Слово “ядро” означает сердцевину чего-либо, имеющую форму шара. Однако значения у данного понятия могут быть разными, в зависимости от области, в которой оно применяется. Так, в математике, биологии, информатике и других сферах ядро может характеризовать разные вещи. В этой статье мы поговорим о том, что такое ядро и как используется данное понятие в разных областях.
Ядро в биологии
В биологии понятие “ядро” также может иметь разные значения. Во-первых, еще из курса ботаники нам должно быть известно, что так называют сердцевину семян или плодов, которая помещена в оболочку. Кроме того, ядром именуют также внутреннюю часть ствола дерева, хотя чаще всего в данном случае используется понятие “ядровая древесина”.
В нейрофизиологии данный термин характеризует скопление серого вещества в конкретном участке центральной нервной системы, которое отвечает за осуществление определенных функций.
Следует сказать и про такое понятие, как клеточное ядро, представляющее собой составляющую клетки, которая содержит генетическую информацию, то есть молекулы ДНК. Она осуществляет важнейшие функции хранения и передачи наследственной информации. Именно в клеточном ядре также происходит функционирование и воспроизведение данного материала.
Ядро в информатике
Другие значения
В ядерной физике существует понятие “атомное ядро”, определяющее центральную часть атома. Именно в данной части сосредоточена основная его масса. Атомное ядро состоит из нейтральных нейтронов и положительно заряженных протонов, связанных мощным взаимодействием. Такие ядра часто называют нуклидами.
Другой термин - ядро Земли, подразумевает центральную часть нашей планеты, которую можно назвать и геосферой. Ядро Земли принято подразделять на внутреннее и внешнее. Внутреннее ядро часто называют твердым, а внешнее - жидким.
Ядром кометы называется ее твердая часть. У него относительно маленький размер. Состоит такое ядро из космической пыли, льда и летучих соединений в виде метана, углерода и других. Некоторые исследования говорят в пользу того, что ядро кометы может состоять из железа, камня либо их смеси.
Также существует понятие “спортивное ядро”, под которым подразумевается спортивный снаряд в форме металлического шара, предназначенный для толкания.
Пушечное ядро же является древним артиллерийским снарядом, представляющим собой шарообразное тело. Пушечные ядра выступают одними из первых снарядов, которые были использованы в огнестрельном оружии. Их применяли для разрушения деревянных сооружений и поражения живой вражеской силы.
Ядро клетки - центральный органоид, один из самых важных. Наличие его в клетке является признаком высокой организации организма. Клетка, имеющая оформленное ядро, называется эукариотической. Прокариоты - это организмы, состоящие из клетки, не имеющей оформленного ядра. Если подробно рассмотреть все его составляющие, то можно понять, какую функцию выполняет ядро клетки.
Структура ядра
- Ядерная оболочка.
- Хроматин.
- Ядрышки.
- Ядерный матрикс и ядерный сок.
Структура и функции ядра клетки зависят от типа клеток и их предназначения.
Ядерная оболочка
Ядерная оболочка имеет две мембраны - внешнюю и внутреннюю. Они разделены между собой перинуклеарным пространством. Оболочка имеет поры. Ядерные поры необходимы для того, чтобы различные крупные частицы и молекулы могли перемещаться из цитоплазмы в ядро и обратно.
Ядерные поры образуются в результате слияния внутренней и наружной мембраны. Поры представляют собой округлые отверстия, имеющие комплексы, в которые входят:
- Тонкая диафрагма, закрывающая отверстие. Она пронизана цилиндрическими каналами.
- Белковые гранулы. Они находятся с двух сторон от диафрагмы.
- Центральная белковая гранула. Она связана с периферическими гранулами фибриллами.
Количество пор в ядерной оболочке зависит от того, насколько интенсивно в клетке проходят синтетические процессы.
Ядерная оболочка состоит из внешней и внутренней мембран. Внешняя переходит в шероховатый ЭПР (эндоплазматический ретикулум).
Хроматин
Хроматин - важнейшее вещество, входящее в ядро клетки. Функции его - это хранение генетической информации. Он представлен эухроматином и гетерохроматином. Весь хроматин - это совокупность хромосом.
Эухроматин - это части хромосом, которые активно принимают участие в транскрипции. Такие хромосомы находятся в диффузном состоянии.
Неактивные отделы и целые хромосомы представляют собой конденсированные глыбки. Это и есть гетерохроматин. При изменении состояния клетки гетерохроматин может переходить в эухроматин, и наоборот. Чем больше в ядре гетерохроматина, тем ниже скорость синтеза рибонуклеиновой кислоты (РНК) и тем меньше функциональная активность ядра.
Хромосомы
Хромосомы - это особые образования, которые возникают в ядре только во время деления. Хромосома состоит из двух плеч и центромеры. По форме их делят на:
- Палочкообразные. Такие хромосомы имеют одно большое плечо, а другое маленькое.
- Равноплечные. Имеют относительно одинаковые плечи.
- Разноплечные. Плечи хромосомы зрительно отличаются между собой.
- С вторичными перетяжками. У такой хромосомы имеется нецентромерная перетяжка, которая отделяет спутничный элемент от основной части.
У каждого вида количество хромосом всегда одинаково, но стоит отметить, что от их количества не зависит уровень организации организма. Так, у человека имеется 46 хромосом, у курицы - 78, у ежа - 96, а у березы - 84. Наибольшее число хромосом имеет папоротник Ophioglossum reticulatum. У него 1260 хромосом на каждую клетку. Наименьшее число хромосом имеет самец-муравей вида Myrmecia pilosula. У него только 1 хромосома.
Именно изучив хромосомы, ученые поняли, каковы функции ядра клетки.
В состав хромосом входят гены.
Ген
Гены - это участки молекул дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), в которых закодированы определенные составы молекул белка. В результате этого у организма проявляется тот или иной признак. Ген передается по наследству. Так, ядро в клетке выполняет функцию передачи генетического материала следующим поколениям клеток.
Ядрышки
Нуклеола - это самая плотная часть, которая входит в ядро клетки. Функции, которые она выполняет, очень важны для всей клетки. Обычно имеет округлую форму. Количество ядрышек варьируется в разных клетках - их может быть два, три либо вооще не быть. Так, в клетках дробящихся яиц нуклеолы нет.
Структура ядрышка:
- Гранулярный компонент. Это гранулы, которые находятся на периферии ядрышка. Их размер варьируется от 15 нм до 20 нм. В некоторых клетках ГК может быть равномерно распределен по всему ядрышку.
- Фибриллярный компонент (ФК). Это тонкие фибриллы, размером от 3 нм до 5 нм. Фк представляет собой диффузную часть ядрышка.
Фибриллярные центры (ФЦ) - это участки фибрилл, имеющие низкую плотность, которые, в свою очередь, окружены фибриллами с высокой плотностью. Химический состав и строение ФЦ почти такие же, как и у ядрышковых организаторов митотических хромосом. В их состав входят фибриллы толщиной до 10 нм, в которых есть РНК-полимераза I. Это подтверждается тем, что фибриллы окрашиваются солями серебра.
Структурные типы ядрышек
- Нуклеолонемный или ретикулярный тип. Характеризуется большим количеством гранул и плотного фибриллярного материала. Данный тип структуры ядрышка характерен для большинства клеток. Его можно наблюдать как в животных клетках, так в растительных.
- Компактный тип. Характеризуется небольшой выраженностью нуклеономы, большим количеством фибриллярных центров. Встречается в растительных и животных клетках, в которых активно происходит процесс синтеза белка и РНК. Этот тип ядрышек характерен для клеток, активно размножающихся (клетки культуры ткани, клетки растительных меристем и др.).
- Кольцевидный тип. В световой микроскоп данный тип виден как кольцо со светлым центром - фибриллярный центр. Размер таких ядрышек в среднем 1 мкм. Данный тип характерен только для животных клеток (эндотелиоциты, лимфоциты и др.). В клетках с таким типом ядрышек довольно низкий уровень транскрипции.
- Остаточный тип. В клетках этого типа ядрышек не происходит синтез РНК. При определенных условиях данный тип может переходить в ретикулярный или компактный, т. е. активироваться. Такие ядрышки характерны для клеток шиповатого слоя кожного эпителия, нормобласта и др.
- Сегрегированный тип. В клетках с этим типом ядрышек не происходит синтез рРНК (рибосомной рибонуклеиновой кислоты). Это происходит, если клетка обработана каким-либо антибиотиком или химическим веществом. Слово «сегрегация» в данном случае обозначает «разделение» или «обособление», так как все компоненты ядрышек разделяются, что приводит к его уменьшению.
Почти 60% сухого веса ядрышек приходится на белки. Их количество очень велико и может достигать нескольких сотен.
Главная функция ядрышек - это синтез рРНК. Зародыши рибосом попадают в кариоплазму, затем через поры ядра просачиваются в цитоплазму и на ЭПС.
Ядерный матрикс и ядерный сок
Ядерный матрикс занимает почти все ядро клетки. Функции его специфичны. Он растворяет и равномерно распределяет все нуклеиновые кислоты в состоянии интерфазы.
Ядерный матрикс, или кариоплазма, - это раствор, в состав которого входят углеводы, соли, белки и другие неорганические и органические вещества. В нем содержатся нуклеиновые кислоты: ДНК, тРНК, рРНК, иРНК.
В состоянии деления клетки ядерная оболочка растворяется, образуются хромосомы, а кариоплазма смешивается с цитоплазмой.
Основные функции ядра в клетке
- Информативная функция. Именно в ядре находится вся информация о наследственности организма.
- Функция наследования. Благодаря генам, которые расположены в хромосомах, организм может передавать свои признаки из поколения в поколение.
- Функция объединения. Все органоиды клетки объединены в одно целое именно в ядре.
- Функция регуляции. Все биохимические реакции в клетке, физиологические процессы регулируются и согласуются ядром.
Один из самых важных органоидов - ядро клетки. Функции его важны для нормальной жизнедеятельности всего организма.
В каждой живой клетке протекает множество биохимических реакций и процессов. Чтобы контролировать их, а также регулировать многие жизненно важные факторы, необходима специальная структура. Что такое ядро в биологии? Благодаря чему оно эффективно справляется с поставленной задачей?
Что такое ядро в биологии. Определение
Ядро - необходимая структура любой клетки организма. Что такое ядро? В биологии это важнейший компонент каждого организма. Ядро можно обнаружить и у одноклеточных простейших, и у высокоорганизованных представителей эукариотического мира. Главная функция этой структуры - хранение и передача генетической информации, которая здесь же и содержится.
После оплодотворения яйцеклетки сперматозоидом происходит слияние двух гаплоидных ядер. После слияния половых клеток образуется зигота, ядро которой уже несет диплоидный набор хромосом. Это значит, что кариотип (генетическая информация ядра) уже содержит копии генов и матери, и отца.
Состав ядра
Какова характеристика ядра? Биология тщательно изучает состав ядерного аппарата, т. к. это может дать толчок в развитии генетики, селекции и молекулярной биологии.
Ядро - это двумембранная структура. Мембраны являются продолжением что необходимо для транспорта образованных веществ из клетки. Содержимое ядра называется нуклеоплазма.
Хроматин - основное вещество нуклеоплазмы. Состав хроматина разнообразен: здесь находятся в первую очередь нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК), а также белки и многие ионы металлов. ДНК в нуклеоплазме расположена упорядочено в виде хромосом. Именно хромосомы при делении удваиваются, после чего каждый их наборов переходит в дочерние клетки.
РНК в нуклеоплазме чаще всего встречается двух типов: мРНК и рРНК. образуется в процессе транскрипции - считывания информации с ДНК. Молекула такой рибонуклеиновой кислоты позже покидает ядро и в дальнейшем служит матрицей для образования новых белков.
Рибосомальная РНК образуется в специальных структурах под названием ядрышки. Ядрышко построено из концевых участков хромосом, образованных вторичными перетяжками. Эта структура может быть видна в световой микроскоп в виде уплотненного пятнышка на ядре. Рибосомальные РНК, которые синтезируются здесь, также поступают в цитоплазму и далее вместе с белками образуют рибосомы.
Непосредственное влияние на функции оказывает состав ядра. Биология как наука изучает свойства хроматина для лучшего пониманию процессов транскрипции и деления клетки.
Функции ядра. Биология процессов в ядре
Первой и самой важной функцией ядра является хранение и передача наследственной информации. Ядро - уникальная структура клетки, т. к. в нем содержится большая часть генов человека. Кариотип может быть гаплоидный, диплоидный, триплоидный и так далее. Плоидность яда зависит от функции самой клетки: гаметы гаплоидные, а соматические клетки диплоидные. Клетки эндосперма покрытосеменных растений триплоидные, и, наконец, многие сорта посевных культур имеют полиплоидный набор хромосом.
Передача в цитоплазму из ядра происходит при образовании мРНК. В процессе транскрипции нужные гены кариотипа считываются, и в итоге синтезируются молекулы матричной или информационной РНК.
Также наследственность проявляется при делении клетки митозом, мейозом или амитозом. В каждом из случаев ядро выполняет свою определенную функцию. Например, в профазе митоза разрушается оболочка ядра и сильно компактизированные хромосомы попадают в цитоплазму. Однако в мейозе перед разрушением мембраны в ядре происходит кроссинговер хромосом. А в амитозе ядро вовсе разрушается и вносит небольшой вклад в процессе деления.
Кроме того, ядро косвенно участвует в транспорте веществ из клетки из-за непосредственной связи мембраны с ЭПС. Вот что такое ядро в биологии.
Форма ядер
Ядро, его строение и функции могут зависеть от формы мембраны. Ядерный аппарат может быть округлым, вытянутым, в виде лопастей и т. д. Часто форма ядра специфична для отдельных тканей и клеток. Одноклеточные организмы различаются по типу питания, жизненного цикла, а вместе с тем различаются и формы мембраны ядер.
Разнообразие в форме и размере ядра можно проследить на примере лейкоцитов.
- Ядро нейтрофилов может быть сегментированным и не сегментированным. В первом случае говорят о подковообразном ядре, и такая форма характерна для молодых клеток. Сегментированное ядро - это результат образования нескольких перегородок в мембране, в результате чего образуется несколько частей, связанных между собой.
- У эозинофилов ядро имеет характерную гантелевидную форму. В этом случае ядерный аппарат состоит из двух сегментов, связанных перегородкой.
- Почти весь объем лимфоцитов занят огромным ядром. Лишь небольшая часть цитоплазмы остается по периферии клетки.
- В железистых клетках насекомых ядро может иметь разветвленное строение.
Количество ядер в одной клетке может быть разным
Не всегда в клетке организма присутствует только одно ядро. Порой необходимо присутствие двух или более ядерных аппаратов для осуществления нескольких функций одновременно. И наоборот, некоторые клетки могут вовсе обходиться без ядра. Вот некоторые примеры необычных клеток, в которых ядер больше одного или оно вообще отсутствует.
1. Эритроциты и тромбоциты. Эти форменные элементы крови транспортируют гемоглобин и фибриноген соответственно. Чтобы одна клетка смогла вместить максимальное количество вещества, она утратила свое ядро. Характерна такая особенность не для всех представителей животного мира: у лягушек в крови находятся огромные по размерам эритроциты с ярко выраженным ядром. Это показывает примитивность данного класса в сравнении с более развитыми таксонами.
2. Гепатоциты печени. Эти клетки содержат в себе два ядра. Одно из них регулирует очистку крови от токсинов, а другое отвечает за образование гемма, который в последующем войдет в состав гемоглобина крови.
3. Миоциты поперечно-полосатой скелетной ткани. Мышечные клетки многоядерные. Это связано с тем, что в них активно проходит синтез и распад АТФ, а также сборка белков.
Особенности ядерного аппарата у простейших
Для примера рассмотрим два вида простейших: инфузории и амебы.
1. Инфузория-туфелька. Этот представитель одноклеточных организмов имеет два ядра: вегетативное и генеративное. Т. к. они отличаются как по функциям, так и по размерам, такая особенность получила название ядерного дуализма.
Вегетативное ядро отвечает за повседневную жизнедеятельность клетки. Оно регулирует процессы ее метаболизма. Генеративное ядро участвует в клеточном делении и в конъюгации - половом процессе, при котором происходит обмен генетической информацией с особями того же вида.
Заболевания
Многие генетические заболевания связаны с нарушениями в наборе хромосом. Вот список наиболее известных отклонений в генетическом аппарате ядра:
- синдром Дауна;
- сиддром Патау;
- синдром Клайнфелтера;
- синдром Шерешевского-Тернера.
Список можно продолжать, и каждая из болезней отличается порядковым номером пары хромосом. Также подобные заболевания часто затрагивают половые X и Y хромосомы.
Заключение
Ядро играет важную роль в Оно регулирует биохимические процессы, является хранилищем наследственной информации. Транспорт веществ из клетки, синтез белков также связаны с функционированием этой центральной структуры клетки. Вот что такое ядро в биологии.
Статьи и Лайфхаки
Многие слышали, читали или даже видели в своём планшете пункт меню «Ядро (Kernel)». Но что такое ядро в планшете , зачем оно нужно и что оно делает, знают немногие. Из-за недостатка знаний часть пользователей боится обновлять свои устройства. Давайте разберёмся и устраним пробел в знаниях. А о том, мы расскажем позже.
Ядро в планшете: зачем оно?
Ядром обладают любые операционные системы. И Windows, и MacOS, и Linux, и Android. Ядро (англ. – kernel) содержит основные необходимые микропрограммы для управления устройством. Именно программы ядра обрабатывают нажатия на сенсор, управляют процессором и всеми другими составляющими деталями планшета. В ядре планшета содержаться все нужные на самом низшем уровне управления драйвера и файлы.
Ядро планшета построено на операционной системе «Linux». В «Google» решили, что ядро под Linux-ом позволит уменьшить занимаемое место внутренней памяти устройства, лучше оптимизируется и меньше конфликтует с аппаратной частью. Разработчики ОС «Android» поместили в ядро всё необходимое. За счёт ядра вы можете пользоваться Wi-Fi, GPS, Bluetooth.
Любая операционная система для вашего планшета содержит собственное, модифицированное производителем устройства, ядро. Это связано с тем, что каждый производитель в своих выпускаемых планшетах использует различные комплектующие, а также свои графические оболочки.
В новых обновлениях ядра производитель либо добавляет новые возможности, либо устраняет ошибки, но чаще всего просто оптимизирует работу kernel-а. Обновления для ядра могут выходить в другие сроки, чем обновления всей операционной системы. А уж вопрос о том и вовсе неактуален.
Стоковые и кастомные ядра для планшета
В стоковых ядрах производитель старается по максимуму ограничить возможность управления аппаратными характеристиками. К таким относятся, например, изменение рабочей частоты процессора. Это и понятно, ведь, не сильно разбираясь, пользователь может разогнать процессор так, что он выйдет из строя.
Однако умельцы редактируют или переписывают ядра. В итоге владелец планшета может разгонять свои основной и графический процессоры или же наоборот, снижать рабочую частоту для более долгой работы от аккумулятора. Плюс кастомных ядер также в том, что обычно в них лежат более свежие драйвера и более свежая Linux.
В конце статьи кратко ответим на вопрос что такое ядро в планшете. Ядро – это комплекс программ управления аппаратными комплектующими и возможность работы других программ с самой электроникой.
В наши дни минимально допустимой нормой комплектации более менее серьёзной вычислительной техники считается наличие двухъядерного процессора. Причём, данный параметр актуален даже для мобильных компьютерных устройств, планшетных ПК и солидных смартфонов-коммуникаторов . Поэтому будем разбираться, что же это за ядра такие и почему о них важно знать любому пользователю.
Суть простыми словами
Первый двухъядерный чип, предназначенный именно для массового потребления, появился в мае 2005-го. Изделие называлось Pentium D (формально относилось к серии Pentium 4). До этого подобные структурные решения применялись на серверах и для специфических целей, в персональные компьютеры не вставлялись.
Вообще, сам по себе процессор (микропроцессор, CPU, Central Processing Unit, центральное процессорное устройство, ЦПУ) - это кристалл, на который с помощью нанотехнологий наносятся миллиарды микроскопических транзисторов, резисторов и проводников. Потом напыляются золотые контакты, «камушек» монтируется в корпусе микросхемы, а затем всё это интегрируется в чипсет .
Теперь представьте себе, что внутри микросхемы установили два таких кристалла. На одной подложке, взаимосвязанные и действующие как единое устройство. Это и есть двухъядерный предмет обсуждения.
Конечно, два «камушка» - не предел. В момент написания статьи мощным считается ПК, оборудованный чипом с четырьмя ядрами, не считая вычислительных ресурсов видеокарты. Ну а на серверах стараниями фирмы AMD уже используется аж шестнадцать.
Нюансы терминологии
У каждого из кристаллов обычно имеется своя собственная кэш-память первого уровня. Однако если оная второго уровня у них общая, то это всё равно один микропроцессор, а не два (или больше) самостоятельных.
Полноценным отдельным процессором ядро можно назвать только в том случае, если таковое обладает собственным кэшем обоих уровней. Но это нужно лишь для применения на очень мощных серверах и всяческих суперкомпьютерах (любимых игрушках учёных).
Впрочем, «Менеджер задач» в ОС Windows или «Системный монитор» в GNU/Linux может показывать ядра как CPU. В смысле, CPU 1 (ЦП 1), CPU 2 (ЦП 2) и так далее. Пусть это не вводит вас в заблуждение, ведь обязанность программы - не разбираться в инженерно-архитектурных нюансах, а всего лишь интерактивно отображать загрузку каждого из кристаллов.
Значит, плавно переходим к этой самой загрузке и вообще к вопросам целесообразности явления как такового.
Зачем это нужно
Количество ядер, отличающееся от единицы, задумано в первую очередь для распараллеливания выполняемых задач.
Предположим, вы включили ноутбук и читаете сайты во всемирной паутине . Скрипты, коими современные веб-страницы перегружены просто до неприличия (кроме мобильных версий), будут обрабатываться только одним ядром. На него и обрушится стопроцентная нагрузка, если что-то нехорошее сведёт браузер с ума.
Второй кристалл продолжит работать в нормальном режиме и позволит справиться с ситуацией - как минимум, открыть «Системный монитор» (или эмулятор терминала) и принудительно завершить спятившую программу.
Кстати, именно в «Системном мониторе» вы сможете собственными глазами увидеть, какой именно софт внезапно слетел с катушек и который из «камушков» заставляет кулер отчаянно завывать.
Некоторые программы изначально оптимизированы под многоядерную архитектуру процессоров и сразу же отправляют разные потоки данных в разные кристаллы. Ну а обычные приложения обрабатываются по принципу «один поток - одно ядро».
То бишь, прирост производительности станет ощутимым, если одновременно действует более одного потока. Ну а поскольку почти все ОС являются многозадачными, позитивный эффект от распараллеливания будет проявляться практически постоянно.
Как с этим жить
Касаемо вычислительной техники массового потребления, чипы с одним ядром нынче - это, в основном, ARM-процессоры в простеньких телефонах и миниатюрных медиаплеерах. Выдающейся производительности от таких приборов не требуется. Максимум - браузер Opera Mini запустить, клиент ICQ, несложную игру, прочие непритязательные приложения на Java.
Всё остальное, начиная даже с самых дешёвых планшетов, должно иметь в чипе минимум два кристалла, как сказано в преамбуле. Такие вещи и приобретайте. Исходя хотя бы из тех соображений, что практически весь пользовательский софт стремительно толстеет, потребляет всё больше системных ресурсов, поэтому запас мощности ничуть не помешает.
Предыдущие публикации: