Підручник Біологія 9 клас - В. І. Соболь - Абетка 2017

Тема 2. СТРУКТУРА КЛІТИНИ

§ 15. ЯДРО: СТРУКТУРНА ОРГАНІЗАЦІЯ ТА ФУНКЦІЇ

З усіх здібностей найважчою і найрідкіснішою є уміння керувати.

Мадам де Сомері

Основні поняття й ключові терміни: ЯДРО. Генетична інформація.

Пригадайте! Що таке еукаріотична клітина?

Новини науки

Довжина ДНК становить близько 2 м, а розмір ядра, в якому вона розташована, дорівнює в середньому 16 мкм. Отже, ДНК в ядрі має бути певним чином просторово організована. Але проблема полягає не в щільності укладки, а в можливості зчитування інформації з її витків. Науковці знайшли відповідь на запитання про те, як в ядрі розташовуються нитки ДНК. Виявляється, що всі нитки ДНК утворюють фрактальну глобулу. Саме поняття запозичене з математики, але в сучасній науці застосовується в радіотехніці, інформатиці, біології і навіть в економіці.

ЗМІСТ

Чому ядро відіграє провідну роль у життєдіяльності клітини?

У 1831 р. англійський учений Роберт Броун, розглядаючи клітини під світловим мікроскопом, побачив дещо цікаве: кожна рослинна клітина містила круглий і непрозорий елемент. Він назвав його ядром (лат. nucleus) (іл. 35). Дізнавшись про спостереження Броуна, німецький фізіолог Т. Шванн почав шукати подібні елементи в тваринних клітинах і знайшов їх (іл. 36). Це було важливим відкриттям, що свідчить про єдність будови усіх еукаріотичних клітин.

Пізніші дослідження, започатковані І. Геммерлінгом у 1930-х роках, довели провідну роль ядра у передачі спадковості.

Ядро містить основну частку генетичної інформації про те, якими мають бути форма й будова клітини, як їй жити й розвиватися. Саме в ядрі містяться молекули ДНК, в яких закодована спадкова інформація про структуру білків. Ця інформація переписується на іРНК, яка за допомогою білків-переносників надходить у цитоплазму до рибосом. Повний цикл перенесення РНК з ядра в цитоплазму триває лише близько 200 мс.

І вже на цих немембранних органелах синтезуються речовини, від яких залежить формування ознак й властивостей клітини й організму.

Іл. 35. Ядро в клітині шкірки цибулі (світловий мікроскоп, х1 000)

Іл. 36. Електронна мікрофотографія ядра клітини підшлункової залози (х16 000)

Ядро регулює й енергетичні перетворення, оскільки в ньому записана інформація про ферменти та органели енергетичного обміну. Ось чому ядро є обов’язковим складником клітин рослин, грибів і тварин. Лише у клітинах деяких типів немає ядра. Це, зокрема, еритроцити ссавців, ситоподібні трубки насінних рослин. І такі клітини нездатні до тривалого життя, самооновлення й самовідтворення.

Кожному типу клітин властиве певне стале співвідношення між об’ємами ядра та цитоплазми (ядерно-цитоплазматичне співвідношення). Ядро певного об’єму може забезпечувати процеси біосинтезу білків лише у відповідному об’ємі цитоплазми. Через те у великих клітинах або клітинах з посиленим обміном речовин спостерігається багатоядерність (наприклад, у клітинах інфузорій, грибів, печінки, м’язових волокнах посмугованих м’язів, нейронах нервових вузлів вегетативної нервової системи).

Отже, ЯДРО - це неодмінна частина клітини, що відіграє провідну роль у її життєдіяльності, тому що містить генетичну інформацію, для організації перетворень речовин, енергії та інформації.

Як відбуваються збереження і передача генетичної інформації ядра?

Генетична інформація - сукупність відомостей про розвиток, будову і властивості клітини, що передається у спадок. Звідси її інша назва - спадкова інформація. Саму здатність клітин чи організмів передавати цю інформацію наступному поколінню називають спадковістю. Більшість живих істот зберігають свою генетичну інформацію в ядрі клітин, ядро має особливі структури - хромосоми, а хромосоми побудовані з хроматину, що складається з ДНК і білків. І саме на ДНК генетична інформація клітин записана у вигляді певних послідовностей нуклеотидів і завдяки дії різних механізмів оберігається від шкідливого впливу. ДНК містить відомості про будову всіх білків та РНК клітини, а також про регуляцію їх синтезу.

Передача генетичної інформації від материнської клітини наступному поколінню здійснюється під час її поділу. Поділ клітин - це процес, за якого відбувається розподіл хромосом з наявною в них ДНК між дочірніми клітинами. У клітин виокремлюють два основні типи поділу - мітоз і мейоз. Під час мітозу генетична інформація передається без змін, а під час мейозу - видозмінюється для збільшення мінливості (іл. 37).

Іл. 37. Рівні збереження та передачі генетичної інформації: 1 - ДНК; 2 - хромосоми; 3 - ядро; 4 - поділ клітин

Отже, збереження й передача генетичної інформації відбуваються за участі ядра.

Які особливості будови ядра у зв'язку з функцією?

