3. Ядро. Будова і функції ядра клітин еукаріотів.

Клітини еукаріотів - грибів, рослин і тварин - організовані складніше і обов'язково мають ядро.

Клітини еукаріотів, хоча й організовані подібно, також мають певні відмінності.

Основні відмінності між клітинами рослин, тварин і грибів

Структури клітин	Тварини	Рослини	Гриби
Клітинна стінка	Відсутня	Наявна	Наявна
Вакуолі тклітинним соком	Відсутні	Наявні	Наявні
Хлоропласти	Трапляються в окремих одноклітинних видів	Наявні	Відсутні
Псевдоподії (несправжні ніжки)	Наявні в певних типів клітин багатоклітинних та деяких одноклітинних •	Відсутні	Відсутні

Внутрішній вміст кожної клітини оточує поверхневий апарат. До його складу входять:

• плазматична мембрана

• надмембранні

• підмембранні структури.

Поверхневий апарат клітини:

• захищає її внутрішній вміст від несприятливих впливів довкілля

• забезпечує обмін речовинами та енергі- йо між клітиною і середовищем, що її оточує.

В нутрішнє середовище клітини – це цитоплазма (від грец. китос - клітина та плазма - виліплене). До її складу входять різні органічні та неорганічні сполуки, а також клітинці компоненти: органели та вклю­чення. Цитоплазма за допомогою внутрішньоклітинних мембран поділена на окремі функціональні ділянки. .

У цитоплазмі розташований внутрішньоклітинний скелет, або цитоскелет (від китос та скелетон - скелет). Це система білко­вих утворів - мікротрубочок і мікрониток, яка виконує насамперед опорну функцію. Крім того, елементи цитоскелета беруть участь у зміні форми та русі клітини, забезпечують певне розташування і переміщення органел.

Органели (від грец. органон - орган, інструмент) – постійні клітинні структури. Кожна з органел забезпечує відповідні процеси життєдіяльності клітини (живлення, рух, синтез певних сполук, зберігання і передачу спадкової інформації тощо). Одні органели обмежені однією мембраною (вакуолі, комплекс Гольджі, ендоплазматична сітка, лізосоми), інші - двома (хлоропласти, мітохондрії, ядро) або ж взагалі не мають мембранної оболонки (клітинний центр, рибосоми, мікротрубочки, мікронитки). Особливості будови тієї чи іншої органели тісно пов'язані з її функціями.

На відміну від органел, клітинні включення - непостійні компоненти клітини. Вони можуть зникати і знову з'являтись у процесі її життєді­яльності. Включення - це запасні сполуки чи кінцеві продукти обміну речовин.

Ядерні та без'ядерні клітини еукаріотів. Вам уже відомо, що ядро - обов'язкова складова будь-якої еукаріотичної клітийи, в якій зберігаєть­ся спадкова інформація. Ядро регулює процеси життєдіяльності клітин. Лише деякі типи клітин еукаріотів позбавлені ядра. Це, зокрема, тромбо­цити та еритроцити більшості ссавців, ситоподібні трубки вищих рослин. У таких клітинах ядро формується на початкових етапах розвитку, а потім руйнується. Втрата ядра супроводжується нездатністю клітини до розмноження (поділу).

У багатьох клітин є лише одне ядро, але є клітини, які містять декіль­ка або багато ядер (інфузорії, форамініфери, деякі водорості, гриби, посмуговані м'язові волоконця тощо).

Навіщо певним типам клітин потрібне не одне ядро, а кілька чи бага­то? Річ у тім, що кожному типу клітин властиве певне стале співвідно­шення між об'ємами ядра та цитоплазми (ядерно-цитоплазматичне співвідношення). Адже ядро певного об'єму може забезпечувати процеси біосинтезу білків лише у відповідному об'ємі цитоплазми. Тому в клі­тинах великих розмірів або з посиленою інтенсивністю обміну речовин часто від двох до кількох тисяч ядер.

Б удова ядра. Форма ядра достатньо різноманітна. Найчасті­ше воно кулясте або еліпсоподібне, рідше - неправильної форми (на­приклад, у деяких типів лейкоцитів ядра мають відростки). Розміри ядер варіюють від 1 мкм (деякі одноклітинні тварини, водорості) до 1 мм (яйцеклітини деяких риб і земноводних).

Ядро складається з поверхневого апарату і внутрішнього середовища (матриксу). Поверхне­вий апарат ядра утворений двома мембранами – зовнішньою та вну­трішньою, між якими є заповнений рідиною щілиноподібний простір від 20 до 60 нм завширшки. Але в деяких місцях зовнішня мембрана сполучена з внутрішньою навколо мікроскопічних отворів – ядерних пор діаметром близько 100 нм.

Отвір пори заповнений особливими глобулярними (кулястими) чи фібрилярними (нитчастими) білковими структурами. Зокрема, до складу цього комплексу входить білок-рецептор, здатний реагувати на речови­ни, які проходять через пору. Сукупність пор та цих білків називають комплексом ядерної пори.

Поверхневий апарат ядра забезпечує регуляцію транспорту речовин, які проходять через нього. Із цитоплазми всередину ядра надходять син­тезовані в ній білки. Натомість з ядра до цитоплазми транспортуються різні типи молекул РНК. Комплекс ядерної пори забезпечує транспорт цих сполук, здійснює їхнє впізнавання та сортування.

Поверхневий апарат ядра функціонально контактує з мембранами ендоплазматичної сітки.

На поверхні зовнішньої ядерної мембрани може бути розташована велика кількість рибосом.

Ядерний матрикс - внутрішнє середовище ядра - складається з ядерного соку, ядерець і ниток хро­матину. Хроматин (від грец. хро- матос - фарба) - ниткоподібні структури ядра, утворені здебіль­шого з білків та нуклеїнових кислот. Ділянки хроматину неоднорідні. Ті з них, що постійно перебувають в ущільненому стані, називають гетерохроматином. Вони добре забарвлюються різними барвниками і в період між поділами клітини помітні у світловий мікроскоп. Незабарвлені, менш ущільнені ділянки мають назву еухроматин. Вважають, що саме в них розміщена основна кіль­кість генів. Під час поділу клітини нит­ки хроматину ущільнюються і з них формуються компактні тільця - хромо­соми (від грец. хроматос і сома - тіль­це).

Ядерний сік (каріоплазма, або нуклеоплазма) за будовою та властивостя­ми нагадує цитоплазму. У каріоплазмі є білкові фібрили (нитки) завтовшки 2-3 нм. Вони утворюють особливий внутрішній скелет ядра, що сполучає різні структури: ядерця, нитки хрома­тину, ядерні пори тощо. Білки матрик- су забезпечують певне просторове роз­ташування хромосом, а також вплива­ють на їхню активність.

Ядерця – щільні структури, які складаються з комплексів РНК з білка­ми, хроматину і гранул, які слугують попередниками складових рибосом. У ядрі може бути від одного до багатьох ядерець (наприклад, у яйцеклітинах риб), які формуються на особливих ділянках хромосом. Під час поділу клітини ядерця так само, як і ядерна оболонка, зникають, а в період між двома поділами – формуються зно­ву. Функції ядерця полягають в утворенні рРНК і складових рибосом, які згодом виходять у цитоплазму.

Ф ункції ядра. Ви вже знаєте, що ядро зберігає спадкову інформацію і забезпечує її передачу від материнської клітини дочірнім. Крім того, воно є своєрідним центром керування процесами життєдіяльності кліти­ни, зокрема регулює процеси біосинтезу білків. Так, у ядрі з молекул ДНК на молекули і-РНК переписується інформація про структуру білків. Згодом ця інформація передається до місця їхнього синтезу на мембра­нах зернистої ендоплазматичної сітки. В ядрі за участі ядерець утворю­ються складові рибосом, які беруть безпосередню участь у біосинтезі білків. Таким чином, завдяки реалізації спадкової інформації, закодова­ної в молекулі ДНК, ядро регулює біохімічні, фізіологічні і морфологічні процеси, які відбуваються в клітині.

Провідну роль ядра в передачі спадкової інформації можна проілюструвати за допомогою досліду на зелених одноклітинних водоростях - ацетабуляріях, які своєю формою дещо нагадують шапковий гриб. Клітина має високу «ніжку», в основі якої розташоване ядро, а на верхівці – диск у вигляді шапки. Види ацетабулярій різняться за формою «шапки». Експериментально зрощували центральну частину «ніжки» одного виду ацетабулярій, позбавлену «шапки», з нижньою частиною «ніжки» іншого, де розташоване ядро. У такого штучно ство­реного організму формувалася «шапка», притаманна тому виду водорості, якому нале­жала частина ніжки з ядром, а не тому, якому належала середня без'ядерна її частина. Такі самі результати отримані і внаслідок дослідів на клітинах тварин. На­приклад, з яйцеклітини жаби видаляли ядро і замість нього пересаджували ядро із заплідненої яйцеклітини тритона. Унаслідок цього розвивався зародок тритона, а не жаби. Наведені приклади є результатами досліджень у галузі клітинної технології (цитотехнологіі).

У деяких одноклітинних тварин, як-от інфузорій та форамініфер, є ядра двох типів: генеративні та вегета­тивні. Ядра першого типу забезпечують зберігання та передачу спадкової інформації, другого – регулюють процеси біосинтезу білків.

Спадкова інформація, яка зберігається в ядрі, може змінюватись унаслідок мутацій (від лат. мутаціо – зміна). Це стійкі зміни генетичного матеріалу, що виникають раптово і можуть призводити до змін тих чи інших спадкових ознак організму. Мутації забезпечують спадкову мінливість організмів, без якої була б неможлива еволюція організмів - мешканців нашої планети. Нагадаємо, що еволюція (від лат. еволютіо - розгортання) - процес необоротних змін будови та функцій живих істот протягом їхнього історичного існування. Основним наслідком еволюційного процесу є пристосованість організмів до умов про­живання.

14