Ядро есть только у эукариотических клеток. При этом некоторые из них его утрачивают в процессе дифференцировки (зрелые членики ситовидных трубок, эритроциты). У инфузорий есть два ядра: макронуклеус и микронуклеус. Бывают многоядерные клетки, возникшие путем объединения нескольких клеток. Однако в большинстве случаев в каждой клетке имеется только одно ядро.

Ядро клетки является самым крупным ее органоидом (если не считать центральные вакуоли клеток растений). Оно самое первое из клеточных структур, которое было описано учеными. Клеточные ядра обычно имеют шаровидную или яйцевидную форму.

Ядро регулирует всю активность клетки. В нем находятся хроматиды - нитевидные комплексы молекул ДНК с белками-гистонами (особенностью которых является содержание в них большого количества аминокислот лизина и аргинина). ДНК ядра хранит информацию о почти всех наследственных признаках и свойствах клетки и организма. В период клеточного деления хроматиды спирализуются, в таком состоянии они видны в световой микроскоп и называются хромосомами .

Хроматиды в неделящейся клетке (в период интерфазы) не полностью деспирализованы. Плотно спирализованные части хромосом называются гетерохроматином . Он располагается ближе к оболочке ядра. К центру ядра располагается эухроматин - более деспирализованная часть хромосом. На нем происходит синтез РНК, т. е. идет считывание генетической информации, экспрессия генов.

Репликация ДНК предшествует делению ядра, которое, в свою очередь, предшествует делению клетки. Таким образом, дочерние ядра получают уже готовую ДНК, а дочерние клетки - готовые ядра.

Внутреннее содержимое ядра отделяется от цитоплазмы ядерной оболочкой , состоящей из двух мембран (внешней и внутренней). Таким образом, ядро клетки относится к двумембранным органоидам. Пространство между мембранами называется перинуклеарным .

Внешняя мембрана в определенных местах переходит в эндоплазматическу сеть (ЭПС). Если на ЭПС располагаются рибосомы, то она называется шероховатой. Рибосомы могут размешаться и на наружней ядерной мембране.

Во множестве мест внешняя и внутренняя мембраны сливаются друг с другом, образуя ядерные поры . Их число непостоянно (в среднем исчисляются тысячами) и зависит от активности биосинтеза в клетке. Через поры ядро и цитоплазма обмениваются различными молекулами и структурами. Поры - это не просто дырки, они сложно устроены для избирательного транспорта. Их структуру определяют различные белки-нуклеопорины.

Из ядра выходят молекулы иРНК, тРНК, субчастицы рибосом.

В ядро через поры заходят различные белки, нуклеотиды, ионы и др.

Субчастицы рибосом собираются из рРНК и рибосомных белков в ядрышке (их может быть несколько) . Центральную часть ядрышка образуют специальные участки хромосом (ядрышковые организаторы ), которые располагаются рядом друг с другом. В ядрышковых организаторах содержится большое количество копий кодирующих рРНК генов. Перед клеточным делением ядрышко исчезает и вновь образуется уже во время телофазы.

Жидкое (гелеобразное) содержимое клеточного ядра называется ядерным соком (кариоплазмой, нуклеоплазмой) . Его вязкость почти такая же как у гиалоплазмы (жидкое содержимое цитоплазмы), однако кислотность выше (ведь ДНК и РНК, которых в ядре большое количество, - это кислоты). В ядерном соке плавают белки, различные РНК, рибосомы.

Некоторые экзопланеты глазами художников

Ранее считалось, что каменистые планеты обязательно должны состоять из трех важнейших слоев — оболочки, мантии и ядра, содержащего расплав наиболее тяжелых элементов. Эта дифференциация, по мнению наиболее авторитетных теорий, появлялась уже на ранних стадиях их эволюции, когда наблюдались особенно столкновения с другими небесными телами, а на самих планетах шли мощные радиоактивные процессы. Все это раскаляло молодые планеты, и более тяжелые элементы оседали ближе к центру.

Впрочем, открытие планет далеко за пределами нашей Солнечной системы, которое весьма активно идет в последние годы, демонстрирует целую галерею весьма странных по нашим меркам миров. Имеется среди них и планета, состоящая из колоссального алмаза («Триллионы карат »), и планета, сумевшая выжить после поглощения красным гигантом («Воля к жизни »), и даже те, которые вообще, на взгляд астрономов, не должны были бы существовать («Экзотическая экзопланета »). А группа астронома Сары Сигер (Sara Seager) теоретически описала еще один весьма экзотический вариант — «безъядерные» каменистые планеты.

Такие экзопланеты в ходе своего развития дифференцируются на два слоя, не формируя ядра. Это, по мнению ученых, может случаться, если в ходе зарождения планеты она оказывается в слишком богатом водой окружении. Железо вступает с ней во взаимодействие, образуя оксид быстрее, чем успевает осесть ближе к центру планеты в чистом металлическом виде.

Заметим, что сегодняшние технологии не позволяют строго подтвердить на практике эти теоретические выкладки. Столь небольшие тела на таких огромных расстояниях разглядеть весьма трудно — не говоря уж о том, чтобы детально изучать их химический состав.

Но одно о подобных «безъядерных» телах можно сказать вполне определенно: на них вряд ли найдутся братья по разуму, да и вообще какая-нибудь жизнь (по крайней мере, в том виде, в котором мы привыкли ее представлять). Дело в том, что именно расплавленное ядро подобных Земле планет порождает вокруг них мощное магнитное поле, которое надежно оберегает живые организмы от целого ряда неприятностей — прежде всего, от потоков заряженных частиц, которым Солнце непрерывно бомбардирует окрестности. Такое воздействие может оказаться смертельно опасным, вызывая и свободнорадикальные реакции, и опасно высокий уровень мутагенности.

Кстати, группа Сары Сигер уже появлялась в наших сообщениях. Напомним, что именно эти ученые составили свой вариант сводной таблицы всех экзопланет: «

Джонн Бриггс (John Briggs) и Дарко Димитровски (Darko Dimitrovski) из университета Фрайбурга (Universität Freiburg) обосновали и рассчитали придуманный ими метод создания атомов без ядра. С развивающимися ныне технологиями такой «фокус» будет доступен экспериментаторам во вполне обозримом будущем.

Атом без ядра — это набор электронных оболочек, сохраняющих свою «форму» так, словно бы они всё ещё удерживаются ядром.

Создать такое странное образование возможно, если воздействовать на какой-либо атом чрезвычайно коротким и при этом очень мощным импульсом лазера, говорят учёные.

Правда, этот экзотический атом без ядра будет жить ничтожно короткое мгновение, но всё же — он будет реально существовать.

Бриггс и Димитровски посчитали, как будет работать их метод. Итак: лазер с импульсом длительностью примерно 10 аттосекунд (1 аттосекунда равна 10 -18 с), вроде того что был использован в этом необычном опыте, но только чрезвычайно мощный (а именно — 10 18 ватт), воздействует на атом. Период орбитального движения электронов в атоме заметно больше, чем длительность такого импульса. Так, к примеру, у водорода электрон «обегает» вокруг ядра за 24 аттосекунды.

Если сила электрического поля в луче будет больше, чем сила связи электронов с ядром, – вся электронная оболочка будет оторвана от ядра и аккуратно смещена в сторону.

Ключ к успеху тут — быстротечность импульса и правильная его частота, ведь «сбивание» электронных оболочек (всех их уровней сразу, если речь идёт об атоме, куда более сложном, нежели водород) должно произойти за счёт действия всего лишь одного полупериода электромагнитной волны использованного в опыте излучения.

Второй полупериод этой волны послужит для торможения полного волнового пакета в новом месте его расположения — на некотором расстоянии от ядра. Тут имеется в виду волновой пакет всех электронов атома, разумеется.

Поскольку импульс лазера столь короток, за время своего смещения в пространстве электроны, образно говоря, не успеют ничего «предпринять». Их волновая функция почти не претерпит искажений, да и разбежаться в стороны от действия сил Кулона электроны не успеют, поясняют изобретатели метода.

Разумеется, такой «атом» через очень краткий миг распадётся, но если зафиксировать приборами все разлетевшиеся электроны, можно будет потом в компьютере восстановить облик первоначального волнового пакета, то есть того самого атома без ядра — самостоятельно существующего электронного облака, воспроизводящего форму оболочек исходного атома.

Удивительно, но, по расчётам Джона и Дарко, «снять» с минимальным «повреждением» разом все электронные оболочки можно не только с лёгких, но и с тяжёлых атомов, и более того — подобный «трюк» можно проделать даже с молекулами. Понятно, чтобы осуществить такой опыт, нужно ещё создать очень мощный аттосекундный лазер.

И, надо сказать, техника постепенно подступается к этой задаче. Ведь уже существующие установки демонстрируют потрясающие вещи. Например, познакомьтесь с лазерами: выдавшим недавно самый яркий свет во Вселенной, обошедшим некоторые капризы квантовой физики, мощным рентгеновским , который взорвал объект наблюдения; а также с историями о том, как сверхкороткие лазерные импульсы позволили отснять молекулы , создать чёрный металл и поставить рекорд скорости нагрева в 10 18 градусов в секунду, а ещё — аккуратно

Уникальность зарождения органической жизни на Земле состоит в том, что в результате сложных реакций, которые природа неоднократно воспроизводила с неорганическими соединениями, возникла структура, способная сама себя повторять. Говоря современным языком – наследовать. Путь, пройденный протонами, электронами и ионами при построении сложных макромолекул сегодня пытаются воссоздать в научных лабораториях. Первыми помощниками ученых в этих опытах являются бактерии. В основе сотрудничества человека и простейших лежит то обстоятельство, что в клетках бактерий нет оформленного ядра с наследственной информацией. Их реплицирующий механизм прост и, судя по всему, является достоверной моделью первых удачных попыток природы передавать наследственные данные от одного организма другому.

Нуклеоид – замена ядру в клетке бактерии

Если упрощенно описать живую клетку, то самая простая схема будет выглядеть следующим образом: отделенное мембраной от внешнего мира пространство, наполненное внутриклеточным веществом, в котором протекают биохимические процессы, способные организовать самостоятельное размножение биоструктуры. Эта миссия является определяющей для существования органической жизни.

Передача наследственной информации может осуществляться двумя разными путями, в зависимости от устройства внутриклеточного хранилища, в котором эта информация содержится:

1. У эукариотов роль такого хранилища играет оформленное ядро, которое состоит из мембраны, изолирующей ДНК от остального пространства клетки, и самой макромолекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты, упакованной в хромосому. Ядро считается органеллой эукариотической клеточной структуры.
2. В прокариотических (бактериальных) клеточных конструкциях ДНК никак не отделена от остального внутриклеточного вещества, а только компактно упаковано в нуклеоид – кольцевую хромосому с генетической информацией, выполняющую роль ядра.

Есть гипотеза, согласно которой предок оформленного эукариотического ядра – бактерия-симбионт. На заре зарождения ядерных организмов эта бактерия-симбионт стала частью прототипа эукариотической клеточной конструкции и сумела наладить эффективное сотрудничество по передаче наследственной информации.

Бактерия снабжала эукариотическую клетку при делении наследственной информацией, а в качестве вознаграждения за труд получала те питательные вещества, которые синтезировались большим эукариотом, а со временем стала ядром.

Так это было на самом деле или нет, ученым еще предстоит разобраться, а на сегодня они имеют почти полное представление о нуклеоиде бактерии и о тех функциях, которые он выполняет в бактериальной клетке.

Форма нуклеоида и его положение

Одна из основных характеристик нуклеоида – хранителя ДНК бактерии – его кольцевое строение. Однако уже сегодня, по результатам современных исследований, бактериологи различают разные формы устройства нуклеоид. Он может выглядеть как:

• бобовидное тело;
• клубок спутанных толстых веревок;
• кораллоподобная структура с ветвями, ширящимися по всему пространству микроорганизма.

Форма нуклеоида зависит от того, какие белки упаковывали макромолекулу ДНК в хромосому.

В связи с тем, что ядро в бактерии отсутствует, в процессе эволюции был создан способ крепления нуклеоида к цитоплазматической мембране. Это крепление обеспечивает быструю и надежную репликацию хромосом.

Кроме того, согласно данным последних научных исследований, ДНК в нуклеоиде бактерии не является единичной макромолекулой. В некоторых случаях нуклеоид бактерий содержит от 9 до 18 кольцевых ДНК.

Также есть данные, полученные лабораторным путем, что далеко не все ДНК, которые содержатся в прокариотах, имеют кольцевую структуру. Так, например, ДНК спирохеты бореллия (Borrelia burgdorferi), возбудителя клещевого спирохетоза, имеет линейное строение.

Все основные параметры нуклеоида, который содержит наследственную информацию бактерии, активно изучаются, и сегодня этот клеточный органоид характеризуется как:

• кольцевая структура (имеются исключения в виде линейных макромолекул);
• одиночная хромосома (имеются исключения).

Способы репликации

Репликация молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты напрямую связана со способом упаковки и хранения наследственной информации.

Репликация – воспроизводство дочерней ДНК по матрице родительской макромолекулы ДНК. Выделяют три основных вида:

• консервативный (без раскручивания спирали);
• полуконсервативный (родительская спираль раскручивается, и обе части являются матрицами для синтеза дочерних макромолекул);
• дисперсивный (родительская ДНК распадается на множество фрагментов, которые и берутся за основу для синтеза дочерних макромолекул).

В бактериальной клетке репликация идет по полуконсервативному пути. Раскручивание родительской молекулы происходит в результате воздействия ферментов, а по завершении процесса репликации и оформления двух нуклеоидов в теле бактериальной клетки, процесс деления входит в свою самую активную фазу.

Митохондрии

Обеспечение живой клетки энергией – ответственная миссия. Если она будет провалена, никакой речи о делении и наследстве идти не будет.

В бактерии, в которой отсутствуют специальные органеллы (митохондрии) для синтеза АТФ, энергия производится непосредственно в цитоплазме и потребляется всеми клеточными структурами.

У эукариотов совершенно другая картина. Большие клеточные конструкции не могут себе позволить пустить на самотек процесс обеспечения всех своих составляющих энергией. Именно для этих целей служит своеобразная энергетическая станция – митохондрия.

Строение митохондрии и ее роль в большой клетке с ядром – еще одно подтверждение в пользу эволюционного симбиоза бактерий, которые общими усилиями создали эукариотическую клетку.

Митохондрия также содержит ДНК с наследственной информацией, и так же, как в бактерии, эта ДНК не упакована в оформленное ядро, а покоится внутри митохондрии, в качестве двуспиральной кольцевой макромолекулы.

Независимо от того, какая деятельность по передаче наследственной информации происходит в ядре эукариота, митохондрия самостоятельно осуществляет процесс репликации собственной ДНК.

Выработка АТФ митохондрией происходит по тому же пути, что и у бактерий:

• при окислительно-восстановительных реакциях;
• в результате работы мембранного (речь идет о мембране митохондрии) АТФ-синтетазного комплекса.

Именно эти процессы являются основными при снабжении бактерии энергией, и митохондрия эукариота их дублирует.

Биология изучает все живое на планете Земля, начиная с глобальной экосистемы Земли - биосферы - и заканчивая самыми мельчайшими живыми частицами - клетками. Раздел биологии о клетках называется "цитология". Она изучает все живые клетки, которые бывают ядерными и безъядерными.

Значение ядра для клетки

Как видно из названия, безъядерные клетки не имеют ядра. Они характерны для прокариотов, которые сами по себе являются такими клетками. Сторонники теории эволюции считают, что эукариотические клетки произошли от прокариотических. Основным отличием эукариотов в процессе развития жизни стало именно клеточное ядро. Дело в том, что в ядрах содержится вся наследственная информация - ДНК. Потому для эукариотических клеток отсутствие ядра обычно отклонение от нормы. Однако бывают исключения.

Прокариотические организмы

Безъядерными клетками являются прокариотические организмы. Прокариоты - древнейшие существа, состоящие из одной клетки или колонии клеток, к ним относятся бактерии и археи. Их клетки называют доядерными.

Главной особенностью биологии клеток прокариотов является, как уже было упомянуто, отсутствие ядра. По этой причине их наследственная информация хранится оригинальным способом - вместо эукариотических хромосом ДНК прокариота «упакована» в нуклеоид - кольцевую область в цитоплазме. Наряду с отсутствием оформленного ядра нет мембранных органоидов - митохондрий, аппарата Гольджи, пластид, эндоплазматической сети. Вместо них необходимые функции выполняются мезосомами. Рибосомы прокариотов гораздо меньше эукариотических по размеру, а их количество меньше.

Безъядерные клетки растений

У растений есть ткани, состоящие из одних безъядерных клеток. Например, луб или флоэма. Он находится под покровной тканью и представляет собой систему из разных тканей: основной, опорной и проводящей. Основным элементом луба, относящимся к проводящей ткани, являются ситовидные трубки. Состоят они из члеников - удлинённых безъядерных клеток с тонкими клеточными стенками, главным компонентом которых являются целлюлоза и пектиновые вещества. Ядро они теряют при созревании - оно отмирает, а цитоплазма превращается в тонкий слой, размещённый у стенки клетки. Жизнь этих безъядерных клеток связана с клетками-спутниками, имеющими ядро; они тесно связаны друг с другом и фактически составляют одно целое. Членики и спутники развиваются в общей меристематической клетке.

Клетки ситовидных трубок живые, но это единственное исключение; все остальные клетки без ядра у растений являются мертвыми. У эукариотических организмов (к которым относятся и растения) безъядерные клетки способны жить очень короткое время. Клетки ситовидных трубок недолговечны, после смерти образуют поверхностный слой растения - покровную ткань (например, кору дерева).

Безъядерные клетки человека и животных

В организме человека и млекопитающих животных также есть клетки без ядра - эритроциты и тромбоциты. Рассмотрим их подробнее.

Эритроциты

Иначе их называют красными кровяными тельцами. На этапе формирования молодые эритроциты содержат ядро, а вот взрослые клетки его не имеют.

Эритроциты обеспечивают насыщение кислородом органов и тканей. С помощью содержащегося в красных кровяных клетках пигмента гемоглобина клетки связывают молекулы кислорода и переносят их от лёгких в мозг и к другим жизненно важным органам. Также они участвуют в выводе из организма продукта газообмена - углекислого газа СО 2 , транспортируя его.

Эритроциты человека имеют размер всего 7-10 мкм и форму двояковогнутого диска. Благодаря маленьким размерам и эластичности, красные кровяные тельца легко проходят через капилляры, которые значительно меньше них по размеру. В результате отсутствия ядра и других клеточных органелл количество гемоглобина в клетке повышено, гемоглобин заполняет весь её внутренний объём.

Выработка эритроцитов проходит в костном мозге ребёр, черепа и позвоночника. У детей задействован также костный мозг костей ног и рук. Каждую минуту формируется более 2 миллионов эритроцитов, живущих около трёх месяцев. Интересный факт - красные клетки крови составляют примерно ¼ от всех клеток человека.

Тромбоциты

Раньше их называли еще кровяными пластинками. Это мелкие безъядерные клетки крови плоской формы, размер которых не превышает 2-4 мкм. Представляют собой фрагменты цитоплазмы, которые отделились от клеток костного мозга - мегакариоцитов.

Функцией тромбоцитов является формирование сгустка крови, который «затыкает» в сосудах поврежденные места, и обеспечение нормальной свертываемости крови. Также кровяные пластинки могут выделять соединения, способствующие росту клеток (так называемые факторы роста), поэтому они важны для заживления поврежденных тканей и способствуют их регенерации. Когда тромбоциты активизируются, то есть переходят в новое состояние, они принимают форму сферы с выростами (псевдоподиями), при помощи которых сцепляются друг с другом или сосудистой стенкой, закрывая тем самым её повреждение.

Отклонение количества тромбоцитов от нормы может приводить к различным заболеваниям. Так, уменьшение количества кровяных пластинок повышает риск кровотечений, а их увеличение приводит к тромбозу сосудов, то есть появлению сгустков крови, которые в свою очередь могут стать причиной инфарктов и инсультов, эмболии лёгочной артерии и закупорке сосудов в других органах.

Образуются тромбоциты в костном мозге и селезёнке. После формирования 1/3 из них разрушается, а оставшиеся циркулируют в кровотоке чуть дольше недели.

Корнеоциты

Некоторые клетки кожи человека также не содержат ядер. Из безъядерных клеток состоят два верхних слоя эпидермиса - роговой и блестящий (цикловидный). Оба состоят из одинаковых клеток - корнеоцитов, которые представляют собой бывшие клетки нижних слоев эпидермиса - кератиноциты. Эти клетки, образовавшись на границе наружного и среднего слоев кожи (дермы и эпидермиса), поднимаются по мере "взросления" все выше, в шиповатый, а затем и в зернистый слои эпидермиса. В кераноците накапливается вырабатываемый им белок кератин - важный компонент, который отвечает за прочность и упругость нашей кожи. В итоге клетка теряет ядро и практически все органеллы, поэтому большую её часть составляет белок кератин.

Получившиеся корнеоциты имеют плоскую форму. Плотно прилегая друг к другу, они образуют роговой слой кожи, служащий барьером для микроорганизмов и многих веществ - его чешуйки выполняют защитную функцию. Переходным от зернистого к роговому служит блестящий слой, также состоящий из потерявших ядра и органеллы кератиноцитов. По сути, корнеоциты - это мертвые клетки, так как никаких активных процессов в них не происходит.

Безъядерные клетки в трансплантологии

Для клонирования клеток нужных тканей в трансплантологии используются искусственно созданные безъядерные клетки. Так как генетическую информацию у эукариотических организмов хранит именно ядро, путём манипуляций с ним можно воздействовать на свойства клетки. Как бы фантастически это ни звучало, но можно заменить ядро и таким способом получить совершенно другую клетку. Для этого ядра удаляются или разрушаются различными способами - хирургическим, с помощью ультрафиолетового излучения или центрифугирования в сочетании с воздействием цитохалазинов. В полученную безъядерную клетку пересаживают новое ядро.

До сих пор учёные не пришли к общему мнению по поводу этичности клонирования, потому оно всё ещё находится под запретом.

Таким образом, фактически живые безъядерные клетки у высших (эукариотических) организмов почти не встречаются. Исключением являются клетки крови человека - эритроциты и тромбоциты, а также клетки флоэмы у растений. В остальных случаях безъядерные клетки нельзя назвать живыми, как, например, клетки верхних слоев эпидермиса или клетки, полученные искусственным путем для клонирования тканей в трансплантологии.