Для чего необходимо ядро
Ядро животной клетки: строение и функции
Содержание:
Это основополагающая клетки, ведь ДНК несёт информацию по созданию белков, которые и помогают организму правильно функционировать. ДНК в ядре защищено гистонами, которые образуются благодаря белкам. Во время этого процесса появляются структуры, которые называются хромосомами.
Количество ядер в клетке
ДНК образуется в органеллах, которые называются центросомами. После деления животной клетки, у каждой остаётся по одному ядру. Но так происходит не всегда. Иногда случается так, что у эукариотической клетки образуется два ядра. Двуядерные клетки также именуют инфузориями. А когда у клетки больше двух ядер, то это уже опалина. Но также есть клетки, которые вторично утрачивают ядро. Это обычно эритроциты млекопитающих.
Строение ядра
Форма ядра — сферическая, эллипсовидная, реже лопастная, бобовидная и др. Диаметр ядра — обычно от 3 до 10 мкм.
Таким образом ядро состоит из :
Функции ядра
Наиболее важная функция ядра
Ядро выполняет большое количество функций. Одна из них заключается в том, что ядро способствует регулированию генов, которые экспрессируются в клетке. Эти гены бывают разные в зависимости от типа клетки. С помощью этих генов клетки нормально функционируют. Сама дезоксирибонуклеиновая кислота расположена возле ядрышка, где присутствуют рибосомы. От остальной части клетки ядро отделяется благодаря ядерной оболочки.
Не менее важная функция клетки – регулирование роста и деления клетки
Хранение, передача информации и синтез белка
Типы ядра
Ядра клеток обычно яйцевидные и шаровидные.
Ядро – регулятор активности клетки
Ядро является важным регулятором активности клетки. В нём находятся нитевидные комплексы молекул ДНК с белками гистонами, которые называются хроматиды. Особенностью хроматидов является содержание в них большого количества аминокислот лизина и аргинина.
Компонент ядра
Выполняемая функция
1. Разграничивает ядро от остальных органоидов и цитоплазмы.
2. Обеспечивает взаимодействие ядра с цитоплазмой.
Содержат ДНК – носитель наследственной информации, которая передается от поколения к поколению.
Участвуют в процессе синтеза РНК, входящей в состав рибосомы.
Вещество, в котором содержатся ядрышки и хромосомы.
Хромосомы
В ДНК хранится практически вся информация о наследственных признаках клетки и всего организма. Также существуют такие хроматиды, которых именуют хромосомами. Когда происходит клеточное деление, эти самые хроматиды спирализуются и, если в этот момент посмотреть в световой микроскоп, то можно увидеть именно хромосомы.
Гетерохроматин
Экспрессия генов
На эухроматине происходит экспрессия генов. Это процесс считывания генетической информации, то есть синтез РНК.
Репликация ДНК
Ядро – двумембранный органоид
Всё, что содержится в клетке, отделяется от её остальной части благодаря двум мембранам ядерной оболочки (внешней и внутренней).
Эндоплазматическая сеть
ЭПС бывает двух видов. Гладкая и шероховатая. Шероховатая она, когда на ЭПС располагаются рибосомы. Когда они располагаются не на самой ЭПС, а на наружной мембране, то её называют гладкой. Также мембраны могут образовывать ядерные поры, которые получаются после сливания внешней и внутренней мембраны.
Клеточное ядро
Ядро (лат. nucleus ) — это один из структурных компонентов эукариотической клетки, содержащий генетическую информацию (молекулы ДНК), осуществляющий основные функции: хранение, передача и реализация наследственной информации с обеспечением синтеза белка. Ядро состоит из хромати́на, я́дрышка, кариопла́змы (или нуклеоплазмы) и ядерной оболочки. В клеточном ядре происходит репликация (или редуплика́ция) — удвоение молекул ДНК, а также транскрипция — синтез молекул РНК на молекуле ДНК. Синтезированные в ядре молекулы РНК модифицируются, после чего выходят в цитоплазму. Образование обеих субъединиц рибосом происходит в специальных образованиях клеточного ядра — ядрышках. Таким образом, ядро клетки является не только вместилищем генетической информации, но и местом, где этот материал функционирует и воспроизводится.
Содержание
Тонкая структура клеточного ядра
Хроматин
Нить ДНК с нуклеосомами образует нерегулярную соленоид-подобную структуру толщиной около 30 нанометров, так называемую 30 нм фибриллу. Дальнейшая упаковка этой фибриллы может иметь различную плотность. Если хроматин упакован плотно, его называют конденсированным или гетерохроматином, он хорошо видим под микроскопом. ДНК, находящаяся в гетерохроматине, не транскрибируется, обычно это состояние характерно для незначимых или молчащих участков. В интерфазе гетерохроматин обычно располагается по периферии ядра (пристеночный гетерохроматин). Полная конденсация хромосом происходит перед делением клетки. Если хроматин упакован неплотно, его называют эу- или интерхроматином. Этот вид хроматина гораздо менее плотный при наблюдении под микроскопом и обычно характеризуется наличием транскрипционной активности. Плотность упаковки хроматина во многом определяется модификациями гистонов — ацетилированием и фосфорилированием.
Считается, что в ядре существуют так называемые функциональные домены хроматина(ДНК одного домена содержит приблизительно 30 тысяч пар оснований), то есть каждый участок хромосомы имеет собственную «территорию». К сожалению, вопрос пространственного распределения хроматина в ядре изучен пока недостаточно. Известно, что теломерные (концевые) и центромерные (отвечающие за связывание сестринских хроматид в митозе) участки хромосом закреплены на белках ядерной ламины.
От цитоплазмы ядро отделено ядерной оболочкой, образованной за счёт расширения и слияния друг с другом цистерн эндоплазматической сети таким образом, что у ядра образовались двойные стенки за счёт окружающих его узких компартментов. Полость ядерной оболочки называется люменом или перинуклеарным пространством. Внутренняя поверхность ядерной оболочки подстилается ядерной ламиной, жёсткой белковой структурой, образованной белками-ламинами, к которой прикреплены нити хромосомной ДНК. Ламины прикрепляются к внутренней мембране ядерной оболочки при помощи заякоренных в ней трансмембранных белков — рецепторов ламинов. В некоторых местах внутренняя и внешняя мембраны ядерной оболочки сливаются и образуют так называемые ядерные поры, через которые происходит материальный обмен между ядром и цитоплазмой. Пора не является дыркой в ядре, а имеет сложную структуру, организованную несколькими десятками специализированных белков — нуклеопоринов. Под электронным микроскопом она видна как восемь связанных между собой белковых гранул с внешней и столько же с внутренней стороны ядерной оболочки.
Ядрышко
Ядрышко находится внутри ядра, и не имеет собственной мембранной оболочки, однако хорошо различимо под световым и электронным микроскопом. Основной функцией ядрышка является синтез рибосом. В геноме клетки имеются специальные участки, так называемые ядрышковые организаторы, содержащие гены рибосомной РНК (рРНК), вокруг которых и формируются ядрышки. В ядрышке происходит синтез рРНК РНК полимеразой I, ее созревание, сборка рибосомных субчастиц. В ядрышке локализуются белки, принимающие участие в этих процессах. Некоторые из этих белков имеют специальную последовательность — сигнал ядрышковой локализации (NoLS, от англ. Nucleolus Localization Signal). Следует отметить, самая высокая концентрация белка в клетке наблюдается именно в ядрышке. В этих структурах было локализовано около 600 видов различных белков, причем считается, что лишь небольшая их часть действительно необходима для осуществления ядрышковых функций, а остальные попадают туда неспецифически.
