Сайт вчителя біології

Жовтневої ЗОШ І-ІІІст.

Смірнової Віри Марківни

Урок-прес-конференція: Будова ядра і його функції

Освітня мета: розглянути особливості будови і функцій ядра клітини, проаналізувати зв'язок особливостей будови ядра з функціями, які воно виконує.

Структура уроку, основний зміст і методи роботи

Клас оформлений плакатами, малюнками відповідно до теми конфе­ренції. Перед учнями — учасниками прес-конференції — таблички: «цитолог» (голова), «історик», «біолог», «лікар», «вчитель», «математик», «науковий співробітник лабораторії молекулярної біології».

Вступне слово вчителя. Дорогі діти! Сьогодні ми говоритимемо про  будову ядра та його функції. На ваші запитання будуть відповідати спеціалісти різних галузей.

Вчитель. Вам уже відомо, що ядро – обов'язкова складова будь-якої еукаріотичної клітини, в якій зберігаєть­ся спадкова інформація. Ядро регулює процеси життєдіяльності клітин. Лише деякі типи клітин еукаріотів позбавлені ядра. Це, зокрема, тромбо­цити та еритроцити більшості ссавців, ситоподібні трубки вищих рослин. У таких клітинах ядро формується на початкових етапах розвитку, а потім руйнується. Втрата ядра супроводжується нездатністю клітини до розмноження (поділу).

Учень 1. Мене цікавить чому саме ядро вважають
найважливішим регулюючим центром?

Вчитель.  На  це запитання відповідає науковий співробітник лабораторії молекулярної біології.

Науковий співробітник. Ядро еукаріотичних клітин виконує такі важливі функції: зберігає спадкову інформацію і забезпечує її передачу від материнської клітини дочірнім. Крім того, воно є своєрідним центром керування процесами життєдіяльності кліти­ни, зокрема регулює процеси біосинтезу білків. Так, у ядрі з молекул ДНК на молекули і-РНК переписується інформація про структуру білків. Згодом ця інформація передається до місця їхнього синтезу на мембра­нах зернистої ендоплазматичної сітки. В ядрі за участі ядерець утворю­ються складові рибосом, які беруть безпосередню участь у біосинтезі білків. Таким чином, завдяки реалізації спадкової інформації, закодова­ної в молекулі ДНК, ядро регулює біохімічні, фізіологічні і морфологічні процеси, які відбуваються в клітині.Найважливіші молекулярно-генетичні процеси, що відбуваються в ядрі: реплікація ДНК, транскрипція всіх видів РНК, процесинг, утворення рибосом.

Учень2.  Як відомо у клітинах еукаріот ядро – обов’язкова органела. А чи відомі клітини у яких  кількість цих органел інша?

Цитолог.  Найчастіше у клітині одне ядро, але існують клітини двохядерні і багатоядерні. У деяких одноклітинних тварин, як-от інфузорій та форамініфер, є ядра двох типів: генеративні та вегета­тивні. Ядра першого типу забезпечують зберігання та передачу спадкової інформації, другого – регулюють процеси біосинтезу білків.У деяких організмах можуть зустрічатися клітини, позбавлені ядер. До таких без'ядерних клітин відносяться, наприклад, еритроцити ссавців, тромбоцити, клітини ситовидних трубок рослин і деякі інші типи клітин. Зрілі еритроцити людини і ссавців не мають ядра, так як вони втрачають його в процесі диференціювання. Вони мають обмежений термін життя і не здатні до розмноження. Зазвичай без'ядерними бувають високоспеціалізовані клітини, що втратили ядра на ранніх стадіях розвитку.  Клітини, які в зрілому (диференційованому) стані втрачають ядро клітини або живуть недовго і замінюються новими (наприклад, еритроцити), або підтримують свою життєдіяльність за рахунок припливу метаболітів з клітин, що тісно примикають до них, - "годувальних" (наприклад, клітини флоеми у рослин). Цікаво враховувати і положення ядра у клітині.  Положення ядра в клітині є характерним для клітин кожного типу. В зародкових клітинах ядро зазвичай знаходиться в центрі клітини, але може зміщуватися по мірі розвитку клітини і утворення в цитоплазмі спеціалізованих ділянок або відкладення в ній резервних речовин.

Учень 3.Навіщо певним типам клітин потрібне не одне ядро, а кілька чи бага­то?

Біолог.  Навіщо певним типам клітин потрібне не одне ядро, а кілька чи бага­то? Річ у тім, що кожному типу клітин властиве певне стале співвідно­шення між об'ємами ядра та цитоплазми (ядерно-цитоплазматичне співвідношення). Адже ядро певного об'єму може забезпечувати процеси біосинтезу білків лише у відповідному об'ємі цитоплазми. Тому в клі­тинах великих розмірів або з посиленою інтенсивністю обміну речовин часто від двох до кількох тисяч ядер.

Учень 4. Розмір, форма і структура ядер змінюються залежно від функціонального стану клітин, швидко реагуючи на зміну зовнішніх умов. 

Чи залежить будова ядра від функцій ?

Математик. Форма ядра клітини варіює залежно від типу клітини.  Розмір, форма і структура ядер змінюються залежно від функціонального стану клітин, швидко реагуючи на зміну зовнішніх умов. Форма ядра достатньо різноманітна. Найчасті­ше воно кулясте або еліпсоподібне, рідше - неправильної форми (на­приклад, у деяких типів лейкоцитів ядра мають відростки). Є овальні, кулясті і неправильної форми - підковоподібні або багатолопатеву ядро клітини (у лейкоцитів),), розгалужені ядра клітини (у залозистих клітинах комах) і ін. Розміри ядер варіюють від 1 мкм (деякі одноклітинні тварини, водорості) до 1 мм (яйцеклітини деяких риб і земноводних).

Учень 5. А що відомо про історію вивчення ядра?

Історик.У 1825 році чеський дослідник Ян Пуркіне вперше спостерігав ядро в яйцеклітині курки, В 1831 році англійський природознавець Роберт Браун вивчав різні види рослин, зразки яких він зібрав під час подорожі до Австралії. Браун був дуже уважним до деталей, а клітини рослин особливо цікавили його. Розглядаючи їх під мікроскопом, він побачив дещо цікаве: кожна клітина містила круглий і непрозорий елемент. Він назвав його ядром.

Усвідомлення того, що є елемент спільний для всіх організмів, не тільки для рослин, а й для тварин, поєднало рослинне і тваринне царство у щось спільне, щось, що мало однакові риси. У 1833 році вчений Браун чітко описав ядро клітини, вивчаючи мікроскопічну будову клітин орхідей. Згодом ядра були описані у всіх клітинах вищих рослин, за  винятком зрілих ситоподібних трубок флоеми, у яких воно відсутні. Дізнавшись про спостереження Брауна, німецький фізіолог Теодор Шванн почав шукати подібні елементи в клітинах пуголовків і знайшов. Кожна клітина містила ядро. Це був революційний прорив – свідчення того, що всі види життя пов'язані між собою. В одній із книг Шванн описав різні типи клітин, взяті від різноманітних організмів і визначив їх за фактом наявності ядра. Усвідомлення того, що є елемент спільний для всіх організмів, не тільки для рослин, а й для тварин, поєднало рослинне і тваринне царство у щось спільне, щось, що мало однакові рис.

Дізнавшись про спостереження Брауна, німецький фізіолог Теодор Шванн почав шукати подібні елементи в клітинах пуголовків і знайшов. Кожна клітина містила ядро. Це був революційний прорив - свідчення того, що всі види життя пов'язані між собою. В одній із книг Шванн описав різні типи клітин, взяті від різноманітних організмів і визначив їх за фактом наявності ядра.

Учень 6. В літературі часто зустрічаться термін ядерна детермінація. Які є докази ядерної детермінації.

Цитолог. Провідну роль ядра в передачі спадкової інформації можна проілюструвати за допомогою досліду на зелених одноклітинних водоростях - ацетабуляріях, які своєю формою дещо нагадують шапковий гриб. Клітина має високу «ніжку», в основі якої розташоване ядро, а на верхівці – диск у вигляді шапки. Види ацетабулярій різняться за формою «шапки». Експериментально зрощували центральну частину «ніжки» одного виду ацетабулярій, позбавлену «шапки», з нижньою частиною «ніжки» іншого, де розташоване ядро. У такого штучно ство­реного організму формувалася «шапка», притаманна тому виду водорості, якому нале­жала частина ніжки з ядром, а не тому, якому належала середня без'ядерна її частина. Такі самі результати отримані і внаслідок дослідів на клітинах тварин. На­приклад, з яйцеклітини жаби видаляли ядро і замість нього пересаджували ядро із заплідненої яйцеклітини тритона. Унаслідок цього розвивався зародок тритона, а не жаби. Наведені приклади є результатами досліджень у галузі клітинної технології (цитотехнологіі).

Учень 7. А чи існує залежність між формою ядра і особливостями фізіології клітини?

Математик. Ядро круглої, кулеподібної, але може бути й іншої форми: паличкоподібне, серпоподібне, лопатеве. Форма ядра залежить від форми самої клітини і від функцій, які вона виконує. У клітинах з високою фізіологічною активністю форма ядер складна, що збільшує співвідношення поверхні ядра до його об'єму. Наприклад, сегментоядерні лейкоцити мають багатолопатеве ядро.

Розміри ядра здебільшого залежать від розміру клітини; при збільшенні об'єму цитоплазми зростає й об'єм ядра. Здебільшого об'єм ядра займає біля 10-50 % об'єму клітини. Співвідношення об'ємів ядра і цитоплазми називається ядерно-цитоплазматичним співвідношенням. Зміна цього є одним із чинників клітинного поділу або порушення обміну речовин.

Хімік. До складу сухої речовини ядер входить - 80 % білків, 12 % ДНК, 5 % РНК, З % ліпідів і деяка кількість Мg²+, Мn²⁺. Більшість білків - ферменти, що каталізують молекулярно-генетичні процеси. Крім цього, гістонові й негістонові білки разом із ДНК утворюють хроматин. Певна частина білків складає основу ядра у вигляді мікрофіламентів і ядерної пластинки – сітки білкових ниток, що вистилає внутрішню поверхню ядра. Спеціальні білки зв'язуються з РНК і утворюють субодиниці рибосом. Деякі білки входять до складу ядерних пор. В ядрі є три різновиди РНК: іРНК, тРНК, рРНК. Каріоплазма містить велику кількість води (75-80 %), в якій сконцентровані:хроматин (гетерохроматин і еухроматин), мікрофіламенти, ядерце, ферменти. Ядро клітини володіє складною хімічною організацією, в якій найважливішу роль відіграють нуклеопротеїди- продукт з'єднВміст ядра являєсобою гелеподібний матрикс, називаний ядерним соком чинуклеолплазмою.Вона містить різні хімічні речовини — іони, білки, ферменти, і нуклеотиди увигляді колоїдного чи справжнього розчину. У неклеоплазмі розташовується хроматин,що складається з комплексу ДНК. РНК і білків гістонів. Гістони об’єднаніз ДНК у структури, що нагадують намистини (нуклеосоми) і виконують структуруі регуляторну роль. Під час поділу клітини хроматин піддається конденсації зутворенням туго скручених, спаралізованих ниток – хромосом.