§ 10. Ядро. Прокариоты и эукариоты

Определения и обозначения

Ядро — органоид эукариотической клетки, содержащий основную часть наследственной информации и участвующий в управлении клеточными процессами. Органоидом называют постоянную часть клетки, выполняющую определённые функции. Ядро нужно клетке, чтобы хранить инструкции, по которым строятся вещества и регулируется её работа.

Прокариоты — организмы, клетки которых не имеют оформленного ядра и мембранных органоидов. К этой группе относятся бактерии и археи. Их устройство проще, чем у эукариот, но в клетках прокариот есть необходимые для жизни структуры и наследственный материал.

Эукариоты — организмы, клетки которых имеют ядро, отделённое от цитоплазмы ядерной оболочкой. К ним относятся животные, растения, грибы и многие одноклеточные организмы. Наличие ядра помогает организовать хранение и использование основной части ДНК отдельно от многих процессов цитоплазмы.

Нуклеоид — область прокариотической клетки, где расположена основная молекула ДНК; от цитоплазмы мембраной он не отделён. Это не отдельный органоид с собственной оболочкой, а место расположения наследственного материала. Понятие помогает описать, где находится ДНК прокариота, не называя его область ядром.

Как это устроено

Ядро отличается от цитоплазмы и других частей клетки тем, что окружено ядерной оболочкой из двух мембран. В оболочке есть поры — участки, через которые молекулы могут перемещаться между ядром и цитоплазмой. Такой обмен необходим, потому что информация хранится в ядре, а многие вещества для её использования и клеточной работы должны взаимодействовать с цитоплазмой.

Внутри ядра ДНК связана с белками и образует хроматин. Белки помогают упаковать длинные молекулы ДНК и организовать их расположение, поэтому наследственный материал занимает ограниченное пространство. Перед делением клетки хроматин уплотняется, и формируются хорошо различимые хромосомы; после деления он снова становится менее компактным.

Ядро хранит наследственную информацию и обеспечивает её передачу при делении клетки. Гены — участки ДНК, содержащие инструкции для образования молекул, нужных клетке; когда такие инструкции используются, генетическая информация реализуется. Благодаря этому ядро участвует в регуляции клеточных процессов, хотя работа клетки зависит также от цитоплазмы и органоидов.

У прокариот основная молекула ДНК находится в нуклеоиде, а у эукариот основная часть ДНК расположена внутри ядра. Разница связана с тем, что у эукариот есть ядерная оболочка, а у прокариот она отсутствует. При этом у эукариот часть ДНК может находиться и вне ядра, например в митохондриях.

Отсутствие оформленного ядра у прокариот не означает, что у них нет генетической информации. ДНК прокариота содержит наследственные инструкции и передаётся новым клеткам при размножении. Она расположена в цитоплазме в области нуклеоида, но не заключена в мембранный отсек, подобный ядру.

Сравнение клеток прокариот и эукариот

Сравнивайте клетки по строкам: так видно, что ключевое различие — наличие оформленного ядра, а не наличие наследственного материала. Если в описании указано место расположения ДНК, проверьте, отделено ли оно оболочкой. Примеры организмов помогают закрепить различие, но для определения типа клетки надёжнее опираться на её строение.

Разбор задач

Задача 1. В описании клетки указаны цитоплазма, рибосомы и кольцевая молекула ДНК в нуклеоиде; ядерной оболочки нет. Нужно определить, к какой группе относится клетка. Сначала выделим признаки, связанные с расположением ДНК и оболочкой.

1. Замечаем, что ДНК расположена в нуклеоиде, а не внутри ядра.
2. Проверяем, есть ли ядерная оболочка: в условии сказано, что её нет.
3. Сопоставляем эти признаки с определением прокариотической клетки.

Ответ: клетка относится к прокариотам. Нуклеоид и отсутствие оформленного ядра указывают на прокариотическое строение. Наличие ДНК при этом сохраняет наследственную информацию клетки.

Задача 2. У клетки обнаружены ядро с ядерной оболочкой и мембранные органоиды. Нужно определить, прокариотическая это клетка или эукариотическая, и объяснить вывод. Начинать следует с самого надёжного признака, а затем проверить, согласуется ли с ним остальное описание.

1. Находим указание на оформленное ядро, отделённое оболочкой.
2. Сравниваем его с определениями: такое ядро характерно для эукариот.
3. Проверяем дополнительный признак: мембранные органоиды также соответствуют эукариотической клетке.

Ответ: клетка эукариотическая. Решение основано прежде всего на наличии оформленного ядра, а мембранные органоиды подтверждают вывод. Для классификации не нужно знать, какому именно организму принадлежит клетка.

Задача 3. Ученик утверждает: «У бактерий нет ядра, значит, у них нет наследственной информации». Нужно найти ошибку и исправить высказывание. Здесь важно проверить, не подменяет ли утверждение отсутствие одной клеточной структуры отсутствием молекул, которые выполняют наследственную функцию.

1. Отделяем два понятия: оформленное ядро и наследственная информация.
2. Вспоминаем, что у прокариот ДНК расположена в нуклеоиде, который не окружён мембраной.
3. Исправляем вывод: отсутствие ядра не означает отсутствия ДНК.

Ответ: ученик ошибается, потому что у бактерий есть ДНК с наследственной информацией. Она находится в нуклеоиде, а не в оформленном ядре. Правильно сказать: у бактерий нет ядра, но есть наследственный материал.

Типичные ошибки

Ошибка — называть нуклеоид ядром. Это происходит потому, что в обоих случаях рядом с понятием упоминают ДНК, но одно не равно другому. Проверка простая: у ядра есть ядерная оболочка, а нуклеоид мембраной не ограничен.

Ошибка — считать, что у прокариот нет ДНК. Часто отсутствие ядра ошибочно принимают за отсутствие наследственной информации, хотя это разные признаки. Чтобы проверить себя, задайте вопрос не «есть ли ядро?», а «где расположена ДНК?» — у прокариот она находится в нуклеоиде.

Ошибка — утверждать, что вся ДНК эукариот находится только в ядре. Основная часть действительно расположена там, но собственная ДНК есть также у некоторых органоидов, например у митохондрий. Проверяйте формулировку: слово «основная» точнее, чем «вся».

Ошибка — считать хроматин и хромосомы разными видами наследственного материала. Так думают, потому что при делении клетки эти структуры выглядят по-разному. На деле и хроматин, и хромосомы состоят из ДНК, связанной с белками; различается степень упаковки, поэтому при проверке важно учитывать состояние клетки.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужно знать основные части клетки и различать цитоплазму, мембрану и органоиды. Представления о ДНК, генах и наследственной информации помогают понять, что именно хранится в ядре и нуклеоиде. Эти знания пригодятся при изучении деления клетки: при нём наследственный материал упаковывается и передаётся новым клеткам. Сравнение прокариот и эукариот также помогает разбираться в разнообразии организмов и уровнях организации живого.

Что запомнить

• Прокариоты не имеют оформленного ядра.
• У прокариот основная часть ДНК расположена в нуклеоиде.
• Эукариотическая клетка имеет ядро, отделённое ядерной оболочкой.
• Ядерная оболочка состоит из двух мембран и имеет поры.
• В ядре ДНК связана с белками и образует хроматин.
• Ядро хранит наследственную информацию и участвует в регуляции работы клетки.