Под электронным микроскопом в ядрышке выделяют несколько субкомпартментов. Так называемые Фибриллярные центры окружены участками плотного фибриллярного компонента, где и происходит синтез рРНК. Снаружи от плотного фибриллярного компонента расположен гранулярный компонент, представляющий собой скопление созревающих рибосомных субчастиц.
Ядерный матрикс
Эволюционное значение клеточного ядра
Основное функциональное отличие клеток эукариот от клеток прокариот заключается в пространственном разграничении процессов транскрипции (синтеза матричной РНК) и трансляции (синтеза белка рибосомой), что дает в распоряжение эукариотической клетки новые инструменты регуляции биосинтеза и контроля качества мРНК.
В то время, как у прокариот мРНК начинает транслироваться еще до завершения ее синтеза РНК-полимеразой, мРНК эукариот претерпевает значительные модификации (так называемый процессинг), после чего экспортируется через ядерные поры в цитоплазму, и только после этого может вступить в трансляцию. Процессинг мРНК включает несколько элементов.
Из предшественника мРНК (пре-мРНК) в ходе процесса, называемого сплайсингом вырезаются интроны — незначащие участки, а значащие участки — экзоны соединяются друг с другом. Причем экзоны одной и той же пре-мРНК могут быть соединены несколькими разными способами (альтернативный сплайсинг), так что один предшественник может превращаться в зрелые мРНК нескольких разных видов. Таким образом, один ген может кодировать сразу несколько белков.
Кроме того, интрон-экзонная структура генома, практически невозможная у прокариот (так как рибосомы смогут транслировать незрелые мРНК), дает эукариотам определенную эволюционную мобильность. Учитывая протяженность интронных участков, рекомбинация между двумя генами зачастую сводится к обмену экзонами. Благодаря тому, что экзоны часто соответствуют функциональным доменам белка, участки получившегося в результате рекомбинации «гибрида», зачастую сохраняют свои функции. В то же время у прокариот рекомбинация между генами невозможна без разрыва в значащей части, что безусловно уменьшает шансы на то, что получившийся белок будет функционален.
Процессинг мРНК тесно сопряжен с синтезом этих молекул и необходим для контроля качества. Непроцессированная или не полностью процессированная мРНК не сможет выйти из ядра в цитоплазму или будет нестабильна и быстро деградирует. У прокариот нет таких механизмов контроля качества, и из-за этого прокариотические мРНК имеют меньший срок жизни — нельзя допустить, чтобы неправильно синтезированная молекула мРНК, если такая появится, транслировалась в течение долгого времени.
Происхождение ядра
Клеточное ядро является важнейшей чертой эукариотических организмов, отличающей их от прокариот и архей. Несмотря на значительный прогресс в цитологии и молекулярной биологии, происхождение ядра не выяснено и является предметом научных споров. Выдвинуто 4 основных гипотезы происхождения клеточного ядра, но ни одна из них не получила широкой поддержки. [1]
Гипотеза, известная как «синтропная модель», предполагает что ядро возникло в результате симбиотических взаимоотношений между археей и бактерией (ни археи, ни бактерии не имеют оформленных клеточных ядер). По этой гипотезе, симбиоз возник, когда древняя архея (сходная с современными метаногенными археями), проникла в бактерию (сходную с современными Миксобактериями). Впоследствии архея редуцировалась до клеточного ядра современных эукариот. Эта гипотеза аналогична практически доказанным теориям происхождения митохондрий и хлоропластов, которые возникли в результате эндосимбиоза прото-эукариот и аэробных бактерий. [2] Доказательством гипотезы является наличие одинаковых генов у эукариот и архей, в частности генов гистонов. Также миксобактерии быстро передвигаются, могут образовывать многоклеточные структуры и имеют киназы и G-белки, близкие к эукариотическим. [3]
Согласно второй гипотезе, прото-эукариотическая клетка эволюционировала из бактерии без стадии эндосимбиоза. Доказательством модели является существование современных бактерий из отряда Planctomycetes, которые имеют ядерные структуры с примитивными порами и другие клеточные компартменты, ограниченные мембранами (ничего похожего у других прокариот не обнаружено). [4]
Согласно гипотезе вирусного эукариогенеза, окруженное мембраной ядро, как и другие эукариотические элементы, произошли вследствие инфекции прокариотической клетки вирусом. Это предположение основывается на наличии общих черт у эукариот и некоторых вирусов, а именно геноме из линейных цепей ДНК, кэпировании мРНК и тесном связывании генома с белками (гистоны эукариот принимаются аналогами вирусных ДНК-связывающих белков). По одной версии, ядро возникло при фагоцитировании (поглощении) клеткой большого ДНК-содержащего вируса. [5] По другой версии, эукариоты произошли от древних архей, инфицированных поксвирусами. Это гипотеза основана на сходстве ДНК-полимеразы современных поксвирусов и эукариот. [6] [7] Также предполагается, что нерешенный вопрос о происхождении пола и полового размножения может быть связан с вирусным эукариогенезом. [8]
Наиболее новая гипотеза, названная экзомембранной гипотезой, утверждает, что ядро произошло от одиночной клетки, которая в процессе эволюции выработала вторую внешнюю клеточную мембрану; первичная клеточная мембрана после этого превратилась в ядерную мембрану, и в ней образовалась сложная система поровых структур (ядерных пор) для транспорта клеточных компонентов, синтезированных внутри ядра. [9]
Ядро растительной клетки: строение и функции
Содержание:
В большинстве случаев на одну клетку приходится одно ядро, но есть и исключения. Клетки грибницы некоторых грибов содержат два ядра, а проводящие ситовидные трубки высших растений не имеют таковых вообще, хотя являются живой частью. Возможно наличие более двух ядер в одной клетке – полиплоидия.
Внешнее строение
Внешне ядро чаще всего напоминает шар или эллипс. В зависимости от строения самой клетки, форма может значительно вытягиваться и становиться веретеновидной. Сначала оно располагается в центре растительной клетки, но в процессе старения смещается к периферии, ближе к клеточной стенке, из-за увеличивающейся вакуоли. В делящихся клетках ядро занимает до половины объема самой клетки.
Внутреннее строение
Все эукариотические ядра состоят из следующих структур и компонентов:
Химический состав ядер одинаков у представителей всех царств. Оно содержит практически всё Дезоксирибонуклеиновые кислоты клетки. Помимо ДНК, в жидкой части ядра также есть три виды РНК:
Внутри ядра находится кариоплазма (или нуклеоплазма) – основное содержимое важнейшего органоида. Имеет вид бесцветной жидкости. В ней свободно расположены хроматин, рибосомы, ядрышки, молекулы тРНК и иРНК и специфических ферментов. Эти ферменты участвуют в процессах метаболизма, синтеза и транспортировки РНК.
Хроматин – активная форма хромосом. Находится в ядре в формате тонких извилистых нитей, фибрилл, и гранул. Это функционирующая фаза генетического аппарата. Причем фибриллы более активны, чем гранулы. Выделяют два типа хроматина:
Ядрышки (обычно 1-3 структур) располагаются в кариоплазме свободно и не имеют собственной оболочки, поэтому граница нечеткая. В их состав входят молекулы рРНК и ДНК, белки. Причем молекулы ДНК соединены с особыми белками – гистонами. Главной функцией выделяют синтез рибосомальной РНК, которые через поры попадают в цитоплазму для формирования субъединиц рибосом. Содержимое ядрышка можно разделить на фибриллярный и гранулярный компонент. Первый образован упакованными фибриллами, а второй похож на напоминает субъединицы рибосом.
Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК). Это высокополимерные структуры, состоящие из сахара, азотистого основания и фосфорного остатка. Несмотря на схожее строение, выделяют следующие отличия:
Для чего необходимо ядро
Основные положения:
• Ядро является самой крупной клеточной органеллой и ограничено оболочкой, состоящей из двух мембран
• Часть ядра занимает генетический материал
• Ядерные поры служат средством транспорта больших молекул через ядерную оболочку, обеспечивая вход их в ядро и выход из него
Как показано на рисунке, ядро обычно представляет собой самый крупный видимый компартмент эукариотической клетки, содержит почти весь ее генетический материал (фактически весь, за исключением небольшого числа генов, присутствующих в митохондриях и хлоропластах).
Размеры ядра зависят от количества содержащейся в нем ДНК. Поэтому занимаемый им объем широко варьирует; обычно для клеток дрожжей он составляет 1-2% от всего объема клетки, а для большинства соматических клеток животных около 10% (В зависимости от типа организма и клеток ядро выглядит по-разному). Генетический материал образует массу, называемую хроматин, который занимает часть ядра.
Поскольку небольшие молекулы свободно перемещаются между цитозолем и ядром, то водная среда в компартментах имеет одинаковый состав. Однако вещества с молекулярной массой, превышающей примерно 40 000 Д (что соответствует небольшим белкам), могут поступать в ядро и выходить из него только при участии системы транспорта через комплексы ядерных пор, которые закреплены в оболочке ядра.
Хотя часть клетки, которую занимает ядро, для разных клеток различна,
в эукариотической клетке обычно оно представляет собой наиболее заметный внутриклеточный компартмент.
Поры ядерной оболочки наиболее заметны при исследовании ядра в электронном микроскопе (Ядерные поровые комплексы представляют собой симметричные каналы). Каждый комплекс имеет центральный канал, через который осуществляется импорт и экспорт молекул, по размерам превышающим предел, при котором возможна их свободная диффузия. Эти каналы обеспечивают различное содержание белков и других больших молекул в ядре и цитоплазме клетки.
В ядре находятся более мелкие компартменты, которые обладают специальными функциями, хотя они и не ограничены мембранами (Ядро содержит субкомпартменты, которые не окружены мембраной). Основным субкомпартментом в ядре является ядрышко, видимое в световом микроскопе. В ядрышке происходит синтез рибосомальных РНК и сборка субъединиц рибосом.
Зачем клеткам эукариот нужно ядро? Ядро защищает ДНК и обеспечивает клетке возможность сконцентрировать регуляторные белки и ферменты репарации в одном месте. Геном человека в 750 раз превышает геном Е. coli, и, таким образом, каждая определенная последовательность ДНК занимает, соответственно, меньшую часть генома. Различные регуляторные белки должны присутствовать в больших концентрациях для того, чтобы они могли найти свои мишени.
Это облегчается тем, что структура-мишень (например, геном) и регуляторные белки сосредоточены в небольшой части клетки (например, в ядре). Ядро также обеспечивает большую степень защиты генома от случайных повреждающих воздействий.
Ядро окружено оболочкой, состоящей из наружной и внутренней мембран.
Мембраны разделены люменом, переходящим в люмен эндоплазматического ретикулкума.
Наличие в клетке ядра имеет важные последствия. На рисунке ниже показано, что транспорт макромолекул между ядром и цитоплазмой носит двухсторонний характер. Все необходимые ядру белки (включая белки репликации и транскрипции) должны поступать из цитоплазмы. В то же время иРНК транскрибируются в ядре, но должны выходить в цитоплазму, где происходит синтез белка. Эта картина полностью отлична от характерной для клеток прокариот, у которых процессы транскрипции и трансляции сопряжены друг с другом, т. е. происходят в одно время и в одном месте.
Регуляция транспорта молекул в ядро и их выхода из него представляет собой один из важнейших регуляторных механизмов.
В качестве иллюстрации другого крайнего случая назовем некоторые дифференцированные клетки, например зрелые эритроциты млекопитающих, у которых отсутствует ядро. (В подтверждение того, что они все-таки являются клетками, заметим, что эритроциты представляют собой продукты терминальной дифференцировки, которые произошли из клеток.)
РНК транспортируется из ядра в цитоплазму,
а белки транспортируются в ядро (иногда они снова выходят из ядра).
Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021
Ядра процессора, их влияния и функции в ПК
Доброго времени суток, уважаемый посетитель. Сегодня поговорим о том, что такое ядра процессора и какую функцию они выполняют. Сразу хотим сказать, что не собираемся лезть в дебри, которые не каждый техногик осилит. Все будет доступно, понятно и непринужденно, а потому тащите бутеры.
Начать хочется с того, что процессор – центральный модуль в компьютере, который отвечает за все математические вычисления, логические операции и обработку данных. Фактически вся его мощь сосредоточена, как ни странно, в ядре. Их количество определяет скорость, интенсивность и качество переработки полученной информации. А потому рассмотрим компонент более пристально.
Основные характеристики ядер ЦП
Ядро – физический элемент процессора (не путать с логическими ядрами — потоками), который влияет на производительность системы в целом.
Каждое изделие построено на определенной архитектуре, что говорит об определенном наборе свойств и возможностей, присущих линейке выпускаемых чипов.
Основная отличительная особенность – техпроцесс, т.е. размер транзисторов, используемых в производстве чипа. Показатель измеряется в нанометрах. Именно транзисторы являются базой для ЦП: чем больше их размещено на кремниевой подложке – тем мощнее конкретный экземпляр чипа.
Возьмем к примеру 2 модели устройств от Intel – Core i7 2600k и Core i7 7700k. Оба имеют 4 ядра в процессоре, однако техпроцесс существенно отличается: 32 нм против 14 нм соответственно при одинаковой площади кристалла. На что это влияет? У последнего можно наблюдать такие показатели:
Иными словами, снижение техпроцесса = рост производительности. Это аксиома.
Функции ядер
Центральное ядро процессора выполняет 2 основных типа задач:
В первую категорию стоит отнести задачи по организации вычислений, загрузке интернет-страниц и обработке прерываний.
Во вторую же попадают функции поддержки приложений путем использования программной среды. Собственно, прикладное программирование как раз и построено на том, чтобы нагрузить ЦП задачами, которые он будет выполнять. Цель разработчика – настроить приоритеты выполнения той или иной процедуры.
Современные ОС позволяют грамотно задействовать все ядра процессора, что дает максимальную продуктивность системы. Из этого стоит отметить банальный, но логичный факт: чем больше физических ядер на процессоре, тем быстрее и стабильней будет работать ваш ПК.
Как включить все ядра в работу
Некоторые пользователи в погоне за максимальной производительностью хотят задействовать всю вычислительную мощь ЦП. Для этого существует несколько способов, которые можно использовать по отдельности, или объединить несколько пунктов:
Самый простой метод запустить сразу все активные ядра, выглядит следующим образом:
Как в Windows 10 включить все ядра?
Теперь при запуске ОС Windows будут работать сразу все вычислительные физические ядра (не путать с потоками).
Обладателям старых процессоров AMD
Следующая информация будет полезна обладателям старых процессоров AMD. Если вы до сих пользуетесь следующими чипами, то будете приятно удивлены:
Технология разблокировки дополнительных ядер называется ACC (Advanced Clock Calibration). Она поддерживается в следующих чипсетах:
Утилита, позволяющая раскрыть дополнительные ядра у каждого производителя называется по-разному:
Таким несложным способом можно превратить 2-ядерную систему в 4-ядерную. Большинство из вас даже не догадывались о подобном, верно? Будем надеяться, что я вам помог бесплатно добиться повышения производительности.
В данной статье я попытался вам максимально подробно объяснить, что такое ядро, из чего оно состоит, какие функции выполняет и каким потенциалом обладает.
В следующих ликбезах вас ждет еще много интересного, а потому не пропускайте новый материал. Пока, пока.