§ 18. Ядро

Ядро — важнейшая структура клеток всех эукариот. Большинство клеток имеет одно ядро. Изредка встречаются двуядерные (инфузория туфелька) и многоядерные клетки (некоторые протисты, клетки грибов, поперечнополосатые мышечные волокна). Некоторые клетки в зрелом состоянии не имеют ядра, например эритроциты млекопитающих, клетки ситовидных трубок цветковых растений. Такие клетки не способны к размножению.

Обычно ядро имеет шаровидную форму, но может быть линзовидным, веретеновидным и даже многолопастным (в клетках зернистых лейкоцитов). В животной клетке ядро обычно расположено в центре, а в растительной, как правило, находится на периферии клетки (центральную часть часто занимает вакуоль).

Строение и функции ядра. Общий план строения ядра одинаков у всех клеток эукариот (рис. 49). Оно состоит из ядерной оболочки, ядерного сока, хроматина и ядрышка (одного или нескольких).

От цитоплазмы содержимое ядра отделено ядерной оболочкой, состоящей из двух мембран. Наружная мембрана граничит с цитоплазмой клетки, в некоторых местах она переходит в каналы эндоплазматической сети. К наружной мембране ядра прикрепляются рибосомы. Внутренняя мембрана, контактирующая с ядерным соком, гладкая. Ядерная оболочка пронизана множеством пор, через которые из ядра в цитоплазму выходят субъединицы рибосом, молекулы иРНК и тРНК, а в ядро из цитоплазмы поступают различные белки (в том числе ферменты), нуклеотиды, АТФ, неорганические ионы и т. д.

Ядерный сок имеет гелеобразную консистенцию, в его состав входят различные органические и неорганические вещества. В ядерном соке располагаются хроматин и ядрышки.

Хроматин под микроскопом имеет вид тонких тяжей, мелких гранул или глы-бок. Основу хроматина составляют молекулы ДНК, соединенные со специфическими белками. В состав хроматина входят также молекулы РНК, синтез которых осуществляется на ДНК

Ядрышки — плотные, округлые, не ограниченные мембраной участки ядра. Здесь происходит синтез рибосомных РНК и объединение их с молекулами белков, что приводит к образованию субъединиц рибосом. Таким образом, ядрышко представляет собой место синтеза рРНК и сборки отдельных субъединиц рибосом. В начале деления клетки ядрышки разрушаются, а в конце деления формируются вновь в определенных участках хромосом.

Важнейшими функциями ядра являются следующие.

1.  Хранение наследственной информации и передача ее дочерним клеткам в процессе деления. Как вы знаете, наследственная информация закодирована в молекулах ДНК

2.  Управление процессами жизнедеятельности клетки.

Хромосомы. В начале деления клетки хроматин уплотняется, образуя компактные структуры — хромосомы. Специальные ядерные белки при этом обеспечивают правильную укладку (спирализацию) молекулы ДНК, в результате чего ее длина во много раз уменьшается. Каждая хромосома образована двумя

сестринскими хромат и дам и (рис. 50). В состав каждой хроматиды входит одна молекула ДНК- Молекулы ДНК в сестринских хроматидах одной хромосомы идентичны, т. е. имеют одинаковую последовательность нуклеотидов.

Сестринские хроматиды соединены друг с другом в области центромеры (первичной перетяжки). Центромера делит хромосому на два п л е ч а. Хро -мосомы с равными или почти равными плечами называются равноплечими, с плечами неодинаковой длины — неравноплечими. Хромосомы с одним длинным, а другим очень коротким, едва заметным плечом называются палочковидными.

У живых организмов различают половые и соматические клетки. Набор хромосом, содержащийся в половых клетках (гаметах), называют гаплоидным набором и обозначают буквой п. Например, сперматозоиды и яйцеклетки человека содержат по 23 хромосомы (п = 23). В гаплоидном наборе каждая хромосома уникальна: невозможно найти две хромосомы, одинаковые по строению (форме, размерам, расположению перетяжек) и содержанию наследственной информации.

Соматические (от греч. сома — тело) клетки составляют тело живых организмов, образуя ткани и органы, и выполняют разнообразные функции. В отличие от гамет соматические клетки не принимают непосредственного участия в половом размножении и, как правило, содержат диплоидный (двойной) набор хромосом, обозначаемый 2п.

В диплоидном наборе все хромосомы парные. В частности, соматические клетки человека содержат 46 хромосом, т. е. 23 пары (2п = 46). Парные хромосомы одинаковы по строению и сходны по содержанию наследственной информации,

но имеют разное происхождение (одна из них — материнская, другая — отцовская). Такие хромосомы называют гомологичными (см. рис. 100 на с. 188).

Клетки с набором хромосом, увеличенным в три и более раз (кратно гаплоидному набору), называют полиплоидными. Например, 3п — триплоидный набор, 4п — тетраплоидный и т. д.

Понятие о кариотипе. Организмы, принадлежащие к одному виду, имеют одинаковый набор хромосом в соматических клетках (при этом учитывается количество хромосом, их размеры, форма, особенности строения). И наоборот, в клетках разных биологических видов хромосомные наборы различны. Даже если совпадает число хромосом (например, у картофеля и шимпанзе 2п = 48), их размеры, форма и строение будут разными.

Совокупность признаков хромосомного набора, характерных для клеток определенного вида живых организмов, называется кариотипом (от греч. карион — ядро, питое — образец). Кариотип — своего рода «хромосомный паспорт», по которому клетки одного вида организмов надежно отличаются от клеток других биологических видов.

Между количеством хромосом и сложностью организации живых организмов нет прямой связи. Например, клетки разных видов радиолярий (морских протистов) содержат 1000—1600 хромосом, клетки курицы — 78, а шимпанзе — всего 48. Диплоидный набор ели (голосеменное растение) составляет 24 хромосомы, а березы (покрытосеменное растение) — 18.

1.  Для клеток каких живых организмов характерно наличие ядра?

Бактерий, протистов, грибов, растений, животных.

2.  Из каких компонентов состоит ядро клетки? Какие функции оно выполняет? Каким образом отсутствие ядра может повлиять на жизнедеятельность клетки?

3.  Что представляют собой ядрышки? Почему ядрышки в ядре клетки периодически появляются и исчезают?

4.  Что представляет собой хроматин? Что происходит с хроматином в начале деления клетки?

5.  Чем гаплоидный набор хромосом отличается от диплоидного? Для каких типов клеток характерны данные хромосомные наборы?

6.  Что такое кариотип? Почему существование видов связано со стабильностью их ка-риотипа?

7.  В цикле развития растений происходит строгое чередование двух поколений — спорофита и гаметофита. Спорофиты развиваются из зигот, гаметофиты — из гаплоидных спор. Вспомните циклы развития мха, папоротника, голосеменного и покрытосеменного растений, изученные в 7-м классе. Как в ходе эволюции растений изменялись размеры, строение и роль каждого поколения в цикле развития? Как вы думаете, чем обусловлена обнаруженная закономерность?

8.  В теплых морях обитают необычные зеленые водоросли — ацетабулярии. Известно несколько видов ацетабулярий, различающихся формой шляпки и некоторыми

другими признаками. Тело ацетабуля-рии представляет собой одну гигантскую клетку, состоящую из ножки с ризоидами, тонкого стебелька и шляпки. Стебелек достигает в длину 6 см, а шляпка — 1 см в диаметре. Ацетабулярии живут на мелководье и часто повреждаются прибоем. Однако они обладают способностью регенерировать все части своего тела, кроме ядра, которое находится в прикрепленной к камням ножке.

Какие эксперименты с этими водорослями можно провести, чтобы доказать, что именно ядро клетки является основным хранителем наследственной информации?