Клетъчно ядро

Ядрото (s. karyon) присъства във всички човешки клетки с изключение на еритроцитите и тромбоцитите. Функциите на ядрото са да съхранява и предава наследствена информация на нови (дъщерни) клетки. Тези функции са свързани с наличието на ДНК в ядрото. Синтезът на протеини - рибонуклеинова киселина, РНК и рибозомни материали - също се осъществява в ядрото.

Повечето клетки имат сферично или яйцевидно ядро, но има и други форми на ядрото (пръстеновидно, пръчковидно, вретеновидно, мънистовидно, бобовидно, сегментирано, крушовидно, полиморфно). Размерът на ядрото варира в широки граници - от 3 до 25 µm. Най-голямото ядро се намира в яйцеклетката. Повечето човешки клетки са едноядрени, но има и двуядрени (някои неврони, хепатоцити, кардиомиоцити). Някои структури са многоядрени (мускулни влакна). Ядрото има ядрена мембрана, хроматин, ядро и нуклеоплазма.

Ядрената мембрана, или кариотеката, която отделя съдържанието на ядрото от цитоплазмата, се състои от вътрешна и външна ядрена мембрана, всяка с дебелина 8 nm. Мембраните са разделени от перинуклеарно пространство (кариотечна цистерна), широко 20–50 nm, съдържащо финозърнест материал с умерена електронна плътност. Външната ядрена мембрана преминава в гранулирания ендоплазмен ретикулум. Следователно, перинуклеарното пространство образува единна кухина с ендоплазмения ретикулум. Вътрешната ядрена мембрана е свързана отвътре с разклонена мрежа от протеинови фибрили, състоящи се от отделни субединици.

Ядрената мембрана съдържа множество кръгли ядрени пори, всяка с диаметър 50-70 nm. Ядрените пори заемат общо до 25% от ядрената повърхност. Броят на порите в едно ядро достига 3000-4000. По краищата на порите външната и вътрешната мембрана са свързани помежду си и образуват т.нар. порен пръстен. Всяка пора е затворена от диафрагма, която се нарича още порен комплекс. Порните диафрагми имат сложна структура; те са образувани от протеинови гранули, свързани помежду си. Селективният транспорт на големи частици и обменът на вещества между ядрото и цитозодема на клетката се осъществяват през ядрените пори.

Под ядрената мембрана се намират нуклеоплазмата (кариоплазма) (nucleoplasm, s. karyoplasma), която има хомогенна структура, и ядрото (нуклеолус). В нуклеоплазмата на неделящо се ядро, в неговата ядрено-белтъчна матрица, се намират осмиофилни гранули (бучки) от т.нар. хетерохроматин. Области с по-разхлабен хроматин, разположени между гранулите, се наричат еухроматин. Разхлабеният хроматин се нарича още декондензиран хроматин, в който синтетичните процеси протичат най-интензивно. По време на клетъчното делене хроматинът се уплътнява, кондензира и образува хромозоми.

Хроматинът (хроматинум) на неделящо се ядро и хромозомите на делящо се ядро се образуват от молекули дезоксирибонуклеинова киселина (ДНК), свързани с рибонуклеинова киселина (РНК) и протеини - хистони и нехистони. Трябва да се подчертае, че хроматинът и хромозомите са химически идентични.

Всяка ДНК молекула се състои от две дълги, десноориентирани полинуклеотидни вериги (двойни спирали), като всеки нуклеотид се състои от азотна база, глюкоза и остатък от фосфорна киселина. Базата е разположена вътре в двойната спирала, а захарно-фосфатният скелет е от външната страна.

Наследствената информация в молекулите на ДНК е записана в линейната последователност на нейните нуклеотиди. Елементарната частица на наследствеността е генът. Генът е участък от ДНК, който има специфична последователност от нуклеотиди, отговорни за синтеза на един специфичен протеин.

Молекулата ДНК в ядрото е опакована компактно. Така една молекула ДНК, съдържаща 1 милион нуклеотида, с линейното им разположение, би заемала сегмент с дължина само 0,34 мм. Дължината на една човешка хромозома в разтегната форма е около 5 см, но в компактно състояние хромозомата има обем от около ^10-15 см³ ^.

ДНК молекулите, свързани с хистонови протеини, образуват нуклеозоми, които са структурните единици на хроматина. Нуклеозомата има вид на мънисто с диаметър 10 nm. Всяка нуклеозома се състои от хистони, около които е усукана секция от ДНК, включваща 146 двойки нуклеотиди. Между нуклеозомите са разположени линейни секции от ДНК, състоящи се от 60 двойки нуклеотиди.

Хроматинът е представен от фибрили, които образуват бримки с дължина около 0,4 µm, съдържащи от 20 000 до 30 000 нуклеотидни двойки.

В резултат на уплътняване (кондензация) и усукване (суперспециализация) на дезоксирибонуклеопротеини (ДНП) в делящото се ядро, хромозомите стават видими. Тези структури - хромозоми (chromasomae, от гръцки chroma - боя, soma - тяло) - са удължени пръчковидни образувания с две рамена, разделени от т. нар. свиване - центромер. В зависимост от местоположението на центромера и относителното положение и дължината на рамената (крачетата) се разграничават три вида хромозоми: метацентрични, с приблизително еднакви рамена; субметацентрични, при които дължината на рамената варира; акроцентрични, при които едното рамо е дълго, а другото е много късо, едва забележимо. Хромозомата има еу- и хетерохроматични области. Последните остават компактни в неделящото се ядро и в ранната профаза на митозата. Редуването на еу- и хетерохроматични области се използва за идентифициране на хромозомите.

Повърхността на хромозомите е покрита с различни молекули, главно рибонуклеопротеини (RNP). Соматичните клетки имат 2 копия от всяка хромозома, те се наричат хомоложни. Те са идентични по дължина, форма, структура, носят едни и същи гени, които са разположени по един и същи начин. Структурните характеристики, броят и размерът на хромозомите се наричат кариотип. Нормалният човешки кариотип включва 22 двойки автозоми и една двойка полови хромозоми (XX или XY). Човешките соматични клетки (диплоидни) имат двоен брой хромозоми - 46. Половите клетки съдържат хаплоиден (единичен) набор - 23 хромозоми. Следователно, половите клетки съдържат 2 пъти по-малко ДНК от диплоидните соматични клетки.

Ядрото, едно или повече, се среща във всички неделящи се клетки. То има вида на интензивно оцветено кръгло тяло, чийто размер е пропорционален на интензивността на протеиновия синтез. Ядрото се състои от електронно-плътна нуклеолонем (от гръцки peta - нишка), в която се разграничава нишковидна (фибриларна) част, състояща се от множество преплетени РНК нишки с дебелина около 5 nm, и гранулирана част. Гранулираната (гранулирана) част е образувана от зърна с диаметър около 15 nm, които са RNP частици - предшественици на рибозомни субединици. Перинуклеоларният хроматин е вграден във вдлъбнатините на нуклеолонемата. В ядрото се образуват рибозоми.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ]