2.8: клітинне ядро

Ядро – це оболонка органела, що міститься в більшості еукаріотичних клітин. Ядро є найбільшою органеллою в клітині і містить більшу частину генетичної інформації клітини (мітохондрії також містять ДНК, звану мітохондріальною ДНК, але вона становить лише невеликий відсоток загального вмісту ДНК клітини). Генетична інформація, яка містить інформацію про структуру та функції організму, знаходиться закодованою в ДНК у вигляді генів. Ген – це короткий сегмент ДНК, який містить інформацію для кодування молекули РНК або білкової нитки. ДНК в ядрі організована в довгі лінійні нитки, які прикріплені до різних білків. Ці білки допомагають ДНК згорнутися для кращого зберігання в ядрі. Подумайте, як струна щільно згортається, якщо ви крутите один кінець, утримуючи інший кінець. Ці довгі нитки згорнутої ДНК і білків називаються хромосомами. Кожна хромосома містить багато генів. Функція ядра полягає в підтримці цілісності цих генів і контролі діяльності клітини шляхом регулювання експресії генів. Експресія генів – це процес, за допомогою якого інформація в гені «декодується» різними молекулами клітин для отримання функціонального генного продукту, такого як молекула білка або молекула РНК. Ступінь намотування ДНК визначає, чи є нитки хромосоми короткими і товстими або довгими і тонкими. Між клітинними поділами ДНК в хромосомах більш вільно згорнута і утворює довгі тонкі нитки, звані хроматином. Перш ніж клітина ділиться, хроматинова котушка щільніше вгору і утворює хромосоми. Тільки хромосоми забарвлюються досить чітко, щоб їх було видно під мікроскопом. Слово хромосома походить від грецького слова chroma (колір), і soma (тіло), завдяки своїй здатності сильно фарбуватися барвниками.

Ядерна оболонка

Ядерна оболонка – це подвійна мембрана ядра, яка охоплює генетичний матеріал. Він відокремлює вміст ядра від цитоплазми. Ядерна оболонка виконана з двох ліпідних бішарів, внутрішньої мембрани і зовнішньої мембрани. Зовнішня мембрана суцільна з шорсткою ендоплазматичної сіткою. Багато крихітних отворів, які називаються ядерними порами, знаходяться в ядерній оболонці. Ці ядерні пори допомагають регулювати обмін матеріалами (такими як РНК та білки) між ядром та цитоплазмою.

Ядро

Ядро багатьох клітин також містить немембранну пов’язану органелу, звану ядерце, показану на малюнку нижче. Ядро в основному бере участь в збірці рибосом. Рибосоми – це органели, виготовлені з білка та рибосомної РНК (рРНК), і вони будують клітинні білки в цитоплазмі. Функція рРНК полягає в забезпеченні способу декодування генетичних повідомлень в межах іншого типу РНК (званої мРНК), в амінокислоти. Після вироблення в ядерці рибосоми експортуються в цитоплазму, де направляють синтез білка. Еукаріотичне клітинне ядро. На цій діаграмі видно подвійні мембрани ядерної оболонки, ДНК (у вигляді хроматину) і ядерця. Усередині клітинного ядра знаходиться в’язка рідина, яка називається нуклеоплазма, схожа на цитоплазму, знайдену поза ядром. Хроматин (який зазвичай невидимий), видно на цьому малюнку лише для того, щоб показати, що він поширюється по всьому ядру.

Резюме

• Ядро являє собою оболонку органелу, що міститься в більшості еукаріотичних клітин, яка зберігає генетичний матеріал (ДНК).
• Ядро оточене подвійним ліпідним бішаром, ядерною оболонкою, яка закладена ядерними порами.
• Ядро знаходиться всередині ядра, і там, де утворюються рибосоми.

Дізнатися більше

Використовуйте цей ресурс, щоб відповісти на наступні питання.

• Клітинне ядро за адресою http://micro.magnet.fsu.edu/cells/nucleus/nucleus.html.

1. Які ролі виконує ядро?
2. Що таке ядерна оболонка?
3. Опишіть хроматин.
4. Що таке ядерце?
5. Який тип молекул рухається в ядро через ядерні пори?

Рецензія

1. Яка роль ядра еукаріотичної клітини?
2. Опишіть ядерну мембрану.
3. Що таке ядерні пори?
4. Яку роль відіграє ядерце?

Ядро – определение, структура, схема и функции

Ядро — это мембраносвязанная органелла, обнаруженная в эукариотических клетках и содержащая генетический материал. Он отвечает за контроль роста, метаболизма и размножения клеток путем регулирования экспрессии генов.

Характеристики ядрышка

1. Структурный состав Ядрышко — это видная субструктура ядра эукариотических клеток, не ограниченная мембраной. Обычно он имеет сферическую форму и является местом синтеза рибосомальной РНК (рРНК) и биогенеза рибосом.
2. Расположение и внешний вид Находящееся внутри ядра ядрышко заметно темнее окружающей нуклеоплазмы при наблюдении под электронным микроскопом из-за плотного состава белков и нуклеиновых кислот.
3. Функция и активность Основная функция ядрышка — транскрипция рРНК и сборка рибосом — механизма клеточного синтеза белка. Он также участвует в модификации, процессинге и сворачивании пре-рРНК в зрелую рРНК.
4. Динамичная природа Размер и количество ядрышек в ядре клетки могут варьироваться в зависимости от метаболической активности клетки. Клетки, активно синтезирующие белки, обладают более крупными и многочисленными ядрышками.
5. Генетическая организация Ядрышко организовано вокруг ядрышковых организующих областей (ЯОР) на разных хромосомах, которые содержат гены рРНК. Эти области сходятся внутри ядрышка.
6. Транспорт и связь Хотя ядрышко лишено мембраны, оно проницаемо для молекул, участвующих в сборке рибосомы. Избирательное движение молекул в ядрышко и из него имеет решающее значение для его функции.
7. Влияние клеточного цикла Ядрышко разбирается в начале митоза и вновь собирается в дочерних ядрах, что указывает на его динамическую перестройку в течение клеточного цикла.

Таким образом, ядрышко является жизненно важной клеточной структурой, играющей центральную роль в процессе синтеза белка. Помимо своей основной роли в биогенезе рибосом, он участвует в различных других клеточных процессах, включая регуляцию клеточного цикла и реакции на стресс. Далее, учитывая его функции, ядрышко — это не просто статичный объект, а высокодинамичный и отзывчивый компонент ядра клетки.

Структура ядра/части ядра

1. Хроматин/хромосомы

• Структура и классификация хроматина В неделящемся состоянии хроматин клетки организован в длинные запутанные структуры. Этот хроматин можно разделить на два различных типа: гетерохроматин и эухроматин. Гетерохроматин, обычно расположенный рядом с ядерной мембраной, плотно упакован и транскрипционно неактивен. И наоборот, эухроматин представляет собой более тонкую и менее конденсированную форму хроматина, преобладающую в клетках, активно транскрибирующих ДНК.
• Ядерные тела и номенклатура хроматина Помимо хроматина, ядро ​​содержит различные немембраносвязанные образования, такие как тельца Кахаля и сплайсинговые пятна. Термин «хроматин» был введен Флеммингом в 1879 году, описав его как нитевидную сеть во время интерфаза клеточного деления. Эта сеть, или хроматиновая сеть, занимает большую часть ядерного пространства и состоит из вытянутых волокон хроматина диаметром примерно 250 Å.
• Динамика хроматина во время деления клеток Во время деления клеток волокна хроматина конденсируются с образованием хромосом, которые после деления превращаются в волокна хроматина. Эухроматин представляет собой активный хроматин во время интерфазы, тогда как гетерохроматин остается компактным и характеризуется пониженной активностью ДНК. Гетерохроматин далее делится на конститутивный и факультативный типы, причем первый является постоянно конденсированным, а второй – условно.
• Основная единица хроматина: нуклеосома. Нуклеосома, структурная единица хроматина, состоит из сегментов ДНК, намотанных вокруг ядер белков-гистонов. Такое расположение облегчает конденсацию ДНК для размещения внутри клетки, а также играет решающую роль в регуляции генов.
• Функции хроматина и хромосом
  • Упаковка ДНК: Хроматин уплотняет ДНК, чтобы она поместилась в ядре клетки, защищая генетический материал от повреждений и облегчая его хранение и транспортировку.
  • Регуляция экспрессии генов: Структура хроматина играет важную роль в экспрессии генов, влияя на доступность генов для транскрипционного аппарата.
  • Репликация и восстановление ДНК: Организация хроматина имеет решающее значение для синхронизации и точности механизмов репликации и восстановления ДНК во время деления клеток.
  • Сегрегация хромосом: Правильное выравнивание и сегрегация хромосом во время митоза и мейоза обеспечивается структурной целостностью хроматина.
  • Эпигенетическая наследственность: Модификации хроматина, такие как метилирование и ацетилирование, могут наследоваться последующими поколениями клеток, влияя на экспрессию генов и клеточную дифференцировку.

  2. Ядерная ДНК

  Ядерная ДНК находится в ядре эукариотических клеток и составляет большую часть генома организма. В отличие от внеядерной ДНК, обнаруженной в митохондриях (мтДНК) и хлоропластах (хпДНК), которые существуют в нескольких копиях из-за обилия органелл, ядерная ДНК обычно уникальна в каждой клетке. Эта ДНК сложно упаковывается в структуры хроматина с помощью белков-гистонов — процесс, не характерный для мтДНК и хпДНК.

  • Нуклеиновые кислоты и состав ДНК Нуклеиновые кислоты, включающие ДНК и РНК, являются важными макромолекулами, присутствующими во всех живых клетках. Они служат средой для генетической передачи из поколения в поколение. ДНК состоит из нуклеотидов — аденина (А), цитозина (С), гуанина (G) и тимина (Т), — расположенных в определенной последовательности с образованием двойной спирали. РНК отличается тем, что вместо тимина (Т) содержит урацил (U).
  • Геномные пропорции и внеклеточная ДНК Ядерная ДНК содержит значительную часть генетического материала клетки, а остальная часть расположена внеядерно в органеллах, таких как митохондрии и хлоропласты. Внеядерная ДНК, такая как хпДНК и мтДНК, присутствует в многочисленных копиях, что отражает множественность этих органелл внутри клетки, в отличие от одиночного ядра.
  • Структура хроматина и упаковка ДНК Ядерная ДНК конденсируется в хроматин посредством взаимодействия с гистонами, способствуя организации и уплотнению ДНК внутри ядра. Это структурное образование имеет решающее значение для регуляции экспрессии генов и репликации ДНК.
  • Функции ядерной ДНК
    • Хранение генетической информации: Ядерная ДНК — это хранилище генетической информации, разделенной на гены, определяющие структурные и функциональные атрибуты организма.
    • Экспрессия гена: Он служит матрицей для синтеза белков и РНК, при этом экспрессия генов тщательно регулируется структурой хроматина и другими молекулярными механизмами.
    • Репликация ДНК: Перед делением клетки ядерная ДНК дублируется, чтобы обеспечить дочерняя клетка наследует полный генетический набор. Этот процесс репликации строго контролируется для поддержания целостности генома.
    • Ремонт ДНК: Клетка использует множество стратегий для восстановления повреждений ядерной ДНК, вызванных воздействием окружающей среды, сохраняя таким образом стабильность генома.
    • Генетическая вариация: Мутации в ядерной ДНК способствуют генетическому разнообразию, эволюции и потенциально различным заболеваниям.
    • наследование: Путем полового размножения ядерная ДНК передается потомству, объединяя генетический материал обоих родителей для увеличения генетического разнообразия.

    3. Ядерные тела

    • Типы ядерных тел Помимо ядрышка, ядро ​​содержит еще несколько типов ядерных телец. К ним относятся:
      • Тела Кахаля: Участвует в созревании мяРНП и мяРНП, необходимых компонентов для сплайсинга.
      • Тела Близнецов Кахаля (Драгоценные камни): Связан с тельцами Кахаля и участвует в биогенезе мяРНП.
      • Домены полиморфной интерфазной кариосомной ассоциации (PIKA): Функции менее определены, но считается, что они участвуют в ядерной архитектуре.
      • Тела промиелоцитарного лейкоза (ПМЛ): Участвуют в различных процессах, включая восстановление ДНК и апоптоз.
      • Сращивание пятен: Содержат факторы сплайсинга пре-мРНК и участвуют в процессе сплайсинга.
      • Параспеклы: Играют роль в регуляции экспрессии генов, сохраняя РНК внутри ядра.
      • Перихроматиновые фибриллы: Связан с активными сайтами транскрипции.
      • Кластосомы: Участвует в деградации белков в ядре. Ядерные тела можно далее классифицировать в зависимости от их сложности на простые (типы I и II) и сложные (типы III, IVa и V).
      • Биогенез рибосом: Ядрышко играет центральную роль в производстве рибосом, которые необходимы для синтеза белка.
      • Процессинг РНК: Тельца, такие как тельца Кахаля, являются неотъемлемой частью созревания и модификации молекул РНК, что включает в себя сплайсинг, редактирование и транспортировку.
      • Ремонт ДНК: Такие сущности, как тельца PML, способствуют восстановлению и поддержанию ДНК, обеспечивая стабильность генома.
      • Транскрипционная регуляция: Определенные ядерные тельца, включая тельца PML и тельца Поликомба, регулируют экспрессию генов посредством ремоделирования хроматина и эпигенетических модификаций.
      • Стрессовая реакция: Ядерные тельца, такие как ядерные стрессовые тельца и параспеклы, образуются в ответ на клеточный стресс, секвестрируя белки и молекулы РНК как часть адаптивного ответа клетки.
      • Сигнализация: Ядерные спеклы облегчают сигнальные пути, обеспечивая связь между ядром и цитоплазмой.

      4. Ядерная матрица

      • Структурный состав ядерной матрицы Ядерный матрикс представляет собой волокнистую сеть внутри ядра, состоящую из белоксодержащих фибрилл, которые пересекаются, образуя структуру, подобную каркасу. Эту матрицу часто сравнивают со скелетом из-за ее роли в поддержании формы и целостности ядра, даже когда ДНК и хроматин извлечены.
      • Сравнение с цитоскелетом Аналогично цитоскелету, находящемуся в цитоплазме, ядерный матрикс обеспечивает структурную поддержку ядра. Однако он более динамичен по своей природе, чем цитоскелет. Ядерный матрикс охватывает ядерную пластинку, плотную волокнистую сеть, которая прилегает к ядерной оболочке и играет решающую роль в поддержании формы и размера ядра.
      • Динамическая природа ядерной матрицы Динамические характеристики ядерной матрицы позволяют ей адаптироваться к различным ядерным процессам. Это не статическая сущность, а скорее гибкая структура, которая приспосабливается к функциональным требованиям ядра.
      • Компоненты ядерной матрицы Ядерный матрикс включает ядерную пластинку, которая является неотъемлемой частью структурной организации ядра. Пластинка состоит из белков промежуточных филаментов и обеспечивает прочную, но гибкую границу, прилегающую к внутренней ядерной мембране.
      • Функции ядерной матрицы
        • Ядерная архитектура: Ядерный матрикс играет решающую роль в поддержании архитектуры ядра, обеспечивая стабильность его формы и структуры. Он также разделяет и организует ядерные компоненты, такие как хроматин и ядерные тельца.
        • Репликация ДНК и транскрипция: Ядерный матрикс, выступая в качестве каркаса, поддерживает сборку необходимого механизма для репликации и транскрипции ДНК, облегчая эти важные процессы.
        • Регуляция экспрессии генов: Ядерный матрикс, предоставляя структурную платформу для транскрипционных факторов и регуляторных белков, оказывает прямое влияние на экспрессию генов.
        • Хроматиновая организация: Матрица играет важную роль в организации хроматина, который имеет решающее значение для правильного функционирования генов и общей работы клеток.
        • Ядерный транспорт: Действуя как селективный барьер, ядерный матрикс регулирует движение молекул между ядром и цитоплазмой, влияя тем самым на механизмы ядерного транспорта.
        • Прогресс клеточного цикла: Во время критических фаз, таких как митоз и цитокинез, ядерный матрикс способствует регуляции клеточного цикла путем организации и разделения хромосом.

        5. Нуклеоплазма

        • Состав нуклеоплазмы Нуклеоплазма, также известная как кариоплазма, представляет собой студенистое вещество внутри ядерной оболочки. Он состоит в основном из воды, растворенных солей, ферментыи органические молекулы, создавая полуводную среду, подобную цитоплазме остальной части клетки.
        • Структурная функциональность Нуклеоплазма обеспечивает благоприятную среду для ядрышка и хроматина, смягчая эти структуры и защищая целостность ядра. Он также поддерживает форму ядра, гарантируя, что оно остается отдельной органеллой внутри клетки.
        • Молекулярный состав В нуклеоплазме находится множество важных компонентов, таких как нуклеотиды для синтеза ДНК и РНК, полимеразы, ионы металлов, таких как Mn++ и Mg++, а также белки, включая гистоны и негистоны. Эти элементы имеют решающее значение для сборки и функционирования ДНК, а также образования субъединиц рибосом.
        • Транспортно-обменный механизм Нуклеоплазма облегчает транспорт таких материалов, как ферменты и нуклеотиды, по ядру. Этот обмен регулируется ядерными порами, которые обеспечивают избирательный проход веществ между нуклеоплазмой и цитоплазмой.
        • Функции нуклеоплазмы
          • Экспрессия гена: Нуклеоплазма играет важную роль в экспрессии генов, обеспечивая платформу для транскрипционного аппарата, который преобразует ДНК в РНК.
          • Процессинг РНК: Он содержит ферменты и белки, необходимые для обработки РНК, включая важные этапы сплайсинга, кэпирования и полиаденилирования.
          • Ядерный транспорт: Нуклеоплазма является центром молекулярного движения, управляя движением молекул между ядром и цитоплазмой через ядерные поры.
          • Репликация и восстановление ДНК: Он предлагает молекулярные компоненты и среду, необходимые для репликации и восстановления ДНК, а также содержит набор ферментов и белков, предназначенных для этих процессов.
          • Хроматиновая организация: Нуклеоплазма способствует организации и поддержанию структуры хроматина, что жизненно важно для правильной экспрессии генов и клеточных операций.
          • Сигнализация: Он содержит сигнальные молекулы, такие как факторы транскрипции и ферменты, которые регулируют экспрессию генов в ответ на различные внутренние и внешние стимулы.

          6. Ядерная оболочка

          • Структурный обзор Ядерная оболочка, также известная как ядерная мембрана, представляет собой двойной липидный слой, окружающий ядро ​​клетки. Он служит барьером, отделяющим ядерное содержимое от цитоплазмы.
          • Состав и сходство с клеточной мембраной Ядерная оболочка, состоящая из двух липидных бислоев, аналогична клеточной мембране. Это сходство распространяется и на его функцию регулирования входа и выхода материалов, поддерживая ядро ​​как отдельный клеточный компартмент.
          • Ядерные поры и избирательная проницаемость В ядерную оболочку встроены ядерные поры — сложные структуры, которые управляют движением молекул между нуклеоплазмой и цитоплазмой. Избирательная проницаемость оболочки имеет решающее значение, поскольку она непроницаема для крупных молекул, что сохраняет ядерную среду.
          • Механизмы транспорта Ядерный транспорт макромолекул, таких как белки и РНК, облегчается активной транспортной системой, включающей белки-переносчики. И наоборот, прохождение небольших молекул и ионов происходит пассивно через ядерные поры в соответствии с градиентами концентрации.
          • Функции ядерной оболочки
            • Ядерная организация: Ядерная оболочка поддерживает целостность ядра, отделяя его компоненты от цитоплазмы и способствуя организации хроматина, ядрышек и ядерных телец.
            • Ядерный транспорт: Он играет ключевую роль в избирательном обмене молекул, используя ядерные поры для регулирования этого процесса и обеспечения правильного функционирования клеток.
            • Регуляция экспрессии генов: Контролируя доступ транскрипционных факторов и регуляторных белков, ядерная оболочка косвенно влияет на экспрессию генов.
            • Хроматиновая организация: Оболочка способствует пространственному расположению хроматина, тем самым влияя на экспрессию генов и общую функциональность ядра.
            • Репликация и восстановление ДНК: Он обеспечивает структурную основу для сборки необходимого оборудования для репликации и восстановления ДНК, обеспечивая стабильность генома.
            • Прогресс клеточного цикла: Во время критических фаз, таких как митоз и цитокинез, ядерная оболочка является неотъемлемой частью правильного разделения хромосом и развития клеточного цикла.

            7. Доли

            Ядро клетки, особенно заметное в некоторых лейкоцитах, может иметь морфологию, характеризующуюся отчетливыми долями. Эти доли представляют собой области внутри ядра, разделенные небольшими углублениями или перетяжками, что создает вид двух-, трех- или многодольных структур.

            • Классификация на основе количества долей Классификация ядра на двухдольное, трехдольное или многодольное определяется количеством присутствующих долей. Эта морфологическая характеристика особенно заметна у полиморфно-ядерных лейкоцитов, где количество долей может указывать на тип клетки и ее зрелость.
            • Биологическое значение дольчатых ядер
              • Ядерная организация: Сегментация ядра на доли облегчает организацию ядерного содержимого. Это позволяет пространственно разделить различные ядерные компоненты, что потенциально помогает регулировать экспрессию генов и ядерные процессы.
              • Регуляция экспрессии генов: дольчатая структура может способствовать регуляции экспрессии генов. Предполагается, что физическое разделение доменов хроматина внутри разных долей может коррелировать с разделением активных и неактивных генетических областей.
              • Взаимодействие ядерной оболочки: Доли могут иметь особые взаимодействия с ядерной оболочкой. Эти взаимодействия могут влиять на избирательный обмен молекулами между ядром и цитоплазмой, влияя на клеточные функции и передачу сигналов.
              • Дифференциация клеток: Лопастная конфигурация ядра часто связана с дифференцировкой определенных лейкоцитов. Количество и форма долей могут меняться по мере взросления клетки, что может быть ответом на функциональные требования в течение жизненного цикла клетки.

              8. Ядрышко

              Ядрышко впервые наблюдал Ф. Фонтана в 1781 в слизи кожи угря. Это открытие ознаменовало идентификацию ключевой клеточной структуры, которая присутствует в большинстве клеток, за исключением определенных. мышца клетки и мужские репродуктивные клетки.

              1. Морфология и присутствие Ядрышко обычно имеет сферическую форму, хотя существуют вариации. Количество ядрышек может различаться у разных организмов, и их присутствие является временным в течение клеточного цикла. Они разбираются во время деления клеток и собираются заново по завершении процесса в определенных хромосомных участках, известных как области ядрышковых организаторов (ЯОР).
              2. Структурный состав Ядрышко представляет собой безмембранное образование, целостность которого поддерживается ионами кальция. Он состоит из четырех отдельных регионов:
                 • Фибриллярная область: Эта область содержит нечеткие фибриллы, представляющие собой молекулу-предшественник рибосомальной РНК (рРНК) до ферментативной обработки.
                 • Зернистая область: Эта область состоит из почти зрелых рибосомальных субъединиц и характеризуется электронно-плотными гранулами.
                 • Аморфная область: Служа белковым матриксом, эта область удерживает зернистые и фибриллярные компоненты.
                 • Ядрышковый хроматин: Этот отдел, содержащий волокна хроматина, включает части ядрышковых хромосом, которые направляют синтез рРНК.
              3. Функциональные роли
                 • Биогенез рибосом: Ядрышко организует сборку рибосом путем синтеза и объединения субъединиц рРНК, которые позже образуют полные рибосомы, необходимые для синтеза белка.
                 • Транскрипция рРНК: РНК-полимераза I осуществляет транскрипцию рРНК внутри ядрышка, что является ключевым этапом образования рибосом.
                 • Обработка рРНК: В ядрышке находится необходимый ферментативный аппарат для обработки и модификации рРНК, включая расщепление и химические изменения.
                 • Сборка рибосомальных субъединиц: Это также место сборки рибосомальных субъединиц, интеграции рРНК и рибосомальных белков в прерибосомальные частицы.
                 • Регуляция клеточного цикла: Ядрышко играет роль в регуляции клеточного цикла, отслеживая клеточные сигналы, такие как повреждение ДНК и состояние питательных веществ, которые могут влиять на выработку рибосом и общий синтез белка.

              Схема ядра

              Другие ядерные тела, присутствующие в ядре

              Помимо хорошо известного ядрышка, в ядре находится несколько отдельных структур, известных как ядерные тельца. Эти тельца не однородны по составу и функциям, а скорее представляют собой организованные функциональные субдомены внутри нуклеоплазмы. Их присутствие подчеркивает сложность и высокоорганизованный характер ядерной среды.

