Само еукариотните клетки имат ядро. Някои от тях обаче го губят в процеса на диференциация (зрели сегменти на ситовидни тръби, еритроцити). Ресничките имат две ядра: макронуклеус и микронуклеус. Има многоядрени клетки, които възникват от обединението на няколко клетки. В повечето случаи обаче всяка клетка има само едно ядро.

Клетъчното ядро ​​е нейният най-голям органел (с изключение на централните вакуоли на растителните клетки). Това е първата клетъчна структура, която е описана от учените. Клетъчните ядра обикновено имат сферична или яйцевидна форма.

Ядрото регулира цялата клетъчна дейност. Съдържа хроматиди- нишковидни комплекси от ДНК молекули с хистонови протеини (особеността на които е, че съдържат голямо количество от аминокиселините лизин и аргинин). ДНК на ядрото съхранява информация за почти всички наследствени характеристики и свойства на клетката и организма. По време на клетъчното делене хроматидите се спирали, в това състояние те се виждат под светлинен микроскоп и се наричат хромозоми.

Хроматидите в неделяща се клетка (по време на интерфаза) не са напълно деспирализирани. Плътно навитите части на хромозомите се наричат хетерохроматин. Той се намира по-близо до основната обвивка. Разположен към центъра на ядрото еухроматин- по-деспирализирана част от хромозомите. На него се извършва синтез на РНК, т.е. генетичната информация се чете и гените се експресират.

Репликацията на ДНК предхожда ядреното делене, което от своя страна предшества деленето на клетката. Така дъщерните ядра получават готова ДНК, а дъщерните клетки получават готови ядра.

Вътрешното съдържание на ядрото се отделя от цитоплазмата ядрена обвивка, състоящ се от две мембрани (външна и вътрешна). По този начин клетъчното ядро ​​е органела с двойна мембрана. Пространството между мембраните се нарича перинуклеарен.

Външната мембрана на определени места преминава в ендоплазмения ретикулум (ЕР). Ако рибозомите са разположени на EPS, тогава той се нарича груб. Рибозомите могат да бъдат разположени и върху външната ядрена мембрана.

На много места външната и вътрешната мембрана се сливат една с друга, образувайки ядрени пори. Техният брой е променлив (средно хиляди) и зависи от активността на биосинтезата в клетката. Чрез порите ядрото и цитоплазмата обменят различни молекули и структури. Порите не са просто дупки; те са сложно проектирани за избирателен транспорт. Тяхната структура се определя от различни нуклеопоринови протеини.

От ядрото излизат молекули на тРНК, тРНК и рибозомни субчастици.

През порите в ядрото влизат различни протеини, нуклеотиди, йони и др.

Рибозомните субединици се сглобяват от рРНК и рибозомни протеини в ядро(може да са няколко). Централната част на ядрото се формира от специални участъци от хромозоми ( нуклеоларни организатори), които са разположени един до друг. Нуклеоларните организатори съдържат голям брой копия на рРНК-кодиращи гени. Преди клетъчното делене ядрото изчезва и се образува отново по време на телофазата.

Течното (гелообразно) съдържание на клетъчното ядро ​​се нарича ядрен сок (кариоплазма, нуклеоплазма). Вискозитетът му е почти същият като този на хиалоплазмата (течното съдържание на цитоплазмата), но киселинността му е по-висока (в края на краищата ДНК и РНК, от които има голямо количество в ядрото, са киселини). Протеини, различни РНК и рибозоми плуват в ядрения сок.

Някои екзопланети през погледа на художници

Преди това се смяташе, че скалистите планети задължително трябва да се състоят от три важни слоя - черупка, мантия и ядро, съдържащо стопилка от най-тежките елементи. Тази диференциация, според най-авторитетните теории, се е появила още в ранните етапи на тяхната еволюция, когато са били особено наблюдавани сблъсъци с други небесни тела, а на самите планети са протичали мощни радиоактивни процеси. Всичко това нагрява младите планети и по-тежките елементи се установяват по-близо до центъра.

