зовнішня мембрана; б) внутрішня мембрана; в) ядерна пора

Кожному типу клітин властиве постійне співвідношення між об’ємами ядра та цитоплазми (ядерно-цитоплазматичне співвідношення). Адже ядро певного об’єму може забезпечувати процеси біосинтезу білків лише у відповідному об’ємі цитоплазми. Тому в клітинах великих розмірів або з посиленою інтенсивністю обміну речовин часто є від двох до кількох тисяч ядер.

Поверхневий апарат ядра функціонально контактує з мембранами ендоплазматичної сітки (мал. 71). На поверхні зовнішньої ядерної мембрани може бути розташована велика кількість рибосом.

Внутрішнє середовище ядра – ядерний матрикс – складається з ядерного соку, ядерець і ниток хроматину (див. мал. 70). Хроматин (від грец. хроматос – фарба) – ниткоподібні структури ядра, утворені здебільшого з білків та нуклеїнових кислот. Під час поділу клітини нитки хроматину ущільнюються і з них формуються компактні тільця – хромосоми (мал. 72).

Ядерний сік (каріоплазма, або нуклеоплазма) за будовою та властивостями нагадує цитоплазму. У ньому є білкові фібрили (нитки), які утворюють особливий внутрішній скелет ядра. Він сполучає різні структури: ядерця, нитки хроматину, ядерні пори тощо. Білки матриксу забезпечують певне просторове розташування хромосом, а також впливають на їхню активність.

Ядерця – щільні структури, які складаються з комплексів РНК з білками, хроматину і гранул, які слугують попередниками складових рибосом (див. мал. 55). У ядрі може бути від одного до багатьох ядерець (наприклад, у яйцеклітинах риб), які формуються на особливих ділянках хромосом. Функції ядерця полягають в утворенні рРНК і складових рибосом, які згодом виходять у цитоплазму.

Функції ядра. Ядро зберігає спадкову інформацію і забезпечує її передачу від материнської клітини дочірнім. Крім того, воно є своєрідним центром керування процесами життєдіяльності клітини, зокрема, регулює процеси біосинтезу білків. Саме в ядрі з молекул ДНК на молекули мРНК переписується інформація про структуру білків. Згодом ця інформація передається до місця їхнього синтезу. В ядрі за участю ядерець утворюються складові рибосом.

Мал. 71. Функціональний зв’язок ядра з іншими мембранними органелами

Мал. 72. І. Хромосоми людини (фото, зроблене за допомогою сканувального мікроскопа). ІІ. Різні стани хроматину (схема): 1 – ущільнений; 2 – неущільнений

Запам’ятаємо: завдяки реалізації спадкової інформації, закодованої в молекулі ДНК, ядро регулює біохімічні, фізіологічні й морфологічні процеси, які відбуваються в клітині.

У деяких ОДНОКЛІТИННИХ тварин, як-от інфузорії, є ядра двох типів: генеративні та вегетативні. Ядра першого типу забезпечують зберігання та передачу спадкової інформації, другого – регулюють процеси біосинтезу білків.

Яка будова хромосом? Основу хромосоми становить дволанцюгова молекула ДНК, зв’язана з ядерними білками (мал. 73). Крім того, до складу хромосом входять РНК та ферменти, необхідні для подвоєння молекул ДНК або синтезу молекул РНК.

Молекули ДНК у хромосомах розташовані певним чином. Ядерні білки утворюють особливі структури – нуклеосоми (від лат. нуклеус – ядро та грец. сома – тіло), навколо яких наче накручені нитки ДНК. Кожна нуклеосома складається з восьми білкових глобул. Особливі білки зв’язують нуклеосоми між собою. Така організація забезпечує компактне розміщення молекул ДНК у хромосомах, оскільки довжина цих молекул у розгорнутому стані значно перевищує довжину хромосом. Наприклад, довжина хромосом під час поділу клітини в середньому становить 0,5-1 мкм, а розгорнутих молекул ДНК – декілька сантиметрів і більше. Таке пакування молекули ДНК дає їй змогу ефективно керувати процесами біосинтезу білків, процесами власного самоподвоєння, захищає від пошкоджень під час поділу клітини.