              1. Тела и драгоценные камни Кахаля Тельца Кахаля, также известные как спиральные тельца, представляют собой плотные очаги внутри ядра, размер которых варьируется в зависимости от типа и вида клеток. Они участвуют в процессах, связанных с РНК, таких как созревание малых ядрышковых РНК (мяРНК) и малых ядерных РНК (мяРНК), а также модификация мРНК гистонов. Драгоценные камни, или тела Близнецов Кахаля, тесно связаны с телами Кахаля и имеют схожие размеры. Однако драгоценные камни характеризуются наличием белка выживания двигательных нейронов (SMN) и участвуют в биогенезе мяРНП.
              2. Домены PIKA и PML-ядерные тела Домены PIKA менее изучены, но идентифицируются как отдельные объекты внутри ядра, не связанные напрямую с активной репликацией ДНК или процессингом РНК. Они часто ассоциированы с доменами PTF, которые участвуют в транскрипции мяРНК. С другой стороны, PML-ядерные тельца, также известные как тельца Кремера или онкогенные домены PML, содержат белок промиелоцитарного лейкоза и участвуют в различных ядерных функциях, хотя их точная роль еще полностью не выяснена.
              3. Сращивание пятен Сплайсинговые спеклы обогащены факторами сплайсинга пре-мРНК и обнаруживаются в интерхроматиновых областях нуклеоплазмы. Эти структуры динамичны, их компоненты могут перемещаться между спеклами и другими ядерными местоположениями. Пятнышки связаны с усилением активности генов и функционально различаются в зависимости от их связи с генами-мишенями p53.
              4. Параспеклы Параспеклы представляют собой отсеки неправильной формы, которые изолируют ядерные белки и РНК и действуют как молекулярная губка, регулируя экспрессию генов. Они динамичны, изменяются в ответ на метаболическую активность клеток и зависят от транскрипции РНК Pol II.
              5. Перихроматиновые фибриллы и кластосомы Предполагается, что фибриллы перихроматина представляют собой участки активного процессинга пре-мРНК, видимые только под электронным микроскопом. Кластосомы, которые обычно не присутствуют в нормальных клетках, образуются в условиях высокого протеолитического уровня и содержат компоненты протеасомы, что указывает на их роль в деградации белка.

              Как внутри клетки формируются ядра, шаг за шагом объясните или последовательность действий?

              Формирование ядра внутри клетки происходит в процессе клеточного деления, которое включает репликацию и сегрегацию генетического материала. Вот пошаговые процедуры формирования ядра внутри клетки:

              1. интерфаза: Во время интерфазы клетка растет, реплицирует свою ДНК и готовится к клеточному делению. Генетический материал упакован в хроматин, рассеянный по всему ядру.
              2. профаза: во время профазы хроматин конденсируется в видимые хромосомы, которые становятся видимыми под микроскопом. Ядерная оболочка разрушается, и ядрышко исчезает.
              3. Метафаза: во время метафазы хромосомы выравниваются по экватору клетки, известному как метафазная пластинка, и волокна веретена прикрепляются к кинетохорам, которые представляют собой белковые структуры на хромосомах.
              4. анафаза: во время анафазы волокна веретена раздвигают сестринские хроматиды, разделяя их на два набора хромосом. Клетка удлиняется по мере того, как волокна веретена раздвигают полюса клетки.
              5. телофаза: во время телофазы хромосомы достигают противоположных полюсов клетки, и вокруг каждого набора хромосом начинает формироваться новая ядерная оболочка. Хроматин начинает деконденсироваться, и вновь появляется ядрышко.
              6. цитокинез: В клетках животных цитокинез включает образование борозды дробления, которая делит цитоплазму на две дочерние клетки. В растительных клетках цитокинез включает образование клеточной пластинки, которая со временем становится новой клеточная стенка.
              7. интерфаза: после завершения клеточного деления две дочерние клетки вступают в интерфазу, и снова начинается процесс клеточного роста и репликации ДНК.

              Как изучить Нуклеус?

              Изучение ядра внутри клетки может осуществляться с использованием различных методов и подходов в зависимости от конкретного решаемого вопроса. Вот некоторые распространенные методы, используемые для изучения ядра:

              1. Микроскопия: Структуру ядра можно визуализировать с помощью различных форм микроскопии, включая световую микроскопию, флуоресцентную микроскопию и электронную микроскопию. Эти методы могут выявить морфологию, организацию и состав ядра, а также локализацию определенных молекул внутри ядра.
              2. Биохимический анализ: Компоненты ядра могут быть извлечены и проанализированы с использованием биохимических методов, таких как очистка белков и секвенирование ДНК. Эти подходы могут дать представление о молекулярном составе и функциях ядра.
              3. Генетические манипуляции: Функцию ядра можно изучить, генетически манипулируя клетками, чтобы изменить экспрессию или активность определенных генов или белков. Это можно сделать с помощью таких методов, как нокдаун или нокаут гена, сверхэкспрессия или редактирование гена с использованием CRISPR/Cas9.
              4. Визуализация живых клеток: Поведение ядра в живой клетке можно изучить с помощью методов визуализации живых клеток. Это позволяет наблюдать в режиме реального времени за динамическими процессами, такими как ядерный транспорт, репликация ДНК и ремоделирование хроматина.
              5. Компьютерное моделирование: Поведение ядра можно смоделировать с помощью вычислительных моделей, включающих биофизические и биохимические принципы. Эти модели могут дать представление об основных механизмах, управляющих поведением ядра.

              Важные биологические реакции в ядре

              1. Транскрипция: инициация экспрессии генов Транскрипция — это основной этап экспрессии генов, включающий синтез информационной РНК (мРНК) из матрицы ДНК. Этот процесс происходит в ядре эукариотических клеток и катализируется фермент РНК-полимераза. Цепь матрицы ДНК считывается в направлении от 3’ к 5’, тогда как результирующая цепь мРНК формируется в направлении от 5’ к 3’. Эта цепь мРНК представляет собой комплементарную копию кодирующей цепи ДНК, в которой тимин заменен урацилом.
              2. Обработка РНК: посттранскрипционные модификации После транскрипции пре-мРНК претерпевает несколько модификаций внутри ядра. К ним относятся добавление 5′-кэпа, сплайсинг интронов и добавление поли-А-хвоста на 3′-конце. Эти модификации имеют решающее значение для стабильности и функциональности молекулы мРНК. Без этих модификаций мРНК быстро разлагалась бы в цитоплазме, предотвращая ее трансляцию в белок.
              3. Регуляция трансляции: роль рРНК и тРНК Хотя трансляция происходит в цитоплазме, ее регуляция глубоко укоренена в ядре. Рибосомальная РНК (рРНК) и транспортная РНК (тРНК) синтезируются в ядре и необходимы для процесса трансляции. рРНК составляют основу структуры рибосомы и выполняют функцию катализа синтеза белка. тРНК служат адаптерами, которые переводят кодоны мРНК в соответствующие аминокислоты.
              4. Репликация ДНК: дублирование генетического материала Репликация ДНК — это важнейший процесс, который гарантирует, что каждая новая клетка получит точную копию ДНК. Это происходит во время S-фазы клеточного цикла, предшествующей делению клеток. Процесс репликации является полуконсервативным, то есть каждая новая молекула ДНК состоит из одной исходной цепи и одной новой комплементарной цепи. Это точное дублирование имеет основополагающее значение для поддержания генетической целостности между поколениями клеток.
              5. Развитие клеточного цикла: подготовка к делению Ядро является неотъемлемой частью клеточного цикла. Репликация ДНК в ядре является подготовительным этапом к митозу или мейозу, гарантируя, что генетический материал точно разделится на дочерние клетки. Ядро управляет этими процессами, регулируя время и скорость репликации и деления.

              Функции ядра

              1. Регуляция синтеза структурных белков Ядро управляет синтезом структурных белков, которые имеют решающее значение для поддержания целостности клетки. Этот процесс гарантирует, что клетки сохраняют свою форму и функциональность.
              2. Метаболическая регуляция Ферментативные белки, синтезируемые под руководством ядра, регулируют обмен веществ в клетке. Таким образом, ядро ​​играет ключевую роль в управлении биохимическими процессами, поддерживающими жизнь.
              3. Хранилище генетической информации В ядре находится генетический материал, необходимый для размножения, развития и поведенческих качеств. Это генетическое хранилище имеет решающее значение для непрерывности существования и эволюционного прогресса организма.
              4. Репликация ДНК Репликация, фундаментальный клеточный процесс, происходит внутри ядра. Это гарантирует, что генетическая информация точно копируется и передается во время деления клеток.
              5. Формирование субъединицы рибосомы Ядро является местом формирования субъединицы рибосомы. Рибосомы необходимы для синтеза белка, переводя генетическую информацию в функциональные белки.
              6. Генетическая изменчивость и эволюция Генетические вариации, являющиеся движущей силой эволюции, развиваются внутри ядра, способствуя разнообразию жизни.
              7. Активация генов и дифференцировка клеток Ядро регулирует активацию генов, что играет важную роль в дифференцировке клеток. Это позволяет клеткам приобретать специализированные функции.
              8. Контроль наследственных характеристик Наследственные признаки контролируются ядром. Он действует как хранитель генетической программы организма, влияя на его наследственные характеристики.
              9. Синтез белка и клеточные функции Ядро отвечает за контроль синтеза белка, который является неотъемлемой частью деления, роста и дифференцировки клеток.
              10. Хранение хроматина и присутствие РНК Хроматин, комплекс ДНК и белка, хранится в ядре вместе с РНК, которая жизненно важна для различных клеточных процессов.
              11. Сайт транскрипции Ядро служит местом транскрипции, где синтезируется информационная РНК (мРНК) для производства белка.
              12. Формирование хромосом во время деления клеток Во время деления клетки волокна хроматина тщательно организуются в хромосомы внутри ядра.
              13. Производство рибосом Ядрышко, расположенное внутри ядра, отвечает за производство рибосом — клеточных «белковых фабрик».
              14. Селективный транспорт через ядерные поры Ядро избирательно транспортирует регуляторные факторы и молекулы энергии через свои поры, поддерживая клеточный гомеостаз.
              15. Регуляция роста и размножения клеток Ядро, являющееся хранилищем генетической информации, регулирует рост и размножение клеток, обеспечивая выживание клеточной линии.
              16. Торговля белками Белки транспортируются через ядро ​​с помощью сигнала ядерного экспорта, облегчая внутриклеточную коммуникацию и транспорт.
              17. Дупликация ДНК и деление клеток Ядро — это место, где инициируется репликация ДНК, приводящая к делению клеток, при котором каждая новая клетка наследует полный набор ДНК.
              18. Производство РНК Различные типы РНК производятся посредством транскрипции внутри ядра, которые необходимы для синтеза белка и других клеточных функций.
              19. Хромосомная организация Во время деления клетки ядро ​​распределяет хроматин на видимые хромосомы, обеспечивая точное генетическое распределение.

              Заболевания связаны с дефектами ядра

              1. рак: Рак часто вызывается мутациями в генах, которые регулируют рост и деление клеток. Эти мутации могут происходить в ядре, приводя к неконтролируемому росту клеток и образованию опухолей.
              2. Генетические нарушения: Многие генетические нарушения вызваны мутациями в генах, расположенных в ядре. Эти мутации могут влиять на структуру или функцию белков, что приводит к широкому спектру симптомов в зависимости от пораженного гена.
              3. Нейродегенеративные заболевания: Некоторые нейродегенеративные заболевания, такие как болезнь Альцгеймера и болезнь Гентингтона, вызываются накоплением аномальных белков в ядре и цитоплазме нейронов.
              4. Иммунодефицитные состояния: Некоторые иммунодефицитные состояния, такие как тяжелый комбинированный иммунодефицит (ТКИД), ​​вызываются мутациями в генах, которые регулируют развитие и функцию иммунных клеток в ядре.
              5. Progeria: прогерия — редкое генетическое заболевание, вызывающее преждевременное старение. Это вызвано мутацией гена LMNA, расположенного в ядре и кодирующего белок, который помогает поддерживать форму ядра.
              6. Мышечная дистрофия: Мышечная дистрофия — это группа генетических заболеваний, вызывающих прогрессирующую мышечную слабость и дегенерацию. Многие формы мышечной дистрофии вызваны мутациями в генах, расположенных в ядре и участвующих в функционировании и развитии мышц.

              Типы клеток на основе ядра

              В зависимости от наличия или отсутствия клеток выделяют несколько типов клеток. Многие разновидности описаны ниже:

              1. Одноядерная клетка: Он также известен как монокариотические клетки, которые представляют собой преимущественно растительные клетки с одним ядром.
              2. Двуядерная клетка: Также известна как дикариотическая клетка. Он включает два ядра одновременно. Примерами являются один парамеций (с мега- и микроядрами), балантидии, клетки печени и хрящевые клетки.
              3. Многоядерные клетки: Ее также называют многоядерной клеткой, поскольку она имеет более двух ядер одновременно. Например, латексные клетки растений и латексные трубки. поперечнополосатые мышечные клетки и клетки костного мозга у млекопитающих.
              4. Энуклеированные клетки: Клетки без ядра известны как энуклеированные клетки. Тем не менее, некоторые живые клетки, такие как зрелые ситовидные трубки флоэмы и зрелые эритроциты млекопитающих, лишены ядер.

              Рабочий лист ядра

              FAQ

              Что такое ядро?

              Ядро представляет собой связанную с мембраной органеллу, обнаруженную в эукариотических клетках и содержащую генетический материал в виде хромосом.

              Какова функция ядра?

              Ядро играет решающую роль в регуляции экспрессии генов, репликации ДНК и клеточного деления.

              Каково строение ядра?

              Ядро имеет двойную мембрану, известную как ядерная оболочка, которая заключает в себе нуклеоплазму, хроматин и ядрышко.

              Как хранится генетическая информация в ядре?

              Генетическая информация хранится в виде молекул ДНК, которые упаковываются в хроматин и организуются в хромосомы во время клеточного деления.

              Что такое ядрышко?

              Ядрышко — это подструктура ядра, участвующая в синтезе и сборке рибосом.

              Как ядро ​​взаимодействует с остальной клеткой?

              Ядро сообщается с остальной частью клетки через ядерные поры, которые обеспечивают обмен молекулами между ядром и цитоплазмой.

              Какова роль ядерной матрицы?

              Ядерный матрикс обеспечивает структурную поддержку ядра и помогает организовать хроматин.

              Что такое ядерные тела?

              Ядерные тельца — это специализированные структуры внутри ядра, которые участвуют в различных клеточных процессах, таких как процессинг РНК и репарация ДНК.

              Как ядро ​​реплицирует свою ДНК во время клеточного деления?

              Ядро реплицирует свою ДНК во время S-фазы клеточного цикла, которая включает в себя раскручивание двойной спирали, синтез новых нитей и перемотку спирали.

              Какие заболевания связаны с дефектами ядра?

              Дефекты ядра могут привести к различным заболеваниям, таким как рак, генетические нарушения и нейродегенеративные заболевания.

              1. Купер ГМ. Клетка: молекулярный подход. 2-е издание. Сандерленд (Массачусетс): Sinauer Associates; 2000. Глава 8, Ядро. Доступно по адресу: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK9845/
              2. https://www.biologyonline.com/dictionary/nucleus
              3. https://micro.magnet.fsu.edu/cells/nucleus/nucleus.html
              4. https://www.geeksforgeeks.org/nucleus/
              5. https://www.genome.gov/genetics-glossary/Nucleus