Чем представлен ядерный аппарат микробной клетки оформленным ядром

Обновлено: 01.05.2024

В составе ядерного аппарата можно выделить несколько комплексов:

поверхностный аппарат ядра или кариотека

кариоплазма, нуклеоплазма, ядерный сок или кариолимфа

Кариотека состоит из нескольких элементов:

ядерная оболочка или кариолемма

белковые поровые комплексы

периферическая плотная пластинка (ППП), которая подстилает кариолемму.

Кариолемма представлена двумя мембранами наружной и внутренней. Эти мембраны переходят друг в друга в районе пор, между мембранами находится переуклеарное пространство. Наружная мембрана ядро напосредственно переходит в мембрану шЭПС, поэтому в натоящее время считается, что ядерный аппарат возник как специализированная часть ЭПС и его возникновение способствовала изоляции генетического материала от остальной цитоплазмы. На наружной мемране могут располагаться рибосомы , кроме того здесь локализовано большое количество перенносчиков, ферментов и рецепторов. В кариолемме располагается большое количество пор, причем количество пор зависит от функциональной активности ядра. В порах располагаются поровые комплексы, главная функция которых состоит в специфическом транспорте макромолекул из ядра и в ядро. Каждый поровый комплекс представляет собой систему крупных белковых гранул, причем в каждой комплекс входят периферические глобулы и одна центральная глобула. Периферические глобулы образуют наружное и внутренней кольцо, причем каждое кольцо состоит из 8 глобул. Эти кольца связаны с центральной глобулой фибриллярными белками, которые придают целостность всему комплексу. Фиксация периферических глобулярных колец осуществляется за счет гидрофобных взаимодействий с наружной и внутренней мембраной, а также за счет взаимодействия с ППП. Через центральную глобулу из ядра в цитоплазму транспортируются мРНК, из цитоплазмы в ядро транспортируются полипептиды, причем на центральной глобуле есть рецепторы, опознающие белковые молекулы, и транспорт белков идет с затратой энергии АТФ. Белки, попадающие в ядро, называются нуклеофильными т.к. они обладают пептидной сигнальной последовательностью. Через периферические глобулы из ядра в цитоплазму транспортируются тРНК и субьединицы рибосом.

ППП это сложная белковая структура, которая состоит из скелетных белков или ламин, взаимодействующих друг с другом. В состав ППП входят три ламины, которые, взаимодействуя между собой, формируют сложную решетчатую структуру. Ламины подстилают только внутреннюю мембрану, в районе поровых комплексов они прерываются.

ламины образуют кариоскелет

могут взаимодействовать со скелетными белками цитоплазмы в районе поровых комплексов и, следовательно, участвовать в организации всего цитоскелета

участвуют в организации внутреннего периферического кольца порового комплекса

участвует в организации хроматина, т.к. к ламинам прикрепляются теломерные участки хромосом.

Кариоплазма по строению кариоплазма сходна с гиалоплазмой, однако, в ней в большой концентрации находятся нуклеотиды, различные ферменты матричных процессов. Кроме того, в кариоплазме локализованы белки ядерного матрикса.

Ядерный матрикс – это взаимодействующая сеть фибриллярных белков, которая своими концами взаимодействует с ламинами. Основная функция белкового ядерного матрикса заключается в организации хроматина. Эти белки участвуют в создании хромомерного уровня. К белкам ядерного матрикса прикрепляется нуклеомерная нить своими участками начала репликации, т.е. репликаторами, поэтому ядерный матрикс участвует в организации матричных процессов. В составе ядерного матрикса есть специальные участки, в которых нити матрикса образуют сгущения, это т.н. ядрышковая сеть, причем здесь к белкам ядерного матрикса прикреплены специальные участки хромосом, в которых располагаются гены для рРНК. Эти гены получили название ядрышковые организаторы. В ядрышке происходит синтез рРНК, объединение РНК с нуклеофильными белками, формируются субьединицы рибосом.

Хромосомы. С химической точки зрения состоят из хроматина (смотри уровни организации хроматина).

Ядро — это обязательный компонент любой эукариотической клетки. В большинстве клеток имеется одно ядро, но существуют также двуядерные и многоядерные клетки. Например, у инфузории туфельки два ядра, а в клетках некоторых водорослей и грибов, в поперечнополосатых мышечных волокнах — несколько. Зрелые клетки ситовидных трубок покрытосеменных растений и эритроциты млекопитающих лишены ядер. Такие клетки утрачивают ядро в процессе развития, теряя способность к размножению.

Строение ядра. Обычно ядро имеет шаровидную или яйцевидную форму, однако в некоторых клетках форма ядра может быть иной: веретеновидной, линзовидной, подковообразной и др. Размеры клеточных ядер также отличаются. Тем не менее, несмотря на эти различия, все ядра устроены одинаково. Ядро клетки состоит из ядерной оболочки, ядерного сока, хроматина и одного или нескольких ядрышек (рис. 14.1).

Ядерная оболочка отделяет содержимое ядра от гиалоплазмы. Она состоит из двух мембран — наружной и внутренней, между которыми находится межмембранное пространство. Наружная мембрана ядра непосредственно переходит в мембрану эндоплазматической сети, на ее поверхности располагаются рибосомы. На внутренней мембране рибосомы отсутствуют.

В некоторых местах ядерной оболочки имеются круглые сквозные отверстия — ядерные поры (см. рис. 14.1). Благодаря им происходит обмен различными материалами между ядром и гиалоплазмой. *Ядерные поры образованы сложно организованными белковыми структурами, регулирующими транспорт веществ. Количество пор в одном ядре обычно составляет от нескольких сотен до нескольких тысяч и может меняться в зависимости от метаболической активности клетки.* Через ядерные поры из ядра в гиалоплазму выходят молекулы мРНК, тРНК, субъединицы рибосом. Из гиалоплазмы в ядро поступают АТФ, нуклеотиды, различные ионы, белки и другие вещества. *Небольшие молекулы и ионы проходят через ядерные поры за счет диффузии. Крупные молекулы транспортируются избирательно, путем активного транспорта.*

Ядерный сок представляет собой водный раствор, содержащий различные органические и неорганические вещества. По составу и свойствам ядерный сок сходен с гиалоплазмой. Он заполняет внутреннее пространство ядра и является средой протекания всех внутриядерных процессов. В ядерный сок погружены хроматин и ядрышки.

Хроматин — это нитевидные структуры ядра, образованные линейными молекулами ДНК и специальными белками. Белки обеспечивают упаковку длинных молекул ДНК в более компактные структуры. В неделящейся клетке хроматин может равномерно распределяться в объеме ядра или располагаться отдельными сгустками.

Ядрышко представляет собой плотное округлое образование, не ограниченное собственной мембраной. *Оно состоит из белков, РНК, ДНК и формируется в области расположения так называемых ядрышковых организаторов — участков ДНК, содержащих информацию о структуре рРНК.* В ядре может быть одно или несколько ядрышек, они могут появляться и исчезать. В ядрышке осуществляется синтез рРНК. Здесь они приобретают определенную пространственную конфигурацию и соединяются с особыми белками, поступающими из цитоплазмы. Таким образом в ядрышке происходит сборка отдельных субъединиц рибосом.

В начале деления клетки ядрышки исчезают, ядерная оболочка распадается на отдельные фрагменты, ядерный сок смешивается с гиалоплазмой. Поэтому в делящейся клетке ядро отсутствует.

Функции ядра. Клеточное ядро содержит молекулы ДНК. Следовательно, оно осуществляет хранение наследственной информации клетки. В ядре информация о первичной структуре белков переписывается с молекул ДНК на молекулы мРНК, которые переносят ее в цитоплазму к месту синтеза белков. Субъединицы рибосом, в которых происходит синтез белков, и молекулы тРНК, участвующие в этом процессе, также образуются в ядре. Таким образом, ядро обеспечивает не только хранение, но и реализацию наследственной информации. Оно управляет всеми процессами жизнедеятельности клетки, определяя (путем синтеза молекул мРНК), какие белки и в какое время должны синтезироваться в рибосомах.

К Клеточное ядро является обязательной составляющей клетки, которое регулирует обмен веществ и отвечает за передачу и хранение наследственной информации.

Клеточное ядро

Схема строения интерфазного ядра: 1 — наружная мембрана; 2 — внутренняя мембрана; 3 — перинуклеарное пространство; 4 — пора; 5 — ядрышко; 6 — кариоплазма; 7 — хроматин.

Ядро является обязательным компонентом всех эукариотических клеток. Форма и размеры ядра зависят от формы и величины клетки и выполняемой ею функции.

Химический состав ядра

По химическому составу ядро отличается от остальных компонентов клетки высоким содержанием ДНК (15 — 30%) и РНК (12%). В ядре клетки сосредоточено 99% ДНК клетки в виде комплекса с белками – дезоксирибонуклеопротеина (ДНП).

Функции ядра

Ядро выполняет две главные функции:

хранение, воспроизведение и передачу наследственной информации
регуляцию процессов обмена веществ, протекающих в клетке.

Выделяют два состояния ядра: делящееся и интерфазное. В интерфазном ядре различают: ядерную оболочку, ядерный сок, хроматин и ядрышки.

Ядерная оболочка

Ядерная оболочка (кариолемма) представлена двумя биологическими мембранами, между которыми находится перинуклеарное пространство. Наружная ядерная мембрана непосредственно соединена с мембранами каналов эндоплазматической сети. На ней располагаются рибосомы. Ядерная оболочка пронизана многочисленными порами, через которые происходит обмен веществ между ядром и цитоплазмой. Основная функция ядерной оболочки: регуляция обмена веществ между ядром и цитоплазмой клетки.

Ядерный сок

Ядерный сок (кариоплазма) – это однородная масса, заполняющая пространство между структурами ядра. В его состав входят вода, минеральные соли, белки (ферменты), нуклеотиды, аминокислоты, АТФ и различные виды РНК.

Функция кариоплазмы: обеспечение взаимосвязей между ядерными структурами.

Хроматин

Хроматин представляет собой дезоксирибонуклеопротеин (ДНП), состоящий преимущественно из ДНК и белков-гистонов, выявляемый под световым микроскопом в виде глыбок и гранул. Это деспирализованные хромосомы интерфазного ядра. В процессе митоза хроматин путем спирализации образует хорошо видимые (особенно в метафазе) интенсивно окрашивающиеся структуры – хромосомы.

Метафазная хромосома

Схема строения метафазной хромосомы (А) и типы хромосом (Б). А: 1 — плечо; 2 — центромера; 3 — вторичная перетяжка; 4 — спутник; 5 — две хроматиды; Б: 1 — акроцентрическая; 2 — субметацентрическая; 3 — метацентрическая.

Метафазная хромосома состоит из двух продольных нитей ДНП – хроматид, соединенных друг с другом в области первичной перетяжки – центромеры. Центромера делит каждую хроматиду на два плеча.

В зависимости от расположения первичной перетяжки различают следующие типы хромосом: метацентрические (равноплечие), в которых центромера расположена посередине, а плечи примерно равной длины; субметацентрические (неравноплечие), когда центромера смещена от середины хромосомы, а плечи неравной длины; акроцентрические (палочковидные), когда центромера смещена к одному концу хромосомы и одно плечо очень короткое. Некоторые хромосомы могут иметь вторичные перетяжки, отделяющие от хроматиды участок, называемый спутником. Основная функция хромосом – хранение, воспроизведение и передача генетической информации.

Кариотип

Кариотип – это диплоидный набор хромосом соматических клеток организма определенного вида. Каждый вид растений и животных имеет определенное, постоянное число хромосом. Так, в ядре соматических клеток у лошадиной аскариды содержится 2 хромосомы, у мухи дрозофилы – 8, у человека – 46. Во всех соматических клетках число хромосом всегда парное (диплоидный набор – 2n), т.е. каждая хромосома в наборе имеет парную, гомологичную (одну из этих хромосом дочерний организм получает от отца, а вторую от матери). Гомологичные хромосомы одинаковы по величине, форме, расположению центромер. Для каждого биологического вида характерно постоянство числа, величины и формы хромосом. При образовании половых клеток из каждой пары гомологичных хромосом в гамету попадает только одна, поэтому хромосомный набор гамет называется гаплоидным (одинарным – 1n). При оплодотворении восстанавливается диплоидный набор хромосом.

Ядрышки

Ядрышки имеют шаровидную форму, не окружены мембраной. Они содержат преимущественно белки и р-РНК. Ядрышки – непостоянные образования, они растворяются в начале деления клетки и восстанавливаются после его окончания. Их образование связано со вторичными перетяжками (ядрышковыми организаторами) спутничных хромосом, в которых локализованы гены, кодирующие синтез рибосомальных РНК и белков. Функция ядрышек – образование субъединиц рибосом.

Эукариотические клетки

Клетки подавляющего большинства живых организмов имеют оформленное, сложно устроенное ядро, цитоплазму с органоидами и оболочку. Такие клетки называются эукариотическими. Они характерны для протистов, грибов, растений и животных.

Прокариотические клетки

Прокариотические клетки не имеют оформленного ядра и мембранных органоидов. Генетический аппарат прокариот представлен нуклеоидом одной кольцевой молекулой ДНК, не связанной с белками-гистонами и не окруженной мембраной. Имеются рибосомы. Функций мембранных органоидов выполняют впячивания плазмалеммы – мезосомы. К прокариотам относятся бактерии и цианобактерии.

Клетки растений и животных сходны по строению и химическому составу, но между ними имеются и определенные отличия.

Отличие про- от эукариотических клеток

Признак	Прокариоты	Эукариоты
Цитоплазматическая мембрана	Есть	Есть
Клеточная стенка	Есть	У животных нет, у растений есть
Ядерная оболочка	Нет	Есть
Митохондрии	Нет	Есть
Комплекс Гольджи	Нет	Есть
ЭПС	Нет	Есть
Лизосомы	Нет	Есть
Мезосомы	Есть	Нет
Рибосомы	Есть	Есть
Хромосомы	Нет(кольцевая молекула ДНК)	Набор хромосом (ДНК + белок)
Способ размножения	Простое бинарное деление	Митоз, амитоз

Отличие животных от растительных клеток

Признак	Животные клетки	Растительные клетки
Клеточная стенка	Нет	Есть (целлюлоза)
Тип питания	Гетеротрофные	Автотрофные
Пластиды	Нет	Есть
Центросома	Есть	Нет
Центральная вакуоль	Нет	Есть
Запасное питательное вещество	Гликоген	Крахмал

1. Биология для абитуриентов. Авторы: Давыдов В.В. , Бутвиловский В.Э. , Рачковская И. В. , Заяц Р.Г.

Читайте также: