Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Реферат на тему:клітинне ядро
25.12.2013
Виконала: учениця 10-А класу
Мацьків Вікторія
Перевірила: вчитель біології
Кліщ Ольга Михайлівна
Ядро
Ядро (лат. nucleus ) - це один із структурних компонентів еукаріотичної клітини , що містить генетичну інформацію (молекули ДНК ), який здійснює основні функції : зберігання , передача та реалізація спадкової інформації із забезпеченням синтезу білка. Ядро складається з хроматину , ядерця , каріоплазми (або нуклеоплазми ) та ядерної оболонки. У клітинному ядрі відбувається реплікація (або редуплікація ) - подвоєння молекул ДНК , а також транскрипція - синтез молекул РНК на молекулі ДНК. Синтезовані в ядрі молекули РНК модифікуються , після чого виходять в цитоплазму. Освіта обох субодиниць рибосом відбувається в спеціальних утвореннях клітинного ядра - ядерцях . Таким чином , ядро клітини є не тільки вмістилищем генетичної інформації , а й місцем , де цей матеріал функціонує і відтворюється .
зміст:
1 Тонка структура клітинного ядра
1.1 Хроматин
1.2 Ядерна оболонка , ядерна ламина і ядерні пори ( каріолемми )
1.3 Ядерце
1.4 Ядерний матрикс
2 Еволюційна значення клітинного ядра
3 Походження ядра
4 Примітки
5 Посилання
Хроматин
Тонка структура клітинного ядра
Схема будови клітинного ядра.
хроматин
Величезна довжина молекул ДНК еукаріот визначила появу спеціальних механізмів зберігання , реплікації і реалізації генетичного матеріалу. Хроматином називають молекули хромосомної ДНК в комплексі зі специфічними білками , необхідними для здійснення цих процесів. Основну масу складають « білки зберігання » , так звані гістони . З цих білків побудовані нуклеосоми - структури , на які намотані нитки молекул ДНК. Нуклеосоми розташовуються досить регулярно , так що утворюється структура нагадує намисто. Нуклеосома складається з білків чотирьох типів: H2A , H2B , H3 і H4 . В одну нуклеосому входять по два білка кожного типу - всього вісім білків. Гистон H1 , більший ніж інші гістони , зв'язується з ДНК в місці її входу на нуклеосому . Нуклеосома разом з H1 називається хроматосомой .
Схема, що показує цитоплазму , разом з її компонентами (або органелами ) , в типовій тваринної клітці. органели :
( 1 ) Ядерце
( 2 ) Ядро
( 3 ) рибосома ( маленькі крапки)
( 4 ) Везикула
( 5 ) шорсткий ендоплазматичний ретикулум (ER)
( 6 ) Апарат Гольджі
( 7 ) Цитоскелет
( 8 ) Гладкий ендоплазматичнийретикулум
( 9 ) Митохондрия
( 10 ) Вакуоль
( 11 ) Цитоплазма
( 12 ) Лізосома
( 13 ) Центриоль і Центросома
Нитка ДНК з нуклеосомами утворює нерегулярну соленоїд - подібну структуру товщиною близько 30 нанометрів , так звану 30 нм фибриллу . Подальша упаковка цієї фібрили може мати різну щільність . Якщо хроматин упакований щільно , його називають конденсованим або гетерохроматином , він добре бачимо під мікроскопом. ДНК , що знаходиться в гетерохроматин , що не транскрибується , зазвичай це стан характерний для незначущих або молчащих ділянок . У інтерфазі гетерохроматин звичайно розташовується по периферії ядра ( пристінковий гетерохроматин ) . Повна конденсація хромосом відбувається перед поділом клітини . Якщо хроматин упакований нещільно , його називають еу- або інтерхроматіном . Цей вид хроматину набагато менш щільний при спостереженні під мікроскопом і зазвичай характеризується наявністю транскрипционной активності . Щільність упаковки хроматину в чому визначається модифікаціями гістонів - ацетилюванням і фосфорилюванням .
Вважається , що в ядрі існують так звані функціональні домени хроматину (ДНК одного домену містить приблизно 30 тисяч пар основ ) , тобто кожна ділянка хромосоми має власну «територію ». На жаль, питання просторового розподілу хроматину в ядрі вивчений поки недостатньо. Відомо , що теломерні ( кінцеві ) і центромерного (що відповідають за зв'язування сестринських хроматид в мітозі ) ділянки хромосом закріплені на білках ядерної ламіни .
