Підручник Біологія 9 клас - Л.І. Остапченко - Генеза 2017

ТЕМА 2. СТРУКТУРА КЛІТИНИ

§14. ЯДРО: БУДОВА ТА ФУНКЦІЇ

Пригадайте функції ядра клітини. Що таке хромосоми? Що таке ген? Які будова і функції нуклеїнових кислот? Що вивчає наука систематика? Які білки називають глобулярними, а які - фібрилярними? Які рослини називають однодомними та дводомними? Яка будова та функції рибосом?

Ядро - обов’язкова складова будь-якої еукаріотичної клітини. У ньому зберігається спадкова інформація. Ядро регулює процеси життєдіяльності клітин. Лише деякі типи клітин еукаріотів у зрілому стані позбавлені ядра. Це, зокрема, еритроцити більшості ссавців, ситоподібні трубки вищих рослин. У таких клітинах ядро формується на початкових етапах розвитку, а потім руйнується. Втрата ядра супроводжується нездатністю клітини до розмноження.

У багатьох клітин є лише одне ядро, але є клітини, які містять декілька або багато ядер (інфузорії, форамініфери, деякі водорості, гриби, посмуговані м’язові волоконця тощо).

Ядро складається з поверхневого апарату і внутрішнього середовища (матриксу) (мал. 70. І). Поверхневий апарат ядра утворений двома мембранами - зовнішньою та внутрішньою, між якими є заповнений рідиною щілиноподібний простір. У деяких місцях зовнішня мембрана з’єднана із внутрішньою навколо мікроскопічних отворів - ядерних пор (мал. 70. ІІ). Отвір пори заповнений білковими структурами. Зокрема, до складу цього комплексу входить білок-рецептор, здатний взаємодіяти з речовинами, які проходять через пору.

Поверхневий апарат ядра забезпечує регуляцію транспорту речовин, які проходять через нього. Із цитоплазми всередину ядра надходять синтезовані в ній білки. Натомість з ядра до цитоплазми транспортуються різні типи молекул РНК. Білки ядерної пори забезпечують впізнавання, сортування та транспорт різних сполук.

Мал. 70. І. Будова ядра: 1 - оболонка ядра; 2 - ядерна пора; 3 - ядерце; 4 - нитки хроматину.

ІІ. Поверхневий апарат ядра: 1 - мікрофотографія, зроблена за допомогою сканувального електронного мікроскопа (помітні ядерні пори); 2 - схема будови: а) зовнішня мембрана; б) внутрішня мембрана; в) ядерна пора

Цікаво знати

Кожному типу клітин властиве постійне співвідношення між об'ємами ядра та цитоплазми (ядерно-цитоплазматичне співвідношення). Адже ядро певного об'єму може забезпечувати процеси біосинтезу білків лише у відповідному об'ємі цитоплазми. Тому в клітинах великих розмірів або з посиленою інтенсивністю обміну речовин часто є від двох до кількох тисяч ядер.

Поверхневий апарат ядра функціонально контактує з мембранами ендоплазматичної сітки (мал. 71). На поверхні зовнішньої ядерної мембрани може бути розташована велика кількість рибосом.

Внутрішнє середовище ядра - ядерний матрикс - складається з ядерного соку, ядерець і ниток хроматину (див. мал. 70). Хроматин (від грец. хроматос - фарба) - ниткоподібні структури ядра, утворені здебільшого з білків та нуклеїнових кислот. Під час поділу клітини нитки хроматину ущільнюються і з них формуються компактні тільця - хромосоми (мал. 72).

Ядерний сік (каріоплазма, або нуклеоплазма) за будовою та властивостями нагадує цитоплазму. У ньому є білкові фібрили (нитки), які утворюють особливий внутрішній скелет ядра. Він сполучає різні структури: ядерця, нитки хроматину, ядерні пори тощо. Білки матриксу забезпечують певне просторове розташування хромосом, а також впливають на їхню активність.

Ядерця - щільні структури, які складаються з комплексів РНК з білками, хроматину і гранул, які слугують попередниками складових рибосом (див. мал. 55). У ядрі може бути від одного до багатьох ядерець (наприклад, у яйцеклітинах риб), які формуються на особливих ділянках хромосом. Функції ядерця полягають в утворенні рРНК і складових рибосом, які згодом виходять у цитоплазму.

Функції ядра. Ядро зберігає спадкову інформацію і забезпечує її передачу від материнської клітини дочірнім. Крім того, воно є своєрідним центром керування процесами життєдіяльності клітини, зокрема, регулює процеси біосинтезу білків. Саме в ядрі з молекул ДНК на молекули мРНК переписується інформація про структуру білків. Згодом ця інформація передається до місця їхнього синтезу. В ядрі за участю ядерець утворюються складові рибосом.

Мал. 71. Функціональний зв’язок ядра з іншими мембранними органелами

Мал. 72. І. Хромосоми людини (фото, зроблене за допомогою сканувального мікроскопа). ІІ. Різні стани хроматину (схема): 1 - ущільнений; 2 - неущільнений

Запам'ятаємо: завдяки реалізації спадкової інформації, закодованої в молекулі ДНК, ядро регулює біохімічні, фізіологічні й морфологічні процеси, які відбуваються в клітині.

Цікаво знати

У деяких ОДНОКЛІТИННИХ тварин, як-от інфузорії, є ядра двох типів: генеративні та вегетативні. Ядра першого типу забезпечують зберігання та передачу спадкової інформації, другого - регулюють процеси біосинтезу білків.

Яка будова хромосом? Основу хромосоми становить дволанцюгова молекула ДНК, зв’язана з ядерними білками (мал. 73). Крім того, до складу хромосом входять РНК та ферменти, необхідні для подвоєння молекул ДНК або синтезу молекул РНК.

Молекули ДНК у хромосомах розташовані певним чином. Ядерні білки утворюють особливі структури - нуклеосоми (від лат. нуклеус - ядро та грец. сома - тіло), навколо яких наче накручені нитки ДНК. Кожна нуклеосома складається з восьми білкових глобул. Особливі білки зв’язують нуклеосоми між собою. Така організація забезпечує компактне розміщення молекул ДНК у хромосомах, оскільки довжина цих молекул у розгорнутому стані значно перевищує довжину хромосом. Наприклад, довжина хромосом під час поділу клітини в середньому становить 0,5-1 мкм, а розгорнутих молекул ДНК - декілька сантиметрів і більше. Таке пакування молекули ДНК дає їй змогу ефективно керувати процесами біосинтезу білків, процесами власного самоподвоєння, захищає від пошкоджень під час поділу клітини.

Кожна хромосома складається з двох поздовжніх частин - хроматид, що з’єднані між собою у ділянці, яку називають зоною первинної перетяжки (центромерою) (мал. 74). Вона поділяє хромосоми на дві ділянки - плечі. На центромері формується білкова структура - кінетохор (грец. кінео - рухаюсь та хорео - іду вперед). Під час поділу клітини до кінетохора приєднуються нитки веретена поділу, що забезпечує впорядкований розподіл окремих хроматид або цілих хромосом між дочірніми клітинами.

Кожна з хроматид містить по молекулі ДНК з подібним набором спадкової інформації. Під час поділу клітини хроматиди розходяться до дочірніх клітин, а в період між двома поділами - число хроматид знову подвоюється. Це відбувається завдяки здатності молекул ДНК до самоподвоєння. Пригадайте: хромосоми містять гени - ділянки молекули ДНК, із закодованою інформацією про будову молекул білка або РНК.

Мал. 73. Взаємодія ядерних білків і молекул ДНК у складі нитки хроматину

Запам'ятаємо: підрахувати кількість хромосом та розглянути особливості їхньої будови за допомогою мікроскопа можливо лише під час поділу клітини. У період між послідовними поділами хромосоми розкручуються до ниток хроматину.

Цікаво знати

Кінцеві ділянки хромосом мають назву теломери (мал. 75). Вони захищають молекулу ДНК. Щоразу, коли самі хромосоми подвоюються в період між поділами клітини, їхні кінцеві ділянки не подвоюються. Якби не теломери, які не мають у своєму складі активних генів, то під час кожного поділу клітини хромосоми швидко б втрачали важливу генетичну інформацію. Адже з кожним поділом клітини хромосоми втрачають на своїх кінцях маленьку ділянку молекули ДНК (50-100 пар нуклеотидів) і тому вкорочуються. Лише в деяких типів клітин (наприклад, стовбурових) утрачена ділянка теломер відновлюється за допомогою особливого ферменту. Учені вважають, що вкорочення теломер є однією з причин процесу старіння.

