Що містить у собі ядро

• У ядрі міститься більша частина ДНК клітини та здійснюється складний механізм регуляції генної експресії
• Ядерна оболонка є подвійною мембраною, що оточує ядро
• Ядро містить не оточені мембраною субкомпартменти
• У ядерній оболонці знаходяться пори, призначені для надходження білків у ядро ​​та для виходу з нього РНК та білків

При дослідженні еукаріотичної клітини у світловому мікроскопі, найбільшим із видимих ​​компартментів є ядро. Термін «еукаріотичний» означає «що має справжнє ядро», і наявність останнього є характерною особливістю всіх еукаріотичних клітин. У ядрі міститься практично весь генетичний матеріал еукаріотичної клітини, і воно є центром, що контролює її біологічну активність. (Невелика кількість ДНК міститься в мітохондріях та в хлоропластах рослинних клітин.)

Ймовірно, першим, хто побачив клітинне ядро, був Антоні ван Левенгук (1632-1723). При вивченні клітин крові амфібій та птахів він виявив у центрі «виразну область». Однак честь відкриття ядра належить абату Феліксу Фонтані (1730-1803), який у своїх замальовках клітин епідермісу шкіри вугра, зроблених у 1781 р., зобразив ядро ​​у вигляді яйцеподібної структури.

Шотландський ботанік Роберт Браун (1773-1838) зазначив, що у всіх вивчених ним клітинах рослин містилася «кругла область, зазвичай трохи прозоріша, ніж клітинна оболонка». Він був першим, хто назвав ці структури ядрами, терміном, похідним від латинського слова нуклеус, що означає ядро.

Як видно на мікрофотографіях, отриманих за допомогою електронного мікроскопа, ядро ​​оточене подвійною мембраною, яка називається ядерною оболонкою. Дві мембрани розділені проміжком, що контактує з ендоплазматичним ретикулумом (ЕПР). Пронизуючий ядерну оболонку ядерний поровий комплекс (ЯПК) є каналами, якими між ядром і цитоплазмою проходять макромолекули. На відміну від білків, що транспортуються через ЕПР або мембрани мітохондрій, білки, що проходять через ЯПК, перебувають у скрученому стані.

Клітина HeLa, що є клітиною карциноми шийки матки,
має ядро, добре видиме у світловому мікроскопі.

У ядрі знаходяться субкомпартменти, які не оточені мембранами. Ці субкомпартменти мають спеціалізовані функції. Єдиний ядерний субкомпартмент, який добре видно у світловому мікроскопі, — ядерце, в якому синтезується рибосомна РНК (рРНК) і збираються субодиниці рибосом. Інші субкомпартменти видно за допомогою імунофлуоресцентної мікроскопії. До них відносяться тільця, що містять фактори сплайсингу РНК та області реплікації ДНК. Частина ядра, розташована поза ядерцями, називається нуклеоплазмою.

У ядрі ДНК перебуває у різної конфігурації. На мікрофотографіях, виконаних за допомогою електронного мікроскопа, деякі ділянки ДНК виглядають темнішими, тому що скручені сильніше (див. рис. 5.2). Така ДНК відноситься до гетерохроматину і не бере участі в активній транскрипції. Більшість гетерохроматину примикає до ядерної оболонки. Решта ДНК упакована менш щільно і належить до еухроматину. У цій частині хроматину присутні гени, що активно експресуються.У більшості клітин набагато більша частина ДНК знаходиться у складі еухроматину, ніж у гетерохроматині.

Які переваги забезпечує ядро еукаріотичній клітині? Ядро захищає ДНК та бере участь у складному процесі регуляції генної активності. У клітині еукаріотів міститься більше ДНК, ніж у прокаріотичній клітині (у деяких випадках у 10 000 разів більше). Ця ДНК упакована в хромосоми, у кожній з яких міститься одна молекула ДНК. Один двонитковий розрив у ДНК однієї хромосоми може виявитися для клітин летальною подією.

В інтерфазі ДНК упакована відносно нещільно, тому ферменти, відповідальні за реплікацію і синтез РНК, мають до неї доступ. Коли ДНК упакована пухко, вона більшою мірою схильна до пошкоджень. Рухлива структура цитоскелета генерує зусилля зсуву, які можуть порушити цілісність ДНК у тих місцях інтерфазного ядра, де вона виявляється незахищеною. Навпаки, у мітозі хромосоми стають компактними, оскільки ДНК скручується у щільну структуру. Хоча при мітоз ядерна мембрана зникає і ДНК виявляється в оточенні цитоплазми, конденсовані хромосоми більш стійкі до пошкоджень, які викликаються силами зсуву при русі цитоскелета.

Наявність ядра дозволяє клітинам еукаріотів мати набагато більш складну систему регуляції експресії генів, ніж прокаріотичним клітинам. У клітинах прокаріотів трансляція і транскрипція є сполученими процесами: трансляція мРНК починається до моменту завершення їх синтезу. Внаслідок поділу еукаріотичної клітини на цитоплазматичний та ядерний компартменти багато макромолекул повинні транспортуватися між ядром та цитоплазмою.

Наприклад, транскрипція та процесинг мРНК відбуваються в ядрі, і потім ці молекули надходять до цитоплазми, де відбувається синтез білка. Особливості перебігу процесів транскрипції та трансляції в клітинах про- та еукаріот представлені на малюнку нижче. Для перебігу реплікації, транскрипції та інших ядерних процесів необхідно багато білків, які повинні надходити з цитоплазми. У ядрі з безлічі молекул РНК, що утворюються там, збираються субодиниці рибосом, при цьому більше сотні необхідних білків імпортуються з цитоплазми. Субодиниці, що утворюються, виходять у цитоплазму.

Всі макромолекули надходять у ядро і виходять із нього через ЯПК Важливо відзначити, що двосторонній ядерний транспорт молекул є регульованим процесом.

Багато деталей будови ядра лімфоциту добре видно в електронному мікроскопі. У клітинах прокаріотів транскрипція і трансляція є сполученими процесами (ліворуч).
У еукаріотів ці ж процеси відбуваються в окремих компартментах (праворуч).

Редактор: Іскандер Мілевскі. Дата поновлення публікації: 18.3.2021

1. Локалізація та функції адаптерних комплексів
2. Доля рецептора ендосоми після захоплення клітиною
3. Механізм дозрівання ендосом та їх перетворення на лізосоми
4. Транспорт та сортування лізосомальних ферментів у транс-Гольджі
5. Сортування білка в поляризованих клітинах епітелію
6. Утворення секреторних гранул та їх регулювання
7. Перспективи вивчення транспорту білків у клітці
8. Будова ядра клітини та її функції
9. Чинники впливають розмір і форму ядра клітини
10. Локалізація хромосом у ядрі клітини