Строение ядра клетки и функции

Клетка как элементарная единица живого организма имеет сложную структуру. Все ее органеллы взаимодействуют и работают слаженно. Причем регулирует их функции клеточное ядро. Благодаря ему клетка способна делиться и сохранять постоянство в каждом поколении. Из-за этого строение ядра клетки настолько сложное.

Функции ядра

Строение ядра клетки реализовано таким образом, чтобы оно могло выполнять основные функции. Среди них сохранение и воспроизведение информации, заложенной в нуклеиновых кислотах. Также ядро синтезирует рибосомы, информационную РНК и отвечает за клеточное деление. Однако это лишь обобщенные задачи, которые нужно рассматривать детальнее в частном порядке. Итак, функции ядра клетки следующие:

• регуляция клеточного метаболизма, деления и смерти;
• сохранение наследственной информации;
• спирализация хроматина;
• деспирализация хроматина;
• репликация ДНК;
• синтез информационной РНК;
• инициация белкового синтеза;
• взаимодействие с клеточными структурами посредством рецепторов.

Данный список более полный и детальный. При этом любая эукариотическая клетка играет важнейшую роль в реализации данных задач. Потому строение ядра эукариотической клетки настолько сложное. У прокариотических организмов упомянутый структурный элемент заменяется плазмидой, которая не всегда способна осуществлять все указанные выше процессы.

Особенности строения ядра клетки

Ядро эукариотов представляет собой пространство, в котором осуществляются все указанные выше процессы. Это участок измененной цитоплазмы, где содержатся хромосомы или хроматин (в зависимости от фазы существования клетки), ядрышко и кариоматрикс. При этом ядро – это мембранная структура, которая содержит двуслойную билипидную кариолемму, имеющую поры. Посредством последних из него выходят рибосомы, попадающие на шероховатый ретикулум клеточной эндоплазмы. Также через поры ядро покидает информационная РНК.

Нуклеоплазма

Нуклеоплазма – это среда, на основе которой выполнено строение ядра клетки. Она по консистенции очень похожа на цитоплазму, но имеет другой показатель кислотности. В ядре присутствуют в основном кислые белки, тогда как в цитоплазме – основные. Всю толщу нуклеоплазмы пронизывает кариоматрикс - структура трехмерного типа, созданная из фибриллярных белков. Они играют роль опоры и поддерживают постоянную форму ядра. Это препятствует деформации последнего в результате многочисленных механических воздействий.

Кариолемма

Основная особенность, согласно закономерностям которой заложено строение ядра клетки, заключается в наличии механического и химического барьера, отделяющего нуклеус от цитоплазмы. Это необходимо для разграничения сред с разной реакцией (кислой и основной).

Кариолемма – это двухслойная мембрана, наружная сторона которой прикреплена к шероховатой эндоплазматической сети. К внутренней же прикреплены фибриллярные белки ядерного матрикса. При этом между мембранами ядра существует перинуклеарное пространство. Функциональная его роль не выяснена. Предполагается, что оно возникло в результате отталкивания глицериновых остатков, имеющих одинаковый заряд. И главное: в кариолемме существует система пор, позволяющих рибосомам и информационной РНК попадать в эндоплазматическую сеть, а лигандам внутриядерных рецепторов передавать сигналы о необходимости синтеза определенных белков.

Существует компетентное, научно обоснованное мнение, объясняющее строение клетки: клеточная мембрана, ядро, эндоплазматическая сеть (гладкая и шероховатая) – это цельная структура. Она образована извитием мембраны и не имеет структурных разграничений. То есть одна и та же мембрана покрывает одновременно клетку снаружи, а за счет выпячиваний формирует место для ядра и эндоплазматической сети.

Лишь наличие митохондрий и хлоропластов объясняется другим образом. Принято считать, что митохондрия в филогенезе была отдельной клеткой, которая была захвачена эукариотами (или прокариотами). Частичное доказательство теории получено после открытия митохондриальной ДНК и нуклеиновой кислоты хлоропластов. Очевидно, что ранее эти органеллы были отдельными бактериями.

Ядрышко

При электронном микроскопировании строение ядра эукариотической клетки выглядит более детальным, чем при рассмотрении под световым микроскопом. В частности, становятся заметны нити конденсированного и деспирализованного хроматина и ядрышко. Роль последнего заключается в синтезе рибосомальных субъединиц – комплексов белка и рибосомальных РНК.

Структура ядрышка двойственная. В его центре располагается фибриллярный компонент. Он представляет собой совокупность нитевидных молекул РНК, которые будут использованы для образования рибосом. К ним транспортируются белки, синтезированные на шероховатом ретикулуме эндоплазмы. Взаимодействуя, они образуют гранулярный компонент ядрышка – готовые субъединицы рибосом. Одна малая и одна большая субъединицы соединяются в цельную рибосому, которая выводится через поры кариолеммы в эндоплазматическую сеть. Там она будет синтезировать белки.

Хроматин

Важно, что строение и функции ядра клетки взаимосвязаны. Это значит, что в структуре реализованы те элементы, которые играют важную роль в жизнедеятельности клетки. При этом не следует рассматривать ядро отдельно от остальных клеточных структур, потому как оно получает от них информацию и посредством экспрессии генов регулирует их функции. Это одно из важнейших свойств данного элемента.

Все гены – это строгая последовательность соединенных нуклеотидов двуспиральной ДНК. Это огромная молекула, которая располагается по всему объему ядра. А для удобства и сохранения целостности молекулярных связей она организована в строгой последовательности. Во-первых, соединена с гистонами для образования кластерной структуры. Во-вторых, она затем конденсируется с образованием двух видов хроматина (гетерохроматина и эухроматина).

Гетерохроматин – это плотно укомплектованная наследственная информация. Она не может считываться и воспроизводиться, а когда это потребуется, то сначала нужный участок должен освободиться от гистонов. Эухроматин – менее плотный тип нуклеопротеида. Он может реплицироваться и транскрибироваться.

Хромосомы

Существует и более плотная компоновка наследственного материала – хромосомная. Сами хромосомы можно заметить только при делении клетки. Они представляют собой максимально плотно организованный хроматин. Выглядит он так, будто ядро собирает все важное в одном месте и осуществляет "переезд". По сути, так и случается, но немного по-другому. Хромосомы удваиваются, а потом распределяются так, чтобы у каждой клетки, которая получится после деления, оказался такой же набор генетического материала. После этого в "новом" ядре хромосомы снова деспирализуются в гетерохроматин и в эухроматин.

Таблица морфофункциональных особенностей ядра

Для удобства изучения вопроса весь вышеизложенный материал следует представить в систематизированном виде. Итак, что же собой представляет строение ядра клетки? Таблица, расположенная ниже, состоит из трех блоков, в которых содержится вся основная информация.

Заключение

При оценке всех биохимических процессов, протекающих в ядре, любой ученый поражается их сложности. И очевидно, что из-за этого была создана такая сложная морфология нуклеуса. Однако строение и функции ядра клетки сбалансированы. То есть максимально простая структура обеспечивает протекание необходимых биохимических реакций. Лишних составляющих здесь нет, а задействованы только те элементы, которые могут быть полезны клетке.