Клетка является фундаментальным организационным и функциональным компонентом в живых существах, являясь самой простой естественной конструкцией, которая включает в себя все свойства, приписанные жизни. Действительно, некоторые организмы состоят только из одной клетки. Наиболее выдающейся визуальной и функциональной особенностью типичной клетки является ее ядро.

Лучшая аналогия с клеточным ядром состоит в том, что, по крайней мере у эукариот, это «мозг» клетки. почти так же, как буквальный мозг является центром управления родительского животного. У прокариот, у которых нет ядер, генетический материал находится в характерном рыхлом кластере в цитоплазме клетки. Хотя некоторые эукариотические клетки являются ядрышковыми (например, эритроциты), большинство человеческих клеток содержат одно или несколько ядер, которые хранят информацию, отправляют команды и выполняют другие «высшие» функции клеток.

Охрана Крепости: ядро является одной из многих органелл (по-французски «маленький орган»), обнаруживаемых в эукариотических клетках. Все клетки связаны мембраной с двойной мембраной, обычно просто называемой клеточной мембраной; все органеллы также имеют двойную плазматическую мембрану, которая отделяет органеллу от цитоплазмы, желатинового вещества, которое составляет большую часть массы внутри клетки.

Ядро обычно является наиболее заметной органеллой, когда клетку рассматривают под микроскопом, и оно, несомненно, является выдающимся с точки зрения важности функции.

Точно так же, как мозг животного, хотя он и тщательно защищен в максимально безопасном физическом пространстве, должен взаимодействовать с остальным телом различными способами, хорошо охраняемое ядро ​​обменивается материалом с остальной частью клетки с помощью различных механизмов. Хотя человеческому мозгу повезло, что он защищен костным черепом, ядро ​​полагается на ядерную оболочку для защиты.

Поскольку ядро ​​находится внутри структуры, которая сама защищена от внешнего мира клеточной мембраной (а в случае растений - клеточной стенкой), конкретные угрозы для ядра должны быть минимальными.

Познакомьтесь с командой по ядерной безопасности. Ядерная оболочка имеет характеристики двойной плазменной мембраны, похожей на ту, которая окружает все органеллы. Он содержит отверстия, называемые ядерными порами, через которые вещества могут обмениваться с цитоплазмой клетки в соответствии с требованиями реального времени.

Эти поры активно контролируют транспорт более крупных молекул, таких как белки, в собственно ядро ​​и из него. Однако более мелкие молекулы, такие как вода, ионы (например, кальций) и нуклеиновые кислоты, такие как рибонуклеиновая кислота (РНК) и аденозинтрифосфат (АТФ, источник энергии), могут свободно проходить назад и вперед через поры.

Таким образом, сама ядерная оболочка, помимо ее содержимого, способствует регуляции информации, передаваемой из ядра в остальную часть клетки.

Бизнес ядерного правительства: ядро ​​содержит дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК), упакованную в спиральные молекулярные нити, называемые хроматином. Это функционирует как генетический материал клетки, и у людей хроматин делится на 46 парных единиц, называемых хромосомами. Каждая хромосома на самом деле является не чем иным, как чрезвычайно длинной цепью ДНК вместе с достаточным количеством белков, называемых гистонами.

Наконец, ядро ​​также содержит одно или несколько ядрышек (единственное ядрышко). Это конденсация ДНК, которая кодирует органеллы, известные как рибосомы. Рибосомы, в свою очередь, ответственны за производство почти всех белков в организме. Под микроскопом ядрышко выглядит темным по отношению к окружающей среде.

Генетическая информация. Ядро

Как уже отмечалось, основной молекулой хроматина и хромосом в ядре и, следовательно, основной молекулой генетической информации, является ДНК. ДНК состоит из мономеров, называемых нуклеотидами, каждый из которых, в свою очередь, имеет три субъединицы: пятиуглеродный сахар, называемый дезоксирибозой, фосфатную группу и азотистое основание. Сахарная и фосфатная части молекулы инвариантны, но азотистое основание бывает четырех типов: аденин (A), цитозин (C), гуанин (G) и тимин (T).

