Клеточное ядро

 

Ядро было открыто и описано в 1833 г. английским ботаником Р. Броуном. Ядро имеется во всех эукариотических клетках, за ис­ключением зрелых эритроцитов и ситовидных трубок растений. Клетки, как правило, имеют одно ядро, но иногда встречаются многоядерные клетки. Форма ядра шаровидная или овальная.

В некоторых клетках встречаются сегментированные ядра. Диа­метр ядер колеблется от 3 до 10 мкм.

Ядро необходимо для жизни клетки: регулирует ее активность. В ядре хранится наследственная информация, заключенная в мо­лекуле ДНК. Эта информация благодаря ядру в процессе деления передается дочерним клеткам. Ядро определяет специфичность белков, синтезируемых в клетке, в нем содержится множество белков, необходимых для обеспечения перечисленных функций, а также синтезируется РНК.

Ядро окружено ядерной оболочкой, отделяющей его от цито­плазмы, содержит кариоплазму (ядерный сок), одно или несколько ядрышек, хроматин (рис. 3.31).

Ядерная оболочка состоит из двух мембран. В ней имеются поры, играющие важную роль в переносе веществ в цитоплазму и из нее. Поры не являются постоянными образованиями. Их число меняет­ся в зависимости от функциональной активности ядра. Число пор увеличивается в период наибольшей ядерной активности. Ядерная оболочка связана непосредственно с эндоплазматической сетью.

На наружной мембране ядерной оболочки с внешней стороны находятся рибосомы, синтезирующие специфические белки, ко­торые образуются только на рибосомах ядерной оболочки.

Ядерный сок (кариоплазма) — это внутреннее содержимое ядра, представляющее собой раствор белков, нуклеотидов, ионов, бо­лее вязкий, чем гиалоплазма. В нем присутствуют также фибрил­лярные белки. В кариоплазме находятся ядрышки и хроматин. Ядер­ный сок обеспечивает нормальное функционирование генетиче­ского материала.

Ядрышки — обязательный компонент ядра, обнаруживаются в интерфазных ядрах и представляют собой мелкие тельца шаро­видной формы. Ядрышки имеют большую плотность, чем ядро. В них происходит синтез рибосомальной и других видов РНК, а также образование субъединиц рибосом.

Возникновение ядрышек связано с определенными зонами хромосом, называемыми ядрышковыми организаторами. От по­следних зависит число ядрышек. В них содержатся гены рРНК.

Хроматин (окрашенный материал) — плотное вещество ядра, хорошо окрашиваемое основными красителями. В состав хромати­на входят молекулы ДНК в комплексе с белками (гистонами и негистонами), РНК.

В неделящихся (интерфазных) ядрах хроматин может равно­мерно заполнять объем ядра, находясь в деконденсированном со­стоянии. Этот диффузный хроматин (эухроматин) генетически активен. Молекулы ДНК, содержащий наслед­ственную информацию, способны уд­ваиваться при репликации, и возмож­на передача (транскрипция) генетиче­ской информации с ДНК на иРНК.

Иногда в интерфазном ядре видны глыбки хроматина, представляющие собой участки конденсированного хро­матина (гетерохроматина). Это неак­тивные участки. Например, в клетках женского организма, где присутству­ют две Х-хромосомы, одна находится в активном диффузном, а вторая — в неактивном, конденсированном состо­янии.

Во время деления ядра хроматин окрашивается интенсивнее, происхо­дит его конденсация — образование более спирализованных (скрученных) нитей, называемых хро­мосомами.

Хромосомы синтетически неактивны. Строение хромосом луч­ше всего изучать в момент их; наибольшей конденсации, т.е. в метафазе и начале анафазы митоза.

Каждая хромосома в метафазе митоза состоит из двух хроматид, образовавшихся в результате редупликации и соединенных центромерой (первичной перетяжкой). В центральной части цент­ромеры находятся кинетохоры, к которым во время митоза при­крепляются микротрубочки нитей веретена.

В анафазе хроматиды отделены друг от друга. Из них образу­ются дочерние хромосомы, содержащие одинаковую генетиче­скую информацию. Центромера делит хромосому на два плеча. Хромосомы с равными плечами называют равноплечими, или метацентрическими, с плечами неодинаковой длины — нерав­ноплечими, или субметацентрическими, с одним коротким и вторым почти незаметным палочковидными, или акроцентрическими.

Некоторые хромосомы имеют вторичную перетяжку, отделя­ющую спутник. Вторичные перетяжки называют ядрышковыми организаторами. В них в интерфазе происходит образование яд­рышка. В ядрышковых организаторах находится ДНК, отвечающая за синтез рРНК. Плечи хромосом оканчиваются участками, назы­ваемыми теломерами, не способными соединяться с другими хро­мосомами. Число, размер и форма хромосом в наборе у разных видов могут варьировать.

Совокупность признаков хромосомного набора называют кариотипом. Хромосомный набор специфичен и постоянен для особей каждого вида. У человека 46 хромосом, у мыши — 40 и т.д. В соматических клетках, имеющих диплоид­ный набор хромосом, они парные. Их называют гомологичными. Одна хромосома в паре происходит от материнского организма, другая - от отцовского.

Изменения в структуре хромосом или в их числе возникают в результате мутаций.

Каждая пара хромосом в наборе индивидуальна. Хромосомы из разных пар называют негомологичными.

В кариотипе различают половые хромосомы (у человека это Х-хромосома и У-хромосома) и аутосомы (все остальные).

Половые клетки имеют гаплоидный набор хромосом.

Основу хромосомы составляет молекула ДНК, связанная с бел­ками (гистонами и др.) в нуклеопротеид.

 

 

Половое размножение

Строение половых клеток

Половое размножение характеризуется наличием полового про­цесса, при котором происходит слияние гаплоидных половых кле­ток (гамет), образовавшихся в результате мейоза. Следствием это­го является неповторимость каждой особи в любой популяции, размножающейся половым путем Некоторые одноклеточные и многоклеточные организмы мо­гут размножаться бесполым путем. Другие организмы, чтобы не погибнуть, периодически осуществляют половой процесс.

У высших животных при половом размножении, сопровожда­ющемся оплодотворением, осуществляется не только передача наследственной информации, но большую роль играет эндокрин­ная регуляция процессов гаметогенеза и сложные преобразова­ния. связанные с дроблением зиготы, развитием, дифференцировкой органов и тканей.

До оплодотворения происходит образование гамет. У млекопи­тающих они формируются в половых железах в результате гамето­генеза.

Гаметы — это высокодифференцированные клетки, содержа­щие наследственную информацию, необходимую для развития организма. Женские гаметы — яйцеклетки — неподвижны, имеют ядро, цитоплазму, питательный материал (желток). По содержа­нию желтка клетки могут быть алецитальными, изолецитальными, телолецитальными, центролецитальными

Алецитальные яйцеклетки содержат очень мало желтка. Они характерны для плацентарных млекопитающих и для человека.

Изолецитальные яйцеклетки мелкие, с небольшим количеством равномерно распределенного желтка. Такие яйцеклетки свойствен­ны хордовым, двустворчатым и брюхоногим моллюскам.

Телолецитальные яйцеклетки могут быть с умеренным или с большим содержанием желтка. Яйцеклетки рыб и земноводных имеют умеренное содержание желтка. Он находится на одном из полюсов, названном вегетативным. Полюс, не содержащий желт­ка, называется анимальным.

Пресмыкающиеся, птицы имеют телолецитальные яйцеклетки с очень большим содержанием желтка. На анимальном полюсе находится зародышевый диск с ядром и цитоплазмой без желтка. На вегетативном полюсе желтка много.

В центролецитальных яйцеклетках желток находится вокруг ядра. По пе­риферии клетки расположена свобод­ная от желтка цитоплазма. Такие яйцек­летки характерны для членистоногих.

Мужские половые клетки — сперма­тозоиды — очень мелкие, они способ­ны двигаться. Сперматозоиды млекопи­тающих имеют головку, шейку и хвост. Головка содержит ядро и не­много цитоплазмы. На переднем конце головки находится акросома (видоиз­мененный комплекс Гольджи), содер­жащая ферменты для растворения обо­лочки яйцеклетки при оплодотворении. В шейке есть центриоли и митохондрии. От шейки отрастает хвост, представля­ющий собой жгутик, необходимый для передвижения.