Строение ядра клетки

Ядро — это главный органоид эукариотической клетки, который играет ключевую роль в хранении, передаче и реализации наследственной информации. Оно обеспечивает процессы репликации ДНК, транскрипции РНК и регулирует деятельность клетки в целом. В ядре локализованы хромосомы, ядерные белки и специализированные структуры, обеспечивающие контроль за обменом веществ между ядром и цитоплазмой.

1. Структура и функция ядрышка

Ядрышко (nucleolus) — это сферическая структура внутри ядра, не имеющая собственной мембраны. Основная функция ядрышка — синтез рибосомальных РНК (рРНК) и сборка субъединиц рибосом.

Структурные компоненты ядрышка:

1. Фибриллярный центр – область, содержащая гены рРНК. Здесь происходит транскрипция ДНК в первичные транскрипты рРНК.

2. Плотный фибриллярный компонент – зона, где происходит процессинг (созревание) рРНК.

3. Гранулярный компонент – место сборки рибосомальных субъединиц.

Функции ядрышка:

• синтез и созревание рРНК;

• сборка рибосомных субъединиц;

• участие в регуляции клеточного цикла;

• временное депо некоторых белков, участвующих в клеточном делении и стрессе.

2. Организация хроматина: гетерохроматин и эухроматин и их относительное расположение в ядре

Хроматин — это комплекс ДНК и гистонов, находящийся в ядре клетки. В зависимости от степени спирализации и функциональной активности он подразделяется на два типа:

Эухроматин

• менее конденсированная форма хроматина;

• активно транскрибируется (гены, находящиеся в этой области ДНК, включены, доступны для считывания и используются клеткой для производства белка в данный момент времени.);

• содержит большинство активных генов;

• располагается в центральной части ядра.

Гетерохроматин

• плотно упакованная форма хроматина;

• генетически неактивен (гены не транскрибируются);

• располагается ближе к ядерной оболочке и вокруг ядрышка;

• бывает конститутивным (всегда неактивным, например, центромеры) и факультативным (может становиться активным в определённых условиях).

Расположение:
Эухроматин чаще сосредоточен в центре ядра, тогда как гетерохроматин — у периферии, формируя «спокойные зоны» и способствуя структурной стабильности ядра.

3. Строение ядерной мембраны: ядерная ламина, поры

Ядерная мембрана (ядерная оболочка) состоит из двух мембран:

1. Внутренняя мембрана – контактирует с ядерным содержимым.

2. Внешняя мембрана – связана с эндоплазматическим ретикулумом и может иметь рибосомы на поверхности.

Ядерная ламина

Под внутренней мембраной расположена ядерная ламина — сетчатый слой белков (ламинов), обеспечивающий:

• механическую прочность ядра;

• организацию ядерных пор;

• взаимодействие с хроматином;

• участие в делении ядра во время митоза.

Клинический аспект:
Мутации в генах ламинов вызывают ламинопатии, включая синдром Хатчинсона-Гилфорда (прогерия).

Ядерные поры

Ядерная оболочка пронизана ядерными порами, которые состоят из белковых комплексов (нуклеопоринов). Каждая пора имеет симметричную структуру и регулирует транспорт молекул между ядром и цитоплазмой.

4. Механизм транспорта через ядерную мембрану

Ядерные поры обеспечивают селективный транспорт, поддерживая компартментализацию клетки.

Типы транспорта:

1. Пассивная диффузия

   • для маленьких молекул (<40 кДа);

   • не требует энергии.

2. Активный транспорт

   • для крупных белков, РНК и рибосомных субъединиц;

   • требует участия специальных белков:

     • импортины — для переноса молекул в ядро;

     • экспортины — для вывода молекул из ядра.

   • процесс регулируется энергией GTP при участии белка Ran.

Пример:
Транспорт мРНК в цитоплазму через ядерные поры для последующего синтеза белка на рибосомах.

Заключение

Ядро — ключевой органоид клетки, обеспечивающий хранение и реализацию генетической информации. Его сложная структура — от ядрышка до ядерных пор — демонстрирует высокий уровень организации клеточной жизни. Понимание механизмов функционирования ядра важно не только для общей биологии, но и для медицины, генной инженерии и биотехнологий.

Тестовые вопросы для закрепления по теме: «Строение ядра клетки»

1. Основная функция ядрышка
   A) Репликация ДНК
   B) Синтез рибосомальных РНК
   C) Синтез липидов
   D) Деградация белков
   

   Ответ

   B

2. Область ядрышка, где происходит транскрипция рРНК
   A) Гранулярный компонент
   B) Фибриллярный центр
   C) Цитоплазма
   D) Ядерная пора
   

   Ответ

   B

3. Хроматин, который активно транскрибируется
   A) Гетерохроматин
   B) Конститутивный хроматин
   C) Эухроматин
   D) Центромерный хроматин
   

   Ответ

   C

4. Расположение гетерохроматина в ядре
   A) В центре ядра
   B) На мембранах эндоплазматической сети
   C) Вблизи ядерной оболочки
   D) Внутри митохондрий
   

   Ответ

   C

5. Белки, формирующие ядерную ламину
   A) Тубулины
   B) Актины
   C) Ламины
   D) Кератины
   

   Ответ

   C

6. Структура, обеспечивающая транспорт макромолекул через ядерную оболочку
   A) ЭПС
   B) Ядерные поры
   C) Лизосомы
   D) Рибосомы
   

   Ответ

   B

7. Тип транспорта, не требующий энергии
   A) Активный транспорт
   B) Экспорт через Ran-белок
   C) Пассивная диффузия
   D) Фагоцитоз
   

   Ответ

   C

8. Белки, обеспечивающие перенос молекул в ядро
   A) Экспортины
   B) Импортины
   C) Ламины
   D) Актиномерины
   

   Ответ

   E

9. Форма хроматина, связанная с неактивными генами
   A) Эухроматин
   B) Гетерохроматин
   C) Плазмохроматин
   D) Митохроматин
   

   Ответ

   B

10. Органоид, связанный с внешней мембраной ядра
    A) Митохондрия
    B) Эндоплазматический ретикулум
    C) Аппарат Гольджи
    D) Лизосома
    

    Ответ

    B

Рекомендуется:

• План подготовки к олимпиадам по биологии в Казахстане (7-8 классы)