§ 18. Ядро

Определения и обозначения

Ядро — органоид эукариотической клетки, в котором хранится основная часть наследственной информации и регулируется работа клетки. Эукариотами называют организмы, клетки которых имеют оформленное ядро. Благодаря ядру клетка хранит сведения, необходимые для её работы и развития.

Ядерная оболочка — двойная мембрана, отделяющая содержимое ядра от цитоплазмы и имеющая поры для обмена веществами. Мембраны создают границу между внутренней средой ядра и остальной клеткой. Поры нужны, чтобы необходимые вещества могли проходить через эту границу.

Хроматин — комплекс ДНК и белков, из которого перед делением клетки формируются хромосомы. ДНК несёт наследственную информацию, а белки связаны с её упаковкой. В обычном состоянии хроматин не выглядит как отдельные плотные хромосомы.

Ядрышко — участок ядра, где образуются компоненты рибосом. Рибосомы участвуют в синтезе белков, поэтому клетке необходимо производить их составные части. Ядрышко выполняет эту задачу, но не служит местом хранения основной наследственной информации.

Как это устроено

Ядро считают хранилищем наследственной информации, потому что в его ДНК расположены гены — участки с инструкциями для клетки. Когда клетке требуется определённый белок, соответствующая информация используется при его синтезе. Белки выполняют множество задач, поэтому активность генов отражается на обмене веществ и других процессах. Так хранение ДНК помогает клетке не только сохранять сведения, но и управлять своей работой.

Ядерная оболочка состоит из двух мембран и отделяет содержимое ядра от цитоплазмы, создавая для него особую внутреннюю среду. Полная изоляция помешала бы обмену веществами, нужными ядру и всей клетке. Поэтому в оболочке есть ядерные поры — участки, через которые происходит избирательный перенос веществ. Поры позволяют поддерживать связь между ядром и цитоплазмой, не стирая границу между ними.

Внутри оболочки находится кариоплазма — внутренняя среда ядра. В ней расположены хроматин и ядрышки, и у этих структур разные задачи. Хроматин содержит ДНК, в которой записана наследственная информация, тогда как ядрышко участвует в образовании компонентов рибосом. Такое разделение позволяет одновременно хранить генетические сведения и производить клеточные структуры.

Перед делением клетки хроматин уплотняется, потому что длинные молекулы ДНК должны быть организованы в компактные структуры. В таком состоянии хромосомы становятся различимыми, и наследственный материал удобнее распределить между дочерними клетками. Хромосомы не возникают из другого вещества: это форма организации хроматина при уплотнении. Поэтому вид ДНК-содержащих структур меняется в зависимости от состояния клетки.

В ядрышке образуются компоненты, из которых формируются рибосомы. Рибосомы нужны клетке для синтеза белков, поэтому создание их частей связано с потребностью клетки в белковой продукции. После образования компоненты покидают ядро через ядерные поры и перемещаются в цитоплазму. Там они участвуют в сборке рибосом, которые выполняют свою работу.

Структуры ядра и их функции

Сначала найдите в таблице структуру, а затем сопоставьте её строение с выполняемой задачей. Особенно полезно сравнивать оболочку и поры: первая отделяет ядро, а вторые обеспечивают обмен через эту границу. Так проще не путать место хранения ДНК с участком образования компонентов рибосом.

Разбор задач

Задача 1. В препарате клетки видна округлая структура с двойной оболочкой и порами. Определите её и назовите две её функции.

1. Двойная оболочка и поры — признаки ядра: оболочка ограничивает его, а поры обеспечивают обмен веществами с цитоплазмой.
2. Вспомним, что в ядре находится основная часть ДНК клетки. Значит, одна из его функций — хранение наследственной информации.
3. Активность генов связана с синтезом белков и работой клетки. Поэтому ядро также участвует в регуляции клеточных процессов.

Ответ. Это ядро. Оно хранит основную часть наследственной информации и регулирует работу клетки.

Задача 2. Объясните, почему вещества из ядра могут попадать в цитоплазму, хотя ядро отделено от неё оболочкой.

1. Оболочка отделяет ядро, но в условии важно не принять её за сплошную непроницаемую стенку.
2. В ядерной оболочке есть поры, через которые вещества могут перемещаться между ядром и цитоплазмой.
3. Такой обмен избирателен: поры обеспечивают связь между двумя средами, сохраняя при этом границу ядра.

Ответ. Вещества проходят через ядерные поры. Поэтому оболочка ограничивает ядро, но не изолирует его полностью.

Задача 3. В клетке перед делением стали заметны компактные структуры, содержащие ДНК. Объясните, из чего они образовались и почему изменили вид.

1. Связь с ДНК указывает на хроматин — комплекс ДНК и белков, который находится в ядре.
2. Перед делением хроматин уплотняется, и его структуры становятся компактными и различимыми.
3. Так наследственный материал организуется в хромосомы, что помогает распределить его при делении клетки.

Ответ. Компактные структуры образовались при уплотнении хроматина и называются хромосомами. Их вид изменился потому, что клетка готовится к делению и упаковывает ДНК.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что ядерная оболочка полностью изолирует ядро. Так думают, потому что оболочка действительно отделяет его от цитоплазмы, но забывают о порах. Проверьте себя: если в объяснении нет пути обмена, вспомните о ядерных порах. Через них вещества перемещаются между ядром и цитоплазмой.

Ошибка — представлять хроматин и хромосомы как структуры разного состава. Это возникает, если запомнить названия отдельно и не связать их с состоянием клетки. Проверьте себя вопросом: что происходит с хроматином перед делением? Он уплотняется и становится различимым в форме хромосом, а не превращается в структуру с другим составом.

Ошибка — приписывать ядрышку хранение наследственной информации. Его название может навести на мысль, что это главная часть ядра, но значение названия не определяет функцию. Проверьте себя, сопоставив структуру с задачей: ДНК и гены связаны с хроматином, а ядрышко образует компоненты рибосом.

Ошибка — утверждать, что ядро есть у любой клетки. Обычно ядро изучают как характерную часть эукариотической клетки, но это не относится к прокариотам, у которых оформленного ядра нет. Кроме того, некоторые специализированные клетки эукариот утрачивают ядро. Проверяйте, о каком типе клетки идёт речь, прежде чем делать вывод.

Связь с другими темами

Для изучения ядра нужно знать строение эукариотической клетки, роль мембран и основные положения клеточной теории. Представление о связи ядра с цитоплазмой пригодится при разборе клеточного цикла и деления клетки: становится понятнее, как организуется и передаётся ДНК. Тема также связана с наследственностью и биосинтезом белка, поскольку гены влияют на синтез белков, а компоненты рибосом образуются в ядрышке. Так можно проследить, как наследственная информация связана с обменом веществ клетки.

Что запомнить

• Ядро хранит основную часть наследственной информации эукариотической клетки.
• Ядерная оболочка состоит из двух мембран и содержит поры.
• Через ядерные поры вещества обмениваются между ядром и цитоплазмой.
• Хроматин состоит из ДНК и белков.
• Перед делением хроматин уплотняется, образуя хромосомы.
• В ядрышке образуются компоненты рибосом.