7. Эукариотическая клетка. Ядро

Определения и обозначения

Эукариотическая клетка — клетка, в которой наследственный материал находится преимущественно в оформленном ядре. Такие клетки образуют животные, растения, грибы и многие одноклеточные организмы. Наличие ядра помогает отделить основную часть ДНК от цитоплазмы и упорядочить работу клетки.

Ядро — часть эукариотической клетки, содержащая основную часть ДНК и участвующая в управлении процессами жизнедеятельности. ДНК хранит наследственную информацию, по которой клетка образует РНК и белки. Благодаря этому ядро влияет на работу клетки и передачу признаков.

Ядерная оболочка — двойная мембрана, отделяющая содержимое ядра от цитоплазмы. В ней есть ядерные поры — участки, через которые вещества могут переходить между ядром и цитоплазмой. Поэтому ядро отделено от остальной клетки, но не изолировано полностью.

Хроматин — комплекс ДНК и связанных с ней белков в ядре. Он содержит наследственную информацию, а его уплотнённое состояние перед делением клетки называют хромосомами. Значит, хроматин и хромосомы — формы организации одного и того же комплекса.

Как это устроено

Ядерная оболочка состоит из двух мембран и окружает содержимое ядра, отделяя его от цитоплазмы. Такое разделение позволяет поддерживать внутри ядра условия, необходимые для работы с ДНК. Однако клетке нужно передавать молекулы между ядром и цитоплазмой, поэтому оболочка имеет ядерные поры. Через них происходит обмен, в том числе перемещение молекул, связанных с использованием наследственной информации.

В ядре ДНК связана с белками и образует хроматин. В таком состоянии молекула ДНК организована и может использоваться клеткой при работе генов — участков ДНК, несущих информацию о признаках или продуктах клетки. Перед делением клетке необходимо распределить наследственный материал между дочерними клетками. Поэтому хроматин уплотняется и становится хорошо различимыми хромосомами, которые легче перемещать и разделять без потери порядка.

В ядре есть ядрышко — участок, где образуются компоненты рибосом. Рибосомы собираются из этих компонентов и участвуют в синтезе белка, то есть в создании белковых молекул по информации, доставляемой РНК. Без рибосом клетка не могла бы производить многие необходимые ей белки. Поэтому работа ядрышка связана с обеспечением клеточного синтеза белка, хотя само ядрышко не хранит всю наследственную информацию.

Ядро называют центром хранения наследственной информации, потому что в нём сосредоточена основная часть ДНК клетки. Но информация не просто хранится: отдельные её участки используются для образования РНК. Затем клетка применяет эту информацию при синтезе белков, которые участвуют в строении клетки и выполнении её функций. Так содержание ДНК влияет на процессы жизнедеятельности и их согласованность.

Главное различие эукариот и прокариот связано с оформленным ядром. У эукариот основная часть наследственного материала находится внутри ядра, отделённого оболочкой от цитоплазмы. У прокариот оформленного ядра нет, поэтому их ДНК расположена в цитоплазме, а не внутри отдельного мембранного отсека. При этом у эукариот не вся ДНК сосредоточена в ядре: её часть находится в митохондриях, а у растений — также в пластидах.

Строение ядра и функции его частей

Сопоставляй часть ядра с её строением, а затем — с тем, какую задачу она помогает решать. Например, поры объясняют возможность обмена, а хроматин связывает ядро с наследственной информацией. Таблица помогает не смешивать функции ядра в целом и отдельных его частей.

Разбор задач

Задача 1. На схеме клетки обозначены ядро, цитоплазма и ядерная оболочка. Определите, какая структура отделяет ядро от цитоплазмы. Чтобы ответить, нужно учитывать не функцию ДНК, а расположение частей клетки относительно друг друга.

1. Найдём, что расположено между содержимым ядра и цитоплазмой: это граница, окружающая ядро.
2. Сопоставим её с определениями: такую границу образует ядерная оболочка.
3. Поры являются участками оболочки и обеспечивают обмен, но сами не заменяют всю оболочку.

Ответ. Ядро от цитоплазмы отделяет ядерная оболочка. Она состоит из двух мембран и имеет поры, через которые вещества могут обмениваться.

Задача 2. В клетке обнаружили ядро с хроматином и ядрышком. Объясните, какие функции связаны с хроматином и ядрышком. Важно различить, что именно входит в состав каждой структуры и с каким процессом это связано.

1. Хроматин состоит из ДНК и белков, поэтому связан с хранением и организацией наследственной информации.
2. Перед делением хроматин уплотняется, формируя хромосомы, которые помогают распределить ДНК между дочерними клетками.
3. Ядрышко связано не с хранением всей ДНК, а с образованием компонентов рибосом.
4. Рибосомы нужны для синтеза белка, поэтому функция ядрышка связана с обеспечением этого процесса.

Ответ. Хроматин организует ДНК и несёт наследственную информацию, а перед делением уплотняется в хромосомы. Ядрышко участвует в образовании компонентов рибосом, необходимых для синтеза белка.

Задача 3. В эксперименте нарушили работу ядерных пор. Предположите, как это повлияет на обмен веществами между ядром и цитоплазмой и на работу клетки. Необходимо проследить цепочку последствий, начиная с нарушенной структуры.

1. Ядерные поры обеспечивают обмен веществами через оболочку, поэтому их нарушение затруднит перемещение молекул между ядром и цитоплазмой.
2. В результате молекулам, участвующим в использовании информации ДНК и образовании РНК, будет сложнее проходить между этими частями клетки.
3. Если обмен нарушен, клетка хуже согласует работу ядра и цитоплазмы, а процессы, связанные с синтезом белка, могут протекать неправильно.

Ответ. Обмен веществами между ядром и цитоплазмой станет затруднённым. Это может нарушить использование наследственной информации и работу клетки, в том числе процессы образования белков.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что ядро содержит всю ДНК клетки. Так думают, потому что ядро действительно хранит её основную часть. Однако часть ДНК находится в митохондриях, а у растений — и в пластидах. Проверь себя: формулируй точно — «основная часть ДНК», а не «вся ДНК».

Ошибка: считать хроматин и хромосомы разными видами наследственного материала. Их названия различаются, поэтому может показаться, что это разные вещества. На самом деле обе формы образованы ДНК и белками, но хромосома — уплотнённое состояние хроматина. Проверь себя: спроси, из чего состоят обе структуры и когда хроматин уплотняется.

Ошибка: называть ядерную оболочку непроницаемой. Поскольку оболочка отделяет ядро от цитоплазмы, её легко представить сплошной перегородкой. Но ядерные поры обеспечивают обмен веществами между ними. Проверь себя: если в ответе говорится об изоляции ядра, добавь, что обмен идёт через поры.

Ошибка: приписывать ядрышку функции ядра в целом. Ядрышко находится внутри ядра, поэтому эти понятия иногда смешивают. Ядро содержит основную часть ДНК, а ядрышко участвует в образовании компонентов рибосом. Проверь себя: связывай ядрышко с рибосомами и синтезом белка, а не с хранением всей наследственной информации.

Связь с другими темами

Чтобы понять устройство ядра, нужно знать общие части клетки: цитоплазму, мембрану и органоиды. Представление о ДНК как носителе наследственной информации помогает объяснить, почему содержимое ядра связано с признаками организма и работой клетки. Эти понятия служат основой для изучения строения эукариотической клетки.

Тема пригодится при изучении деления клетки, хромосом и передачи наследственных признаков. Понимание того, что хромосомы образуются при уплотнении хроматина, помогает проследить, как наследственный материал распределяется между дочерними клетками. Это связывает строение ядра с передачей информации при размножении клеток.

Связь ДНК, РНК и белка понадобится при разборе синтеза белка и регуляции работы клетки. Информация ДНК используется при образовании РНК, а затем — при создании белков. Так можно объяснить, как наследственная информация влияет на процессы в клетке.

Что запомнить

• Оформленное ядро — характерный признак эукариотической клетки.
• Основная часть ДНК эукариотической клетки находится в ядре.
• Ядерная оболочка состоит из двух мембран и имеет поры.
• Через ядерные поры вещества обмениваются между ядром и цитоплазмой.
• Хроматин состоит из ДНК и белков.
• При делении клетки хроматин уплотняется, образуя хромосомы.
• Ядрышко участвует в образовании компонентов рибосом.