Кожна хромосома складається з двох поздовжніх частин – хроматид, що з’єднані між собою у ділянці, яку називають зоною первинної перетяжки (центромерою) (мал. 74). Вона поділяє хромосоми на дві ділянки – плечі. На центромері формується білкова структура – кінетохор (грец. кінео – рухаюсь та хорео – іду вперед). Під час поділу клітини до кінетохора приєднуються нитки веретена поділу, що забезпечує впорядкований розподіл окремих хроматид або цілих хромосом між дочірніми клітинами.

Кожна з хроматид містить по молекулі ДНК з подібним набором спадкової інформації. Під час поділу клітини хроматиди розходяться до дочірніх клітин, а в період між двома поділами – число хроматид знову подвоюється. Це відбувається завдяки здатності молекул ДНК до самоподвоєння. Пригадайте: хромосоми містять гени – ділянки молекули ДНК, із закодованою інформацією про будову молекул білка або РНК.

Мал. 73. Взаємодія ядерних білків і молекул ДНК у складі нитки хроматину

Запам’ятаємо: підрахувати кількість хромосом та розглянути особливості їхньої будови за допомогою мікроскопа можливо лише під час поділу клітини. У період між послідовними поділами хромосоми розкручуються до ниток хроматину.

Кінцеві ділянки хромосом мають назву теломери (мал. 75). Вони захищають молекулу ДНК. Щоразу, коли самі хромосоми подвоюються в період між поділами клітини, їхні кінцеві ділянки не подвоюються. Якби не теломери, які не мають у своєму складі активних генів, то під час кожного поділу клітини хромосоми швидко б втрачали важливу генетичну інформацію. Адже з кожним поділом клітини хромосоми втрачають на своїх кінцях маленьку ділянку молекули ДНК (50-100 пар нуклеотидів) і тому вкорочуються. Лише в деяких типів клітин (наприклад, стовбурових) утрачена ділянка теломер відновлюється за допомогою особливого ферменту. Учені вважають, що вкорочення теломер є однією з причин процесу старіння.

Що таке каріотип? Клітини кожного виду тварин, рослин, грибів мають певний набір хромосом. Сукупність ознак хромосомного набору (кількість хромосом, їхня форма і розміри) називають каріотипом (від грец. каріон – ядро горіха і типос – форма) (мал. 76). Кожному виду притаманний свій каріотип. Наприклад, у нестатевих клітинах мухи-дрозофіли всього 8 хромосом (4 пари), людини – 46 (23 пари), у морських одноклітинних тварин – радіолярій – до 1600.

Мал. 74. Схема будови хромосоми

Деякі хромосоми мають ще і вторинну перетяжку, де розташовані гени, які відповідають за утворення ядерець.

Мал. 75. Теломери (1) на кінцях хромосом

Мал. 76. Каріотипи різних тварин: 1 – щуки; 2 – курки; 3 – кішки; 4 – саламандри

Якщо кількість гомологічних хромосом перевищує дві, то такі хромосомні набори належать до поліпло- їдних (від грец. поліс – численний): триплоїдних (3n), тетраплоїдних (4n) тощо.

Постійність каріотипу забезпечує існування видів. Особливий каріотип особин одного виду дає їм змогу паруватися між собою, залишати життєздатних нащадків і зазвичай унеможливлює їхнє парування з особинами інших. Якщо ж таке парування і відбувається, то нащадки або взагалі не утворюються, або ж вони нежиттєздатні чи нездатні до розмноження.

Хромосомний набір ядра може бути гаплоїдним, диплоїдним або поліплоїдним. У гаплоїдному (від грец. гаплоос – поодинокий) наборі (його умовно позначають 1n) усі хромосоми відрізняються одна від одної за будовою. У диплоїдному (від грец. диплоос – подвійний) наборі (2n) кожна хромосома має парну, подібну за розмірами та особливостями будови; їх називають гомологічними. Відповідно хромосоми, які не належать до певної пари, не гомологічні одна до одної.

У роздільностатевих тварин і дводомних рослин в особин однієї зі статей хромосоми однієї з пар різняться між собою, тоді як в особин іншої – вони подібні. Це статеві хромосоми, які ще називають гетерохромосомами (від грец. гетерос – інший). Хромосоми інших пар, які подібні у всіх особин, називають нестатевими, або аутосомами (від грец. аутос – сам). Так, у хромосомному наборі жінки – дві Х-хромосоми, а чоловіка – одна Х-хромосома та одна Y-хромосома (мал. 77). Зрозуміло, якщо аутосоми мають подібний набір генів, то в Х- та Y-хромосомах він різний.

Мал. 77. Каріотип людини (чоловіка) (цифрами позначено пари гемологічних хромосом )

Мал. 78. Два види хом’яків: китайський (1) та даурський (2), які подібні зовні, але різняться за особливостями каріотипу

Будову каріотипу застосовують у систематиці організмів для розпізнавання близьких за будовою видів, яких важко розпізнати за особливостями зовнішньої будови. Так, два близькі види хом’яків (китайський і даурський) дуже подібні за будовою і відрізняються лише за набором хромосом (відповідно 22 і 20 у диплоїдному наборі) (мал. 78). Крім того, вивчення каріотипу дає змогу встановлювати ступінь історичної спорідненості між організмами.

Ключові терміни та поняття:

ядро, ядерце, хроматин, хромосоми, центромера, каріотип, аутосоми, гетерохромосоми.

1. Із чого складається поверхневий апарат ядра? 2. Яка будова ядерної пори? Які її функції? 3. Що собою становить матрикс ядра? 4. Що таке хроматин? 5. Які будова та функції ядерець? 6. Що ви знаєте про функції ядра в клітині? 7. Що таке каріотип? Чим він характеризується?

Ядро – обов’язкова складова будь-якої еукаріотичної клітини. Воно складається з поверхневого апарату і внутрішнього середовища – ядерного матриксу. Ядерний матрикс складається з ядерного соку, ядерець і ниток хроматину.

Хроматин – ниткоподібні структури ядра, утворені з білків і нуклеїнових кислот.

Кожна хромосома складається з двох хроматид, які сполучені між собою у ділянці первинної перетяжки.

Клітини кожного виду еукаріотів мають свій особливий набір хромосом – каріотип.

1. Чому еукаріотичні клітини, які втратили ядро, нездатні до поділу?

2. Чому існування видів залежить від стабільності їхніх каріотипів?

Клітинне ядро

Клітинне ядро (лат. nucleus) — мембранна органела клітини, яка міститься в еукаріотичних клітинах і містить генетичний матеріал у формі ДНК. Ядро — це контрольний центр клітини, який регулює експресію генів, реплікацію ДНК і поділ клітини. [1] [2] [3]

Клітинне ядро в розрізі: схематичне зображення Органели клітини: схематичне зображення Схематичне представлення клітинного ядра, ендоплазматичного ретикулума і комплексу Гольджі. (1) Ядро клітини. (2) Пори ядерної мембрани. (3) Шорсткий (гранулярний) ендоплазматичний ретикулум. (4) Гладкий (агранулярний) ендоплазматичний ретикулум. (5) Рибосоми на поверхні щорсткого ендоплазматичного ретикулума. (6) Білки, що транспортуються. (7) Транспортні везикули. (8) Комплекс Гольджі.

Ядро оточене подвійною мембраною, яка називається ядерною мембраною (оболонкою), яка перфорована ядерними порами, які забезпечують обмін молекулами між ядром і цитоплазмою. Усередині ядра ДНК упакована в хроматин, який під час поділу клітини організовується в окремі одиниці, які називаються хромосомами. Ядро також містить ядерце, яке бере участь у збірці рибосом, та інші структури, такі як ядерна пластинка, яка допомагає підтримувати структуру ядра.

Типова еукаріотичні клітина містить 1 ядро, хоча є винятки — в еритроцитах ядро відсутнє, а деякі типи клітин мають декілька чи багато ядер, такі як міоцити, остеокласти; чи клітини деяких видів грибків [4] та найпростіших [5] .

Ядро відіграє важливу роль у багатьох клітинних процесах, включаючи розвиток, метаболізм і реакцію на сигнали навколишнього середовища. Вивчення клітинного ядра має величезне значення для розуміння фундаментальних процесів, які керують клітинними функціями та розвитком. [1] [2] [3]

Oops something went wrong: