Умблик
10 класс · углублённый
Биология · 10 класс · углублённый уровень
Биология · углублённый уровень · 10 класс · Урок 51

Ядро и хроматин: как упакован геном и чем различаются клетки эукариот

У ядра есть оболочка с порами, хроматин и ядрышко; хромосомы не растворяются между делениями и не обязательно выглядят как буква X. Сопоставим ядерную организацию с устройством клеток растений, животных и грибов и отметим, что реально видно в световой микроскоп.

Строение и функции клетки

Федеральная программа · углублённый уровень · 10 класс

Строение и функции клетки

Элементы программы, раскрываемые в этом уроке:

  • Ядерная оболочка и поры
  • Кариоплазма
  • Хроматин и гистоны
  • Нуклеосомы
  • Ядрышко
  • Ядерный белковый матрикс
  • Территории хромосом в интерфазе
  • Клеточные включения
  • Сравнение растительной, животной и грибной клеток
  • Лабораторное наблюдение клеток разных организмов
Ядро: оболочка, хроматин и ядрышкоОболочка + порыХроматинЯдрышкоХроматин содержит ДНК и белки; его упаковка меняется.Ядрышко участвует в сборке предшественников рибосом.X-образная хромосома — состояние после репликации, не постоянная форма.
Схема ядра условна: хромосомные территории и нуклеосомы значительно меньше размеров, доступных обычному школьному микроскопу.

Как это устроено

Ядерная оболочка состоит из двух мембран и имеет поровые комплексы. Через них клетка регулирует перемещение белков и РНК между ядром и цитоплазмой. Внутри ядра находится кариоплазма, хроматин и ядрышки. Ядрышко связано с образованием рибосомных компонентов, но готовый белок не синтезируется в ядрышке вместо рибосомы. Отсутствие ядра у зрелого эритроцита млекопитающего — результат специализации, а не признак прокариотического происхождения этой клетки.

Хромосома в интерфазе существует как организованный хроматин. ДНК связана с гистонами, формирует нуклеосомы и крупномасштабные структуры. Территории хромосом в ядре обнаруживают специальными методами; они не являются жёсткими коробками без контактов. «Ядерный матрикс» — термин для описания белковой организации, но конкретные модели зависят от фиксации и метода: нельзя считать любой лабораторный рисунок прямой фотографией неизменного каркаса. Перед делением конденсация меняет вид хромосом, поэтому буква X — частный временный образ, а не постоянная форма хромосомы.

Растительные клетки обычно имеют целлюлозную стенку и пластиды в соответствующих тканях, грибные — стенку с хитином и не имеют фотосинтетических пластид, животные — не имеют клеточной стенки. Все три группы — эукариоты и имеют мембраны, цитоплазму, рибосомы и, за исключением специализированных клеток, ядро. Нельзя использовать один признак как абсолют для каждой клетки: корневая клетка растения не обязана содержать зелёный хлоропласт, а эритроцит млекопитающего утрачивает ядро. Сравнивают типичное строение, функцию ткани и возможные исключения.

Световой микроскоп позволяет рассмотреть общую форму клетки, стенку и иногда окрашенное ядро или хлоропласты, но не надёжно различить нуклеосомы, ядерные поры или большинство мелких пузырьков. Для таких объектов требуются специальные методы и контроль артефактов. Клеточные включения могут появляться и исчезать в зависимости от обмена; не следует подписывать каждую светлую область на снимке как «вакуоль» без информации об окрашивании и типе клетки. Сравнение препаратов должно учитывать масштаб, окраску и то, живой ли образец.

Словарь урока

Каждое понятие — с примером

Ядро

Мембранный компартмент эукариотической клетки, содержащий большую часть её генома и регулирующий доступ молекул через ядерные поры.

Пример: В большинстве клеток листа растения ядро находится в цитоплазме, но зрелые эритроциты человека ядра не имеют.

Ядерная оболочка

Две мембраны, ограничивающие ядро и связанные с системой эндоплазматической сети клетки.

Пример: Молекулы не проходят через оболочку просто как через отсутствующую границу; крупный обмен идёт через поры.

Ядерная пора

Белковый комплекс в ядерной оболочке, регулирующий транспорт определённых молекул между ядром и цитоплазмой.

Пример: Подготовленная иРНК экспортируется из ядра через поровый комплекс для последующего считывания рибосомой.

Кариоплазма

Внутренняя водная среда ядра вокруг хроматина и ядрышек, не тождественная цитозолю клетки.

Пример: Ферменты репликации работают в ядерной среде рядом с молекулами ДНК.

Хроматин

Комплекс ДНК с белками и другими связанными молекулами, образующий материал эукариотических хромосом.

Пример: В интерфазе хроматин распределён в ядре не как набор постоянно видимых X-образных структур.

Гистон

Белок определённых семейств, вокруг комплексов которого упаковывается ДНК эукариот и меняется её доступность.

Пример: Участок ДНК, обёрнутый вокруг гистонового комплекса, образует основу нуклеосомы.

Нуклеосома

Повторяющаяся единица хроматина из участка ДНК вокруг гистонового комплекса и связанных с ним структурных элементов.

Пример: При изменении упаковки нуклеосом доступность участка ДНК для белков транскрипции может меняться.

Ядрышко

Плотная область внутри ядра без собственной мембраны, связанная с образованием рРНК и сборкой предшественников рибосом.

Пример: На подходящем окрашенном препарате ядрышко может выглядеть как более тёмная область внутри ядра.

Ядерный матрикс

Совокупность белковых структур и взаимодействий, поддерживающих организацию ядерного пространства; детали модели зависят от метода исследования.

Пример: При описании расположения геномных участков учитывают белковые связи и ограничения экспериментального метода.

Хромосомная территория

Область интерфазного ядра, преимущественно занятая определённой хромосомой, хотя её участки могут взаимодействовать с другими областями.

Пример: Меченые зонды помогают увидеть, что хромосомы в интерфазе расположены не совершенно случайно.

Клеточное включение

Непостоянное накопление вещества в клетке, отличаемое от органоида с устойчивой специальной организацией.

Пример: Крахмальное зерно в амилопласте или капля липида могут служить запасом вещества, но это не ядро клетки.

Клеточная стенка гриба

Наружная прочная структура грибной клетки с хитином и другими полимерами, расположенная вне плазматической мембраны.

Пример: Грибную клетку нельзя назвать растительной лишь потому, что у обеих есть стенка.

Клеточная стенка растения

Наружная структура растительной клетки с целлюлозным каркасом и другими компонентами, влияющая на форму и тургор.

Пример: Стенка клетки эпидермиса лука видна световым микроскопом лучше, чем её плазматическая мембрана.

Пример по шагам

На микрофотографии корневой клетки видна стенка и ядро, но нет зелёных хлоропластов. Значит ли это, что клетка не растительная?

  1. Корень обычно не освещается как лист и его клетки могут содержать другие формы пластид.
  2. Растительная природа подтверждается совокупностью признаков и происхождением ткани, а не наличием зелёного пигмента в каждой клетке.
  3. Ядро и стенка в целом совместимы с растительной клеткой, но для отличия от гриба нужны дополнительные сведения.

Вывод: Отсутствие зелёных хлоропластов в корне ожидаемо и не опровергает принадлежность клетки растению.

Практическая работа

Три клетки на одном масштабе

  1. Возьмите три готовых подписанных изображения растительной, животной и грибной клеток с масштабными линейками.
  2. Отдельно отметьте наблюдаемые стенку, ядро и пластиды; не заполняйте отсутствующие детали по памяти.
  3. Составьте таблицу общего и различий и для каждого признака запишите исключение или ограничение метода.

Что можно заключить: Сходство эукариотической организации сочетается с различиями стенки, пластид и специализированных тканей; наблюдение имеет предел разрешения.

Безопасность: Используйте только готовые препараты или разрешённые безопасные ткани под руководством учителя; не выращивайте плесневые культуры.

Практическая работа

Изучение строения клеток различных организмов

  1. Получите готовые подписанные микропрепараты или цифровые снимки бактериальной, растительной и животной клетки с масштабом и окраской.
  2. Для каждого объекта отдельно отметьте реально различимые границы, цитоплазму и видимые внутренние структуры; не рисуйте ядро бактерии или митохондрию там, где разрешения снимка недостаточно.
  3. Составьте таблицу «наблюдали / известно из других методов / не определили» и объясните, почему сходная форма на двух изображениях не доказывает одинаковую функцию.

Что можно заключить: Клетки сравнивают по проверенным признакам и масштабу; отсутствие видимого органоида на снимке не доказывает его отсутствия в клетке.

Безопасность: Работайте с готовыми препаратами; не выращивайте неизвестные бактерии и не готовьте мазки из слизистых оболочек или крови учащихся.

Попробуйте сами

Запишите своё решение, затем сравните его с разбором. Развёрнутые ответы автоматически не оцениваются.

Открываем задания…

Сверка содержания

Раздел и элементы содержания сверены с федеральной программой. Текст и учебные схемы созданы для Умблика; схема не передаёт реальные размеры.