Клетка - Ядро
Ядро: информационният център на клетката
Ядрото е контролният център на клетката. То е най-голямата и най-лесно забележима органела на еукариотната клетка. В него е разполoжена генетичната информация, която командва цялата жизнена дейност в клетката. Ядрото отговаря за:
- функциониране и изграждане на клетката;
- реагиране на клетката на промените в околната среда;
- предаване на наследствената информация при делене на клетката;
- синтеза всички видове РНК, субединиците на рибозомите, ензими и др.
Повечето еукариотните клетки имат едно ядро, макар че клетките на някои гъби могат да имат от няколко до много ядра.
Форма на ядрото - обикновено сферична, но може да бъде елипсовидна, яйцевидна, пръчковидна, вретеновидна и дори звездовидна. Има корелация между формата на клетката и формата на ядрото.
Големина на ядрото – варира при различните растения и типове клетки. При клетките на висшите растения 4 -38 μm.
Месторазположение – непостоянно. В младите клетки винаги е в центъра. Като правило се предвижва в зони където има активно нарастване, нараняване или друга дейност.
Строеж на ядрото
Ядрото има двойна обвивка от две биологични мембрани, затваряща течен матрикс в който са разположени хромозомите. В ядрото още се наблюдава тъмна зона наричана ядърце, където става интензивна синтеза на субединиците на рибозомите, на РНК и други протеини. Ядрената обвивка е покрита с голямо количество пори.
1. Ядрена обвивка
Ядрената обвивка е образувана от две клетъчни мембрани, с перинуклеарно пространство между тях от 20-40 nm. Външната мембрана на ядрената обвивка е свързана с цистерните на ендоплазмената мрежа в непрекъсната система. Някои автори дефинират ядрената обвивка като специализирана, локално диференцирана секция на ендоплазмената мрежа.
По повърхността на ядрената обвивка има множество ядрени пори. Те се формират на места където двете мембрани се прищипват заедно. Поровият канал е тапициран с протеини, които ограничават определени молекули да преминават във или навън от ядрото.
Транспорта е ограничен най-вече до:
(1) протеини влизащи в ядрото за да бъдат инкорпорирани в ядрените структури или да катализират химичните процеси протичащи в ядрото; и
(2) РНК и протеин-РНК комплекси формирани в ядрото и експортирани към цитоплазмата.
2. Ламина
Представлява динамична нишковидна мрежеста структура от белтъчни фибрили, разположена непосредствено под ядрената обвивка. Ламината взема активно участие в дезинтегрирането и повторното изграждане на ядрената обвивка при деленето на клетката. Още участва в поддържането формата на ядрото.
3. Хромозомите: пакетиране на ДНК
И при еукариотите и при бактериите ДНК съдържа наследствената информация на клетката, която определя структурата и функцията на клетката. Но за разлика от цикличната ДНК (няма свободни краища) на прокариотите, ДНК на еукариотите е разделена на различен брой линейни хромозоми (имат два свободни края).
С изключение на времето когато клетката се дели, нейните хромозоми са деспирализирани и разтегнати в тънки нишки наречени хроматинови нишки (представляват ДНК асоциирана с протеини, най-често в съотношение 40% ДНК и 60% протеини). Тази отворена нишковидна организация позволява протеините да се прикрепят към специфичната нуклеотидна последователност по дължината на ДНК молекулата. Без този достъп ДНК няма да е в състояние да контролира ежедневната дейност на клетката.
Когато клетката се подготвя за делене, ДНК започва да се спирализира и кондензира. В началните етапи на тази спирализация групи от хистонови белтъци могат да бъдат видяни омотани с ДНК молекулата. Тези структури се наричат нуклеозоми и наподобяват на нанизани на нишка мъниста. Спирализирането продължава, докато ДНК премине в компактна маса. Тези напълно кондензирани хромозоми лесно се виждат под светлинен микроскоп в делящата се клетка. След разделянето на клетката хромозомите се деспирализират и не могат вече да се наблюдават със светлинен микроскоп. Деспирализирането на ДНК в хроматинови нишки позволява на ензимите да правят РНК копия на ДНК молекулата. Посредством тези РНК копия, информацията в ДНК се използва за синтеза на протеини.
Хромозоми - структура
ДНК молекулата е изградена от две дълги нуклеотидни вериги, които имат нужда от допълнително пакетиране за да се съберат в ядрото.
ДНК молекулата плътно се навива около хистонови белтъци и образува нуклеозоми. Нуклеозома е група от 8 хистонови белтъчни молекули, всяка от които е обхваната от две завивания на ДНК молекулата.
Нуклеозомите продължават да се спирализират и компактизират и образуват хроматинови нишки.
Хроматиновите нишки продължават да се кондензират, като формират супер спирали и достигат форма известна като хромозома.
Морфология на метафазните хромозоми
Всяка метафазна хромозома има центромера – стеснен участък в хромозомата, който (1) прищъпва хромозомата и я разделя на две рамена и (2) участва в прикрепването на хромозомите за нишките на делителното вретено.
Според мястото на центромерата и дължината на рамената на хромозомите те биват:
- Метацентрични хромозоми – имат приблизително равни рамена
- Субметацентрични хромозоми – рамената не са равни
- Акроцентрични хромозоми – имат едно много дълго и едно много късо рамо
Теломерите са зони в двата края на всяка хромозома. Те са изключително важни за живота на клетката. Теломерите предпазват краищата на различните хромозоми от случайно свързване и заедно с теломеразата определят продължителността на живота на клетките.
Хромозомен набор
Броят, размерите и морфологичните особености на хромозомите са постоянни и характерни и за всеки вид и образуват неговия кариотип. Броят (наборът) на хромозомите, които организмите съдържат в телесните (соматичните) си клетки варира много силно между различните видове. Лукът (Allium cepa) има 16 хромозоми в клетка, зелето (Brassica oleracea) - 18 , пшеницата (Triticum vulgare) - 42; докато някои папрати имат над 1000 хромозома (Othioglossum spp. има около 1250).
Хромозомния брой бива два вида - диплоиден и хаплоиден
- Диплоидният хромозомен брой ("двоен набор от хромозоми") е характерен е за телесните клетки. Той се получава след оплождане и се обозначава с 2n.
- Хаплоидният хромозомен брой ("единичен набор от хромозоми") е характерен за половите клетки и спорите. Получава се в резултат на редукционно делене, обозначава се с n и е равен на половината от диплоидния хромозомен брой.
Клетки, които имат повече от два набора хромозоми се наричат полиплоидни (3n, 4n, 5n, или повече).
При оплождането се възстановява диплоидния хромозомен брой, характерен за вида. Диплоидният хромозомен набор е представен от двойки хомоложни хромозоми - еднакви по форма и големина хромозоми, едната идваща от мъжката, а другата - от женската гамета при оплождането.