Таким образом, один нуклеотид содержит фосфат, связанный с дезоксирибозой, который связан на своей противоположной стороне с любым присутствующим азотистым основанием. Нуклеотиды логически названы по азотистому основанию, которое они содержат (например, A, C, G или T). Наконец, фосфат одного нуклеотида связан с дезоксирибозой следующего, создавая тем самым длинную цепь или цепь ДНК.

Получение ДНК в форме: в природе, однако, ДНК не одноцепочечная, а двухцепочечная. Это происходит через связь между азотистыми основаниями соседних нитей. Критически, типы связей, которые могут быть сформированы в этой договоренности, ограничены A-T и C-G.

Это имеет ряд функциональных последствий, одно из которых состоит в том, что, если последовательность нуклеотидов в одной цепи ДНК известна, можно определить последовательность цепи, с которой она может связываться. Исходя из этого соотношения, в двухцепочечной ДНК одна цепь дополняет другую.

Двухцепочечная ДНК, когда она не подвергается влиянию внешних факторов, имеет форму двойной спирали.

Это означает, что комплементарные связанные нити соединяются связями между их азотистыми основаниями, образуя что-то вроде лестницы, и что концы этой лестничной конструкции скручены в противоположных направлениях друг от друга.

Если вы видели винтовую лестницу, вы в некотором смысле видели, на что похожа двойная спираль ДНК. В ядре, однако, ДНК очень плотно упакована; на самом деле, чтобы функционировать в клетке животного, каждая клетка должна содержать достаточно ДНК, чтобы достичь удивительных 6 футов, если бы она была вытянута от начала до конца. Это достигается за счет образования хроматина.

Хроматин, эксперт по эффективности клеток: Хроматин состоит из ДНК и белков, называемых гистонами. Части, содержащие только ДНК, чередуются с участками, содержащими ДНК, обернутые вокруг гистонов. Гистоновые компоненты на самом деле состоят из октетов или групп по восемь человек. Эти восемь подразделений входят в четыре пары. Когда ДНК встречается с этими гистоновыми октетами, она оборачивается вокруг гистонов, как нить, намотанная на катушку. Полученный комплекс ДНК-гистон называется нуклеосомой.

Нуклеосомы намотаны на структуры, называемые соленоидами, которые затем сворачиваются в другие структуры и т. Д .; это изящное наслоение намотки и упаковки - это то, что в конечном итоге позволяет так много генетической информации сконцентрироваться в таком маленьком пространстве.

Хроматин человека делится на 46 отдельных частей, которые являются хромосомами. Каждый получает 23 хромосомы от каждого родителя. 44 из этих 46 хромосом пронумерованы и спарены, так что каждый получает две копии хромосомы 1, две хромосомы 2 и т. Д. До 22. Остальные хромосомы - это половые хромосомы.

У мужчины одна Х-хромосома и одна Y-хромосома, а у женщины две Х-хромосомы. 23 считается гаплоидным числом у людей, а 46 называется диплоидным числом. За исключением клеток, называемых гаметами, все клетки человека содержат диплоидное число хромосом, одну полную копию хромосом, унаследованных от каждого родителя.

Хроматин на самом деле бывает двух типов: гетерохроматин и эухроматин. Гетерохроматин очень плотно упакован даже по стандартам хроматина в целом, и его ДНК обычно не транскрибируется в РНК, которая кодирует функциональный белковый продукт. Эухроматин менее плотно сгруппирован и обычно транскрибируется.

Более слабое расположение эухроматина облегчает доступ молекул ДНК, участвующих в транскрипции, к ДНК.

Экспрессия генов и ядро

Транскрипция, процесс, с помощью которого ДНК используется для создания молекулы РНК (мРНК), происходит в ядре.

Это первый шаг в так называемой «центральной догме» молекулярной биологии: ДНК транскрибируется для создания мРНК мессенджера, которая затем транслируется в белки. ДНК содержит гены, которые представляют собой просто уникальные длины ДНК, которые кодируют данные белки. Окончательный синтез белкового продукта - это то, что ученые имеют в виду, когда упоминают экспрессию генов.

