Эукариотическая клетка ядро краткое содержание
Обновлено: 05.07.2024
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
Цель: изучить внутренне строение ядра и объяснить роль ядра в хранении и воспроизведении наследственной информации
Образовательные:
- содействовать формированию умения объяснять роль ядра в хранении и воспроизведении наследственной информации.
- изучить строение и функции ядра – важнейшего компонента клеток растений, животных, грибов.
Развивающие:
- формирование умений выявлять основные функции ядра, находить причинно-следственные связи;
- развить умение анализировать, сравнивать, обобщать, делать выводы.
Воспитательные:
- формирование научного мировоззрения учащихся;
- содействовать экологическому и эстетическому воспитанию.
Новые знания: ядерный сок, хромосома, хроматин, центромера, кариотип.
Опорные знания: безъядерные клетки, ядро, генетическая информация, ДНК, ядрышко.
Форма проведения урока: урок
Методы проведения урока: словесно-наглядный, репродуктивный.
Тип урока: усвоения новых знаний.
Оборудование: компьютер с презентацией, рисунки строения растительной и животной клеток.
Кто дежурный? Отсутствующие есть?
Актуализация чувственного опыта
– Ребята, давайте вспомним нашу предыдущую тему и рассмотрим сходства и отличия растительной и животной клеток. (Выходит один ученик и делает модель растительной клетки). Когда он делает это задание с остальными ответим на вопросы:
- Что собой представляет и как называется основное содержимое клетки, какие структуры и вещества находятся в нем?
- Правильно. Как представлена плазматическая мембрана и какую функцию она выполняет в клетке?
- Какое строение имеет аппарат Гольджи? Какова его связь с лизосомами?
- Как устроена митохондрия и ее основная функция в клетке?
- Какие пластиды имеются в растительных клетках?
- Какое строение имеет центриоли и какую функцию они выполняют?
- Является главным хозяином в доме своем, хранит информацию важную день за днем.
Ребята, все вы знаете, что во всех эукариотических клетках содержится ядро. А какие компоненты имеются внутри ядра и какую функцию они выполняют, мы это узнаем в процессе сегодняшнего урока.
Откройте тетради, запишите сегодняшнее число и тему.
Цель сегодняшнего урока: изучить внутреннее строение ядра, объяснить роль ядра в хранении и воспроизведении наследственной информации
Первичное восприятие и осознание
- Ядро – самая важнейшая часть клетки грибов, растений и животных. Ядро содержит ДНК и поэтому выполняет 2 главные функции: 1)хранение и передача наследственной информации и 2) регулирует процессы обмена веществ, протекающих в клетке.
Обычно клетка имеет одно ядро, и округлую форму, но форма ядра зависит от формы клетки и может быть даже неправильной формы.
Ядро имеет ядерную оболочку, которая состоит из двух мембран. Наружная ядерная мембрана покрыты рибосомами, внутренняя мембрана гладкая. Внешняя мембрана ядра соединяется с эндоплазматической сетью. Через эти ядерные поры происходит обмен веществ между ядром и цитоплазмой. Но несмотря на активный обмен веществ между ядром и цитоплазмой, ядерная оболочка отделяет содержимое ядра от цитоплазмы. Содержимое ядра называется ядерным соком или кариоплазмой, которое находится в гелеобразном состоянии. В нем располагается хроматин, и ядро имеет одно или несколько ядрышек. В состав ядерного сока входят различные белки, аминокислоты.
Сетевидные (нитевидные) структуры ядра называется хроматином. Хроматин состоит из ДНК и белков и представляет собой хромосомы. Передачу наследственной информации выполняют тонкие хромосомы. Хромосомы во время деления спирализуются, утолщаются, укорачиваются. Могут обмениваться участками (кроссинговер).
Хромосома имеет плечи, центромеру. Центромера – центральная часть гомологичной хромосомы. Во время деления клетки к ним прикрепляется нити веретена деления. Она делит хромосому на два плеча, которые могут быть разной длины.
Число хромосом может быть одинаково даже у представителей очень далеких друг от друга групп. У человека 46 хромосом. Совокупность количественных и качественных признаков хромосомного набора соматической клетки называют кариотипом.
Число хромосом в кариотипе большинства видов живых организмов четное.
Хромосомы, одинаковые по форме и размеру называют гомологичными. Хромосомный набор может быть одинарным (гаплоидным) и двойным (диплоидным).
Ядрышко - структура ядра, погруженное в ядерный сок. Во время митоза они исчезают, а после завершения деления возникают вновь.
