Ce este pe scurt un nucleu celular? Ce este un nucleu - în biologie: proprietăți și funcții

Nucleul este componenta principală a unei celule vii, care poartă informații ereditare codificate de un set de gene. Ocupă o poziție centrală în celulă. Dimensiunile variază, forma este de obicei sferică sau ovală. Diametrul nucleului în diferite celule poate fi de la 8 la 25 de microni. Există excepții, de exemplu, ouăle de pește au nuclee cu un diametru de 1 mm.

Caracteristicile structurii nucleului

Miezul este umplut cu lichid și mai multe elemente structurale. Conține o înveliș, un set de cromozomi, nucleoplasmă și un nucleol. Învelișul este cu membrană dublă; între membrane există un spațiu perinuclear.

Membrana exterioara similară ca structură cu reticulul endoplasmatic. Este conectat la ER, care pare să se ramifică din învelișul nuclear. Ribozomii sunt localizați în afara nucleului.

Membrana interioara durabil, deoarece contine lamina. Îndeplinește o funcție de susținere și servește ca punct de atașare pentru cromatina.

Membrana are pori care asigură procese de schimb cu citoplasma. Porii nucleari constau din proteine ​​de transport care livrează substanțe în carioplasmă prin transport activ. Doar moleculele mici pot trece prin deschiderile porilor în mod pasiv. De asemenea, fiecare por este acoperit cu un porosom, care reglează procesele metabolice din nucleu.

Numărul de nuclee variază în celule cu specializări diferite. În cele mai multe cazuri, celulele sunt mononucleare, dar există țesuturi construite din celule multinucleate (ficat sau țesut cerebral). Există celule fără nucleu - acestea sunt globule roșii mature.

În protozoare, există două tipuri de nuclee: unii sunt responsabili de stocarea informațiilor, alții sunt responsabili de sinteza proteinelor.

Nucleul poate fi în stare de repaus (perioada de interfază) sau de diviziune. Trecând în interfază, arată ca o formațiune sferică cu multe granule albe (cromatina). Există două tipuri de cromatina: heterocromatina și eucromatina.

Eucromatina este o cromatina activă care menține o structură despiralizată în nucleul de repaus și este capabilă de sinteză intensă de ARN.

Heterocromatina este zone de cromatina care se află într-o stare condensată. Dacă este necesar, poate trece la o stare eucromatică.

Când se folosește metoda citologică de colorare a nucleului (conform Romanovsky-Giemsa), s-a dezvăluit că heterocromatina își schimbă culoarea, dar eucromatina nu. Cromatina este alcătuită din catene de nucleoproteine ​​numite cromozomi. Cromozomii poartă informațiile genetice de bază ale fiecărei persoane. Cromatina este o formă de existență a informațiilor ereditare în perioada de interfază a ciclului celular; în timpul diviziunii se transformă în cromozomi.

Structura cromozomală

Fiecare cromozom este alcătuit dintr-o pereche de cromatide care sunt paralele între ele și conectate doar într-un singur loc - centromerul. Centromerul împarte cromozomul în două brațe. În funcție de lungimea brațelor, se disting trei tipuri de cromozomi:

• Umeri egali;
• diversitate,
• un umar

Unii cromozomi au o secțiune suplimentară care este atașată la cea principală prin conexiuni sub formă de fir - acesta este un satelit. Sateliții ajută la identificarea diferitelor perechi de cromozomi.

Nucleul metafază este o placă în care se află cromozomii. În această fază a mitozei este studiat numărul și structura cromozomilor. În timpul metafazei, cromozomii surori se deplasează în centru și se împart în două cromatide.

Structura nucleolului

Nucleul conține și o formațiune nemembranară - nucleolul. Nucleolii sunt corpuri compacte, rotunde, capabile să refracte lumina. Acesta este locul principal de sinteză a ARN-ului ribozomal și a proteinelor esențiale.

Numărul de nucleoli variază în diferite celule; aceștia se pot uni într-o formațiune mare sau pot exista separat unul de celălalt sub formă de particule mici. Când procesele sintetice sunt activate, volumul nucleolului crește. Îi lipsește o coajă și este înconjurat de cromatină condensată. Nucleolul conține și metale, în principal zinc. Astfel, nucleolul este o formațiune dinamică, schimbătoare, necesară pentru sinteza ARN și transportul acestuia în citoplasmă.

Nucleoplasma umple întregul spațiu intern al nucleului. Nucleoplasma conține ADN, ARN, molecule de proteine ​​și substanțe enzimatice.

Funcțiile nucleului într-o celulă

1. Ia parte la sinteza proteinelor și a ARN-ului ribozomal.
2. Reglează activitatea funcțională a celulei.
3. Conservarea informațiilor genetice, replicarea corectă și transmiterea acesteia către descendenți.

Rolul și semnificația nucleului

Nucleul este principalul depozit de informații ereditare și determină fenotipul organismului. În nucleu, ADN-ul există neschimbat datorită enzimelor de reparare nucleară care pot elimina daunele și mutațiile. În timpul diviziunii celulare, mecanismele nucleare asigură că informațiile genetice sunt distribuite cu acuratețe și uniform în celulele fiice.

Nucleul celular este o structură înconjurată de membrane care conține informații ereditare și controlează creșterea și reproducerea. Acesta este centrul de comandă al celulei eucariote și, de regulă, cel mai semnificativ.

Structura și semnificația nucleului celular

Diagrama structurii kernelului / Wikimedia

Nucleul celular este înconjurat de o membrană dublă numită înveliș nuclear. Această membrană separă conținutul nucleului de.

La fel ca membrana celulară, învelișul nuclear este compus din fosfolipide care formează un strat dublu lipidic. Ajută la menținerea formei nucleului și reglează fluxul de molecule în și din nucleu prin porii nucleari.

Cromozomii sunt localizați în interiorul nucleului. Ele constau din ADN, care conține informații despre ereditatea, creșterea, dezvoltarea și reproducerea celulelor. Când o celulă se află într-o stare de „repaus”, adică nu se împarte, cromozomii sunt organizați în structuri lungi și încurcate numite , mai degrabă decât în ​​cromozomi individuali, așa cum ne gândim de obicei.

Nucleol

În interiorul nucleului se află o structură densă formată din ARN și proteine ​​numite nucleol, care conține organizatori nucleolari, care sunt părți ale cromozomilor cu gene pentru sinteza ribozomilor. Nucleolul ajută la sinteza ribozomilor prin transcrierea și asamblarea ARN-ului ribozomal. Ribozomul este alcătuit din ARN ribozomal (ARNr) și proteine.

Sinteza proteinei

Nucleul reglează sinteza proteinelor în citoplasmă folosind ARN-ul mesager (ARNm), care este un segment transcris de ADN care servește ca șablon pentru producția de proteine. Este produs în nucleu și se deplasează în citoplasmă prin porii nucleari din membrană.

Odată ajunsi în citoplasmă, ribozomii și alte molecule de ARN numite ARN mesager lucrează împreună pentru a traduce ARNm pentru a produce proteine.

Structura celulelor eucariote

Pe lângă nucleul celular, există și alte tipuri de organite celulare. Următoarele structuri celulare pot fi găsite și într-o eucariotă tipică:

• - ajuta la organizarea ansamblului microtubulilor.
• - stocarea ADN-ului celular.
• - asigura o locomotie celulara.
• - protejează integritatea interiorului celulei.
• - sintetiza carbohidrati si lipide.

Nucleul este cea mai importantă componentă a celulei. Nucleul celulei conține ADN, adică. gene și, datorită acesteia, îndeplinește două funcții principale:

1) stocarea și reproducerea informațiilor genetice

2) reglarea proceselor metabolice care au loc în celulă

O celulă fără nucleu nu poate exista mult timp, iar nucleul nu este, de asemenea, capabil de existență independentă, prin urmare citoplasma și nucleul formează un sistem interdependent. Majoritatea celulelor au un singur nucleu. Este adesea posibil să se observe 2-3 nuclei într-unul, de exemplu în celulele hepatice. Sunt cunoscute și celulele multinucleate, iar numărul de nuclee poate ajunge la câteva zeci. Forma nucleului depinde în mare măsură de forma celulei; aceasta poate fi complet neregulată. Există miezuri sferice și multilobate. Invaginările și excrescențele membranei nucleare măresc semnificativ suprafața nucleului și, prin urmare, întăresc legătura dintre structurile și substanțele nucleare și citoplasmatice.

Structura de bază

Miezul este înconjurat de o înveliș, care constă din două membrane cu o structură tipică. Membrana nucleară exterioară de pe suprafața orientată spre citoplasmă este acoperită cu ribozomi, membrana interioară este netedă.