Откриването на планети далеч отвъд нашата слънчева система обаче, което е много активно през последните години, демонстрира цяла галерия от светове, които са много странни за нашите стандарти. Сред тях има планета, състояща се от колосален диамант („Трилиони карати“), и планета, която успя да оцелее, след като беше погълната от червен гигант („Воля за живот“), и дори такива, които според мнението на астрономи, изобщо не трябва да съществува („Екзотична екзопланета“). А групата на астронома Сара Сийгър теоретично описа друга много екзотична опция - "безядрени" скалисти планети.

Такива екзопланети се диференцират на два слоя по време на своето развитие, без да образуват ядро. Това според учените може да се случи, ако по време на раждането на една планета тя попадне в твърде богата на вода среда. Желязото взаимодейства с него, образувайки оксид по-бързо, отколкото може да се утаи по-близо до центъра на планетата в чиста метална форма.

Имайте предвид, че днешните технологии не ни позволяват да потвърдим стриктно тези теоретични изчисления на практика. Много е трудно да се видят толкова малки тела на толкова огромни разстояния, да не говорим за подробно изследване на химическия им състав.

Но едно нещо може да се каже съвсем определено за такива „безядрени“ тела: на тях едва ли ще има братя по ум или изобщо някакъв живот (поне във формата, в която сме свикнали да си го представяме). Факт е, че разтопеното ядро ​​на подобни на Земята планети генерира мощно магнитно поле около тях, което надеждно защитава живите организми от редица неприятности - преди всичко от потоци заредени частици, с които Слънцето непрекъснато бомбардира околността. Такова излагане може да бъде смъртоносно, причинявайки както реакции на свободни радикали, така и опасно високи нива на мутагенност.

Между другото, групата на Sarah Seeger вече се появи в нашите съобщения. Нека припомним, че именно тези учени съставиха своята версия на обобщената таблица на всички екзопланети: „

Джон Бригс и Дарко Димитровски от университета във Фрайбург обосноваха и изчислиха своя метод за създаване на атоми без ядро. С текущо развиващите се технологии такъв „трик“ ще бъде достъпен за експериментаторите в обозримо бъдеще.

Атом без ядро ​​е колекция от електронни обвивки, които запазват своята „форма“, сякаш все още се държат от ядрото.

Възможно е да създадете такова странно образувание, ако въздействате на който и да е атом с изключително кратък и в същото време много мощен лазерен импулс, твърдят учените.

Вярно, този екзотичен атом без ядро ​​ще живее нищожно кратко време, но все пак той наистина ще съществува.

Бригс и Димитровски изчислиха как ще работи техният метод. И така: лазер с продължителност на импулса от приблизително 10 атосекунди (1 атосекунда е равна на 10 -18 s), като този, използван в този необичаен експеримент, но само изключително мощен (а именно 10 18 вата), въздейства на атома. Периодът на орбитално движение на електроните в атома е значително по-дълъг от продължителността на такъв импулс. Така например във водорода един електрон „обикаля“ около ядрото за 24 атосекунди.

Ако силата на електрическото поле в лъча е по-голяма от силата на връзката между електроните и ядрото, цялата електронна обвивка ще бъде откъсната от ядрото и внимателно изместена настрани.

Ключът към успеха тук е преходността на импулса и правилната му честота, защото трябва да се случи „събарянето“ на електронните обвивки (всичките им нива наведнъж, ако говорим за атом, който е много по-сложен от водорода). поради действието само на един полуцикъл на електромагнитната вълна, използвана в радиационния опит.

Вторият полуцикъл на тази вълна ще послужи за забавяне на целия вълнов пакет в новото му местоположение - на известно разстояние от ядрото. Тук имаме предвид вълновия пакет от всички електрони на атома, разбира се.

Тъй като лазерният импулс е толкова кратък, електроните, образно казано, няма да имат време да "направят нищо" по време на своето преместване в пространството. Вълновата им функция няма да претърпи почти никакво изкривяване и електроните няма да имат време да се разпръснат настрани от действието на кулоновите сили, обясняват изобретателите на метода.

Разбира се, такъв „атом“ ще се разпадне за много кратък момент, но ако запишем всички разпръснати електрони с инструменти, ще бъде възможно да възстановим в компютър външния вид на оригиналния вълнов пакет, тоест същия този атом без ядро ​​- независимо съществуващ електронен облак, който възпроизвежда формата на обвивките на оригиналния атом.

Изненадващо, според изчисленията на Джон и Дарко, всички електронни обвивки могат да бъдат „отстранени“ с минимални „щети“ наведнъж не само от леки атоми, но и от тежки атоми, и освен това подобен „трик“ може да се направи дори с молекули. Ясно е, че за провеждането на такъв експеримент е необходимо да се създаде много мощен атосекунден лазер.

И трябва да кажа, че технологията постепенно се доближава до тази задача. В крайна сметка съществуващите инсталации показват невероятни неща. Например, запознайте се с лазерите: които наскоро произведоха най-ярката светлина във Вселената, заобикаляйки някои от капризите на квантовата физика, мощни рентгенови лъчи, които взривиха обекта на наблюдение; а също и с истории за това как ултракъсите лазерни импулси са направили възможно фотографирането на молекули, създаването на черни метали и поставянето на рекорд за скорост на нагряване от 10 18 градуса в секунда, а също и - внимателно

Уникалността на произхода на органичния живот на Земята се състои в това, че в резултат на сложни реакции, които природата многократно възпроизвежда с неорганични съединения, възниква структура, която е способна да се повтаря. На съвременен език – наследявам. Днес те се опитват да пресъздадат пътя, изминат от протоните, електроните и йоните при изграждането на сложни макромолекули в научните лаборатории. Първите помощници на учените в тези експерименти са бактериите. В основата на сътрудничеството между човека и протозоите е фактът, че бактериалните клетки нямат оформено ядро ​​с наследствена информация. Механизмът им за възпроизвеждане е прост и изглежда надежден модел на първите успешни опити на природата да предаде наследствени данни от един организъм на друг.

Нуклеоид - заместител на ядрото в бактериална клетка

Ако опишем жива клетка по опростен начин, най-простата диаграма ще изглежда така: пространство, отделено с мембрана от външния свят, изпълнено с вътреклетъчно вещество, в което протичат биохимични процеси, които могат да организират независимото възпроизвеждане на биоструктурата . Тази мисия е решаваща за съществуването на органичен живот.

Прехвърлянето на наследствена информация може да се извърши по два различни начина в зависимост от структурата на вътреклетъчното хранилище, в което се съдържа тази информация:

1. При еукариотите ролята на такова хранилище играе образувано ядро, което се състои от мембрана, която изолира ДНК от останалата част от клетката, и самата макромолекула на дезоксирибонуклеиновата киселина, опакована в хромозомата. Ядрото се счита за органела на структурата на еукариотната клетка.
2. В прокариотните (бактериални) клетъчни структури ДНК по никакъв начин не е отделена от останалата част от вътреклетъчното вещество, а е само компактно опакована в нуклеоид - кръгова хромозома с генетична информация, която действа като ядро.

Съществува хипотеза, според която предшественикът на образуваното еукариотно ядро ​​е бактерия-симбионт.В зората на ядрените организми тази симбионтна бактерия става част от прототипа на еукариотната клетъчна структура и успява да установи ефективно сътрудничество при преноса на наследствена информация.

Бактерията снабдява еукариотната клетка с наследствена информация по време на деленето и като награда за работата получава тези хранителни вещества, които са синтезирани от големия еукариот и с течение на времето се превръща в ядро.

Дали това наистина се е случило или не, учените все още не са разбрали, но днес те имат почти пълно разбиране за бактериалния нуклеоид и функциите, които той изпълнява в бактериалната клетка.

Форма и позиция на нуклеоида

Една от основните характеристики на нуклеоида, пазител на бактериална ДНК, е неговата кръгова структура. Въпреки това, днес, според резултатите от съвременните изследвания, бактериолозите разграничават различни форми на нуклеоидна структура. Може да изглежда така:

• тяло с форма на боб;
• плетеница от преплетени дебели въжета;
• коралоподобна структура с разклонения, разпространяващи се в пространството на микроорганизма.

Формата на нуклеоида зависи от това кои протеини са пакетирали макромолекулата на ДНК в хромозомата.

Поради факта, че в бактериите няма ядро, в процеса на еволюцията е създаден метод за прикрепване на нуклеоида към цитоплазмената мембрана. Това прикрепване осигурява бърза и надеждна хромозомна репликация.

Освен това, според последните научни изследвания, ДНК в нуклеоида на една бактерия не е единична макромолекула. В някои случаи бактериалният нуклеоид съдържа от 9 до 18 кръгова ДНК.

Има и лабораторни доказателства, че не цялата ДНК, съдържаща се в прокариотите, има пръстенна структура. Например, ДНК на спирохета Borrelia burgdorferi, причинител на спирохетоза, пренасяна от кърлежи, има линейна структура.

Всички основни параметри на нуклеоида, който съдържа наследствената информация на бактерията, се изучават активно и днес тази клетъчна органела се характеризира като:

• пръстенна структура (има изключения под формата на линейни макромолекули);
• единична хромозома (има изключения).

Методи за репликация

Репликацията на молекулата на дезоксирибонуклеиновата киселина е пряко свързана с начина, по който се пакетира и съхранява генетичната информация.

Репликацията е възпроизвеждането на дъщерна ДНК с помощта на матрицата на макромолекулата на родителската ДНК.Има три основни вида:

• консервативен (без отвиване на спиралата);
• полуконсервативен (родителската спирала се развива и двете части са шаблони за синтеза на дъщерни макромолекули);
• дисперсионна (родителската ДНК се разпада на много фрагменти, които се приемат като основа за синтеза на дъщерни макромолекули).

В бактериална клетка репликацията следва полуконсервативен път. Развиването на родителската молекула става в резултат на действието на ензимите и след завършване на процеса на репликация и образуването на два нуклеоида в тялото на бактериалната клетка процесът на делене навлиза в най-активната си фаза.

Митохондриите

Осигуряването на жива клетка с енергия е отговорна мисия. Ако не успее, няма да се говори за делба и наследство.

При бактериите, които нямат специални органели (митохондрии) за синтез на АТФ, енергията се произвежда директно в цитоплазмата и се консумира от всички клетъчни структури.

Еукариотите имат съвсем различна картина. Големите клетъчни структури не могат да си позволят да оставят на случайността процеса на осигуряване на всички свои компоненти с енергия. Именно за тези цели служи уникална енергийна станция - митохондрия.

Структурата на митохондрията и нейната роля в голяма клетка с ядро ​​е още едно потвърждение в полза на еволюционната симбиоза на бактериите, които заедно са създали еукариотна клетка.

Митохондрията също съдържа ДНК с наследствена информация и точно както при бактериите, тази ДНК не е опакована във формално ядро, а се намира вътре в митохондрията като двуверижна кръгла макромолекула.

Независимо каква дейност за предаване на наследствена информация се извършва в еукариотното ядро, митохондрията независимо извършва процеса на репликация на собствената си ДНК.

Производството на АТФ от митохондриите става по същия път, както при бактериите:

• по време на редокс реакции;
• в резултат на работата на мембраната (говорим за митохондриалната мембрана) АТФ синтетазен комплекс.

Тези процеси са основните при снабдяването на бактериите с енергия, а еукариотната митохондрия ги дублира.

Биологията изучава целия живот на планетата Земя, започвайки с глобалната екосистема на Земята - биосферата - и завършвайки с най-малките живи частици - клетките. Клонът на биологията, който се занимава с клетките, се нарича "цитология". Тя изучава всички живи клетки, които са ядрени и неядрени.

Значението на ядрото за една клетка

Както подсказва името, безядрените клетки нямат ядро. Те са характерни за прокариотите, които сами по себе си са такива клетки. Привържениците на теорията за еволюцията смятат, че еукариотните клетки са се развили от прокариотни клетки. Основната разлика между еукариотите в развитието на живота е клетъчното ядро. Факт е, че ядрата съдържат цялата наследствена информация - ДНК. Следователно за еукариотните клетки липсата на ядро ​​обикновено е отклонение от нормата. Има обаче и изключения.

Прокариотни организми

Безядрените клетки са прокариотни организми. Прокариотите са най-старите същества, състоящи се от една клетка или колония от клетки; те включват бактерии и археи. Техните клетки се наричат ​​предядрени.

Основната характеристика на биологията на прокариотните клетки е, както вече беше споменато, липсата на ядро. Поради тази причина тяхната наследствена информация се съхранява по оригинален начин - вместо еукариотни хромозоми, прокариотната ДНК е "опакована" в нуклеоид - кръгла област в цитоплазмата. Наред с липсата на образувано ядро, липсват мембранни органели - митохондрии, апарат на Голджи, пластиди, ендоплазмен ретикулум. Вместо това необходимите функции се изпълняват от мезозоми. Прокариотните рибозоми са много по-малки по размер и по-малко на брой от еукариотните.

Безядрени растителни клетки

Растенията имат тъкани, състоящи се само от безядрени клетки. Например лико или флоема. Разположена е под покривната тъкан и представлява система от различни тъкани: основна, поддържаща и проводяща. Основният елемент на лика, свързан с проводимата тъкан, са ситовите тръби. Те се състоят от сегменти - удължени безядрени клетки с тънки клетъчни стени, чиито основни компоненти са целулоза и пектинови вещества. Те губят ядрото при узряване - то умира и цитоплазмата се превръща в тънък слой, разположен близо до клетъчната стена. Животът на тези безядрени клетки е свързан със сателитни клетки, които имат ядро; те са тясно свързани помежду си и всъщност образуват едно цяло. Сегментите и сателитите се развиват в обща меристематична клетка.

Ситовидните клетки са живи, но това е единственото изключение; всички други клетки без ядро ​​в растенията са мъртви. В еукариотните организми (които включват растенията) безядрените клетки могат да живеят много кратко време. Клетките на ситовите тръби са краткотрайни, след смъртта те образуват повърхностния слой на растението - покривната тъкан (например кората на дърво).

Безядрени човешки и животински клетки

В тялото на човека и бозайниците има и клетки без ядро ​​- червени кръвни клетки и тромбоцити. Нека ги разгледаме по-отблизо.

червени кръвни телца

В противен случай те се наричат ​​червени кръвни клетки. На етапа на формиране младите червени кръвни клетки съдържат ядро, но възрастните клетки не съдържат.

Червените кръвни клетки осигуряват насищане на органите и тъканите с кислород. С помощта на пигмента хемоглобин, съдържащ се в червените кръвни клетки, клетките свързват кислородните молекули и ги пренасят от белите дробове до мозъка и други жизненоважни органи. Те също участват в отстраняването на продукта от газообмена - въглероден диоксид CO 2 - от тялото, транспортирайки го.

Човешките червени кръвни клетки са с размер само 7-10 микрона и имат формата на двойновдлъбнат диск. Поради малкия си размер и еластичност, червените кръвни клетки лесно преминават през капилярите, които са много по-малки по размер. В резултат на липсата на ядро ​​и други клетъчни органели, количеството на хемоглобина в клетката се увеличава, хемоглобинът запълва целия й вътрешен обем.

Производството на червени кръвни клетки се извършва в костния мозък на ребрата, черепа и гръбначния стълб. При децата участва и костният мозък на костите на краката и ръцете. Повече от 2 милиона червени кръвни клетки се образуват всяка минута и живеят около три месеца. Интересен факт е, че червените кръвни клетки съставляват приблизително ¼ от всички човешки клетки.

Тромбоцити

Преди това те също се наричаха кръвни плочки. Това са малки безядрени кръвни клетки с плоска форма, чийто размер не надвишава 2-4 микрона. Те представляват фрагменти от цитоплазма, които са се отделили от клетките на костния мозък - мегакариоцити.

Функцията на тромбоцитите е да образуват кръвен съсирек, който "запушва" увредените участъци в съдовете и да осигури нормално съсирване на кръвта. Кръвните тромбоцити могат също така да секретират съединения, които насърчават клетъчния растеж (наречени растежни фактори), така че те са важни за заздравяването на увредената тъкан и насърчават регенерацията на тъканите. Когато тромбоцитите се активират, т.е. преминават в ново състояние, те приемат формата на сфера с издатини (псевдоподии), с помощта на които се прилепват един към друг или към съдовата стена, като по този начин затварят нейното увреждане.

Отклонението на броя на тромбоцитите от нормата може да доведе до различни заболявания. По този начин намаляването на броя на тромбоцитите увеличава риска от кървене, а тяхното увеличаване води до съдова тромбоза, тоест появата на кръвни съсиреци, което от своя страна може да причини инфаркти и инсулти, белодробна емболия и запушване на кръвоносните съдове в други органи.

Тромбоцитите се произвеждат в костния мозък и далака. След образуването 1/3 от тях се разрушават, а останалите циркулират в кръвния поток малко повече от седмица.

Корнеоцити

Някои клетки на човешката кожа също не съдържат ядра. Двата горни слоя на епидермиса са изградени от безядрени клетки - рогови и лъскави (циклоидни). И двете се състоят от едни и същи клетки - корнеоцити, които са бивши клетки от долните слоеве на епидермиса - кератиноцити. Тези клетки, образувани на границата на външния и средния слой на кожата (дерма и епидермис), се издигат, докато „израстват“ все по-високо и по-високо, в спинозните и след това в гранулираните слоеве на епидермиса. Произвежданият от него кератинов протеин се натрупва в кераноцита – важен компонент, който отговаря за здравината и еластичността на нашата кожа. В резултат на това клетката губи своето ядро ​​и почти всички органели, така че по-голямата част от нея се състои от протеина кератин.

Получените корнеоцити имат плоска форма. Прилепнали плътно един към друг, те образуват роговия слой на кожата, който служи като бариера за микроорганизми и много вещества - неговите люспи изпълняват защитна функция. Преходният слой от гранулиран към рогов е лъскавият слой, който също се състои от кератиноцити, които са загубили своите ядра и органели. По същество корнеоцитите са мъртви клетки, тъй като в тях не протичат активни процеси.

Безядрени клетки в трансплантологията

За клониране на клетки от желаните тъкани в трансплантологията се използват изкуствено създадени безядрени клетки. Тъй като ядрото съхранява генетична информация в еукариотните организми, чрез манипулирането му е възможно да се повлияе на свойствата на клетката. Колкото и фантастично да звучи, можете да замените ядрото и по този начин да получите напълно различна клетка. За да направите това, ядрата се отстраняват или унищожават по различни начини - хирургически, чрез ултравиолетово лъчение или центрофугиране в комбинация с влиянието на цитохалазините. Ново ядро ​​се трансплантира в получената безядрена клетка.

Досега учените не са стигнали до общо мнение относно етиката на клонирането, поради което то все още е забранено.

Така всъщност живи безядрени клетки почти никога не се срещат във висшите (еукариотни) организми. Изключение правят човешките кръвни клетки - еритроцити и тромбоцити, както и флоемните клетки на растенията. В други случаи безядрените клетки не могат да се нарекат живи, като клетките в горните слоеве на епидермиса или клетките, получени изкуствено за тъканно клониране в трансплантологията.