Czym w skrócie jest jądro komórkowe? Czym jest jądro - w biologii: właściwości i funkcje

Jądro jest głównym składnikiem żywej komórki, w którym znajdują się informacje dziedziczne zakodowane przez zestaw genów. Zajmuje centralne miejsce w komórce. Rozmiary są różne, kształt jest zwykle kulisty lub owalny. Średnica jądra w różnych komórkach może wynosić od 8 do 25 mikronów. Istnieją wyjątki, na przykład ikra rybna ma jądra o średnicy 1 mm.

Cechy budowy jądra

Rdzeń wypełniony jest cieczą i kilkoma elementami konstrukcyjnymi. Zawiera otoczkę, zestaw chromosomów, nukleoplazmę i jąderko. Powłoka jest podwójna membrana; pomiędzy membranami znajduje się przestrzeń okołojądrowa.

Zewnętrzna membrana podobną budową do retikulum endoplazmatycznego. Jest podłączony do ER, który wydaje się odgałęziać od otoczki jądrowej. Rybosomy znajdują się na zewnątrz jądra.

Wewnętrzna membrana trwały, ponieważ zawiera blaszkę. Pełni funkcję wspomagającą i jest miejscem przyłączania chromatyny.

Błona posiada pory, które zapewniają procesy wymiany z cytoplazmą. Pory jądrowe składają się z białek transportowych, które dostarczają substancje do karioplazmy poprzez transport aktywny. Tylko małe cząsteczki mogą biernie przechodzić przez otwory porów. Ponadto każdy por jest pokryty porosomem, który reguluje procesy metaboliczne w jądrze.

Liczba rdzeni jest różny w komórkach o różnych specjalizacjach. W większości przypadków komórki są jednojądrzaste, ale istnieją tkanki zbudowane z komórek wielojądrzastych (tkanka wątroby lub mózgu). Istnieją komórki bez jądra - są to dojrzałe czerwone krwinki.

U pierwotniaków istnieją dwa rodzaje jąder: niektóre są odpowiedzialne za przechowywanie informacji, inne za syntezę białek.

Jądro może znajdować się w stanie spoczynku (okres międzyfazowy) lub podziału. Przechodząc do interfazy, wygląda jak kulista formacja z wieloma białymi granulkami (chromatyną). Istnieją dwa rodzaje chromatyny: heterochromatyna i euchromatyna.

Euchromatyna jest aktywną chromatyną, która utrzymuje zdespiralizowaną strukturę w jądrze spoczynkowym i jest zdolna do intensywnej syntezy RNA.

Heterochromatyna to obszary chromatyny znajdujące się w stanie skondensowanym. W razie potrzeby może przejść w stan euchromatyczny.

Stosując cytologiczną metodę barwienia jądra (według Romanovsky-Giemsa) stwierdzono, że heterochromatyna zmienia kolor, ale euchromatyna nie. Chromatyna składa się z nici nukleoproteinowych zwanych chromosomami. Chromosomy niosą ze sobą podstawową informację genetyczną każdej osoby. Chromatyna jest formą istnienia informacji dziedzicznej w okresie międzyfazowym cyklu komórkowego; podczas podziału przekształca się w chromosomy.

Struktura chromosomu

Każdy chromosom składa się z pary chromatyd, które są do siebie równoległe i połączone tylko w jednym miejscu – centromerze. Centromer dzieli chromosom na dwa ramiona. W zależności od długości ramion wyróżnia się trzy typy chromosomów:

• Równe ramiona;
• różnorodność,
• jedno ramię

Niektóre chromosomy mają dodatkową sekcję, która jest połączona z główną za pomocą połączeń nitkowatych - jest to satelita. Satelity pomagają identyfikować różne pary chromosomów.

Jądro metafazowe to płytka, na której znajdują się chromosomy. To właśnie podczas tej fazy mitozy badana jest liczba i struktura chromosomów. Podczas metafazy chromosomy siostrzane przesuwają się do środka i dzielą na dwie chromatydy.

Struktura jąderka

Jądro zawiera również formację niebłonową - jąderko. Jądra to zwarte, okrągłe ciała zdolne do załamywania światła. Jest to główne miejsce syntezy rybosomalnego RNA i niezbędnych białek.

Liczba jąderek jest różna w różnych komórkach, mogą one łączyć się w jedną dużą formację lub istnieć oddzielnie w postaci małych cząstek. Kiedy aktywowane są procesy syntetyczne, zwiększa się objętość jąderka. Brakuje mu otoczki i jest otoczony skondensowaną chromatyną. Jąderko zawiera również metale, głównie cynk. Zatem jąderko jest dynamiczną, zmieniającą się formacją niezbędną do syntezy RNA i jego transportu do cytoplazmy.

Nukleoplazma wypełnia całą wewnętrzną przestrzeń jądra. Nukleoplazma zawiera DNA, RNA, cząsteczki białka i substancje enzymatyczne.

Funkcje jądra komórkowego

1. Bierze udział w syntezie białek i rybosomalnego RNA.
2. Reguluje aktywność funkcjonalną komórki.
3. Zachowanie informacji genetycznej, jej dokładna replikacja i przekazywanie potomstwu.

Rola i znaczenie jądra

Jądro jest głównym repozytorium informacji dziedzicznej i określa fenotyp organizmu. W jądrze DNA istnieje w niezmienionej postaci dzięki enzymom naprawy jądra, które mogą eliminować uszkodzenia i mutacje. Podczas podziału komórki mechanizmy jądrowe zapewniają dokładną i równomierną dystrybucję informacji genetycznej do komórek potomnych.

Jądro komórkowe to struktura otoczona błonami, zawierająca informacje dziedziczne oraz kontrolująca wzrost i rozmnażanie. Jest to centrum dowodzenia komórki eukariotycznej i z reguły najważniejsze.

Budowa i znaczenie jądra komórkowego

Schemat struktury jądra / Wikimedia

Jądro komórkowe jest otoczone podwójną błoną zwaną otoczką jądrową. Błona ta oddziela zawartość jądra od.

Podobnie jak błona komórkowa, otoczka jądrowa składa się z fosfolipidów tworzących dwuwarstwę lipidową. Pomaga utrzymać kształt jądra i reguluje przepływ cząsteczek do i z jądra przez pory jądrowe.

Chromosomy znajdują się wewnątrz jądra. Składają się z DNA, które zawiera informacje o dziedziczności, wzroście, rozwoju i reprodukcji komórek. Kiedy komórka znajduje się w stanie „spoczynku”, czyli nie dzieląc się, chromosomy organizują się w długie, splątane struktury zwane , a nie w pojedyncze chromosomy, jak zwykle myślimy.

Jądro

Wewnątrz jądra znajduje się gęsta struktura zbudowana z RNA i białek zwana jąderkiem, która zawiera organizatory jąderkowe, będące częściami chromosomów z genami do syntezy rybosomów. Jąderko pomaga w syntezie rybosomów poprzez transkrypcję i składanie rybosomalnego RNA. Rybosom składa się z rybosomalnego RNA (rRNA) i białek.

Synteza białek

Jądro reguluje syntezę białek w cytoplazmie za pomocą informacyjnego RNA (mRNA), który jest transkrybowanym odcinkiem DNA, który służy jako matryca do produkcji białka. Jest wytwarzany w jądrze i przedostaje się do cytoplazmy przez pory jądrowe w błonie.

Gdy znajdą się w cytoplazmie, rybosomy i inne cząsteczki RNA zwane informacyjnym RNA współpracują ze sobą, aby dokonać translacji mRNA w celu wytworzenia białek.

Struktura komórek eukariotycznych

Oprócz jądra komórkowego istnieją inne rodzaje organelli komórkowych. U typowego eukariota można również znaleźć następujące struktury komórkowe:

• - pomagają organizować montaż mikrotubul.
• - przechowywanie komórkowego DNA.
• - zapewniają ruch komórkowy.
• - chroni integralność wnętrza komórki.
• - syntetyzuje węglowodany i lipidy.

Jądro jest najważniejszym składnikiem komórki. Jądro komórkowe zawiera DNA, tj. geny i dzięki temu pełni dwie główne funkcje:

1) przechowywanie i reprodukcja informacji genetycznej

2) regulacja procesów metabolicznych zachodzących w komórce

Komórka pozbawiona jądra nie może długo istnieć, jądro również nie jest zdolne do samodzielnego istnienia, dlatego cytoplazma i jądro tworzą współzależny układ. Większość komórek ma jedno jądro. Często udaje się zaobserwować 2-3 jądra w jednym, np. w komórkach wątroby. Znane są również komórki wielojądrowe, a liczba jąder może sięgać kilkudziesięciu. Kształt jądra zależy w dużej mierze od kształtu komórki; może być całkowicie nieregularny. Istnieją jądra kuliste i wielopłatkowe. Wgłębienia i przerosty błony jądrowej znacznie zwiększają powierzchnię jądra, a tym samym wzmacniają połączenie struktur i substancji jądrowych i cytoplazmatycznych.

Struktura rdzenia

Rdzeń otoczony jest powłoką, która składa się z dwóch membran o typowej budowie. Zewnętrzna błona jądrowa na powierzchni zwróconej w stronę cytoplazmy jest pokryta rybosomami, błona wewnętrzna jest gładka.

Otoczka jądrowa jest częścią układu błonowego komórki. Wyrostki zewnętrznej błony jądrowej łączą się z kanałami retikulum endoplazmatycznego, tworząc pojedynczy system kanałów komunikacyjnych. Wymiana substancji między jądrem a cytoplazmą odbywa się na dwa główne sposoby po pierwsze, przez otoczkę jądrową przenikają liczne pory, przez które następuje wymiana cząsteczek między jądrem a cytoplazmą. Po drugie, substancje z jądra do cytoplazmy i z powrotem mogą przedostać się w wyniku uwolnienia wgłębień i przerostów otoczki jądrowej. Pomimo aktywnej wymiany substancji między jądrem a cytoplazmą, otoczka jądrowa ogranicza zawartość jądrową z cytoplazmy, zapewniając w ten sposób różnice w składzie chemicznym soku jądrowego i cytoplazmy. Jest to niezbędne do normalnego funkcjonowania struktur jądrowych.

Zawartość jądra dzieli się na sok jądrowy, chromatynę i jąderko.

W żywej komórce sok jądrowy wygląda jak bezstrukturalna masa, która wypełnia luki pomiędzy strukturami jądra. Sok jądrowy zawiera różne białka, w tym większość enzymów jądrowych, białka chromatyny i białka rybosomalne. Sok jądrowy zawiera również wolne nukleotydy niezbędne do budowy cząsteczek DNA i RNA, aminokwasów, wszystkich typów RNA, a także produktów działania jąderka i chromatyny, które następnie są transportowane z jądra do cytoplazmy.

Chromatyna (z greckiego chroma - kolor, barwa) to nazwa nadana grudkom, ziarnistościom i siatkowatym strukturom jądra, które są intensywnie zabarwione niektórymi barwnikami i różnią się kształtem od jąderka. Chromatyna zawiera DNA i białka i reprezentuje spiralne i zwarte odcinki chromosomów. Spiralne odcinki chromosomów są genetycznie nieaktywne.

Ich specyficzną rolę – przekazywanie informacji genetycznej – mogą pełnić jedynie zdespiralizowane – nieskręcone odcinki chromosomów, które ze względu na małą grubość nie są widoczne w mikroskopie świetlnym.

W dzielących się komórkach wszystkie chromosomy są silnie spiralizowane, skracane i uzyskują zwarte rozmiary i kształty. Chromosom jest niezależną strukturą jądrową, która ma ramiona i pierwotne zwężenie. Kształt chromosomów zależy od położenia tzw. Zwężenia pierwotnego centormer, obszar, do którego podczas podziału komórki (mitozy) przyczepiają się włókna wrzeciona. Centromer dzieli chromosom na dwa ramiona. Lokalizacja centromeru determinuje trzy główne typy chromosomów:

1) ramiona równe – o ramionach równej lub prawie równej długości;

2) nierówne ramiona - przy ramionach o nierównej długości;

3) w kształcie pręcika – z jednym długim i drugim bardzo krótkim, czasem trudnym do wykrycia ramieniem. Istnieją również chromosomy punktowe z bardzo krótkimi ramionami.

Badanie chromosomów pozwoliło ustalić następujące fakty.

1. We wszystkich komórkach somatycznych dowolnego organizmu roślinnego lub zwierzęcego liczba chromosomów jest taka sama.

2. Komórki płciowe zawsze zawierają o dwa chromosomy mniej niż komórki somatyczne danego typu organizmu.

3. Wszystkie organizmy należące do tego samego gatunku mają w komórkach tę samą liczbę chromosomów.

Liczba chromosomów nie zależy od poziomu organizacji i nie zawsze wskazuje na pokrewieństwo: tę samą liczbę można znaleźć w grupach systematycznych, które są bardzo od siebie odległe i mogą być bardzo różne u gatunków o bliskim pochodzeniu.

Zatem liczba chromosomów sama w sobie nie jest cechą gatunkową, jednakże cechy zestawu chromosomów jako całości są specyficzne gatunkowo, tj. charakterystyczny tylko dla jednego rodzaju organizmu, roślin, roślin lub zwierząt.

Zestaw cech ilościowych (liczba i wielkość) i jakościowych (kształt) zestawu chromosomów komórki somatycznej nazywa się kariotypem.

Liczba chromosomów w kariotypie większości gatunków organizmów żywych jest równa. Wyjaśnia to fakt, że w komórkach somatycznych znajdują się dwa chromosomy o tym samym kształcie i wielkości - jeden z organizmu ojcowskiego, drugi z organizmu matki. Chromosomy o tym samym kształcie i wielkości oraz zawierające te same geny nazywane są homologicznymi.

Zestaw chromosomów komórki somatycznej, w którym każdy chromosom ma parę, nazywany jest podwójnym lub diploidalnym i jest oznaczony jako 2N. Ilość DNA odpowiadająca diploidalnemu zestawowi chromosomów jest oznaczona jako 2C.

Z każdej pary homologicznych chromosomów tylko jeden dostaje się do komórek rozrodczych, dlatego zestaw chromosomów gamet nazywa się pojedynczym lub haploidalnym. Kariotyp takich komórek oznaczono jako 2n1c.

Diploidalna liczba chromosomów u zwierząt i roślin.

Rodzaj organizmów	Liczba chromosomów
Plazmodium malaryczne	2
Karp	104
Glista końska	2
Człowiek	46
Muszka owocowa Drosophila	8
Popiół pospolity	46
Wszy głowowe	12
Szympans	48
Szpinak	12
Karaluch	48
mucha domowa	12
Pieprz	48
Tryton	24
Owce domowe	54>
Świerk, sosna	24
Pies domowy	78
Okoń	28
Gołąb	80

Po zakończeniu podziału komórki chromosomy ulegają dysspiracji, a w jądrach powstałych komórek potomnych ponownie stają się widoczne jedynie cienkie siateczki i grudki chromatyny.

Trzecią strukturą charakterystyczną komórki jest jąderko. Jest to gęsty, okrągły korpus zanurzony w soku jądrowym. W jądrach różnych komórek, a także w jądrze tej samej komórki, w zależności od jej stanu funkcjonalnego, liczba jąderek może wahać się od 1 do 5-7 lub więcej. Liczba jąderek może przekraczać liczbę chromosomów w zestawie; Dzieje się tak na skutek selektywnej reduplikacji genów odpowiedzialnych za syntezę rRNA. Jądra występują tylko w jądrach niedzielących się; podczas mitozy zanikają w wyniku spiralizacji chromosomów i uwolnienia do cytoplazmy wszystkich wcześniej utworzonych rybosomów, a po zakończeniu podziału pojawiają się ponownie.

Jąderko nie jest niezależną strukturą jądra. Tworzy się wokół regionu chromosomu, w którym kodowana jest struktura rRNA. Ta część chromosomu – gen – nazywana jest organizatorem jąderkowym (NO) i zachodzi na niej synteza r-RNA.

Oprócz akumulacji r-RNA w jąderku tworzą się podjednostki rybosomów, które następnie przemieszczają się do cytoplazmy i łącząc się przy udziale kationów Ca2+ tworzą integralne rybosomy, które mogą brać udział w biosyntezie białek.

Zatem jąderko to nagromadzenie r-RNA i rybosomów na różnych etapach tworzenia, które opiera się na odcinku chromosomu niosącym gen - organizatorze jąderkowym, który zawiera dziedziczną informację o strukturze r-RNA.

Jądro komórkowe jest jednym z głównych składników wszystkich komórek roślinnych i zwierzęcych, nierozerwalnie związanym z wymianą, przekazywaniem informacji dziedzicznych itp.

Kształt jądra komórkowego różni się w zależności od rodzaju komórki. Występują owalne, kuliste i o nieregularnym kształcie - jądra komórkowe w kształcie podkowy lub wielopłatkowe (w leukocytach), jądra komórkowe w kształcie paciorków (w niektórych orzęskach), jądra komórkowe rozgałęzione (w komórkach gruczołowych owadów) itp. Wielkość jądro komórkowe jest zmienne, ale zwykle jest związane z objętością cytoplazmy. Naruszenie tego stosunku podczas wzrostu komórek prowadzi do podziału komórek. Liczba jąder komórkowych również jest różna – większość komórek ma jedno jądro, chociaż występują komórki dwujądrowe i wielojądrowe (na przykład niektóre komórki wątroby i szpiku kostnego). Położenie jądra w komórce jest charakterystyczne dla każdego typu komórki. W komórkach rozrodczych jądro zwykle znajduje się w środku komórki, ale może się poruszać w miarę rozwoju komórki i tworzenia się wyspecjalizowanych obszarów w cytoplazmie lub odkładania się w niej substancji rezerwowych.

W jądrze komórkowym wyróżnia się główne struktury: 1) błonę jądrową (błonę jądrową), przez którą pory odbywa się wymiana między jądrem komórkowym a cytoplazmą [istnieją dowody wskazujące, że błona jądrowa (składająca się z dwóch warstw ) w sposób ciągły przechodzi do błon retikulum endoplazmatycznego (patrz) i kompleksu Golgiego]; 2) sok jądrowy, czyli karioplazma, półpłynna, słabo zabarwiona masa plazmatyczna, która wypełnia wszystkie jądra komórkowe i zawiera pozostałe składniki jądra; 3) (patrz), które w niedzielącym się jądrze są widoczne tylko za pomocą specjalnych metod mikroskopowych (na wybarwionym fragmencie niedzielącej się komórki chromosomy zwykle wyglądają jak nieregularna sieć ciemnych pasm i ziaren, zwanych zbiorczo ); 4) jedno lub więcej ciał kulistych - jąderka, które stanowią wyspecjalizowaną część jądra komórkowego i są związane z syntezą kwasu rybonukleinowego i białek.

Jądro komórkowe ma złożoną organizację chemiczną, w której najważniejszą rolę odgrywają nukleoproteiny, będące produktem połączenia z białkami. Istnieją dwa główne okresy w życiu komórki: okres interfazy, czyli metaboliczny, i mitotyczny, czyli okres podziału. Obydwa okresy charakteryzują się głównie zmianami w strukturze jądra komórkowego. W interfazie jądro komórkowe znajduje się w stanie spoczynku i uczestniczy w syntezie białek, regulacji kształtowania się, procesach wydzielniczych i innych ważnych funkcjach komórki. W okresie podziału w jądrze komórkowym zachodzą zmiany, prowadzące do redystrybucji chromosomów i powstania jąder komórek potomnych; informacja dziedziczna jest zatem przekazywana poprzez struktury jądrowe do nowej generacji komórek.

Jądra komórkowe rozmnażają się wyłącznie przez podział, a w większości przypadków same komórki również się dzielą. Zwykle rozróżnia się: bezpośredni podział jądra komórkowego poprzez ligację – amitozę i najpowszechniejszą metodę podziału jądra komórkowego – typowy podział pośredni, czyli mitozę (patrz).

Działanie promieniowania jonizującego i niektórych innych czynników może zmienić informację genetyczną zawartą w jądrze komórkowym, prowadząc do różnych zmian w aparacie jądrowym, co czasami może prowadzić do śmierci samych komórek lub spowodować dziedziczne nieprawidłowości u potomstwa (patrz Dziedziczność Dlatego badanie struktury i funkcji komórek jądra, zwłaszcza powiązań między związkami chromosomowymi a dziedziczeniem cech, którymi zajmuje się cytogenetyka, ma istotne znaczenie praktyczne dla medycyny (patrz).

Zobacz także Komórka.

Jądro komórkowe jest najważniejszym składnikiem wszystkich komórek roślinnych i zwierzęcych.

Komórka pozbawiona jądra lub z jądrem uszkodzonym nie jest w stanie normalnie wykonywać swoich funkcji. Jądro komórkowe, a dokładniej kwas dezoksyrybonukleinowy (DNA) zorganizowany w jego chromosomach (patrz), jest nośnikiem dziedzicznej informacji, która określa wszystkie cechy komórki, tkanek i całego organizmu, jego ontogenezę i normy reakcji organizmu na wpływy środowiska. Informacja dziedziczna zawarta w jądrze jest kodowana w cząsteczkach DNA tworzących chromosom przez sekwencję czterech zasad azotowych: adeniny, tyminy, guaniny i cytozyny. Sekwencja ta stanowi matrycę określającą strukturę białek syntetyzowanych w komórce.

Nawet najmniejsze zaburzenia w budowie jądra komórkowego prowadzą do nieodwracalnych zmian we właściwościach komórki lub do jej śmierci. Niebezpieczeństwo promieniowania jonizującego i wielu substancji chemicznych dla dziedziczności (patrz) i prawidłowego rozwoju płodu opiera się na uszkodzeniu jąder w komórkach rozrodczych dorosłego organizmu lub w komórkach somatycznych rozwijającego się zarodka. Przekształcenie komórki prawidłowej w złośliwą również opiera się na pewnych zaburzeniach w strukturze jądra komórkowego.

Rozmiar i kształt jądra komórkowego oraz stosunek jego objętości do objętości całej komórki są charakterystyczne dla różnych tkanek. Jedną z głównych cech odróżniających elementy krwi białej i czerwonej jest kształt i wielkość ich jąder. Jądra leukocytów mogą mieć nieregularny kształt: zakrzywiony w kształcie kiełbasy, w kształcie pazura lub w kształcie koralika; w tym drugim przypadku każda sekcja rdzenia jest połączona z sąsiednią cienką zworką. W dojrzałych męskich komórkach rozrodczych (plemnikach) jądro komórkowe stanowi zdecydowaną większość całkowitej objętości komórki.

Dojrzałe erytrocyty (patrz) ludzi i ssaków nie mają jądra, ponieważ tracą je w procesie różnicowania. Mają ograniczoną żywotność i nie są w stanie się rozmnażać. Komórkom bakterii i sinic brakuje wyraźnie określonego jądra. Zawierają jednak wszystkie substancje chemiczne charakterystyczne dla jądra komórkowego, które podczas podziału na komórki potomne rozkładają się z taką samą regularnością, jak w komórkach wyższych organizmów wielokomórkowych. W wirusach i fagach jądro jest reprezentowane przez pojedynczą cząsteczkę DNA.

Podczas badania spoczynkowej (niedzielącej się) komórki pod mikroskopem świetlnym jądro komórkowe może mieć wygląd bezstrukturalnego pęcherzyka z jednym lub kilkoma jąderkami. Jądro komórkowe jest dobrze wybarwione specjalnymi barwnikami jądrowymi (hematoksylina, błękit metylenowy, safranina itp.), Które są zwykle stosowane w praktyce laboratoryjnej. Za pomocą urządzenia z kontrastem fazowym jądro komórkowe można zbadać dożylnie. W ostatnich latach do badania procesów zachodzących w jądrze komórkowym szeroko wykorzystuje się mikrokinematografię, znakowane atomy C14 i H3 (autoradiografia) oraz mikrospektrofotometrię. Ta ostatnia metoda jest szczególnie z powodzeniem stosowana do badania ilościowych zmian DNA w jądrze podczas cyklu życiowego komórki. Mikroskop elektronowy pozwala ujawnić szczegóły drobnej struktury jądra komórki w stanie spoczynku, które są niewykrywalne pod mikroskopem optycznym (ryc. 1).

Ryż. 1. Nowoczesny schemat budowy komórki na podstawie obserwacji w mikroskopie elektronowym: 1 - cytoplazma; 2 - aparat Golgiego; 3 - centrosomy; 4 - retikulum endoplazmatyczne; 5 - mitochondria; 6 - błona komórkowa; 7 - skorupa rdzenia; 8 - jąderko; 9 - rdzeń.

Podczas podziału komórki - kariokinezy lub mitozy (patrz) - jądro komórkowe przechodzi szereg złożonych przemian (ryc. 2), podczas których jego chromosomy stają się wyraźnie widoczne. Przed podziałem komórki każdy chromosom jądra syntetyzuje podobny chromosom z substancji obecnych w soku jądrowym, po czym chromosomy matki i córki rozchodzą się do przeciwnych biegunów dzielącej się komórki. W rezultacie każda komórka potomna otrzymuje ten sam zestaw chromosomów, co komórka macierzysta, a wraz z nim zawartą w niej informację dziedziczną. Mitoza zapewnia idealnie prawidłowy podział wszystkich chromosomów jądra na dwie równe części.

Mitoza i mejoza (patrz) to najważniejsze mechanizmy zapewniające wzorce zjawisk dziedziczności. W niektórych prostych organizmach, a także w przypadkach patologicznych w komórkach ssaków i ludzi, jądra komórkowe dzielą się poprzez proste zwężenie, czyli amitozę. W ostatnich latach wykazano, że nawet podczas amitozy zachodzą procesy zapewniające podział jądra komórkowego na dwie równe części.

Zestaw chromosomów w jądrze komórki danej osoby nazywany jest kariotypem (patrz). Kariotyp we wszystkich komórkach danego osobnika jest zwykle taki sam. Wiele wrodzonych anomalii i deformacji (zespół Downa, zespół Klinefeltera, zespół Turnera-Szereszewskiego itp.) jest spowodowanych różnymi nieprawidłowościami kariotypu, które powstały albo we wczesnych stadiach embriogenezy, albo podczas dojrzewania komórki rozrodczej, z której powstał nieprawidłowy osobnik. Anomalie rozwojowe związane z widocznymi zaburzeniami w strukturach chromosomalnych jądra komórkowego nazywane są chorobami chromosomalnymi (patrz Choroby dziedziczne). Różne uszkodzenia chromosomów mogą być spowodowane działaniem mutagenów fizycznych lub chemicznych (ryc. 3). Obecnie metody umożliwiające szybkie i dokładne ustalenie kariotypu danej osoby wykorzystywane są do wczesnej diagnostyki chorób chromosomowych oraz wyjaśnienia etiologii niektórych chorób.

Ryż. 2. Etapy mitozy w komórkach hodowli tkankowej człowieka (szczep nadający się do przeszczepienia HEp-2): 1 - wczesna profaza; 2 - późna profaza (zanik błony jądrowej); 3 - metafaza (etap gwiazdy matki), widok z góry; 4 - metafaza, widok z boku; 5 - anafaza, początek rozbieżności chromosomów; 6 - anafaza, chromosomy rozdzieliły się; 7 - telofaza, etap cewek potomnych; 8 - telofaza i podział ciała komórkowego.

Ryż. 3. Uszkodzenia chromosomów spowodowane promieniowaniem jonizującym i mutagenami chemicznymi: 1 - normalna telofaza; 2-4 - telofazy z mostkami i fragmentami w ludzkich embrionalnych fibroblastach naświetlanych promieniami rentgenowskimi w dawce 10 r; 5 i 6 - to samo w komórkach krwiotwórczych świnki morskiej; 7 - mostek chromosomowy w nabłonku rogówki myszy napromienianej dawką 25 r; 8 - fragmentacja chromosomów w ludzkich embrionalnych fibroblastach w wyniku narażenia na nitrozoetylomocznik.

Ważna organella jądra komórkowego - jąderko - jest produktem żywotnej aktywności chromosomów. Wytwarza kwas rybonukleinowy (RNA), który jest niezbędnym półproduktem w syntezie białek wytwarzanych przez każdą komórkę.

Jądro komórkowe jest oddzielone od otaczającej cytoplazmy (patrz) błoną, której grubość wynosi 60-70 Å.

Przez pory w błonie substancje syntetyzowane w jądrze przedostają się do cytoplazmy. Przestrzeń między otoczką jądrową a wszystkimi jej organellami wypełniona jest karioplazmą, składającą się z zasadowych i kwaśnych białek, enzymów, nukleotydów, soli nieorganicznych i innych związków niskocząsteczkowych niezbędnych do syntezy chromosomów potomnych podczas podziału jądra komórkowego.

W każdej żywej komórce zachodzi wiele reakcji i procesów biochemicznych. Aby je kontrolować, a także regulować wiele istotnych czynników, potrzebna jest specjalna struktura. Co to jest jądro w biologii? Co sprawia, że ​​skutecznie spełnia swoje zadanie?

Co to jest jądro w biologii. Definicja

Jądro jest niezbędną strukturą każdej komórki w organizmie. Jaki jest rdzeń? W biologii jest najważniejszym składnikiem każdego organizmu. Jądro można znaleźć zarówno u jednokomórkowych pierwotniaków, jak i wysoce zorganizowanych przedstawicieli świata eukariotycznego. Główną funkcją tej struktury jest przechowywanie i przekazywanie informacji genetycznej, która również jest tutaj zawarta.

Po zapłodnieniu komórki jajowej przez plemnik następuje fuzja dwóch jąder haploidalnych. Po fuzji komórek rozrodczych powstaje zygota, której jądro zawiera już diploidalny zestaw chromosomów. Oznacza to, że kariotyp (informacja genetyczna jądra) zawiera już kopie genów zarówno matki, jak i ojca.

Skład jądra

Jaka jest cecha jądra? Biologia dokładnie bada skład aparatu jądrowego, ponieważ może to dać impuls rozwojowi genetyki, selekcji i biologii molekularnej.

Jądro jest strukturą z podwójną błoną. Błony są przedłużeniem tego, co niezbędne do transportu powstałych substancji z komórki. Zawartość jądra nazywa się nukleoplazmą.

Chromatyna jest główną substancją nukleoplazmy. Skład chromatyny jest zróżnicowany: zawiera przede wszystkim kwasy nukleinowe (DNA i RNA), a także białka i wiele jonów metali. DNA w nukleoplazmie jest ułożone w uporządkowany sposób w postaci chromosomów. To chromosomy podwajają się podczas podziału, po czym każdy ich zestaw przechodzi do komórek potomnych.

RNA w nukleoplazmie najczęściej występuje w dwóch typach: mRNA i rRNA. powstaje w procesie transkrypcji – odczytywania informacji z DNA. Cząsteczka takiego kwasu rybonukleinowego opuszcza później jądro i służy następnie jako matryca do tworzenia nowych białek.

Rybosomalny RNA jest wytwarzany w specjalnych strukturach zwanych jąderkami. Jąderko zbudowane jest z końcowych odcinków chromosomów utworzonych w wyniku wtórnych zwężeń. Strukturę tę można zobaczyć pod mikroskopem świetlnym jako zwartą plamkę na jądrze. Syntezowane tu rybosomalne RNA również dostają się do cytoplazmy i tam wraz z białkami tworzą rybosomy.

Skład rdzenia ma bezpośredni wpływ na funkcje. Biologia jako nauka bada właściwości chromatyny, aby lepiej zrozumieć procesy transkrypcji i podziału komórek.

Funkcje jądra. Biologia procesów zachodzących w jądrze

Pierwszą i najważniejszą funkcją jądra jest przechowywanie i przekazywanie informacji dziedzicznej. Jądro jest unikalną strukturą komórki, ponieważ zawiera większość ludzkich genów. Kariotyp może być haploidalny, diploidalny, triploidalny i tak dalej. Ploidia jadu zależy od funkcji samej komórki: gamety są haploidalne, a komórki somatyczne diploidalne. Komórki bielma okrytozalążkowych są triploidalne i wreszcie wiele odmian roślin uprawnych ma poliploidalny zestaw chromosomów.

Transfer do cytoplazmy z jądra następuje podczas tworzenia mRNA. Podczas procesu transkrypcji odczytywane są niezbędne geny kariotypu i ostatecznie syntetyzowane są cząsteczki informacyjnego lub informacyjnego RNA.

Dziedziczność objawia się także podczas podziału komórki poprzez mitozę, mejozę czy amitozę. W każdym przypadku rdzeń spełnia swoją specyficzną funkcję. Na przykład w profazie mitozy błona jądrowa ulega zniszczeniu, a silnie zagęszczone chromosomy przedostają się do cytoplazmy. Jednakże w mejozie przejście chromosomów następuje przed zniszczeniem błony w jądrze. A w amitozie jądro ulega całkowitemu zniszczeniu i w niewielkim stopniu uczestniczy w procesie podziału.

Ponadto jądro pośrednio bierze udział w transporcie substancji z komórki dzięki bezpośredniemu połączeniu błony z EPS. Tym właśnie jest jądro w biologii.

Kształt jąder

Jądro, jego budowa i funkcje mogą zależeć od kształtu membrany. Aparat jądrowy może być okrągły, wydłużony, w postaci ostrzy itp. Często kształt jądra jest specyficzny dla poszczególnych tkanek i komórek. Organizmy jednokomórkowe różnią się rodzajem odżywiania i cyklem życiowym, a jednocześnie różnią się także kształtami błon jądrowych.

Różnorodność kształtu i wielkości jądra widać na przykładzie leukocytów.

• Jądro neutrofili może być segmentowane lub niesegmentowane. W pierwszym przypadku mówią o jądrze w kształcie podkowy, a ten kształt jest charakterystyczny dla młodych komórek. Jądro segmentowe powstaje w wyniku powstania kilku przegród w błonie, w wyniku czego powstaje kilka połączonych ze sobą części.
• U eozynofilów jądro ma charakterystyczny kształt hantli. W tym przypadku aparat jądrowy składa się z dwóch segmentów połączonych przegrodą.
• Prawie całą objętość limfocytów zajmuje ogromne jądro. Tylko niewielka część cytoplazmy pozostaje na obrzeżach komórki.
• W komórkach gruczołowych owadów jądro może mieć rozgałęzioną strukturę.

Liczba jąder w jednej komórce może się różnić

W komórce organizmu nie zawsze występuje tylko jedno jądro. Czasami konieczne jest posiadanie dwóch lub więcej urządzeń jądrowych, aby wykonywać kilka funkcji jednocześnie. I odwrotnie, niektóre komórki mogą w ogóle obejść się bez jądra. Oto kilka przykładów niezwykłych komórek, które mają więcej niż jedno jądro lub nie mają go wcale.

1. Czerwone krwinki i płytki krwi. Te komórki krwi transportują odpowiednio hemoglobinę i fibrynogen. Aby jedna komórka mogła pomieścić maksymalną ilość substancji, traci jądro. Ta cecha nie jest typowa dla wszystkich przedstawicieli świata zwierząt: żaby mają we krwi ogromne czerwone krwinki z wyraźnym jądrem. Świadczy to o prymitywności tej klasy w porównaniu z bardziej rozwiniętymi taksonami.

2. Hepatocyty wątroby. Komórki te zawierają dwa jądra. Jeden z nich reguluje oczyszczanie krwi z toksyn, a drugi odpowiada za powstawanie hemu, który następnie stanie się częścią hemoglobiny we krwi.

3. Miocyty prążkowanej tkanki szkieletowej. Komórki mięśniowe są wielojądrowe. Wynika to z faktu, że aktywnie podlegają syntezie i rozkładowi ATP, a także składaniu białek.

Cechy aparatu jądrowego u pierwotniaków

Rozważmy na przykład dwa rodzaje pierwotniaków: orzęski i ameby.

1. Orzęski pantofla. Ten przedstawiciel organizmów jednokomórkowych ma dwa jądra: wegetatywne i generatywne. Ponieważ różnią się one zarówno funkcją, jak i rozmiarem, cecha ta nazywana jest dualizmem nuklearnym.

Jądro wegetatywne odpowiada za codzienne funkcjonowanie komórki. Reguluje jego procesy metaboliczne. Jądro generatywne bierze udział w podziale komórek i koniugacji – procesie seksualnym, podczas którego następuje wymiana informacji genetycznej z osobnikami tego samego gatunku.

Choroby

Wiele chorób genetycznych wiąże się z nieprawidłowościami w liczbie chromosomów. Oto lista najbardziej znanych odchyleń w aparacie genetycznym jądra:

• zespół Downa;
• Cydr Patau;
• zespół Klinefeltera;
• Zespół Szereszewskiego-Turnera.

Lista jest długa, a każda z chorób różni się numerem seryjnym pary chromosomów. Ponadto takie choroby często wpływają na chromosomy płci X i Y.

Wniosek

Jądro odgrywa ważną rolę. Reguluje procesy biochemiczne i jest skarbnicą informacji dziedzicznej. Z funkcjonowaniem tej centralnej struktury komórki związany jest także transport substancji z komórki oraz synteza białek. Tym właśnie jest jądro w biologii.