Що таке каріотип? Клітини кожного виду тварин, рослин, грибів мають певний набір хромосом. Сукупність ознак хромосомного набору (кількість хромосом, їхня форма і розміри) називають каріотипом (від грец. каріон - ядро горіха і типос - форма) (мал. 76). Кожному виду притаманний свій каріотип. Наприклад, у нестатевих клітинах мухи-дрозофіли всього 8 хромосом (4 пари), людини - 46 (23 пари), у морських одноклітинних тварин - радіолярій - до 1600.

Мал. 74. Схема будови хромосоми

Цікаво знати

Деякі хромосоми мають ще і вторинну перетяжку, де розташовані гени, які відповідають за утворення ядерець.

Мал. 75. Теломери (1) на кінцях хромосом

Мал. 76. Каріотипи різних тварин: 1 - щуки; 2 - курки; 3 - кішки; 4 - саламандри

Якщо кількість гомологічних хромосом перевищує дві, то такі хромосомні набори належать до поліпло- їдних (від грец. поліс - численний): триплоїдних (3n), тетраплоїдних (4n) тощо.

Постійність каріотипу забезпечує існування видів. Особливий каріотип особин одного виду дає їм змогу паруватися між собою, залишати життєздатних нащадків і зазвичай унеможливлює їхнє парування з особинами інших. Якщо ж таке парування і відбувається, то нащадки або взагалі не утворюються, або ж вони нежиттєздатні чи нездатні до розмноження.

Хромосомний набір ядра може бути гаплоїдним, диплоїдним або поліплоїдним. У гаплоїдному (від грец. гаплоос - поодинокий) наборі (його умовно позначають 1n) усі хромосоми відрізняються одна від одної за будовою. У диплоїдному (від грец. диплоос - подвійний) наборі (2n) кожна хромосома має парну, подібну за розмірами та особливостями будови; їх називають гомологічними. Відповідно хромосоми, які не належать до певної пари, не гомологічні одна до одної.

У роздільностатевих тварин і дводомних рослин в особин однієї зі статей хромосоми однієї з пар різняться між собою, тоді як в особин іншої - вони подібні. Це статеві хромосоми, які ще називають гетерохромосомами (від грец. гетерос - інший). Хромосоми інших пар, які подібні у всіх особин, називають нестатевими, або аутосомами (від грец. аутос - сам). Так, у хромосомному наборі жінки - дві Х-хромосоми, а чоловіка - одна Х-хромосома та одна Y-хромосома (мал. 77). Зрозуміло, якщо аутосоми мають подібний набір генів, то в Х- та Y-хромосомах він різний.

Мал. 77. Каріотип людини (чоловіка) (цифрами позначено пари гемологічних хромосом )

Мал. 78. Два види хом’яків: китайський (1) та даурський (2), які подібні зовні, але різняться за особливостями каріотипу

Цікаво знати

Будову каріотипу застосовують у систематиці організмів для розпізнавання близьких за будовою видів, яких важко розпізнати за особливостями зовнішньої будови. Так, два близькі види хом'яків (китайський і даурський) дуже подібні за будовою і відрізняються лише за набором хромосом (відповідно 22 і 20 у диплоїдному наборі) (мал. 78). Крім того, вивчення каріотипу дає змогу встановлювати ступінь історичної спорідненості між організмами.

Ключові терміни та поняття:

ядро, ядерце, хроматин, хромосоми, центромера, каріотип, аутосоми, гетерохромосоми.

Перевірте здобуті знання

1. Із чого складається поверхневий апарат ядра? 2. Яка будова ядерної пори? Які її функції? 3. Що собою становить матрикс ядра? 4. Що таке хроматин? 5. Які будова та функції ядерець? 6. Що ви знаєте про функції ядра в клітині? 7. Що таке каріотип? Чим він характеризується?

Коротко про головне

Ядро - обов'язкова складова будь-якої еукаріотичної клітини. Воно складається з поверхневого апарату і внутрішнього середовища - ядерного матриксу. Ядерний матрикс складається з ядерного соку, ядерець і ниток хроматину.

Хроматин - ниткоподібні структури ядра, утворені з білків і нуклеїнових кислот.

Кожна хромосома складається з двох хроматид, які сполучені між собою у ділянці первинної перетяжки.

Клітини кожного виду еукаріотів мають свій особливий набір хромосом - каріотип.

Поміркуйте

1. Чому еукаріотичні клітини, які втратили ядро, нездатні до поділу?

2. Чому існування видів залежить від стабільності їхніх каріотипів?




Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити