Клітинне ядро

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Діаграма клітинного ядра

У клітинній біології, ядро (лат. nucleus) – клітинна органела, знайдена у більшості клітин еукаріотів і містить ядерні гени, які складають більшу частину генетичного матеріалу. Ядро має дві первинні функції: керування хімічними реакціями в межах цитоплазми і збереження інформації, потрібної для поділу клітини.

Окрім клітинного геному, ядро містить певні білки, які регулюють зчитування генетичної інформації. Зчитування гена на ядерному рівні залучає складні процеси транскрипції, обробки первинної мРНК і експорт зрілої мРНК до цитоплазми.

Ядро звичайно має розмір 8-25 мікрометрів у діаметрі. Воно оточено подвійною мембраною, яка називається ядерною оболонкою. Крізь внутрішню і зовнішню мембрани на деяких інтервалах проходять ядерні пори. Ядерна оболонка регулює і полегшує транспорт між ядром і цитоплазмою, відокремлюючи хімічні реакції, що відбуваються в цитоплазмі, від реакцій, що трапляються в межах ядра. Зовнішня мембрана безперервна з грубим ендоплазматичним ретикулумом (англ. RER) і може мати зв’язані рибосоми. Простір між двома мембранами (який називається «перинуклеарним простором») безперервний з люменом RER. Ядерна сторона ядерної оболонки оточена мережею філаментів, яка називається ядерною ламіною.

Внутрішня частина ядра містить одне або декілька ядерець, оточених матрицею, яка називається нуклеоплазмою. Нуклеоплазма (каріолімфа, ядерний сік, каріоплазма) – гелеподібна рідина (подібна у цьому відношенні до цитоплазми), в якій розчинені багато речовин. Ці речовини включають нуклеотид-тріфосфати, сигнальні молекули, ДНК, РНК та білки (ензими та філаменти).

Ядро та ендомембранна система

Генетичний матеріал присутній в ядрі у вигляді хроматину, або комплексу білка і ДНК. ДНК присутня як цілий ряд дискретних молекул, відомих як хромосоми. Є два види хроматину: еухроматин і гетерохроматин. Еухроматин - менш компактна форма ДНК, області ДНК які знаходяться у формі еухроматину містять гени, які часто зчитуються клітиною.

У гетерохроматині ДНК більш компактно упакована. Області ДНК які знаходяться у формі гетерохроматину містять гени, які не зчитуються клітиною на даній стадії розвитку (цей вид гетерохроматину відомий як факультативний гетерохроматин) або є областями, які складають теломери і центромери хромосом (цей вид гетерохроматину відомий як конструктивний гетерохроматин). У багатоклітинних організмах, клітини надзвичайно спеціалізовані, щоб виконувати специфічні функції, тому різні набори генів потрібні і зчитуються. Тому, області ДНК, які знаходяться у формі гетерохроматину, залежать від типу клітини.

Ядерце - щільна структура в ядрі, де збираються елементи рибосом. У ядрі може бути одне або декілька ядерець.

Історія відкриття[ред.ред. код]

В 1831 році англійський природознавець Роберт Браун вивчав різні види рослин, зразки яких він зібрав під час подорожі до Австралії. Браун був дуже уважним до деталей, а клітини рослин особливо цікавили його. Розглядаючи їх під мікроскопом, він побачив дещо цікаве: кожна клітина містила круглий і непрозорий елемент. Він назвав його ядром.

Дізнавшись про спостереження Брауна, німецький фізіолог Теодор Шванн почав шукати подібні елементи в клітинах пуголовків і знайшов. Кожна клітина містила ядро. Це був революційний прорив - свідчення того, що всі види життя пов'язані між собою. В одній із книг Шванн описав різні типи клітин, взяті від різноманітних організмів і визначив їх за фактом наявності ядра.

Усвідомлення того, що є елемент спільний для всіх організмів, не тільки для рослин, а й для тварин, поєднало рослинне і тваринне царство у щось спільне, щось, що мало однакові риси...

Тонка структура клітинного ядра[ред.ред. код]

Хроматин[ред.ред. код]

Величезна довжина молекул ДНК еукаріот визначила появу спеціальних механізмів зберігання , реплікації і реалізації генетичного матеріалу. Хроматином називають молекули хромосомної ДНК в комплексі зі специфічними білками , необхідними для здійснення цих процесів. Основну масу складають « білки зберігання » , так звані гістони . З цих білків побудовані нуклеосоми - структури , на які намотані нитки молекул ДНК. Нуклеосоми розташовуються досить регулярно , так що утворюється структура нагадує намисто. Нуклеосома складається з білків чотирьох типів: H2A , H2B , H3 і H4 . В одну нуклеосому входять по два білка кожного типу - всього вісім білків. Гистон H1 , більший ніж інші гістони , зв'язується з ДНК в місці її входу на нуклеосому . Нуклеосома разом з H1 називається хроматосомой .

Нитка ДНК з нуклеосомами утворює нерегулярну соленоїд - подібну структуру товщиною близько 30 нанометрів , так звану 30 нм фибриллу . Подальша упаковка цієї фібрили може мати різну щільність . Якщо хроматин упакований щільно , його називають конденсованим або гетерохроматином , він добре бачимо під мікроскопом. ДНК , що знаходиться в гетерохроматин , що не транскрибується , зазвичай це стан характерний для незначущих або молчащих ділянок . У інтерфазі гетерохроматин звичайно розташовується по периферії ядра ( пристінковий гетерохроматин ) . Повна конденсація хромосом відбувається перед поділом клітини . Якщо хроматин упакований нещільно , його називають еу- або інтерхроматіном . Цей вид хроматину набагато менш щільний при спостереженні під мікроскопом і зазвичай характеризується наявністю транскрипционной активності . Щільність упаковки хроматину в чому визначається модифікаціями гістонів - ацетилюванням і фосфорилюванням .

Вважається, що в ядрі існують так звані функціональні домени хроматину (ДНК одного домену містить приблизно 30 тисяч пар основ), тобто кожна ділянка хромосоми має власну «територію». На жаль, питання просторового розподілу хроматину в ядрі вивчений поки недостатньо. Відомо, що теломерні (кінцеві) і центромерного (що відповідають за зв'язування сестринських хроматид в мітозі) ділянки хромосом закріплені на білках ядерної ламіни.

Еволюційне значення клітинного ядра[ред.ред. код]

Основне функціональне відміну клітин еукаріот від клітин прокаріотів полягає в просторовому розмежуванні процесів транскрипції ( синтезу матричної РНК) і трансляції ( синтезу білка рибосомой ) , що дає в розпорядження еукаріотичної клітини нові інструменти регуляції біосинтезу і контролю якості мРНК. У той час , як у прокаріотів мРНК починає транслюватися ще до завершення її синтезу РНК- полімеразою , мРНК еукаріотів зазнає значних модифікації ( так званий процесинг ) , після чого експортується через ядерні пори в цитоплазму , і тільки після цього може вступити в трансляцію. Процесинг мРНК включає декілька елементів. З попередника мРНК (пре- мРНК ) в ході процесу , званого сплайсингом вирізаються інтрони - незначущі ділянки , а значущі ділянки - екзони з'єднуються один з одним. Причому екзони однієї і тієї ж пре- мРНК можуть бути з'єднані декількома різними способами ( альтернативний сплайсинг ) , так що один попередник може перетворюватися в зрілі мРНК декількох різних видів. Таким чином , один ген може кодувати відразу декілька білків. Крім того , интрон - екзонах структура генома , практично неможлива у прокаріот (так як рибосоми зможуть транслювати незрілі мРНК ) , дає еукаріотів певну еволюційну мобільність . Враховуючи протяжність інтронних ділянок , рекомбінація між двома генами найчастіше зводиться до обміну екзонами . Завдяки тому , що екзони часто відповідають функціональним доменам білка , ділянки получившегося в результаті рекомбінації « гібрида» , часто зберігають свої функції . Водночас у прокаріот рекомбінація між генами неможлива без розриву в значущої частини , що безумовно зменшує шанси на те , що вийшов білок буде функціональний. Модифікаціям піддаються кінці молекули мРНК. До 5 ' - кінця молекули прикріплюється 7 - метілгуанін (так званий кеп ) . До 3'- кінця нематрічно приєднуються кілька десятків залишків аденіну ( поліаденірованіе ) . Процесинг мРНК тісно пов'язаний з синтезом цих молекул і необхідний для контролю якості. Непроцессірованная або не повністю процессірованной мРНК не зможе вийти з ядра в цитоплазму або буде нестабільна і швидко деградує. У прокаріотів немає таких механізмів контролю якості , і через це прокариотические мРНК мають менший термін життя - не можна допустити , щоб неправильно синтезована молекула мРНК , якщо така з'явиться , транслювалася протягом довгого часу.

Джерела[ред.ред. код]