Ядерна оболонка , ядерна ламина і ядерні пори ( каріолемми )
Від цитоплазми ядро відділене ядерною оболонкою , утвореної за рахунок розширення і злиття один з одним цистерн ендоплазматичної мережі таким чином , що у ядра утворилися подвійні стінки за рахунок оточуючих його вузьких компартментов . Порожнина ядерної оболонки називається люменів або перінуклеарним простором. Внутрішня поверхня ядерної оболонки стелить ядерної Ламін , жорсткої білкової структурою , утвореної білками - Ламін , до якої прикріплені нитки хромосомної ДНК. Ламіни прикріплюються до внутрішньої мембрані ядерної оболонки за допомогою заякоренних в ній трансмембранних білків - рецепторів Ламін . У деяких місцях внутрішня і зовнішня мембрани ядерної оболонки зливаються і утворюють так звані ядерні пори , через які відбувається матеріальний обмін між ядром і цитоплазмою . Пора не є діркою в ядрі , а має складну структуру , організовану кількома десятками спеціалізованих білків - нуклеопорінов . Під електронним мікроскопом вона видна як вісім пов'язаних між собою білкових гранул з зовнішньої і стільки ж з внутрішньої сторони ядерної оболонки .
Різні структури клітинного ядра видно через накопичення в них зеленого флуоресцентного білка
ядерце
Основна стаття: Ядерце
Ядерце знаходиться всередині ядра , і не має власної мембранної оболонки , проте добре помітно під світловим і електронним мікроскопом. Основною функцією ядерця є синтез рибосом. У геномі клітини є спеціальні ділянки , так звані ядерцеві організатори , містять гени рибосомной РНК ( рРНК ) , навколо яких і формуються ядерця . У полісом відбувається синтез рРНК РНК полімеразою I , її дозрівання , збірка рибосомних субчастиц . У полісом локалізуються білки , які беруть участь у цих процесах . Деякі з цих білків мають спеціальну послідовність - сигнал ядерцеву локалізації ( NoLS , від англ. Nucleolus Localization Signal ) . Слід зазначити , найвища концентрація білка в клітині спостерігається саме в полісом . У цих структурах було локалізовано близько 600 видів різних білків , причому вважається , що лише невелика їх частина дійсно необхідна для здійснення ядерцевих функцій , а інші потрапляють туди неспецифически .
Під електронним мікроскопом в полісом виділяють кілька субкомпартментов . Так звані Фібрилярні центри оточені ділянками щільного фибриллярного компонента , де і відбувається синтез рРНК . Зовні від щільного фибриллярного компонента розташований гранулярний компонент , що представляє собою скупчення дозріваючих рибосомних субчастиц .
ядерний матрикс
Основна стаття: Ядерний скелет
Ядерним матриксом деякі дослідники називають нерозчинний внутрішньоядерних каркас. Вважається , що матрикс побудований переважно з негістонових білків , що формують складну розгалужену мережу , що сполучається з ядерної Ламін . Можливо , ядерний матрикс бере участь у формуванні функціональних доменів хроматину. У геномі клітини є спеціальні незначущі А -Т - багаті ділянки прикріплення до ядерного матриксу (англ. S / MAR - Matrix / Scaffold Attachment Regions ) , службовці , як передбачається , для заякоріванню петель хроматину на білках ядерного матриксу. Втім , не всі дослідники визнають існування ядерного матриксу.
Принципова схема реалізації генетичної інформації у про-і еукаріот .
Прокаріоти . У прокаріотів синтез білка рибосомой (трансляція ) просторово не відокремлений від транскрипції і може відбуватися ще до завершення синтезу мРНК РНК- полімеразою . Прокаріотичні мРНК часто поліцістронной , тобто містять кілька незалежних генів.
Еукаріоти . мРНК еукаріотів синтезується у вигляді попередника , пре- мРНК , що зазнає потім складне стадийное дозрівання - процесинг , що включає приєднання кеп - структури до 5'- кінця молекули , приєднання декількох десятків залишків аденіну до її 3'- кінця ( поліаденілювання ) , вищепленію незначущих ділянок - интронов і з'єднання один з одним значущих ділянок - екзонів ( сплайсинг ) . При цьому з'єднання екзонів однієї і тієї ж пре- мРНК може проходити різними способами , приводячи до утворення різних зрілих мРНК , і в кінцевому підсумку різних варіантів білка ( альтернативний сплайсинг ) . Тільки мРНК , яка успішно пройшла процесинг , експортується з ядра в цитоплазму і втягується в трансляцію.
Еволюційне значення клітинного ядра
Основне функціональне відміну клітин еукаріот від клітин прокаріотів полягає в просторовому розмежуванні процесів транскрипції ( синтезу матричної РНК) і трансляції ( синтезу білка рибосомой ) , що дає в розпорядження еукаріотичної клітини нові інструменти регуляції біосинтезу і контролю якості мРНК.
У той час , як у прокаріотів мРНК починає транслюватися ще до завершення її синтезу РНК- полімеразою , мРНК еукаріотів зазнає значних модифікації ( так званий процесинг ) , після чого експортується через ядерні пори в цитоплазму , і тільки після цього може вступити в трансляцію. Процесинг мРНК включає декілька елементів.
З попередника мРНК (пре- мРНК ) в ході процесу , званого сплайсингом вирізаються інтрони - незначущі ділянки , а значущі ділянки - екзони з'єднуються один з одним. Причому екзони однієї і тієї ж пре- мРНК можуть бути з'єднані декількома різними способами ( альтернативний сплайсинг ) , так що один попередник може перетворюватися в зрілі мРНК декількох різних видів. Таким чином , один ген може кодувати відразу декілька білків.
Крім того , интрон - екзонах структура генома , практично неможлива у прокаріот (так як рибосоми зможуть транслювати незрілі мРНК ) , дає еукаріотів певну еволюційну мобільність . Враховуючи протяжність інтронних ділянок , рекомбінація між двома генами найчастіше зводиться до обміну екзонами . Завдяки тому , що екзони часто відповідають функціональним доменам білка , ділянки получившегося в результаті рекомбінації « гібрида» , часто зберігають свої функції . Водночас у прокаріот рекомбінація між генами неможлива без розриву в значущої частини , що безумовно зменшує шанси на те , що вийшов білок буде функціональний.
Модифікаціям піддаються кінці молекули мРНК. До 5 ' - кінця молекули прикріплюється 7 - метілгуанін (так званий кеп ) . До 3'- кінця нематрічно приєднуються кілька десятків залишків аденіну ( поліаденірованіе ) .
Процесинг мРНК тісно пов'язаний з синтезом цих молекул і необхідний для контролю якості. Непроцессірованная або не повністю процессірованной мРНК не зможе вийти з ядра в цитоплазму або буде нестабільна і швидко деградує. У прокаріотів немає таких механізмів контролю якості , і через це прокариотические мРНК мають менший термін життя - не можна допустити , щоб неправильно синтезована молекула мРНК , якщо така з'явиться , транслювалася протягом довгого часу.
походження ядра
Клітинне ядро є найважливішою рисою еукаріотичних організмів , що відрізняє їх від прокаріотів і архей . Незважаючи на значний прогрес у цитології та молекулярної біології , походження ядра не з'ясоване і є предметом наукових суперечок . Висунуто 4 основні гіпотези походження клітинного ядра , але жодна з них не отримала широкої підтримки.
Гіпотеза , відома як « сінтропная модель» , припускає що ядро виникло в результаті симбіотичних взаємин між Архе і бактерією (ні археї , ні бактерії не мають оформлених клітинних ядер) . За цією гіпотезою , симбіоз виник, коли стародавня архею ( подібна з сучасними метаногенів археями ) , проникла в бактерію ( подібну з сучасними миксобактерии ) . Згодом архею редукувалася до клітинного ядра сучасних еукаріот . Ця гіпотеза аналогічна практично доведеним теоріям походження мітохондрій і хлоропластів , які виникли в результаті ендосимбіоз прото- еукаріот і аеробних бактерій. Доказом гіпотези є наявність однакових генів у еукаріот і архей , зокрема генів гістонів . Також миксобактерии швидко пересуваються , можуть утворювати багатоклітинні структури і мають кінази і G- білки , близькі до еукаріотичних .
Згідно з другою гіпотезою , прото- еукаріотична клітина еволюціонувала з бактерії без стадії ендосимбіоз . Доказом моделі є існування сучасних бактерій із загону Planctomycetes , які мають ядерні структури з примітивними порами та інші клітинні компартменти , обмежені мембранами (нічого схожого у інших прокаріотів не виявлено ) .
Відповідно до гіпотези вірусного еукаріогенеза , оточене мембраною ядро , як і інші еукаріотичні елементи , сталися внаслідок інфекції клітини прокаріотів вірусом. Це припущення грунтується на наявності загальних рис у еукаріот і деяких вірусів , а саме геномі з лінійних ланцюгів ДНК , кепірованіі мРНК і тісному зв'язуванні генома з білками ( гістони еукаріот приймаються аналогами вірусних ДНК -зв'язуючих білків). За однією версією , ядро виникло при фагоцітірованія ( поглинанні ) клітиною великого ДНК -яке містить вірусу. За іншою версією , еукаріоти походять від стародавніх архей , інфікованих поксвирусов . Ця гіпотеза заснована на схожості ДНК -полімерази сучасних поксвирусов і еукаріот . Також передбачається, що невирішене питання про походження статі і статевого розмноження може бути пов'язаний з вірусним еукаріогенезом .
Найбільш нова гіпотеза , названа екзомембранной гіпотезою , стверджує , що ядро сталося від одиночної клітки , яка в процесі еволюції виробила другого зовнішню клітинну мембрану ; первинна клітинна мембрана після цього перетворилася на ядерну мембрану , і в ній утворилася складна система порових структур ( ядерних пор) для транспорту клітинних компонентів , синтезованих всередині ядра.