Ядро рослинної клітини

Ядро є найбільшим клітинним органоїдом.

Але в живих клітинах при розгляданні в світловий мікроскоп ядро ​​зазвичай погано видно, так як воно переломлює світло лише трохи більше, ніж навколишня цитоплазма. Розміри ядра дуже мінливі і залежать від виду рослини, типу, віку і стану клітини. Так, у грибів ядра зазвичай дрібні, діаметром близько 0,5-1,0 мк. У вегетативних клітин вищих рослин розміри ядра коливаються в середньому від 5 до 25 мк, причому у однодольних ядра зазвичай крупніше, ніж у дводольних, і у голосеменних- крупніше, ніж у покритонасінних. Найбільші ядра (до 500 мк) зустрічаються у статевих клітин голонасінних рослин.

Форма ядра при розгляданні його в світловий мікроскоп найчастіше куляста, наприклад у ембріональних клітин, але може змінюватися в широких межах в залежності від форми клітини і стану цитоплазми. У довгих вузьких клітин ядра зазвичай сплюснуті, сочевицеподібні або витягнуті, веретеноподібні. Форма ядра може змінюватися під впливом руху цитоплазми (деформація). Дослідження в електронному мікроскопі показали, що досить часто ядро ​​приймає амебовидную форму; в ньому утворюються неправильні лопаті різної довжини або досить сильні поглиблення. У цих поглибленнях можуть накопичуватися і мітохондрії. Така «розгалуженість» ядра веде до збільшення ядерної поверхні, що має велике значення для підвищення інтенсивності взаємодії між ядром і цитоплазмою.

На відміну від інших органоїдів, число яких в клітці зазвичай досить велика, жива клітина, як правило, має тільки одне ядро. Однак клітини грибниці багатьох вищих грибів двоядерних, багатоядерні клітини деяких водоростей і нижчих грибів. У вищих рослин сильно витягнуті клітини, що утворюють луб'яні волокна, також містять по кілька ядер. Часто двоядерними бувають клітини так званого вистилає шару пиляків. Єдиним типом клітин, які залишаються живими і в дорослому стані не містять ядра, є клітини, які проводять пластичні речовини (сітовідние трубки), але живуть ці клітини дуже недовго, зазвичай один вегетаційний період.

Клітка з молодого листочка оцвітини дрока іспанського

У молодих клітинах ядро ​​зазвичай займає центральне положення. Коли клітина диференціюється і в ній утворюються великі вакуолі, ядро ​​разом з цитоплазмою відсувається до периферії клітини, до клітинної оболонці, не стикаючись безпосередньо з вакуолью. Іноді ядро ​​залишається в центрі клітини і оточене скупченням цитоплазми (так званим ядерним кишенькою). Ядерний кишеньку пов'язаний з постінному шаром цитоплазматическими тяжами, що перетинають клітку. У деяких випадках положення ядра може змінюватися, що пов'язано з його активним пересуванням у найбільш діяльні ділянки клітини. Як показала мікрокінозйомок, ядро ​​в деяких клітинах може перебувати в стані безперервного маятнікообразного або обертального руху, що виникає, можливо, внаслідок періодичного виштовхування синтезованих речовин з. ядра в цитоплазму.

У тих випадках, коли ядро ​​помітно в світловому мікроскопі, воно має вигляд еластичного заповненого бульбашки, відокремленого від навколишнього його цитоплазми надзвичайно тонкої і ледь помітною ядерної оболонкою. Всередині ядра можна виявити 1-3 (рідше більше) дрібних округлих тілець, сильніше заломлюючих світло, - ядерець. Інша частина ядра заповнена прозорою однорідною масою консистенції золю або гелю, що здається безструктурної. Ця картина, проте, не завжди однакова. В окремих випадках в гомогенному ядерному вмісті, так званому ядерному соку (каріолімфа, або нуклеоплазмі), можна помітити численні ледь помітні точки, які надають вмісту зернистий вид. При спостереженні в фазовому контрасті або в ультрафіолетовому світлі виявляється, що ці зернятка утворюють неправильну мережу. Речовини, що утворюють зернятка, мають здатність поглинати деякі барвники, тому вони отримали назву хроматину. а сама мережа - хроматиновой мережі. Припускають, що причиною звичайної гомогенності ядерного вмісту є сильна гідратація (насиченість водою) речовин хроматиновой мережі, внаслідок чого показник заломлення цих речовин і речовин ядерного соку виявляється однаковим, і хроматиновой мережу стає невиразною. При фіксації, що викликає зневоднення і згортання ядерних білків, і подальшої забарвленням основними ядерними фарбами зазвичай у всіх клітин виявляються структури ядра. При цьому хроматин забарвлюється найбільш сильно. У деяких клітинах він рівномірно розподілений по ядру у вигляді найтоншої сіточки (цибуля), в інших він зібраний в окремі грудочки - хромоцентри. прикріплені до петель слабше забарвлюється мережі (горох, кукурудза). У клітинах третього типу ядерна мережу виражена слабо, а хромоцентри більші і мають складні обриси. Нарешті, в деяких клітинах сіточка зовсім непомітна, і хроматин має вигляд нечисленних досить великих тілець.

Типи структури, що не ділиться ядра після фіксації і забарвлення

Припускають, що хроматиновой мережу і хромоцентри представляють собою структурні видозміни хромосом. стають помітними при переході клітини і ядра до поділу. У не ділиться ядрі хромосоми сильно гідратованих і деопіралізовани і утворюють в ядерному соку майже невидиму мережу. Нитки хроматину є хромосоми в стані розкручування і набухання, а хромоцентри - більш концентровані зони, в яких упаковка і закручування хромосомного матеріалу зберігаються і в що не ділиться ядрі. Таке дифузне розподіл хромосомного матеріалу найкращим чином відповідає найважливішу роль хромосом в житті клітини.

Завдяки здатності поглинати основні барвники, фіксоване і забарвлене ядро ​​стає добре помітним в клітці. Ядро також добре забарвлюється, але інакше, ніж хроматиновой мережу. Це пов'язано з тим, що воно має інший хімічний склад. Оболонка ядра і ядерний сік не фарбуються.

Як і цитоплазма, ядро ​​являє собою колоїдну систему, але більш в'язкої консистенції. За хімічним складом воно помітно відрізняється від цитоплазми, причому окремі компоненти ядра хімічно різні. Найбільш важливими в складі ядра є нуклеїнові кислоти. дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК) і рибонуклеїнова кислота (РНК), причому перша в ядрі переважає і зазвичай не міститься в цитоплазмі. Нуклеїнові кислоти - високополімерні з'єднання, до складу молекул яких входять особливий цукор, фосфорна кислота і азотисті основи. ДНК відрізняється від РНК типом цукру, атомним вагою і будовою молекул.

Другим найважливішим типом сполук ядра є білки - основні білки (протаміни і гістони) та негістонові кислі білки, в тому числі різні ферменти. До складу ядра входять також липоиди і деякі електроліти (іони кальцію і магнію). Молекули ДНК в ядрі зазвичай тісно пов'язані з гистонами, утворюючи так звані нуклеогістони. Кількість нуклеогістонов в клітці, що не дивно постійно. Вони є найважливішою складовою частиною хроматину і не зустрічаються в інших частинах ядра. До складу хроматину входять також негістонові кислі білки і деяку кількість РНК. Ядро - основний носій РНК в ядрі і не містить ДНК. Кількість РНК на відміну від ДНК дуже варіює в ядрах різних клітин одного рослини і навіть в одній клітці в залежності від її стану. Складова ядерце РНК тісно пов'язана з синтезом білка в клітині і тому зміна в змісті РНК часто обумовлено зміною інтенсивності синтезу білка. До складу ядерця входять також містять фосфор білки. Ядерний сік, як припускають, складається в основному з розчинного білка (глобуліну). У будові ядерної оболонки беруть участь білки і липоиди.

Застосування електронного мікроскопа для вивчення цього найважливішого органоида поки не принесло великих успіхів. Тому проблема тонкого будови ядра ще дуже далека від вирішення. Ці невдачі, ймовірно, пов'язані з тим, що структури ядра як центрального органоида мають більш тонке і ніжне будова і тому вимагають особливих методів фіксації та приготування препаратів.

Ядерна оболонка - найбільш досліджений в електронному мікроскопі компонент ядра. Вона має субмікроскопічну товщину і тому не видно в світловий мікроскоп. Те, що в світловому мікроскопі приймають за оболонку, представляє насправді лише кордон розділу двох різних за щільністю фаз (цитоплазми і ядерного вмісту), яка добре виявляється, ймовірно, ще й тому, що периферичні тяжі хроматину часто пов'язані з оболонкою. Ядерна оболонка на поперечному зрізі має товщину близько 300 Å і складається з двох вузьких темних шарів - зовнішньої і внутрішньої мембран, розділених більш широким світлим проміжком. Цей проміжок має мінливу товщину і часто неправильні обриси, вміст його зазвичай гомогенно, але іноді в ньому спостерігається деяка зернистість. Зовнішня мембрана оболонки часто буває шорсткою через прикріплених до неї рибосом. Загалом мембрани ядерної оболонки дуже нагадують мембрани цитоплазми, хлоропластів і мітохондрій і, мабуть, мають схожий з ними хімічний склад і будова. Ядерна оболонка істотно відрізняється від оболонок інших органоїдів тим, що в ній завжди є так звані пори. Склад і будова цих пір ще до кінця не вивчені, і погляди різних вчених з цього питання суперечливі. Одні з них вважають, що пори представляють собою справжні округлі отвори, по краях яких зовнішня і внутрішня мембрани зливаються, і в зоні цих отворів гіалоплазма входить в безпосередній контакт з ядерним вмістом. Однак було виявлено, що самі пори і ділянки цитоплазми і ядерного вмісту, прилеглі до них, містять електронноплотний, темний матеріал. На тангентальном, т. Е. Зробленому паралельно поверхні, зрізі пори мають вигляд дисків діаметром зазвичай 300-500 Å, кожен з яких оточений темним кільцем. Ці дані дали іншим вченим підставу вважати, що в порах є подобу трубочок, які вставлені вертикально в отвори ядерної оболонки, причому іноді в цих трубочках намічаються перегородки. В даний час більш поширена друга точка зору, згідно з якою пори не є отворами.

Схема будови ядерної оболонки

Розміри і густота пір досить мінливі, наприклад, в молодих клітинах листа ці пори зазвичай більші і їх більше, ніж в клітинах дорослого листа, але і у дорослих клітин їх досить багато. Можна думати, що пори функціонують як свого роду шлюзові ворота, через які здійснюється обмін речовин ядра і цитоплазми. Завдяки ядерній оболонці можливе існування особливої ​​внутрішньоядерній середовища, відмінною від навколишнього цитоплазми. Вибірково проникні мембрани дозволяють до певної міри контролювати цю середу, в якій діють хромосоми і ядерця. Хоча через пори можуть вільно проходити великі білкові молекули і навіть рибосоми, іноді ядерна оболонка виявляється для них непроникною.

Ядерна оболонка часто постійно або тимчасово пов'язана з іншими клітинними органоидами, особливо з ендоплазматичної мережею цитоплазми. В останньому випадку зовнішня мембрана

ядерної оболонки утворює вирости, які зливаються з мембранами ендоплазматичної мережі, в результаті чого вміст цистерн ендоплазматичної мережі повідомляється з межмембранное проміжком ядерної оболонки. Хоча ці вирости найкраще виражені у молодих клітин, вони типові і для дорослих клітин. Наявність виростів свідчить про фізичному єдності між ядерною оболонкою і ендоплазматичної мережею. У певні періоди життя клітини спостерігається тісний контакт між ядерною оболонкою і оболонкою мітохондрій. Було висловлено припущення, що ядерна оболонка дає вирости, з яких утворюються бульбашки, які потім у мітохондрії і пропластид.

На відміну від цитоплазми і інших органоїдів ядро ​​не містить внутрішніх мембранних структур, і ядерне вміст за винятком ядерця погано виявляється в електронному мікроскопі. Хроматин на електронограммах зазвичай має вигляд більш щільних зернистих мас неясних контурів і без обмежуючих мембран. Помітною правильності в розподілі хроматинового матеріалу в ядерному соку не спостерігається, лише в окремих місцях скупчення хроматину входять в тісний контакт з ядерною оболонкою. Субмікроскопічна структура хроматину майже зовсім не з'ясована. Припускають, що основним структурним елементом хроматину і хромосом є мікрофібрили - нитки діаметром близько 100-250 Å і невизначеної довжини, які скручені в спіраль і складаються з нуклеогістонов (з'єднань ДНК з білком). Висловлено гіпотезу, згідно з якою кожна мікрофібрилами хроматину має трубчасту структуру і складається з волокнистого осьового речовини, оточеного більш щільним футляром. Ядерний сік в електронному мікроскопі здається майже безструктурним і кілька більш щільним, ніж цитоплазма. У ньому вдалося побачити лише дрібні зернисті скупчення Нуклеопротеїдні матеріалу, безладно розподілені між більшими масами хроматину.

функції ядра

Ядро - центральний органоид клітини. Якщо його видалити з клітки, то вона відмирає. З іншого боку, одне ядро ​​не може самостійно існувати без інших органоїдів, так як воно залежить від них в енергетичному відношенні, отримуючи від них енергію. Одна з найважливіших функцій ядра полягає в тому, що воно передає в систему цитоплазми ту інформацію, яка визначає напрямок синтезу білків та інших речовин в клітині. Механізм передачі цієї інформації розкритий зовсім недавно і коротко полягає в наступному. Молекули ДНК ядра є як би шаблоном, в якому закодовані особливості молекул РНК. РНК, синтезована в ядрі, може тимчасово накопичуватися в полісом. Потім вона переходить в цитоплазму, де зв'язується з рибосомами. Ця РНК і направляє синтез білка, який здійснюється рибосомами цитоплазми. Завдяки цьому, ядро ​​як би програмує фізіологію, біохімію і процеси розвитку клітини. По-друге, ядро ​​містить хромосоми, в яких записана спадкова інформація, що дозволяє клітині висловити її індивідуальність. Іншими словами, ядро ​​є носієм основних спадкових ознак організму. Деякі вчені приписують ядру і структурообразовательную роль, наприклад, освіту мітохондрій, мембран ендоплазматичної мережі і ін.

Поділіться посиланням з друзями