Số lượng, hình dạng kích thước nhân
Ở sinh vật chưa có cấu tạo tế bào như vi rút, nhiễm sắc thể là đại phân tử ADN hay ARN thuần khiết, chúng chỉ có chức năng sinh sản và mã hoá cho vỏ protein để bảo vệ chúng. Ở sinh vật tiền nhân, nhiễm sắc thể chỉ là phân tử ADN thuần khiết, dạng vòng, nằm trong tế bào chất, chưa được bao bọc trong màng kép nhân. Ở sinh vật nhân thực, do các nhiễm sắc thể được khu trú trong màng kép nhân, nhờ đó mà bào quan nhân được hình thành ([link]).
Nhân có hình dạng khác nhau: bầu dục, hình cầu v.v..., kích thước cũng không giống nhau từ 5μm - 50μm. Tế bào thường có một nhân nhưng cũng có nhiều nhân. Tế bào non nhân thường nằm giữa, tế bào già nhân bị dồn ra phía màng.
Thành phần cấu tạo của nhân
Nhân là bào quan lớn nhất dễ nhìn thấy dưới kính hiển vi quang học, chiếm khoảng 10% thể tích của tế bào, nhưng nó chứa hầu như toàn bộ ADN của tế bào (95%) ([link]). Hai cấu trúc nhân được hình thành đó là hạch nhân và các sợi nhiễm sắc hay còn gọi là sợi thể nhân nằm trong dịch nhân được bao quanh bởi màng kép nhân. Đó là bước nhảy vọt về cấu trúc nhân mà có thể thấy được trong pha gian kỳ của tế bào mô phân sinh hoặc trong tế bào mô vĩnh viễn.
+ Màng kép nhân: màng kép nhân là ranh giới giữa nhân và chất tế bào, nó gồm hai màng cơ sở giống như hai màng đơn của lưới nội chất. Màng nhân và mạng lưới nội chất liền nhau ([link]). Mạng lưới nội chất nối liền với các tế bào khác nhau qua sợi liên bào, vì vâỵ hình như có một hệ thống màng liên tục tồn tại giữa nhân và các tế bào khác. Tính đồng nhất của màng kép nhân với mạng lưới nội chất được xác định bằng những quan sát siêu hiển vi trong quá trình phân bào có tơ. Cuối kì trước và kì giữa màng kép nhân bị tách ra thành các đoạn nhỏ mà không thể phân biệt được với mạng lưới nội chất. Ở kì cuối, các bọng tương tự với mạng lưới nội chất hợp nhất lại bao quanh các nhiễm sắc thể và hạch nhân. Dưới kính hiển vi quang học, có thể quan sát được "màng nhân", giới hạn giữa tế bào chất và nhân. Màng này thấy được dưới kính hiển vi quang học là do các chất dị nhiễm sắc nối liền với màng kép nhân qua các sợi lamina tương tự như các sợi của bộ khung sườn tế bào. Màng kép nhân có màng ngoài tiếp giáp với tế bào chất và màng trong tiếp giáp với các sợi lamina, do đó mà nó không tiếp xúc trực tiếp với các sợi nhiễm sắc. Giữa hai màng này, có một khoảng không bao quanh nhân, Trên màng kép nhân có các lỗ mở, tạo ra sự thông thương giữa nhân và tế bào chất, cho phép vận chuyển các chất nội sinh và ngoại sinh theo hai chiều: nhân - tế bào chất và tế bào chất - nhân. Nó có vai trò trong việc điều hoà các ARN và các protein giữa nhân và tế bào chất.
+ Dịch nhân: Số lượng dịch nhân lớn, có cấu trúc hạt. Tỷ lệ protein trong tế bào chất cao hơn trong nhân. Một trong những khác nhau quan trọng về mặt hoá học giữa nhân và tế bào chất là dựa vào bản chất và lượng các axit nucleic giữa hai thành phần này của chất nguyên sinh. AND và các đơn vị thông tin di truyền tích giữ trong chúng là đặc điểm riêng biệt của nhân và được coi là trung tâm di truyền. ARN trong tế bào chất thường phong phú hơn trong nhân.
+ Chất nhân
- Sợi nhiễm sắc và nhiễm sắc thể
Trong gian kì các nhiễm sắc thể tháo xoắn tạo thành mạng lưới bao gồm các sợi nhiễm sắc (sợi thể nhân) là nhiễm sắc thể của pha gian kì để sao mã ADN và phiên mã ARNm, ARNt, ARNr. Số lượng ADN trong mỗi nhân tuỳ thuộc vào mức độ bội thể trong cơ thể. Trong thời gian phân bào, ADN cuộn lại. Tổ chức vật chất di truyền như thế có ưu điểm lớn, nhờ nó mà số đơn vị phân ly giảm đi, sự phân ly có hiệu quả hơn giảm bớt nguy cơ phân ly sai và sửa sai của các đơn vị di truyền, nếu như các đơn vị di truyền này tồn tại riêng rẻ. Mặt khác các đơn vị di truyền nằm trong nhiễm sắc thể bảo đảm sự tương tác và kiểm tra lẫn nhau mà hình thành các quy luật di truyền Menden và các quy luật di truyền Menden bổ sung. Những ưu điểm di truyền này, do chọn lọc tự nhiên tạo nên và không thể có ở các đơn vị di truyền tồn tại độc lập với nhau. Như vậy, nhiễm sắc thể là phức hợp các đơn vị di truyền, là sản phẩm của quá trình tiến hoá, có giá trị chọn lọc cao.
Sợi nhiễm sắc là chất nhuộm màu mạnh bởi các chất nhuộm kiềm và nucleoprotein là chất cấu thành chủ yếu của sợi nhiễm sắc. Chất nhiễm sắc thể hiện các vùng có các sợi ADN xoắn mạnh mà nó cấu tạo nên các hạt nhiễm sắc còn gọi là dị nhiễm sắc. Còn những đoạn tháo xoắn, ít bắt màu nằm giữa các đoạn dị nhiễm sắc là nhiễm sắc thực. Ở thời kì phân bào, các sợi thể nhân bện xoắn mạnh tạo thành nhiễm sắc thể pha phân bào, chúng có hình dáng và kích thước đặc trưng ở kì giữa, gồm hai nhiễm sắc thể con dính với nhau ở eo sơ cấp, lúc này màng nhân khuếch tán vào tế bào chất. Nhiễm sắc thể gồm có ADN, các protein histon giữ vai trò cốt lõi trong việc cuộn lại phân tử ADN và các protein không histon. Cả ba thành phần này gộp lại, tạo nên sợi nhiễm sắc ở pha gian kì. Sợi ADN dài quấn quanh các protein histon tạo nên nucleosom là đơn vị cấu trúc của nhiễm sắc thể. Nếu như chúng xoắn lại ở pha phân bào, thì tạo thành nhiễm sắc thể có cấu trúc gồm các phần: nhiễm sắc thể thực, dị nhiễm sắc thể, eo sơ cấp, thể cuối, eo thứ cấp, và thể kèm chỉ có ở nhiễm sắc thể hạch nhân.
Trong quá trình phân bào, các tập tính của nhân có nhiều thay đổi, kèm theo sự xuất hiện bộ máy phân bào, để phân phối các nhiễm sắc thể vào các tế bào con.
+ Hạch nhân: hạch nhân là thể nội nhân điển hình có mặt trong nhân ở pha gian kì, chúng thường biến mất trong thời gian phân bào và đến kì cuối thì hình thành lại ở eo thứ cấp của nhiễm sắc thể hạch nhân. Hạch nhân có hình bầu dục hoặc hình cầu, nhuộm màu đậm, là bộ máy sản xuất riboxom: các ARNr, được tổng hợp, ngưng tụ ngay trong nhân với các protein riboxom để hình thành các riboxom. Nó được tạo nên nhờ các cuộn ADN từ nhiều nhiễm sắc thể góp chung lại. Nhưng theo M. Maillet, hạch nhân gồm có hai phần: sợi nhiễm sắc có dạng trăng lưỡi liềm bao xung quanh hạch nhân và có các hạt đậm, đồng nhất mà kích thước của chúng không đều (trung bình từ 1 - 2μm) trong các tế bào bình thường (hình 23). Nếu phá huỷ hạch nhân bằng tia Rơngen hoặc tia tử ngoại thì sự phânchia tế bào bị ức chế.
Chức năng của nhân
Chức năng quan trọng của nhân tế bào là chứa thông tin di truyền. Sự phân chia đều đặn nhiễm sắc thể về các tế bào con đảm bảo sự chia đều thông tin di truyền cho các thế hệ sau của các tế bào sôma, hay tạo ra các tế bào sinh sản hữu tính hoặc sinh sản vô tính bằng bào tử.
Nhân cần thiết cho các quá trình trao đổi chất mà trước hết là tiến hành sao mã ADN, phiên mã các ARN và để tổng hợp các protein cấu trúc đặc biệt là các protein enzim là công cụ phân tử để thực hiện các chức năng tế bào. Màng kép nhân cũng có vai trò điều hoà các ARN và các protein. Do vậy nhân là trung tâm điều khiển mọi hoạt động sống của tế bào, bảo đảm cho sự sinh trưởng, phát triển, sinh sản của tế bào. Tế bào mất nhân, có thể tiếp tục tổng hợp protein nhưng không thể sinh sản và duy trì sự sống của tế bào lâu dài được. Hemeling tiến hành thực nghiệm trên loài tảo biển đơn bào Acetabularia mediteranea. Loài tảo biển này cao 5cm, có sự phân hoá thành các phần mủ, cuống, rễ giả nhưng nhân nằm ở phần rể giả . Khi ghép đoạn cuống không nhân của loài này lên phần rễ giả của loài khác thì mủ mọc trên đoạn cuống không nhân phụ thuộc vào nhân của loài rể giả có nhân. Trên cơ sở những thí nghiệm ấy, Hemeling kết luận rằng, nhân sinh ra một chất nào đấy cần cho việc tạo mủ. Chất này phân tán bằng cách khuếch tán theo cuống đi lên phía trên và kích thích tạo mủ ([link]).