Основні функції ядра, що визначають його форму й особливості будови, спрямовані на: 1) самовідтворення клітин, що пов’язано із збереженням інформації у ДНК і її передачею дочірнім клітинам під час поділу; 2) самооновлення клітин - в ядрі за участі ядерець синтезуються рРНК й відбувається самозбирання субодиниць, які синтезують нові молекули білків; 3) саморегуляцію клітин - в ядрі міститься інформація про регуляторні білки, що чинять вплив на активність генів.

Здебільшого ядра мають кулясту форму, але зазначимо, що форма ядра залежить від форми й розмірів клітини та від функцій, які вона виконує. Розміри ядра можуть бути різними, зазвичай від 8 до 25 мкм у діаметрі. В ядрі виокремлюють поверхневий апарат і внутрішнє середовище.

Поверхневий апарат складається з двох мембран, які формують ядерну оболонку з міжмембранним простором. У певних місцях внутрішня і зовнішня мембрани за допомогою білків з’єднуються, утворюючи ядерні пори для здійснення зв’язку між ядром і цитоплазмою. Із цитоплазми всередину ядра надходять синтезовані в ній речовини за допомогою спеціалізованих білків-імпортинів. Натомість з ядра до цитоплазми транспортуються молекули РНК різних типів. Зовнішня ядерна мембрана має зв’язок із шорсткою ЕПС, яка продовжує транспортування сполук у цитоплазмі. Зсередини ядерна оболонка вкрита ядерною пластинкою, що визначає форму ядра й прикріплює хроматин (іл. 38).

Внутрішнє середовище ядра містить хроматин, ядерний сік (каріоплазму) та ядерця.

Хроматин - генетичний матеріал, основу якого становлять ДНК і білки. Хроматин утворює хромосоми, яких немає в прокаріотів. До складу ядра еукаріотичних клітин входить певна кількість хромосом, кожна з яких містить одну лінійну молекулу ДНК.

Ядерний сік є внутрішнім вмістом ядра, що за складом та властивостями подібний до цитоплазми. Ядерця - це щільні структури, які складаються з РНК й білків, хроматину та гранул-попередників субодиниць рибосом.

Ядерця формуються на певних ділянках окремих хромосом. У ядерцях утворюються велика та мала субодиниці рибосом, які виходять крізь пори в цитоплазму і з’єднуються для біосинтезу білків. У ядрі може бути одне або декілька ядерець.

Отже, будова ядра пристосована до його функцій, що спрямовані на самовідтворення, самооновлення та саморегуляцію клітин.

Іл. 38. Будова ядра: 1 - зовнішня ядерна мембрана; 2 - внутрішня ядерна мембрана; 3 - рибосоми; 4 - хроматин; 5 - ядерце; 6 - ядерний сік; 7 - ядерна пора; 8 - шорстка ЕПС з рибосомами;

9 - міжмембранний простір; 10 - ядерна пластинка

ДІЯЛЬНІСТЬ

Самостійна робота з таблицею

Заповніть таблицю і сформулюйте висновок про взаємозв’язок будови ядра з його функціями.

БУДОВА ТА ФУНКЦІЇ КОМПОНЕНТІВ ЯДРА

Назва структури

Будова

Функції

Ядерна оболонка

Поверхневий апарат ядра

Ядерні пори з поросомами

Ядерна пластинка

Ядерний сік

Внутрішнє середовище

Хроматин

Ядерце

Біологія + Архітектура

Найяскравішим витвором сучасної архітектури є сінгапурський пішохідний міст Хелікс (The Helix Bridge), який вважається одним із найкрасивіших мостів світу, чим приваблює багато туристів. Цей міст у вигляді спіралеподібної молекули ДНК має довжину 280 м і відрізняється надійністю та легкістю. Які особливості організації ДНК забезпечують її міцність і компактне розташування в ядрі?

СТАВЛЕННЯ

Ацетабулярії - це одноклітинні зелені водорості, які завдяки велетенському ядру, розвинутій регенерації і великим розмірам (до 18 см) є класичним об’єктом цитологічних досліджень. Різні види ацетабулярій різняться передусім формою «шапки». У середземноморської ацетабулярії (Acetabularia mediterranea) «шапка» кругла, а в ацетабулярії з Карибського моря (Acetabularia crenulata) вона розсічена на лопаті. Під час досліду у водорості Х видалили верхню та середню частини, у водорості Y - верхню та нижню частини. До нижньої частини водорості Х пересадили середню частину водорості Y, в результаті чого створений організм набув вигляду водорості Х. Про що свідчать результати досліду? Яке значення цих дослідів для доведення єдності органічного світу?

РЕЗУЛЬТАТ

Оцінка

Завдання для самоконтролю

1 - 6

1. Що таке ядро? 2. Хто відкрив ядро? 3. Що таке генетична інформація? 4. Як відбувається передача генетичної інформації? 5. Назвіть основні функції ядра. 6. Назвіть основні компоненти будови ядра.

7 - 9

7. Чому ядро відіграє провідну роль у життєдіяльності клітини? 8. Як відбуваються збереження і передача генетичної інформації ядра? 9. Які особливості будови ядра у зв'язку з функцією?

10 - 12

10. Які функції ядра взаємопов'язані з його структурною організацією?







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