Строение клетки: ядерный аппарат

У всех ли клеток имеется ядро?

При изучении ядра клетки более корректно использовать понятие «ядерный аппарат», поскольку у клеток бактерий оформленного ядра не имеется. Именно поэтому бактерии относят к прокариотам, или доядерным организмам (см. § 11). Оформленное ядро, состоящее из ядерной оболочки, ядерного матрикса и ядрышка, есть в клетках эукариот (растений, животных, грибов). Однако даже у этих организмов ядро выражено не во все периоды жизненного цикла клетки, а только в период интерфазы. Во время деления клетки ядро разрушается.

Строение ядерного аппарата. Ядерный аппарат неделящихся (интерфазных) клеток эукариотических организмов представлен оболочкой ядра, ядерным матриксом (его иногда называют ядерным соком, кариолимфой), хроматином и ядрышками (рис. 11). Обычно в клетке имеется одно ядро, иногда два (например, у инфузории-туфельки) или несколько ядер (в мышечных клетках или клетках грибов). Форма ядра различных клеток неодинакова: может быть округлой, овальной, бобовидной, палочковидной и др. Место расположения ядра варьирует в разных клетках. Оно может находиться в центре клетки или на периферии, как, например, в жировых клетках, клетках растений.

Ядерный аппарат клетки
Рис. 11. Ядерный аппарат клетки

Ядерная оболочка обнаруживается только под электронным микроскопом. Она состоит из двух мембран – наружной и внутренней. Мембраны разделены межмембранным пространством. Межмембранное пространство заполнено веществом, сходным с содержимым ЭПС.

Наружная мембрана ядерной оболочки составляет единое целое с мембранами шероховатой эндоплазматической сети, на ее поверхности расположены рибосомы. Внутренняя мембрана ядерной оболочки гладкая.

Ядерные поры, образованные белковыми гранулами и фибриллами, обеспечивают избирательный перенос веществ из цитоплазмы в ядро и обратно. Ядерные поры более многочисленны в ядрах активно функционирующих клеток и отсутствуют, например, в ядрах сперматозоидов.

Таким образом, оболочка не только ограничивает содержимое ядра. но и обеспечивает связь ядра с цитоплазматическими структурами.

Ядерный матрикс содержит воду и ряд растворенных и взвешенных в ней веществ: РНК, ферменты, ионы, продукты обмена веществ. В ядерном матриксе выделяется своеобразный ядерный скелет, состоящий из фибриллярной сети, пронизывающей все ядро. Здесь находятся хроматин и ядрышко.

Хроматин состоит из комплекса ДНК и белка. Он обнаруживается в ядре клеток в виде мелких зернышек и глыбок. В действительности хроматин не является самостоятельной структурой. Это хромосомы, но только сильно деспирализованные в период интерфазы.

Хромосомы. В период интерфазы хромосомы представляют собой длинные, очень тонкие перекрученные нити. Под микроскопом они неразличимы как индивидуальные структуры. Таким образом, в неделящейся клетке хромосомы не видны, а зрительно обнаруживаются лишь зернышки и глыбки, которые условно называются хроматином. Репликация (самоудвоение) ДНК хроматина и спирализация тонких нитей происходят перед началом деления клетки. Затем спирализация хромосом продолжается на начальных стадиях деления клетки (профазе митоза), и хромосомы приобретают форму толстых нитей, палочек. Строение одной и той же хромосомы на равных ее участках неоднородно. В хромосомах различают первичную перетяжку (центромеру), делящую хромосому на два плеча (см. рис. 11). Первичная перетяжка (центромера) – это наименее спирализованная часть хромосомы. Место перетяжки у разных хромосом различно, но у каждой пары хромосом постоянное. Во время деления клетки к месту первичной перетяжки прикрепляются нити веретена деления. Некоторые хромосомы имеют вторичную перетяжку, располагающуюся вблизи одного из концов хромосомы.

Установлено, что каждому биологическому виду соответствуют определенное число и форма хромосом. Иначе говоря, число хромосом (n) и характерные особенности их строения являются видовым признаком. Так, в ядре каждой соматической клетки лошадиной аскариды имеются 2 хромосомы, у мухи дрозофилы – 8, у человека – 46 (см. рис. 11).

Все хромосомы, за исключением половых, парные, или гомологичные. Например, у человека всего 23 пары хромосом, из них 22 пары гомологичные (как у мужчин, так и у женщин). Хромосомы 23-й пары (половые хромосомы) гомологичны только у женщин. У мужчин половые хромосомы не гомологичны, они отличаются по форме, размеру, нуклеотидному составу. Гомологичные хромосомы имеют одинаковую форму, размеры, нуклеотидный состав, а значит, и одинаковые гены; у них совпадает расположение центромеры. Пары гомологичных хромосом имеются только в диплоидных клетках.

Пары гомологичных хромосом образуются при оплодотворении. Одна из каждой пары хромосом принадлежит яйцеклетке, другая попадает при оплодотворении с мужской половой клеткой.

Диплоидный набор (2n) хромосом имеют неполовые клетки, их называют соматическими. Совокупность всех хромосом любой клетки особи носит название кариотипа. Например, кариотип человека включает 46 хромосом, или 23 пары.

При сравнении кариотипов клеток мужской и женской особей одного вида обнаруживается их отличие по одной паре хромосом. Эта пара получила название половых хромосом. Все остальные пары хромосом одинаковы у особей обоих полов и называются аутосомами (от греч. autos – сам, soma – тело). В кариотипе человека содержится 22 пары аутосом и одна пара половых хромосом (см. рис. 11).

Половые клетки гаплоидны. Гаплоидный набор (n) хромосом составляет половину хромосомного набора диплоидной клетки. Так, в половых клетках человека – в яйцеклетках и сперматозоидах – содержится по 23 хромосомы, т. е. ровно в 2 раза меньше, чем в соматических (неполовых) клетках.

Ядрышко образовано деспирализованными участками хроматиновых нитей, которые кодируют синтез рибосомальной РНК (рРНК) и обеспечивают сборку рибосом. Число ядрышек в клетках разных организмов колеблется от 1 до 10.

В начале деления клетки (в профазе митоза) ядрышко исчезает. В последней стадии митоза – телофазе – ядрышко вновь формируется.

Ядерный аппарат клетки, представленный ядерной оболочкой, ядерным матриксом, хромосомами, ядрышком, составляет единое целое.

Подводя итог, отметим, что клетка – это сложное образование, состоящее из множества взаимосвязанных структур (см. рис. 7). В ней осуществляются многочисленные химические превращения: синтез сложных молекул белков, нуклеиновых кислот, углеводов, липидов и др.

Клетка – открытая живая система, которая может существовать только при условии постоянного обмена веществом и энергией с окружающей средой. Она способна к росту, развитию и размножению. На нее влияют многие физические, химические и биологические факторы среды: температура, токсины вирусов, все виды ионизирующих излучений и др.

Клетки растений, животных, грибов имеют принципиальное сходство в строении и функциях, однако обладают и специфическими свойствами. Так, надмембранный комплекс растительной клетки представлен клеточной стенкой, состоящей из целлюлозы. А клетки грибов покрыты оболочкой, в состав которой входит хитин. Надмембранный комплекс животной клетки составляют белки, соединенные с углеводами.

Для растительных клеток характерны хлоропласты, тогда как в клетках грибов и животных их нет. Клетки этих групп организмов отличаются по способу питания (подробнее см. § 20).

Другое различие между клетками групп организмов состоит в специфичности запасаемых питательных веществ. В грибных и животных клетках из углеводов запасается гликоген, в растительных – крахмал.

Вопросы и задания

  1. Какие компоненты образуют ядерный аппарат?
  2. Какое строение имеет оболочка ядра? Какие функции выполняет ядерная оболочка?
  3. Что такое кариотип? Какие хромосомы называют гомологичными; половыми, аутосомами?
  4. В каких клетках имеется диплоидный набор хромосом?
  5. В результате какого процесса в клетках восстанавливается диплоидный набор хромосом?
  6. Попытайтесь составить таблицу и сравнить строение грибной, растительной и животной клеток.
Биология: