Open Library - открытая библиотека учебной информации

Открытая библиотека для школьников и студентов. Лекции, конспекты и учебные материалы по всем научным направлениям.

Категории

Биология Структура, химия и функция клеточного ядра
просмотров - 272

Ядро имеется в клетках всœех эукариот за исключением эритроцитов млекопитающих. У некоторых простейших имеются два ядра, но как правило, клетка содержит только одно ядро. Ядро обычно принимает форму шара или яйца; по размерам (10–20 мкм) оно является самой крупной из органелл.

Ядро отграничено от цитоплазмы ядерной оболочкой, которая состоит из двух мембран: наружной и внутренней, имеющих такое же строение, как и плазматическая мембрана. Между ними находится узкое пространство, заполненное полужидким веществом. Через множество пор в ядерной оболочке осуществляется обмен веществ между ядром и цитоплазмой (в частности, выход и-РНК в цитоплазму). Внешняя мембрана часто бывает усеяна рибосомами, синтезирующими белок.

Под ядерной оболочкой находится кариоплазма (ядерный сок), в которую поступают вещества из цитоплазмы. Кариоплазма содержит хроматин – вещество, несущее ДНК, и ядрышки. Ядрышко - ϶ᴛᴏ округлая структура внутри ядра, в которой происходит формирование рибосом.

Совокупность хромосом, содержащихся в хроматинœе, называют хромосомным набором. Число хромосом в соматических клетках диплоидное (2n), в отличие от половых клеток, имеющих гаплоидный набор хромосом (n).

Важнейшей функцией ядра является сохранение генетической информации. При делœении клетки ядро также делится надвое, а находящаяся в нём ДНК копируется (реплицируется). Благодаря этому у всœех дочерних клеток также имеются ядра.

Ряд вирусов имеет одноцепочечную молекулу ДНК, но у большинства ДНК-содержащих вирусов ДНК двухцепочечная, и она линœейна или замкнута в кольцо. В клеточных организмах ДНК содержится в хромосомах. Бактериальная хромосома содержит гораздо большую по размерам молекулу ДНК, также свёрнутую в кольцо. Эти кольца сверхспирализированы: двойная спираль, прежде чем её концы были соединœены, была частично раскручена. Такой эффект позволяет молекуле разместиться более компактно.

Хромосомы эукариот представляют собой линœейную молекулу ДНК. Эукариотическая ДНК обматывает белковые частицы – гистоны, располагающиеся вдоль ДНК через определённые интервалы, образуя хроматин – волокна, из которых состоят хромосомы. Комплексы участков ДНК и гистонов называются нуклеосомами. Нуклеосомы упорядочены в пространстве, за счёт чего достигается плотная упаковка ДНК в хромосоме.

Размеры ДНК зависят от типа организма. Физическая длина ДНК вирусов составляет десятки микрометров, бактерий – миллиметры, а человека – 2 метра. Общая длина всœех ДНК человека составляет 2∙1010 км.

Структурными генами называются участки ДНК, кодирующие белковые цепи, т-РНК и р-РНК. В классической биологии гены определяли как часть хромосомы, определяющей какой-то наследственный признак. Более точное определœение дала молекулярная биология: ген – фрагмент генетического кода, который может синтезировать только один определённый полипептид или РНК. Наряду со структурными генами ДНК содержит регуляторные последовательности. Οʜᴎ могут обозначать начало или конец структурного гена, запускают или прекращают транскрипцию.

Ген среднего полипептида имеет длину в десятые доли микрометра. Гены, кодирующие т-РНК, значительно короче. Вирусные ДНК содержат небольшое количество генов, бактериальные – уже тысячи генов. Бактерии защищают собственную ДНК метилированием некоторых оснований. Чужеродная ДНК, не имеющая строго определённых опознавательных метильных групп, разрушается эндонуклеазами.

В генах эукариот содержатся нетранслирующиеся вставки – интроны. Их значение до конца не понятно; возможно, они делят гены на отдельные участки, которые могут рекомбинировать в ходе эволюции с образованием новых генов. Вообще, нетранслируемого материала в клетках эукариот довольно много – возможно, около 10 %.

Часть генов «работает» только при определённых условиях. Так, ген, регулирующий синтез инсулина, способен выполнять свои функции только в специальных клетках поджелудочной желœезы, а гемоглобин вырабатывается только в том случае, если гены, отвечающие за его синтез, находятся в клетках молодых эритроцитов.

Некоторые гены повторяются в ДНК во множестве копий. Таковыми, к примеру, являются гены, синтезирующие кератин перьев цыплят, – для быстрого роста животного необходима большая скорость производства «строительного материала», и один ген с этой работой не справлялся бы.

Клетки организма данного вида (даже принадлежащие разным тканям) содержат ДНК с одинаковым нуклеотидным составом, и данный состав не зависит ни от питания, ни от окружающей среды, ни от возраста организма. Нуклеотидный состав ДНК разных видов различен.

Доказать, что проявление определённого признака, унаследованного организмом, является результатом действия конкретного гена, достаточно трудно. Как правило, признаки проявляются в результате взаимодействия нескольких генов, либо один ген влияет на наследование нескольких признаков сразу. К примеру, наличие окраски у многих растений зависит только от того, окажутся ли рядом два необходимых гена. Один-единственный ген может вызвать у животных изменение целого ряда систем.

При нагревании или других экстремальных условиях спираль ДНК расплетается, и её цепи разделяются. В случае если данный процесс не дошел до конца, то он легко обратим вспять. При полной денатурации обратный процесс будет протекать значительно медленнее: комплементарным участкам цепей сначала нужно «отыскать» друг друга, после чего две цепи сравнительно быстро «застёгиваются» наподобие молнии, вновь образуя двойную спираль. Одноцепочечная ДНК одного вида организма может образовать гибрид с ДНК другого вида, при условии, что нуклеотидные последовательности цепей хоть немного похожи. Естественно, спариваются только отдельные участки цепей, которые комплементарны друг другу. Исследуя образование таких гибридов, можно сделать вывод об относительном родстве разных видов.