Ядро, його будова і фцнкціі
Ядро - найважливіший структурний компонент живих клітин еукаріот.
Вперше ядро було описано Р. Броуном в 1831 р Морфологию і функції ядра досліджували Флемминг, Страсбургер, Чистяков, Геккель, Баранецький, Навашин, Герасимов, Бєляєв та ін. Більшість клітин містять одне ядро, але зустрічаються двоядерні (інфузорія-туфелька) та багатоядерні (скелетні м'язи, печінку) клітини. Деякі високоспеціалізовані клітини втрачають ядра (еритроцити ссавців і клітини сітовідних трубок у покритонасінних).
Ядро являє собою еластичне тіло, відділене від цитоплазми ядерною оболонкою. Форма ядра, як правило, кругла, але буває веретеновидная, ниткоподібна, сегментована (лопатева) і ін. Впячіванія і випинання ядерної оболонки значно збільшують поверхню ядра, тим самим посилюючи зв'язок ядерних і цитоплазматичних структур і речовин. Ядро завжди розташовується в цитоплазмі.
За фізичними і хімічними властивостями ядро близько до цитоплазми.
Клітка, що втратила ядро, не може далі існувати. Ядро також не здатна до самостійного існування, тому можна сказати, що ядро і цитоплазма утворюють взаємозалежних систему.
Ядро складається з ядерної оболонки, ядерного соку, ядерця і хроматину.
Ядерна оболонка (каріолемми) дуже тонка (300-500 А о); утворена двома мембранами (зовнішньої і внутрішньої), між якими є порожнина - перинуклеарное простір. Зовнішня ядерна мембрана покрита рибосомами, внутрішня мембрана гладка. Ядерна оболонка пронизана порами (округлі отвори діаметром 200-300 А о), через які між ядром і цитоплазмою відбувається обмін різними речовинами. Також речовини з ядра в цитоплазму і з цитоплазми в ядро потрапляють шляхом отшнуровиванія виростів і випинань ядерної оболонки. Крім того, дрібні молекули можуть дифундувати через ядерну оболонку. У певних точках ядерна мембрана безпосередньо переходить в мембрану ендоплазматичної мережі, з якої тотожна за своєю фізико-хімічною структурою. Незважаючи на активний обмін речовин між ядром і цитоплазмою, ядерна оболонка відмежовує ядерне вміст від цитоплазми, роблячи можливим існування особливої внутрішньоядерній середовища, відмінною від навколишнього цитоплазми.
Ядро освіту більш щільне, ніж основна маса ядра, власної оболонки не має, складається з великих гранул, за формою і розмірами близько до рибосом. Матрикс ядерця має рідку консистенцію. Формується ядерце в області вторинної перетяжки (ядерцевих організатор). Функція ядерця - синтез р-РНК і з'єднання їх з білками, тобто збірка субодиниць рибосом.
Хроматин - грудочки, гранули і нитчасті структури, забарвлюються деякими барвниками (гематоксиліном, софраніном, карміном і ін.). З хімічної точки зору хроматин - дезоксірібонуклеопротеіди (ДНП, комплекс ДНК і білків-гістонів). Хроматин являє собою деспіралізованние і спіраль (ущільнені) ділянки хромосом. Спіраль ділянки в генетичному відношенні інертні. Передачу спадкової товщини не видно в світловий мікроскоп. У клітинах, що діляться хромосоми сильно спирализуются, коротшають і набувають компактні розміри і форму.
Хромосоми - щільні, інтенсивно забарвлюються структури, одиниці морфологічної організації генетичного матеріалу і забезпечують його точний розподіл під час ділення клітини. Хромосоми найкраще помітні (і вивчаються) на стадії метафази мітозу.
Метафазні хромосоми мають вигляд коротких нитковидних фігур, або вигнутих паличок, що складаються з двох поздовжніх ниток ДНП - хроматид. Хроматиди в точці перегину (первинна перетяжка) з'єднані центромерой, до якої прикріплюються нитки веретена поділу. Центромера ділить тіло хромосоми на два плеча. Ділянка кожного плеча поблизу центромери називається проксимальним. віддалений від неї - дистальним. Кінцеві відділи дистальних ділянок називаються теломерами. Теломери перешкоджають з'єднанню кінцевих ділянок хромосом. Втрата цих ділянок може супроводжуватися хромосомними перебудовами. Крім первинної перетяжки, окремі хромосоми мають вторинні, які не викликають перегину хромосоми. Положення вторинної перетяжки, її довжина постійні для кожного виду хромосом. Деякі хромосоми мають ще супутник - округле або паличкоподібне тіло тієї ж природи. З основною тілом хромосоми супутник з'єднується тонкої хроматиновой ниткою. Іноді супутником вважають частина хромосоми, відокремлену вторинної перетяжкой. Хромосоми з супутниками характерні для рослинних клітин.
Типи хромосом. Залежно від положення центромери розрізняють наступні типи хромосом:
- метацентріческая (равноплечіе). центромера розташована посередині і плечі приблизно однакової довжини;
-субметацентріческіе (неравноплечіе), центромера помірно зміщена від середини хромосоми, плечі мають різну довжину;
- акроцентріческіе (паличкоподібні). центромера значно зміщена до одного кінця хромосоми, або розташовується в її теломерной ділянці, в результаті одне плече дуже короткий або відсутній.
Вивчення хромосом дозволило встановити:
- у всіх соматичних клітинах будь-якого організму число хромосом однаково;
- в статевих клітинах міститься завжди вдвічі менше хромосом, ніж в соматичних клітинах даного виду організмів;
- у всіх організмів, що відносяться до даного виду, число хромосом в клітинах однаково.
Як приклад нижче наведені диплоїдні числа хромосом в ядрах соматичних клітин деяких видів організмів.
Малярійний плазмодій - 2; Кінська аскарида - 2; Дрозофіла - 8: Воша головний - 12; Шпинат - 12; Муха домашня - 12; Окунь - 28; Людина - 46; Ясень - 46; Шимпанзе - 48; Тарган - 48; Перець - 48; Вівця - 54; Собака - 78; Голуб - 80; Сазан - 104.
Як видно, число хромосом не залежить від рівня організації і не завжди вказує на філіпченкове спорідненість, оскільки одне і те ж число хромосом може зустрічатися у видів дуже далеких в систематичному відношенні і сильно відрізнятися у близьких за походженням організмів. Таким чином, число хромосом не є видоспецифічності ознакою. Однак, характеристика хромосомного набору в цілому видоспецифічність, тобто властива тільки одному якогось виду організмів. Сукупність кількісних (число) і якісних (форма) ознак хромосомного набору соматичної клітини називається каріотипом. Число хромосом в каріотипі завжди парне. Це пояснюється тим, що в соматичних клітинах завжди знаходяться дві однакові за формою і розмірами хромосоми: одна походить від батьківського організму, інша - від материнського. Парні хромосоми, однакові за формою і розмірами і несуть однакові гени, називаються гомологічними. Хромосоми з різних пар - називають негомологічних. Хромосомний набір соматичної клітини, в якому кожна хромосома має собі пару, називають подвійним, або диплоїдним набором (2n). У статеві клітини з кожної пари гомологічних хромосом потрапляє лише одна, тому хромосомний набір гамет називають одинарним, або гаплоїдний набором. Кількість ДНК, що міститься в одинарному наборі хромосом - 1с, відповідно в подвійному наборі кількість ДНК - 2с. Хромосоми в складі каріотипу ділять також на аутосоми, або нестатеві, однакові у особин чоловічої і жіночої статі, і гетерохромосоми, або статеві, які беруть участь у визначенні статі і розрізняються у самців і самок. Каріотип людини представлений 46 хромосомами (23 пари): 44 аутосоми і 2 статеві хромосоми (у жінки дві однакові Х-хромосоми, у чоловіка Х- і Y-хромосоми).
Правило сталості числа хромосом: соматичні клітини організму кожного виду мають строго певну кількість хромосом (у людини - 46, у дрозофіли - 8).
Правило парності хромосом: кожна хромосома в диплоїдний набір має гомологичную - схожу за розмірами, розташуванню центромери і змістом генів.
Правило безперервності хромосом: в процесі подвоєння генетичного матеріалу нова молекула ДНК синтезується на основі інформації старої молекули ДНК (реакція матричного синтезу - кожна хромосома від хромосоми).
Порівняльна характеристика прокаріотів і еукаріотичної клітин
Питання для перевірки самопідготовки:
1. Що вивчає цитологія?
2. Ким і коли була сформульована клітинна теорія? Перерахуйте основні її положення.
3. Назвати основні положення сучасної клітинної теорії.
4. Чому клітина вважається основною структурно-функціональної та генетичної одиницею живого?
5. Перерахуйте основні структурні компоненти клітини.
6. Опишіть будову елементарної біологічної мембрани.
7. Опишіть будову цитоплазматичної мембрани.
8. Перелічіть способи транспорти речовин в клітку.
9. Перерахуйте функції цитоплазматичної мембрани.
10. Перерахуйте органели загального і спеціального призначення.
11. Опишіть будову і функції мітохондрій, ендоплазматичний мережі, рибосом, комплексу Гольджі, лізосом, клітинного центру, вакуолей і пластид.
12. Назвіть основні типи включень, наведіть приклади.
13. Опишіть будову метафазної хромосоми.
14. Назвіть і опишіть типи хромосом.
15. Що таке каріотип.
16. Що означають поняття «диплоїдний набір хромосом» і «гаплоїдний набір хромосом»? Які клітини містять такі набори?
17. Перерахуйте відмінності прокариотической і еукаріотичної клітин.