Клеточное ядро¶
Клеточное ядро — органоид эукариотической клетки, содержащий генетический материал (ДНК) и окруженный двойной мембраной — ядерной оболочкой. Ядро является центральным регулятором большинства клеточных процессов: хранит, защищает и транскрибирует гены, а также координирует деление клетки. У большинства эукариот в клетке присутствует одно ядро, однако встречаются и многоядерные клетки (мышечные волокна, остеокласты) и клетки без ядра (зрелые эритроциты млекопитающих).
¶Строение
¶Ядерная оболочка
Ядро окружено двойной мембраной — ядерной оболочкой, которая отделяет ядерное содержимое от цитоплазмы. Наружная мембрана сообщается с мембранами эндоплазматического ретикулума и часто покрыта рибосомами. Между двумя мембранами расположен перинуклеарное пространство шириной около 20–40 нм. Ядерная оболочка пронизана многочисленными ядерными порами — сложными белковыми комплексами диаметром около 120 нм, через которые осуществляется транспорт молекул между ядром и цитоплазмой. В ядерной оболочке различают три слоя: наружную и внутреннюю мембраны и прилегающий к ним с внутренней стороны ядерный ламин — сеть промежуточных филаментов из ламинов, придающая ядру механическую устойчивость.
¶Хроматин и хромосомы
Внутри ядра находится хроматин — комплекс ДНК и белков (гистонов и негистоновых белков). Хроматин подразделяется на эухроматин (менее плотный, транскрипционно активный) и гетерохроматин (плотно упакованный, преимущественно транскрипционно неактивный). Во время клеточного деления хроматин конденсируется в видимые под микроскопом хромосомы. У человека соматические клетки содержат 46 хромосом (23 пары), половые клетки — 23 хромосомы.
¶Ядрышко
Ядрышко — плотная округлая структура внутри ядра, не ограниченная мембраной. В нём происходит транскрибация рибосомной РНК (rRNA) и сборка рибосомных субъединиц. Ядрышко формируется вокруг так называемых ядрышковых организаторов — участков хромосом, содержащих гены rRNA. Обычно в ядре одно ядрышко, но их число может варьировать.
¶Ядерный матрикс
Ядерный матрикс (ядерный скелет) — внутренняя фибриллярная структура ядра, обеспечивающая пространственную организацию хроматина и участвующая в репликации и транскрипции ДНК.
¶Функции
Основные функции клеточного ядра:
- Хранение генетической информации. ДНК, сосредоточенная в ядре, содержит наследственный материал организма.
- Репликация ДНК. Удвоение генома происходит перед клеточным делением.
- Транскрипция. Синтез матричной РНК на матрице ДНК.
- Обработка РНК. Сплайсинг, модификации и созревание пре-мРНК до выхода в цитоплазму.
- Контроль клеточного цикла. Ядро определяет готовность клетки к делению.
- Регуляция экспрессии генов.
¶Клетки без ядра
Зрелые эритроциты млекопитающих утрачивают ядро при созревании, что увеличивает пространство для гемоглобина. Тромбоциты — фрагменты мегакариоцитов — также не содержат ядра. У растений и беспозвоночных зрелые эритроциты сохраняют ядро.
¶Эволюция и происхождение
Согласно эндосимбиотической теории, ядро возникло в результате симбиоза древних прокариотических клеток с археоподобными организмами, что привело к разделению транскрипции и трансляции. Точное время возникновения ядра неизвестно; наиболее ранние ископаемые свидетельства клеток с ядром относятся к эдиакарскому периоду (около 635 млн лет назад).
¶Методы исследования
Ядро изучают с помощью световой и электронной микроскопии, флуоресцентной микроскопии (в частности, метода FISH для локализации конкретных последовательностей ДНК), а также биохимических методов, включая фракционирование клеток и иммуноцитохимию.
¶История
Ядро было впервые обнаружено Робертом Гуком в 1665 году при наблюдении пробки из пробкового дерева. Термин «ядро» ввёл Феликс Дюжарден в 1835 году. В 1831 году шотландский ботаник Роберт Браун описал ядро как постоянную часть растительной клетки. В 1883 году Альфред Флемминг ввёл термин «хроматин». В 1882 году Вальтер Флемминг описал митоз.
¶Источники
- Альбертс Б. и др. Молекулярная биология клетки.
- Лопухин Ю.С. Курс общей биологии.
- Каменский А.А. Биология: учебник для вузов.
- Биологический энциклопедический словарь.