Обобщение и систематизация
– А теперь для закрепления знаний, полученных на сегодняшнем занятии, разгадаем кроссворд.
Подведение итогов урока. Оценка
– Сейчас давайте подведем итоги сегодняшнего занятия. Что нового вы сегодня на уроке для себя узнали?
Я поставила оценки ученикам, активно отвечающим на уроке.
– А сейчас открыли дневники, записывайте домашнее задание: прочитать страницы 132-136, ответить на вопросы на странице 136.
Клетки ДНК которых окрашена голубым красителем Хойста. Центральная и правая клетки находятся в интерфазе, поэтому окрашено всё ядро. Клетка слева находится в состоянии митоза (анафаза), поэтому её ядро не видно, а ДНК сконденсирована так, что видны хромосомы.
Ядро (лат. nucleus), органелла эукариотической клетки, содержащая генетическую информацию в форме молекул ДНК. В ядре происходит репликация — удвоение молекул ДНК, а также транскрипция — синтез молекул РНК на матрице ДНК. В ядре же синтезированные молекулы РНК подвергаются ряду модификаций, после чего выходят в цитоплазму. Сборка рибосом также происходит в ядре, в специальных образованиях, называемых ядрышками.
Содержание
Тонкая структура клеточного ядра
Хроматин
Нить ДНК с нуклеосомами образует нерегулярную соленоид-подобную структуру толщиной около 30 нанометров, так называемую 30 нм фибриллу. Дальнейшая упаковка этой фибриллы может иметь различную плотность. Если хроматин упакован плотно, его называют конденсированным или гетерохроматином, он хорошо видим под микроскопом. ДНК находящаяся в гетерохроматине не транскрибируется, обычно это состояние характерно для незначащих или молчащих участков. В интерфазе гетерохроматин обычно располагается по периферии ядра (пристеночный гетерохроматин). Полная конденсация хромосом происходит перед делением клетки. Если хроматин упакован неплотно, его называют эу- или интерхроматином. Этот вид хроматина гораздо менее плотный при наблюдении под микроскопом и обычно характеризуется наличием транскрипционной активности. Плотность упаковки хроматина во многом определяется модификациями гистонов — ацетилированием и фосфориллированием.
Ядерная оболочка, ядерная ламина и ядерные поры
От цитоплазмы ядро отделено ядерной оболочкой, образованной за счёт расширения и слияния друг с другом цистерн эндоплазматической сети таким образом, что у ядра образовались двойные стенки за счёт окружающих его узких компартментов. Полость ядерной оболочки называется люменом или перинуклеарным пространством. Внутренняя поверхность ядерной оболочки подстилается ядерной ламиной, жёсткой белковой структурой, образованной белками-ламинами, к которой прикреплены нити хромосомной ДНК. Ламины прикрепляются к внутренней мембране ядерной оболочки при помощи заякоренных в ней трансмембранных белков — рецепторов ламинов. В некоторых местах внутренняя и внешняя мембраны ядерной оболочки сливаются и образуют так называемые ядерные поры, через которые происходит материальный обмен между ядром и цитоплазмой. Пора не является дыркой в ядре, а имеет сложную структуру, организованную несколькими десятками специализированных белков — нуклеопоринов. Под электронным микроскопом она видна как восемь связанных между собой белковых гранул с внешней и столько же с внутренней стороны ядерной оболочки.
Ядрышко
Ядрышко находится внутри ядра, и не имеет собственной мембранной оболочки, однако хорошо различимо под световым и электронным микроскопом. Основной функцией ядрышка является синтез рибосом. В геноме клетки имеются специльные участки, так называемые ядрышковые организаторы, содержащие гены рибосомной РНК (рРНК), вокруг которых и формируются ядрышки. В ядрышке происходит синтез рРНК РНК полимеразой I, ее созревание, сборка рибосомных субчастиц. В ядрышке локализуются белки, принимающие участие в этих процессах. Некоторые из этих белков имеют специальную последовательность — сигнал ядрышковой локализации (NoLS, от англ. Nucleolus Localization Signal). Следует отметить, самая высокая концентрация белка в клетке наблюдается именно в ядрышке. В этих структурах было локализовано около 600 видов различных белков, причем считается, что лишь небольшая их часть действительно необходима для осуществления ядрышковых функций, а остальные попадают туда неспецифически.
Под электронным микроскопом в ядрышке выделяют несколько субкомпартментов. Так называемые Фибриллярные центры окружены участками плотного фибриллярного компонента, где и происходит синтез рРНК. Снаружи от плотного фибриллярного компонента расположен гранулярный компонент, представляющий собой скопление созревающих рибосомных субчастиц.
Ядерный матрикс
Ядерным матриксом некоторые исследователи называют нерастворимый внутриядерный каркас. Считается, что матрикс построен преимущественно из негистоновых белков, формирущих сложную развлетвленную сеть, сообщающуюся с ядерной ламиной. Возможно, ядерный матрикс принимает участие в формировании функциональных доменов хроматина. В геноме клетки имеются специальные незначащие А-Т-богатые участки прикрепления к ядерному матриксу (англ. S/MAR — Matrix/Scaffold Attachment Regions), служащие, как предполагается, для заякоривания петель хроматина на белках ядерного матрикса. Впрочем, не все исследователи признают существование ядерного матрикса.
Принципиальная схема реализации генетической информации у про- и эукариот.
ПРОКАРИОТЫ. У прокариот синтез белка рибосомой (трансляция) пространственно не отделен от транскрипции и может происходить еще до завершения синтеза мРНК РНК-полимеразой. Прокариотические мРНК часто полицистронные, то есть содержат несколько независимых генов.
ЭУКАРИОТЫ. мРНК эукариот синтезируется в виде предшественника, пре-мРНК, претерпевающего затем сложное стадийное созревание - процессинг, включающий присоединение кэп-структуры к 5'-концу молекулы, присоединение нескольких десятков остатков аденина к ее 3'-концу (полиаденилирование), выщепление незначащих участков - интронов и соединение друг с другом значащих участков - экзонов (сплайсинг). При этом соединение экзонов одной и той же пре-мРНК может проходить разными способами, приводя к образованию разных зрелых мРНК, и в конечном итоге разных вариантов белка (альтернативный сплайсинг). Только мРНК, успешно прошедшая процессинг, экспортируется из ядра в цитоплазму и вовлекается в трансляцию.
Эволюционное значение клеточного ядра
Основное функциональное отличие клеток эукариот от клеток прокариот заключается в пространственном разграничении процессов транскрипции (синтеза матричной РНК) и трансляции (синтеза белка рибосомой), что дает в распоряжение эукариотической клетки новые инструменты регуляции биосинтеза и контроля качества мРНК.
В то время, как у прокариот мРНК начинает транслироваться еще до завершения ее синтеза РНК-полимеразой, мРНК эукариот претерпевает значительные модификации (так называемый процессинг), после чего экспортируется через ядерные поры в цитоплазму, и только после этого может вступить в трансляцию. Процессинг мРНК включает несколько элементов.
Из предшественника мРНК (пре-мРНК) в ходе процесса, называемого сплайсингом вырезаются интроны — незначащие участки, а значащие участки — экзоны соединяются друг с другом. Причем экзоны одной и той же пре-мРНК могут быть соединены несколькими разными способами (альтернативный сплайсинг), так что один предшественник может превращаться в зрелые мРНК нескольких разных видов. Таким образом, один ген может кодировать сразу несколько белков.
Модификациям подвергаются концы молекулы мРНК. К 5' -концу молекулы прикрепляется 7-метилгуанин (так называемый кэп). К 3' -концу нематрично присоединяются несколько десятков остатков аденина (полиаденирование).
Процессинг мРНК тесно сопряжен с синтезом этих молекул и необходим для контроля качества. Непроцессированная или не полностью процессированная мРНК не сможет выйти из ядра в цитоплазму или будет нестабильна и быстро деградирует. У прокариот нет таких механизмов контроля качества, и из-за этого прокариотические мРНК имеют меньший срок жизни - нельзя допустить, чтобы неправильно синтезированная молекула мРНК, если такая появится, транслировалась в течение долгого времени.
Ядро — это обязательный компонент любой эукариотической клетки. В большинстве клеток имеется одно ядро, но существуют также двуядерные и многоядерные клетки. Например, у инфузории туфельки два ядра, а в клетках некоторых водорослей и грибов, в поперечнополосатых мышечных волокнах — несколько. Зрелые клетки ситовидных трубок покрытосеменных растений и эритроциты млекопитающих лишены ядер. Такие клетки утрачивают ядро в процессе развития, теряя способность к размножению.
Строение ядра. Обычно ядро имеет шаровидную или яйцевидную форму, однако в некоторых клетках форма ядра может быть иной: веретеновидной, линзовидной, подковообразной и др. Размеры клеточных ядер также отличаются. Тем не менее, несмотря на эти различия, все ядра устроены одинаково. Ядро клетки состоит из ядерной оболочки, ядерного сока, хроматина и одного или нескольких ядрышек (рис. 14.1).
Ядерная оболочка отделяет содержимое ядра от гиалоплазмы. Она состоит из двух мембран — наружной и внутренней, между которыми находится межмембранное пространство. Наружная мембрана ядра непосредственно переходит в мембрану эндоплазматической сети, на ее поверхности располагаются рибосомы. На внутренней мембране рибосомы отсутствуют.
В некоторых местах ядерной оболочки имеются круглые сквозные отверстия — ядерные поры (см. рис. 14.1). Благодаря им происходит обмен различными материалами между ядром и гиалоплазмой. *Ядерные поры образованы сложно организованными белковыми структурами, регулирующими транспорт веществ. Количество пор в одном ядре обычно составляет от нескольких сотен до нескольких тысяч и может меняться в зависимости от метаболической активности клетки.* Через ядерные поры из ядра в гиалоплазму выходят молекулы мРНК, тРНК, субъединицы рибосом. Из гиалоплазмы в ядро поступают АТФ, нуклеотиды, различные ионы, белки и другие вещества. *Небольшие молекулы и ионы проходят через ядерные поры за счет диффузии. Крупные молекулы транспортируются избирательно, путем активного транспорта.*
Ядерный сок представляет собой водный раствор, содержащий различные органические и неорганические вещества. По составу и свойствам ядерный сок сходен с гиалоплазмой. Он заполняет внутреннее пространство ядра и является средой протекания всех внутриядерных процессов. В ядерный сок погружены хроматин и ядрышки.
Хроматин — это нитевидные структуры ядра, образованные линейными молекулами ДНК и специальными белками. Белки обеспечивают упаковку длинных молекул ДНК в более компактные структуры. В неделящейся клетке хроматин может равномерно распределяться в объеме ядра или располагаться отдельными сгустками.
Ядрышко представляет собой плотное округлое образование, не ограниченное собственной мембраной. *Оно состоит из белков, РНК, ДНК и формируется в области расположения так называемых ядрышковых организаторов — участков ДНК, содержащих информацию о структуре рРНК.* В ядре может быть одно или несколько ядрышек, они могут появляться и исчезать. В ядрышке осуществляется синтез рРНК. Здесь они приобретают определенную пространственную конфигурацию и соединяются с особыми белками, поступающими из цитоплазмы. Таким образом в ядрышке происходит сборка отдельных субъединиц рибосом.
В начале деления клетки ядрышки исчезают, ядерная оболочка распадается на отдельные фрагменты, ядерный сок смешивается с гиалоплазмой. Поэтому в делящейся клетке ядро отсутствует.
Функции ядра. Клеточное ядро содержит молекулы ДНК. Следовательно, оно осуществляет хранение наследственной информации клетки. В ядре информация о первичной структуре белков переписывается с молекул ДНК на молекулы мРНК, которые переносят ее в цитоплазму к месту синтеза белков. Субъединицы рибосом, в которых происходит синтез белков, и молекулы тРНК, участвующие в этом процессе, также образуются в ядре. Таким образом, ядро обеспечивает не только хранение, но и реализацию наследственной информации. Оно управляет всеми процессами жизнедеятельности клетки, определяя (путем синтеза молекул мРНК), какие белки и в какое время должны синтезироваться в рибосомах.
Существует 2 вида клеточной организации: прокариотическая и эукариотическая. Эукариот — это клетка, в которой есть структурно оформленное ядро и мембранные органоиды. Существует несколько гипотез об их происхождении, но большинство ученых биологии склоняются к теории симбиогенеза. Согласно ей, эукариоты появились в результате поглощения мелких прокариот более крупными.
Структура эукариотов и цитоплазмы
Строение эукариотической клетки включает в себя цитоплазму, где находятся различные органоиды, плазматическую мембрану и ядро. Эукариоты могут входить в состав многоклеточных организмов: растений, животных и грибов либо образовывать одноклеточные организмы (простейшие).
Цитоплазмой называется все внутреннее содержимое клетки, не считая ядра. Она состоит из полужидкой структуры — гиалоплазмы, в которой находятся органоиды или органеллы (являются постоянным содержимым) и включения (временные элементы).
Цитоплазма эукариотов находится в постоянном движении, которое называется циклоз. Если оно прекращается, эукариот погибает.
В цитоплазме происходит объединение компонентов клетки, обеспечивается их взаимодействие; создается среда для протекания биохимических реакций, а так же для функционирования и обитания органелл.
Органеллы клетки
Являются постоянными структурами и находятся в цитоплазме. Некоторые органеллы есть только у растений или животных. К органоидам клетки относятся:
- эндоплазматическая сеть (ЭПС);
- комплекс Гольджи;
- вакуоли;
- лизосомы;
- пластиды;
- митохондрии;
- рибосомы;
- клеточный центр (центросома).
Эндоплазматическая сеть (ЭПС)
Состоит из комплекса мембран и присуща только эукариотам. Выделяют гладкую (агранулярную) и шероховатую (гранулярную) ЭПС. Поверхность гранулярной усыпана рибосомами, из-за этого и возникает шероховатый рисунок. Главной функцией обеих разновидностей ЭПС является синтез и транспортировка веществ. Только шероховатая отвечает за синтез белков, а гладкая — углеводов и жиров. Также в эндоплазматической сети образуется аппарат Гольджи.
Комплекс Гольджи
Состоит из нескольких своеобразных полостей — мембран, которые называются цистернами. Комплекс Гольджи тесно связан с ЭПС. Вещества через мелкие пузырьки (визикулы) попадают в аппарат, где протекает аккумулирование, изменение, отделение и упаковка поступивших белков, липидов и углеводов.
Лизосомы и вакуоли
Лизосомы относятся к одномембранным органоидам и выглядят как мелкие сосуды, заполненные ферментами. Характерны только для животных. Ферменты расщепляются на ЭПС, проходят через комплекс Гольджи и трансформируются в лизосомы, которые переваривают органические вещества, уничтожают ненужные структуры.
Вакуоли — одномембранные органоиды, которые заполнены смесью органических и неорганических веществ. В растительных клетках существует кластер вакуолей мелкого размера, которые со временем объединяются в одну крупную. В них накапливается и хранится вода, происходит водно-солевой обмен.
Митохондрии, пластиды и рибосомы
Митохондрии — органеллы, которые имеют разную форму. Количество их может варьироваться. Митохондрии осуществляют биосинтез АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты).
Пластиды — органеллы, которые содержатся только в растениях.
Существует несколько типов: хлоропласты, участвующие в процессе фотосинтеза; лейкопласты — накапливают и сохраняют питательные вещества; хромопласты окрашивают цветы и плоды растений в разные цвета, что привлекает животных-опылителей и распространителей семян.
Рибосомы — немембранные органоиды, которые участвуют в синтезе белка.
Клеточный центр (центросома)
Характерен только для клетки животных; обычно состоит из двух центриолей.
Центриоль — немембранный белковый органоид, представляет собой цилиндр, образованный 9 триплетами микротрубочек. К функциональным особенностям клеточного центра относится формирование веретена деления.
Плазматическая мембрана и её функции
Таким образом формируется парный липидный слой. В нем полярные головки располагаются снаружи и устремлены к внешнему окружению и цитоплазме, а неполярные хвостики повернуты внутрь. Наружный слой конструкции является гидрофильным, при этом внутренняя часть ее гидрофобна.
В состав плазмалеммы входит двойной слой жиров-липидов и 3 вида белков: находящихся на поверхности, погруженных в нее частично и пронизывающих мембрану насквозь. Они присоединяются к головкам липидов или проникают внутрь молекулы и взаимодействуют с хвостиками.
Клеточная мембрана поддерживает целостность клетки, защищая ее от внешней среды. У многоклеточных организмов плазмалемма способствует ассимиляции всего организма. Итак, основные функции клеточной мембраны:
- барьерная — защищает клетку от окружающей среды;
- транспортная — обеспечивает процесс прохождения веществ через плазмалемму;
- регуляторная — осуществляет обмен веществ между клеткой и окружающей средой. Клеточная мембрана обладает выборной проницаемостью: некоторые вещества проникают сквозь нее, а некоторые — нет.
Состав ядра
В состав ядра входят ядрышко, хроматин, ядерный сок. Этим элементом обладают только эукариоты. В этом их главное отличие от прокариот. Как правило, клетки одноядерные, но иногда встречаются многоядерные, возникшие в результате объединения. От цитоплазмы ядро отделяют 2 мембранные стенки, между которыми находится полужидкое вещество. Элемент хранит наследственную информацию и передает ее в процессе митоза, а также контролирует синтез различных белков.
Деление эукариотных клеток происходит посредством митоза — деления материнской клетки на 2, и передачи дочерним родительского генетического кода.
Только половые клетки делятся посредством мейоза. Отличительной чертой мейоза является образование эукариот с новым набором хромосом.
Читайте также: