Ядро
Ядро (nucleus) — обязательная часть клетки у многих одноклеточных и всех многоклеточных организмов. По наличию или отсутствию в клетках оформленного ядра все организмы делят соответственно на эукариот и прокариот.
Основные отличия между этими группами заключаются в:
- Степени обособления генетического материала (ДНК) от цитоплазмы.
- Образовании у эукариот сложных ДНК-содержащих структур — хромосом.
Путём реализации заключённой в генах наследственной информации ядро управляет синтезом белков, а также физиологическими и морфологическими процессами в клетке. Все функции ядра осуществляются в тесном взаимодействии с цитоплазмой.
История открытия
- Ядро впервые наблюдал Ян Пуркине (1825 год) в яйцеклетке курицы.
- В растительных клетках ядро описал Роберт Броун (1831–1833 годы).
- В животных клетках — Теодор Шванн (1838–1839 годы).
Форма, размеры и количество
Большинство клеток эукариот имеет одно ядро, обычно сферической или эллипсоидной формы, реже — неправильной (лопастное и так далее).
- Размеры: от 1 мкм (у некоторых простейших) до 1 мм (в яйцеклетках некоторых рыб и земноводных).
- Количество: нередки двуядерные и многоядерные клетки (например, поперечнополосатые мышечные волокна). У инфузорий одновременно имеются ядра двух типов — макронуклеусы и микронуклеусы.
Встречаются специализированные ядра, содержащие гигантские политенные хромосомы, например, в клетках слюнных желёз двукрылых насекомых, а также ядра, в которых произошло дву- или многократное увеличение числа наборов хромосом (полиплоидия).
Структура интерфазного ядра
Ядро окружено двойной ядерной оболочкой, пронизанной порами. Содержимое интерфазного (неделящегося) ядра составляют кариоплазма и погружённые в неё структуры:
- Хроматин (конденсированная и деконденсированная ДНК с белками).
- Ядрышки (места синтеза рибосомных РНК и сборки рибосом).
- Различные синтезируемые в ядре структуры:
Некоторые из этих структур могут выходить из ядра в цитоплазму и, вероятно, содержат информационную РНК (иРНК) во временно неактивной форме.
Деление ядра
При делении клетки весь хроматин конденсируется в видимые хромосомы. Основной способ деления ядра — митоз. Однако ядра немногих клеток, особенно полиплоидные, могут делиться и другими способами:
- Простой перешнуровкой, иногда на множество частей.
- Почкованием.
При этом могут разделяться целые хромосомные наборы (так называемая сегрегация геномов). В последнем случае обнаружены признаки скрытого митоза. Почкование и неравномерное деление ядра часто предваряют его разрушение.
Методы исследования
Большое значение для исследований в области биологии развития имеют:
- Метод пересадки ядра (например, из соматических клеток в яйцеклетки, из соматических в соматические, а также между клетками разных штаммов у простейших).
- Метод слияния ядер разных соматических клеток (соматическая гибридизация).
Современный контекст
Современные исследования значительно углубили понимание функций ядра. Установлено, что ядро — это не просто хранилище ДНК, а динамический центр управления клеткой, где происходят сложные процессы регуляции генов, репарации ДНК, сплайсинга РНК и сборки рибосом. Открытие ядерного матрикса (нуклеоскелета) — сети белковых филаментов внутри ядра — показало, что организация хроматина и многие ядерные процессы имеют чёткую пространственную организацию. Изучение ядерных поровых комплексов, регулирующих транспорт молекул между ядром и цитоплазмой, стало отдельной важной областью клеточной биологии. Методы генной инженерии и CRISPR-Cas9 позволяют целенаправленно редактировать геном в ядре, открывая новые горизонты в медицине и биотехнологии.