Învelișul nuclear face parte din sistemul membranar al celulei.Excrescentele membranei nucleare exterioare se conectează cu canalele reticulului endoplasmatic, formând un singur sistem de canale comunicante.Schimbul de substanțe între nucleu și citoplasmă are loc în două căi principale.În primul rând, învelișul nuclear este pătruns de numeroși pori prin care se fac schimb de molecule între nucleu și citoplasmă.În al doilea rând, substanțele din nucleu în citoplasmă și înapoi pot pătrunde datorită eliberării de invaginări și excrescențe ale învelișului nuclear. În ciuda schimbului activ de substanțe între nucleu și citoplasmă, învelișul nuclear limitează conținutul nuclear din citoplasmă, asigurând astfel diferențe în compoziția chimică a sucului nuclear și a citoplasmei.Acest lucru este necesar pentru funcționarea normală a structurilor nucleare.

Conținutul nucleului este împărțit în suc nuclear, cromatină și nucleol.

Într-o celulă vie, seva nucleară arată ca o masă fără structură care umple golurile dintre structurile nucleului. Seva nucleară conține diverse proteine, inclusiv majoritatea enzimelor nucleare, proteine ​​​​cromatinei și proteine ​​​​ribozomale. Seva nucleară conține, de asemenea, nucleotide libere necesare construcției. de molecule de ADN și ARN, aminoacizi, toate tipurile de ARN, precum și produse ale activității nucleolului și cromatinei, care sunt apoi transportate de la nucleu la citoplasmă.

Cromatina (croma greacă - culoare, culoare) este denumirea dată aglomerărilor, granulelor și structurilor de tip rețea ale nucleului, care sunt colorate intens cu niște coloranți și diferă ca formă de nucleol. Cromatina conține ADN și proteine ​​și reprezintă secțiuni spiralizate și compactate ale cromozomilor.Secțiunile spiralate ale cromozomilor sunt inactive genetic.

Rolul lor specific - transferul de informații genetice - poate fi îndeplinit doar de secțiuni despiralizate-nerăsucite ale cromozomilor, care, datorită grosimii lor mici, nu sunt vizibile la microscopul cu lumină.

În celulele în diviziune, toți cromozomii sunt puternic spiralați, scurtați și capătă dimensiuni și forme compacte.Un cromozom este o structură nucleară independentă care are brațe și o constricție primară.Forma cromozomilor depinde de poziția așa-numitei constricții primare, sau centormer, regiunea la care în timpul diviziunii celulare ( mitoză) sunt atașate filamentele fusului. Centromerul împarte cromozomul în două brațe. Locația centromerului determină trei tipuri principale de cromozomi:

1) umeri egali - cu umeri de lungime egală sau aproape egală;

2) umerii inegali - cu umeri de lungime inegală;

3) în formă de tijă - cu unul lung și al doilea foarte scurt, uneori greu de detectat, umăr. Există, de asemenea, cromozomi punctiform cu brațe foarte scurte.

Studiul cromozomilor a făcut posibilă stabilirea următoarelor fapte.

1. În toate celulele somatice ale oricărui organism vegetal sau animal, numărul de cromozomi este același.

2. Celulele sexuale conțin întotdeauna doi cromozomi mai puțini decât celulele somatice ale unui anumit tip de organism.

3. Toate organismele aparținând aceleiași specii au același număr de cromozomi în celulele lor.

Numărul de cromozomi nu depinde de nivelul de organizare și nu indică întotdeauna relație: același număr poate fi găsit în grupuri sistematice care sunt foarte îndepărtate unele de altele și pot fi foarte diferite la speciile care sunt apropiate ca origine.

Astfel, numărul de cromozomi în sine nu este o caracteristică specifică speciei.Totuși, caracteristicile setului de cromozomi în ansamblu sunt specifice speciei, adică. caracteristic unui singur tip de organism, plante, plante sau animale.

Setul de caracteristici cantitative (număr și dimensiune) și calitative (formă) ale setului de cromozomi al unei celule somatice se numește cariotip.

Numărul de cromozomi din cariotipul majorității speciilor de organisme vii este egal.Acest lucru se explică prin faptul că în celulele somatice există doi cromozomi de aceeași formă și dimensiune - unul din organismul patern, al doilea din cel matern. Cromozomii care au aceeași formă și dimensiune și poartă aceleași gene se numesc omologi.

Setul de cromozomi al unei celule somatice, în care fiecare cromozom are o pereche, se numește dublu sau diploid și este desemnat 2N. Cantitatea de ADN corespunzătoare unui set diploid de cromozomi este desemnată 2C.

Din fiecare pereche de cromozomi omologi, doar unul intră în celulele germinale și, prin urmare, setul de cromozomi de gameți este numit unic sau haploid. Cariotipul unor astfel de celule este denumit 2n1c.

Numărul diploid de cromozomi la animale și plante.

Tip de organisme	Numărul de cromozomi
Plasmodium malarial	2
Crap	104
Vierme rotunzi de cal	2
Uman	46
Musca de fructe Drosophila	8
Frasin comun	46
Paduchi de cap	12
Cimpanzeu	48
Spanac	12
Gândac de bucătărie	48
muscă	12
Piper	48
Triton	24
Oile domestice	54>
Arbore de blană, pin	24
Câine domestic	78
Biban	28
Porumbel	80

După terminarea diviziunii celulare, cromozomii sunt disspiralizați, iar în nucleele celulelor fiice rezultate doar o plasă subțire și aglomerări de cromatină devin din nou vizibile.

A treia structură caracteristică unei celule este nucleolul.Este un corp rotund dens scufundat în suc nuclear. În nucleele diferitelor celule, precum și în nucleul aceleiași celule, în funcție de starea sa funcțională, numărul de nucleoli poate varia de la 1 la 5-7 sau mai mult. Numărul de nucleoli poate depăși numărul de cromozomi din set; acest lucru se întâmplă din cauza reduplicării selective a genelor responsabile de sinteza ARNr. Nucleolii sunt prezenți numai în nucleele care nu se divizează; în timpul mitozei, ei dispar din cauza spiralizării cromozomilor și eliberării tuturor ribozomilor formați anterior în citoplasmă și, după terminarea diviziunii, apar din nou.

Nucleolul nu este o structură independentă a nucleului, ci se formează în jurul regiunii cromozomului în care este codificată structura ARNr. Această parte a cromozomului - gena - se numește organizator nucleolar (NO), iar pe ea are loc sinteza r-ARN.

Pe lângă acumularea de ARN-r, în nucleol se formează subunități ribozomale, care apoi se deplasează în citoplasmă și, combinând cu participarea cationilor Ca2+, formează ribozomi integrali capabili să participe la biosinteza proteinelor.

Astfel, nucleolul este o acumulare de r-ARN și ribozomi în diferite stadii de formare, care se bazează pe o secțiune a cromozomului care poartă gena - organizatorul nucleolar, care conține informații ereditare despre structura r-ARN.

Nucleul celular este una dintre componentele principale ale tuturor celulelor vegetale și animale, indisolubil legat de schimbul, transmiterea de informații ereditare etc.

Forma nucleului celular variază în funcție de tipul de celulă. Există nuclei de celule ovale, sferice și de formă neregulată - în formă de potcoavă sau multilobați (în leucocite), nuclei de celule sub formă de mărgele (la unii ciliați), nuclei de celule ramificate (în celulele glandulare ale insectelor), etc. Dimensiunea de nucleul celular este diferit, dar este de obicei asociat cu volumul citoplasmei. Încălcarea acestui raport în timpul creșterii celulare duce la diviziunea celulară. Numărul de nuclee celulare variază și el - majoritatea celulelor au un singur nucleu, deși se găsesc celule binucleate și multinucleate (de exemplu, unele celule hepatice și măduvei osoase). Poziția nucleului în celulă este caracteristică fiecărui tip de celulă. În celulele germinale, nucleul este situat de obicei în centrul celulei, dar se poate mișca pe măsură ce celula se dezvoltă și se formează zone specializate în citoplasmă sau se depun în ea substanțe de rezervă.

În nucleul celular se disting structurile principale: 1) membrana nucleară (membrană nucleară), prin porii căreia are loc schimbul între nucleul celular și citoplasmă [există dovezi care indică faptul că membrana nucleară (formată din două straturi). ) trece continuu în membranele reticulului endoplasmatic (vezi) și complexul Golgi]; 2) suc nuclear sau carioplasmă, o masă plasmatică semi-lichidă, slab colorată, care umple toți nucleii celulari și conține componentele rămase ale nucleului; 3) (vezi), care într-un nucleu nedivizat sunt vizibile numai cu ajutorul unor metode speciale de microscopie (pe o secțiune colorată a unei celule care nu se divide, cromozomii arată de obicei ca o rețea neregulată de fire și boabe întunecate, numite colectiv ); 4) unul sau mai multe corpuri sferice - nucleoli, care sunt o parte specializată a nucleului celular și sunt asociate cu sinteza acidului ribonucleic și a proteinelor.

Nucleul celular are o organizare chimică complexă, în care rolul cel mai important îl au nucleoproteinele, produsul unei combinații cu proteine. Există două perioade principale în viața unei celule: perioada de interfază sau metabolică și perioada mitotică sau de diviziune. Ambele perioade sunt caracterizate în principal de modificări ale structurii nucleului celular. În interfaza, nucleul celular este în stare de repaus și participă la sinteza proteinelor, reglarea formării formei, procesele de secreție și alte funcții vitale ale celulei. În timpul perioadei de diviziune, apar modificări în nucleul celulei, ducând la redistribuirea cromozomilor și formarea nucleilor de celule fiice; informaţia ereditară este astfel transmisă prin structuri nucleare unei noi generaţii de celule.

Nucleii celulari se reproduc numai prin diviziune, iar în cele mai multe cazuri celulele înseși se divid și ele. De obicei se face o distincție între: diviziunea directă a nucleului celular prin ligatură - amitoză și cea mai comună modalitate de împărțire a nucleilor celulari - diviziunea indirectă tipică, sau mitoză (vezi).

Acțiunea radiațiilor ionizante și a altor factori pot modifica informațiile genetice conținute în nucleul celulei, ducând la diferite modificări ale aparatului nuclear, care uneori pot duce la moartea celulelor în sine sau pot provoca anomalii ereditare la descendenți (vezi Ereditatea Prin urmare, studiul structurii și funcțiilor celulelor nucleului, în special a legăturilor dintre relațiile cromozomiale și moștenirea trăsăturilor, care sunt tratate de citogenetică, are o importanță practică semnificativă pentru medicină (vezi).

Vezi și Cell.

Nucleul celular este cea mai importantă componentă a tuturor celulelor vegetale și animale.

O celulă lipsită de nucleu sau cu un nucleu deteriorat nu își poate îndeplini funcțiile în mod normal. Nucleul celular, sau mai exact, acidul dezoxiribonucleic (ADN) organizat în cromozomii săi (vezi), este purtătorul de informații ereditare care determină toate caracteristicile celulei, țesuturilor și întregului organism, ontogeneza acestuia și normele de răspuns ale organismului. la influențele mediului. Informația ereditară conținută în nucleu este codificată în moleculele de ADN care alcătuiesc cromozomul printr-o secvență de patru baze azotate: adenină, timină, guanină și citozină. Această secvență este matricea care determină structura proteinelor sintetizate în celulă.

Chiar și cele mai minore tulburări ale structurii nucleului celular duc la modificări ireversibile ale proprietăților celulei sau la moartea acesteia. Pericolul radiațiilor ionizante și al multor substanțe chimice pentru ereditate (vezi) și pentru dezvoltarea normală a fătului se bazează pe deteriorarea nucleelor ​​din celulele germinale ale unui organism adult sau din celulele somatice ale unui embrion în curs de dezvoltare. Transformarea unei celule normale într-una malignă se bazează și pe anumite tulburări în structura nucleului celular.

Dimensiunea și forma nucleului celular și raportul dintre volumul său și volumul întregii celule sunt caracteristice diferitelor țesuturi. Una dintre principalele caracteristici care distinge elementele sângelui alb și roșu este forma și dimensiunea nucleelor ​​lor. Nucleii leucocitelor pot avea formă neregulată: curbat-în formă de cârnați, în formă de gheare sau în formă de mărgele; în acest din urmă caz, fiecare secțiune a miezului este conectată la cea vecină printr-un jumper subțire. În celulele germinale masculine mature (sperma), nucleul celular reprezintă marea majoritate a volumului total al celulei.

Eritrocitele mature (vezi) ale oamenilor și mamiferelor nu au un nucleu, deoarece îl pierd în timpul procesului de diferențiere. Au o durată de viață limitată și nu se pot reproduce. Celulelor bacteriilor și algelor albastre-verzi le lipsește un nucleu bine definit. Cu toate acestea, ele conțin toate substanțele chimice caracteristice nucleului celular, care sunt distribuite în timpul diviziunii în celule fiice cu aceeași regularitate ca și în celulele organismelor multicelulare superioare. În viruși și fagi, nucleul este reprezentat de o singură moleculă de ADN.

Când se examinează o celulă în repaus (nedivizată) la microscopul luminos, nucleul celulei poate avea aspectul unei vezicule fără structură, cu unul sau mai mulți nucleoli. Nucleul celular este bine colorat cu coloranți nucleari speciali (hematoxilină, albastru de metilen, safranină etc.), care sunt de obicei utilizați în practica de laborator. Folosind un dispozitiv de contrast de fază, nucleul celular poate fi examinat intravital. În ultimii ani, microcinematografia, atomii marcați C14 și H3 (autoradiografie) și microspectrofotometria au fost utilizate pe scară largă pentru a studia procesele care au loc în nucleul celulei. Această din urmă metodă este utilizată cu succes în special pentru a studia modificările cantitative ale ADN-ului din nucleu în timpul ciclului de viață al celulei. Un microscop electronic permite dezvăluirea detaliilor structurii fine a nucleului unei celule în repaus care sunt nedetectabile într-un microscop optic (Fig. 1).

Orez. 1. Diagrama modernă a structurii celulei, bazată pe observații la microscop electronic: 1 - citoplasmă; 2 - Aparat Golgi; 3 - centrozomi; 4 - reticul endoplasmatic; 5 - mitocondrii; 6 - membrana celulara; 7 - carcasa de miez; 8 - nucleol; 9 - miez.

În timpul diviziunii celulare - cariokineza sau mitoza (vezi) - nucleul celular suferă o serie de transformări complexe (Fig. 2), în timpul cărora cromozomii săi devin clar vizibili. Înainte de diviziunea celulară, fiecare cromozom al nucleului sintetizează unul similar din substanțele prezente în seva nucleară, după care cromozomii mamă și fiică diverg către polii opuși ai celulei în diviziune. Ca urmare, fiecare celulă fiică primește același set de cromozomi ca și celula mamă și, odată cu aceasta, informațiile ereditare conținute în ea. Mitoza asigură împărțirea corectă ideală a tuturor cromozomilor nucleului în două părți egale.

Mitoza și meioza (vezi) sunt cele mai importante mecanisme care asigură tiparele fenomenelor de ereditate. În unele organisme simple, precum și în cazuri patologice în celulele de mamifere și umane, nucleii celulari se divid prin constricție simplă sau amitoză. În ultimii ani, s-a demonstrat că și în timpul amitozei au loc procese care asigură divizarea nucleului celular în două părți egale.

Setul de cromozomi din nucleul celulei unui individ se numește cariotip (vezi). Cariotipul din toate celulele unui individ dat este de obicei același. Multe anomalii și deformări congenitale (sindromul Down, sindromul Klinefelter, sindromul Turner-Shereshevsky etc.) sunt cauzate de diferite anomalii cariotip care au apărut fie în stadiile incipiente ale embriogenezei, fie în timpul maturizării celulei germinale din care a apărut individul anormal. Anomaliile de dezvoltare asociate cu tulburări vizibile ale structurilor cromozomiale ale nucleului celular sunt numite boli cromozomiale (vezi Boli ereditare). Diferite leziuni cromozomiale pot fi cauzate de acțiunea mutagenilor fizici sau chimici (Fig. 3). În prezent, metodele care fac posibilă stabilirea rapidă și precisă a cariotipului unei persoane sunt utilizate pentru diagnosticarea precoce a bolilor cromozomiale și pentru a clarifica etiologia anumitor boli.

Orez. 2. Etapele mitozei în celulele culturii tisulare umane (tulpina transplantabilă HEp-2): 1 - profază precoce; 2 - profază tardivă (dispariția membranei nucleare); 3 - metafaza (stadiul steaua mamă), vedere de sus; 4 - metafaza, vedere laterală; 5 - anafaza, începutul divergenței cromozomilor; 6 - anafaza, cromozomii s-au separat; 7 - telofaza, stadiul bobinelor fiice; 8 - telofaza si diviziunea corpului celular.

Orez. 3. Deteriorarea cromozomilor cauzata de radiatii ionizante si mutageni chimici: 1 - telofaza normala; 2-4 - telofaze cu punți și fragmente în fibroblaste embrionare umane iradiate cu raze X în doză de 10 r; 5 și 6 - la fel în celulele hematopoietice ale cobaiului; 7 - puntea cromozomală în epiteliul corneean al unui șoarece iradiat cu o doză de 25 r; 8 - fragmentarea cromozomilor din fibroblastele embrionare umane ca urmare a expunerii la nitrozoetiluree.

Un organel important al nucleului celular - nucleolul - este un produs al activității vitale a cromozomilor. Produce acid ribonucleic (ARN), care este un intermediar esențial în sinteza proteinelor produse de fiecare celulă.

Nucleul celular este separat de citoplasma înconjurătoare (vezi) printr-o membrană, a cărei grosime este de 60-70 Å.

Prin porii din membrană, substanțele sintetizate în nucleu intră în citoplasmă. Spațiul dintre învelișul nuclear și toate organelele sale este umplut cu carioplasmă, constând din proteine ​​bazice și acide, enzime, nucleotide, săruri anorganice și alți compuși cu molecul scăzut necesar pentru sinteza cromozomilor fiice în timpul diviziunii nucleului celular.

Multe reacții și procese biochimice au loc în fiecare celulă vie. Pentru a le controla, precum și pentru a regla mulți factori vitali, este nevoie de o structură specială. Ce este un nucleu în biologie? Ce îl face eficient în îndeplinirea sarcinii sale?

Ce este un nucleu în biologie. Definiție

Nucleul este o structură esențială a oricărei celule din organism. Care este nucleul? În biologie, este cea mai importantă componentă a fiecărui organism. Nucleul poate fi găsit atât în ​​protozoare unicelulare, cât și în reprezentanți foarte organizați ai lumii eucariote. Funcția principală a acestei structuri este stocarea și transmiterea informațiilor genetice, care este cuprinsă și aici.

După fecundarea ovulului de către spermatozoizi, are loc fuziunea a doi nuclei haploizi. După fuziunea celulelor germinale, se formează un zigot, al cărui nucleu poartă deja un set diploid de cromozomi. Aceasta înseamnă că cariotipul (informația genetică a nucleului) conține deja copii ale genelor atât de la mamă, cât și de la tată.

Compoziția miezului

Care este caracteristica nucleului? Biologia studiază cu atenție compoziția aparatului nuclear, deoarece aceasta poate da un impuls dezvoltării geneticii, selecției și biologiei moleculare.

Nucleul este o structură cu membrană dublă. Membranele sunt o extensie a ceea ce este necesar pentru transportul substanțelor formate din celulă. Conținutul nucleului se numește nucleoplasmă.

Cromatina este substanța principală a nucleoplasmei. Compoziția cromatinei este diversă: conține în primul rând acizi nucleici (ADN și ARN), precum și proteine ​​și mulți ioni metalici. ADN-ul din nucleoplasmă este aranjat ordonat sub formă de cromozomi. Cromozomii sunt cei care se dublează în timpul diviziunii, după care fiecare set dintre ei trece în celulele fiice.

ARN-ul din nucleoplasmă se găsește cel mai adesea în două tipuri: ARNm și ARNr. se formează în timpul procesului de transcripție – citirea informațiilor din ADN. O moleculă a unui astfel de acid ribonucleic părăsește mai târziu nucleul și servește ulterior ca șablon pentru formarea de noi proteine.

ARN-ul ribozomal este produs în structuri speciale numite nucleoli. Nucleolul este construit din secțiunile terminale ale cromozomilor formate prin constricții secundare. Această structură poate fi văzută la un microscop cu lumină ca o pată compactată pe nucleu. ARN-urile ribozomale, care sunt sintetizate aici, intră și ele în citoplasmă și apoi, împreună cu proteinele, formează ribozomi.

Compoziția nucleului are o influență directă asupra funcțiilor. Biologia ca știință studiază proprietățile cromatinei pentru a înțelege mai bine procesele de transcripție și diviziune celulară.

Funcțiile kernelului. Biologia proceselor din nucleu

Prima și cea mai importantă funcție a nucleului este stocarea și transmiterea informațiilor ereditare. Nucleul este o structură unică a celulei, deoarece conține majoritatea genelor umane. Cariotipul poate fi haploid, diploid, triploid și așa mai departe. Ploidia veninului depinde de funcția celulei în sine: gameții sunt haploizi, iar celulele somatice sunt diploide. Celulele endosperme ale angiospermelor sunt triploide și, în cele din urmă, multe soiuri de culturi au un set poliploid de cromozomi.

Transferul la citoplasmă din nucleu are loc în timpul formării ARNm. În timpul procesului de transcripție, genele necesare ale cariotipului sunt citite și în cele din urmă sunt sintetizate molecule de ARN mesager sau mesager.

Ereditatea se manifestă și în timpul diviziunii celulare prin mitoză, meioză sau amitoză. În fiecare caz, nucleul își îndeplinește funcția specifică. De exemplu, în profaza mitozei, membrana nucleară este distrusă și cromozomii foarte compactați intră în citoplasmă. Cu toate acestea, în meioză, încrucișarea cromozomilor are loc înainte ca membrana să fie distrusă în nucleu. Și în amitoză, nucleul este complet distrus și aduce o mică contribuție la procesul de divizare.

În plus, nucleul este implicat indirect în transportul de substanțe din celulă datorită conexiunii directe a membranei cu EPS. Asta este un nucleu în biologie.

Forma miezului

Nucleul, structura și funcțiile sale pot depinde de forma membranei. Aparatul nuclear poate fi rotund, alungit, sub formă de lame etc. Adesea forma nucleului este specifică țesuturilor și celulelor individuale. Organismele unicelulare diferă în ceea ce privește tipul de nutriție și ciclul de viață și, în același timp, și formele membranelor nucleare diferă.

Diversitatea în forma și dimensiunea nucleului poate fi văzută în exemplul leucocitelor.

• Nucleul neutrofilului poate fi segmentat sau nesegmentat. În primul caz, ei vorbesc despre un nucleu în formă de potcoavă, iar această formă este caracteristică celulelor tinere. Nucleul segmentat este rezultatul formării mai multor partiții în membrană, rezultând formarea mai multor părți conectate între ele.
• La eozinofile, nucleul are o formă caracteristică de gantere. În acest caz, aparatul nuclear este format din două segmente conectate printr-o partiție.
• Aproape întregul volum de limfocite este ocupat de un nucleu imens. Doar o mică parte din citoplasmă rămâne la periferia celulei.
• În celulele glandulare ale insectelor, nucleul poate avea o structură ramificată.

Numărul de nuclee dintr-o celulă poate varia

Nu există întotdeauna un singur nucleu prezent într-o celulă a organismului. Uneori este necesar să existe două sau mai multe dispozitive nucleare pentru a îndeplini mai multe funcții simultan. În schimb, unele celule se pot descurca fără nucleu. Iată câteva exemple de celule neobișnuite care au mai mult de un nucleu sau nu au deloc nucleu.

1. Globule roșii și trombocite. Aceste celule sanguine transportă hemoglobina și, respectiv, fibrinogenul. Pentru ca o celulă să conțină cantitatea maximă de substanță, aceasta și-a pierdut nucleul. Această caracteristică nu este tipică pentru toți reprezentanții lumii animale: broaștele au celule roșii uriașe în sânge cu un nucleu pronunțat. Aceasta arată caracterul primitiv al acestei clase în comparație cu taxoni mai dezvoltați.

2. Hepatocite hepatice. Aceste celule conțin doi nuclei. Unul dintre ele reglează purificarea sângelui de toxine, iar celălalt este responsabil pentru formarea hemului, care va deveni ulterior parte a hemoglobinei din sânge.

3. Miocite ale țesutului scheletic striat. Celulele musculare sunt multinucleate. Acest lucru se datorează faptului că acestea suferă în mod activ sinteza și descompunerea ATP, precum și asamblarea proteinelor.

Caracteristicile aparatului nuclear la protozoare

De exemplu, luați în considerare două tipuri de protozoare: ciliați și amibe.

1. Ciliații papuci. Acest reprezentant al organismelor unicelulare are două nuclee: vegetativ și generativ. Deoarece diferă atât ca funcție, cât și ca mărime, această caracteristică se numește dualism nuclear.

Nucleul vegetativ este responsabil de funcționarea zilnică a celulei. Își reglează procesele metabolice. Nucleul generator este implicat în diviziunea celulară și în conjugare - un proces sexual în care informațiile genetice sunt schimbate cu indivizii aceleiași specii.

Boli

Multe boli genetice sunt asociate cu anomalii ale numărului de cromozomi. Iată o listă cu cele mai cunoscute abateri ale aparatului genetic al nucleului:

• Sindromul Down;
• cidru de Patau;
• sindromul Klinefelter;
• Sindromul Shereshevsky-Turner.

Lista continuă și fiecare dintre boli diferă prin numărul de serie al unei perechi de cromozomi. De asemenea, astfel de boli afectează adesea cromozomii sexuali X și Y.

Concluzie

Nucleul joacă un rol important în reglarea proceselor biochimice și este un depozit de informații ereditare. Transportul substanțelor din celulă și sinteza proteinelor sunt, de asemenea, asociate cu funcționarea acestei structuri centrale a celulei. Asta este un nucleu în biologie.