В начале транскрипции двойная спираль ДНК в транскрибируемой области частично раскручивается, что приводит к появлению транскрипционного пузыря. В этот момент ферменты и другие белки, которые вносят вклад в транскрипцию, мигрировали в регион. Некоторые из них связываются с последовательностью ДНК нуклеотидов, называемой промотором.

Ответ на сайте промотора определяет, будет ли транскрибирован ген «вниз по течению» или он будет проигнорирован.

РНК-мессенджер состоит из нуклеотидов, которые совпадают с найденными в ДНК, за исключением двух характеристик: сахар представляет собой рибозу вместо дезоксирибозы и азотистое основание урацил (U) заменяет тимин. Эти нуклеотиды соединяются, чтобы создать молекулу, которая практически идентична комплементарной цепи ДНК, используемой в качестве матрицы для транскрипции. Таким образом, цепь ДНК с последовательностью оснований ATCGGCT будет иметь комплементарную цепь ДНК TAGCCGA и продукт транскрипции мРНК UAGCCGU.

    Каждая комбинация из трех нуклеотидов (AAA, AAC и т. Д.) Несет код для отдельной аминокислоты. 20 аминокислот, которые содержатся в организме человека, составляют белки.
    Поскольку существует 64 возможных комбинации трех оснований из четырех (4 возводятся в степень 3), некоторые аминокислоты имеют, как их называют, несколько кодонов, связанных с ними. Но_ каждый кодон неизменно кодирует одну и ту же аминокислоту_.
    Ошибки транскрипции действительно встречаются в природе, приводя к мутантным или неполным белковым продуктам в дальнейшем, но в целом такие ошибки статистически редки, и их общее влияние, к счастью, ограничено.

Как только мРНК полностью транскрибируется, она удаляется от ДНК, на которой она была собрана. Затем он подвергается сплайсингу, который удаляет не кодирующие белок части мРНК (интроны), оставляя при этом нетронутыми сегменты, кодирующие белок (экзоны). Эта обработанная мРНК затем покидает ядро ​​для цитоплазмы. В конце концов, он столкнется с рибосомой, и код, который он несет в форме своей базовой последовательности, будет переведен в определенный белок.

Деление клеток и ядро

Митоз - это пятифазный процесс (в некоторых более старых источниках перечисляются четыре фазы), при котором клетка реплицирует свою ДНК, что означает репликацию ее хромосом и связанных с ними структур, включая ядро.

В начале митоза хромосомы, которые к этому моменту в жизненном цикле клетки довольно свободно сидели в ядре, становятся гораздо более конденсированными, в то время как ядрышко делает противоположное и становится труднее визуализировать; во время второй из пяти основных стадий митоза, называемой прометафазой, ядерная оболочка исчезает.

    У некоторых видов, особенно грибковых дрожжей, ядерная оболочка остается неповрежденной в течение всего митоза; этот процесс известен как закрытый митоз.

Растворение ядерной оболочки контролируется добавлением и удалением фосфатных групп к белкам внутри ядра. Эти реакции фосфорилирования и дефосфорилирования регулируются ферментами, называемыми киназами. Ядерная мембрана, образующая оболочку, уменьшается до ассортимента мелких мембранных везикул, а ядерные поры, которые присутствовали в ядерной оболочке, разбираются (напомним, что это не просто дыры в оболочке, а каналы, которые активно регулируются для препятствуйте тому, чтобы определенные вещества просто входили и выходили из ядра неконтролируемым способом).

    Оболочка в основном состоит из белков, называемых ламинами, и когда оболочка растворяется, ламины деполимеризуются и вместо этого кратковременно существуют в виде димеров или групп из двух субъединиц.

Во время телофазы, заключительного этапа митоза, вокруг двух наборов дочерних хромосом образуются две новые ядерные оболочки, и вся клетка затем расщепляется в процессе цитокинеза, чтобы завершить деление клетки.