Микрофиламенты. Трубчатые структуры. Центриоли. Хромосомы : Farmf | литература для фармацевтов

Микрофиламенты и внутриклеточные движения

1. Микрофиламенты, их функции и состав. Актин и миозин

2. Роль актина и миозина в разных типах эукариотических клеток

3. Движение протоплазмы в эукариотических клетках

1. Микрофиламенты представляют собой очень тонкие и длинные нитевидные белковые структуры, встречающиеся во всей цито­плазме. Они обусловливают вязко-эластичную, тиксотропную консистенцию цитоплазмы и обеспечивают внутриклеточные движения, включая сокращение фибрилл в мышечных волокнах. функиии микрофиламентов:

• ответственны за перемещение.

• хлоропластов, которые могут изменять свое положение в за­висимости от освещения;

• клеточных ядер;

• пузырьков;

• участвуют:

• в фагоцитозе (но, не в пино- или экзоцитозе);

• образовании перетяжки при клеточном делении (здесь дей­ствует кольцо из пучков микрофиламентов, опоясывающих клетку);

• движении хроматид и хромосом при делении ядра. Внутриклеточное движение возникает при взаимодействии микрофиламентов из актина (актиновых нитей) с миозином. Актин — глобулярный белок, он составляет 5—15% всего клеточ­ного белка и является важнейшим белком эукариотических клеток. Глобулярный актин (гамма-актин) полимеризуется в актиновые филаменты (F-актин), состоящие из двух закручен­ных друг около друга спиралей (диаметром около 6 нм, длиной несколько мкм). Актин образует трехмерную сеть из большого числа нитей или пучки не менее чем из 20 нитей. В клетке су­ществует обратимое равновесие: гамма-актин — F-актин — пучки F-актина.

Миозин в эукариотических клетках содержится в меньшем ко­личестве (0,3—1,5% клеточного белка), чем актин. Нитевидная молекула миозина (молекулярная масса более 450 000, длина 150 нм) состоит из двух больших и нескольких малых субъеди­ниц, образующих длинную двойную спираль. Один конец этой спирали несет две головки. Конец с головками катализирует расщепление АТФ (миозиновая АТФаза) и может специфиче­ски связываться с актином. Актин активирует АТФазу. При расщеплении АТФ освобождается энергия, необходимая-для внутриклеточных движений.

Что касается прокариот, то у сине-зеленых водорослей, спо­собных к скользящему движению, и у бактерий существуют микрофиламенты (диаметром 4—6 нм) неизвестной химиче­ской природы, актиновые же нити имеются среди бактерий только у микоплазм, которые тоже обладают скользящим дви­жением.

2. В мышечных клетках молекулы миозина объединены в толстые (до 20 нм) миозиновые фрагменты (нити). Актиновые и миозиновые нити образуют в мышечных клетках сократимый акто-миозиновый комплекс.

В клетках немышечного типа миозиновые филаменты не обна­ружены (исключение составляют лишь некоторые амебы). Од­нако после выделения из этих клеток миозин может полимери-зоваться в филаменты. Выделенный из клеток немышечного типа комплекс F-актина с миозином, не соединенным в фила­менты, расщепляет АТФ и при этом сокращается. Это сокра­щение способен тормозить третий белок с большой молеку­лярной массой (270 000), соединяющий нити актина в сеть. Тормозящий белок образует вместе с актиновыми филамента-ми относительно жесткую сеть (цитоскелет). При локальном изменении среды (повышение рН или концентрации Са ²) тормозящий белок отделяется от актина, а миозин в этом слу­чае может присоединяться к концам актиновых нитей; фила­менты смещаются относительно друг друга и объединяются в пучки, что приводит к сокращению.

3. Движение протоплазмы наблюдается почти во всех эукариоти­ческих клетках (его скорость составляет 1—6 см/ч). Органеллы перемещаются вместе с протоплазмой, не течет только эктоплазма. Этот процесс лежит в основе амебоидного движения. В растительных клетках может создаваться бесконечный ток протоплазмы вокруг центральной вакуоли. У амеб происходят локальные сокращения сети из актиновых (и миозиновых, ес­ли они имеются) филаментов, благодаря чему эндоплазма от­тесняется в другой участок клетки.

В гигантских клетках некоторых водорослей с бесконечным вращательным течением протоплазмы пучки актиновых фила­ментов лежат на границе экто- и эндоплазмы – именно там, где, как полагают, должны действовать движущие силы.

Вопрос 32. Трубчатые (тубулярные) структуры

1. Строение ми-ротрубочек

2. Роль цитоплазматических центров в образовании микротрубочек

3. Роль микротрубочек в клетке

1. Длинные и тонкие трубчатые образования — это свободные микротрубочки в цитоплазме, а также структурные элементы центриолей, базальных телец, нитей веретена и жгутиков. Микротрубочки состоят из тубулина, занимающего по количе­ству второе (после актина) место среди белков эукариотических клеток. Молекула его представляет собой димер длиной 8 нм из субъединиц – гликопротеидов альфа- и бета-тубулина, которые ковалентно связаны между собой дисульфидньши мостиками. Молекулярная масса каждой субъединицы 55 000). Димеры нековалентно соединены в нити — протофиламенты. Каждая микротрубочка (диаметром в 24 нм и длиной в не­сколько микрометров) построена из 13 протофиламентов и не­большого числа молекул низкомолекулярных тау-белков и вы­сокомолекулярных ассоциированных белков.

2. Для образования свободных микротрубочек в клетке имеется не­большое число (чаще всего 1—2) цитоплазматических цен­тров — организаторов микротрубочек. Это плотные, аморфные, иногда зернистые, волокнистые или иного строения (со спи­ральными или трубчатыми элементами) участки цитоплазмы. Они осуществляют синтез микротрубочек до этапа коротких комплексов, сходных с протофиламентами (инициация). Удлинение (полимеризация) происходит спонтанно за счет . обильного клеточного запаса димерного тубулина. Равновесие димеры тубулина микротрубочки обратимо, при делении ядра (в профазе) большинство микротрубочек растворяется.

3. В клетке микротрубочки могут:

• образовывать сеть. Часто они лежат параллельно плазматиче­ской мембране в эктоплазме (в растительных клетках и эрит­роцитах). Жесткие трубочки могут образовывать своего рода цитоскелет, благодаря которому при отсутствии клеточной стенки клетка может сохранять определенную форму;

• определять направление внутриклеточного движения, вызы­ваемого микрофиламентами, например при транспорте пу­зырьков Гольджи;

• в нервных волокнах продольно расположенные микротрубочки (называемые здесь нейротубулами) представляют собой один из главных компонентов цитоплазмы.

В прокариотических клетках тубулина нет. Отдельные сообще­ния о наличии микротрубочек у бактерий следует считать со­мнительными.

Вопрос 33. Центриоли и базальные тельца. Жгутики и реснички

1. Центриоли и базальные тельца. Строение и функции.

2. Жгутики и реснички. Строение и функции

3. Образование жгутиков и ресничек в эукариотических клетках

4. Строение жгутиков в прокариотической клетке

1. В большинстве животных клеток и в некоторых клетках расте­ний (у некоторых водорослей и грибов) около ядра имеется центриоль. Это образование похоже на полый цилиндр (диа­метром около 150 нм, длиной 300—500 нм) со стенкой из 27 микротрубочек, расположенных в виде 9 триплетов. Незре­лые центриоли называются процентриолями. Они состоят из 9 одиночных микротрубочек, а позднее — из 9 двойных трубо­чек (дублетов).

Центриоли — это центры обогащения для центров-организаторов микротрубочек, которые образуют плотную перицентриолярную оболочку. Перицентриолярные центры-организаторы про­дуцируют центриоли и базальные тельца, а во время деления ядра — нити веретена. Базальные тельца могут также форми­роваться цитоплазматическими центрами-организаторами.

Вновь образованная центриоль часто располагается перпенди­кулярно старой. К началу деления ядра центриоли разделяются и расходятся к противоположным полюсам клетки.

2.Жгутики и реснички представляют собой подвижные цитоплазматические отростки, служащие либо для передвижения всего организма (у бактерий, водорослей, грибов, ресничных чер­вей и др.), либо репродуктивных клеток (изогамет, спермиев, зооспор), либо для транспорта частиц и жидкостей (например, реснички у мерцательных клеток слизистой носа и трахеи, яй­цеводов и т. д.).

Жгутики эукариотических клеток имеют толщину до 200 нм и длину до 100 мкм и больше. Более короткие (обычно 10— 20 мкм) жгутики, которых бывает много на одной клетке, на­зываются ресничками. По всей длине жгутика или реснички проходят 20 микротрубочек: 9 периферических дублетов и 2 цен­тральные одиночные. Дублет состоит из 23 протофиламентов — по 10 на каждую микротрубочку и 3 общих в области их со­прикосновения. Дублеты имеют парные отростки (разделенные по длине трубочки расстояниями около 17 нм) из удлиненных молекул белка динеина. Эти отростки (толщиной 2—5 нм и длиной до 10—40 нм) подходят к соседним дублетам.

Динеин подобно миозину обладает АТФазной активностью. Ос­вобождаемая энергия используется для активного скольжения отростков из динеина вдоль соседних дублетов из тубулина (аналогичного скольжению миозиновых нитей по актиновым в мышцах). Это приводит к изгибанию жгутиков, так как микро­трубочки прочно закреплены у основания.

3.Образование жгутика или реснички начинается от базального тельца. Две внутренние микротрубочки каждого триплета уд­линяются и образуют дублеты жгутика. Дублеты готовой органеллы оканчиваются в базальном тельце или (зачастую у рес­ничек) продолжаются в глубь клетки. Обе центральные трубоч­ки заканчиваются в маленьком аксиальном зерне (аксосоме) или в базальной пластинке.

4.Жгутики прокариот (бактериальные жгутики) не гомологичны жгутикам эукариотических клеток. Они меньше (диаметр 10— 20 нм, длина около 12 мкм), не имеют трубчатых структур,

• из длинной жгутиковой нити;

• жгутикового крючка;

• 2—4 базальных дисков;

• нить построена из белка флагеллина (молекулярная масса 40 000). Яйцевидные или клиновидные молекулы этого белка образуют 3—11 субнитей, которые скручиваются в нить. Внутренний диск встроен в плазматическую мембрану. По-видимому, он вращается и приводит во вращение весь жгутик, тогда как наружные диски прочно закреплены в клеточной стенке и служат своего рода подшипниками — единственный пример такого конструктивного принципа у живых организмов.

Вопрос 34 Веретено деления

1. Строение веретена

2. Функции веретена. Механизмы движений нитей

1. При делении ядра между двумя противоположными полюсами клетки образуется так называемое веретено, состоящее:

• из нитей (волокон), которые представляют собой пучки из большого числа микротрубочек (иногда более 100);

• двух центриолей, каждая из которых находится на своем полю­се с различными центрами-организаторами:

. либо с перицентриолярным центром-организатором микро­трубочек (у животных);

• либо с аморфным (“полярная шапочка” у большинства рас­тений);

• либо с пластинчатым или слоистым (“веретенные полярные тельца” у многих грибов и некоторых подорослей).

Дополнительный центр-организатор — кинетохор – лежит у центромеры каждой хроматиды. Различают следующие виды нитей веретена:

• хромосомные (кинетохорные, или тянущие) нити, которые об­разуются из кинетохора и связывают его с одним из полюсов;

• центральные нити, образующиеся из полярных центров-ор­ганизаторов и связывающие между собой оба полюса;

• полярные нити, которые образуются только при наличии цен­триолей в перицентриолярных центрах-организаторах и окан­чиваются в цитоплазме.

2.Функции веретена деления состоят в следующем:

• веретено обеспечивает расхождение хроматид или хромосом к полюсам. Хромосомные нити укорачиваются и тянут хромосо­мы в сторону полюсов;

• у животных центральные нити обычно удлиняются и отодви­гают полюса друг от друга. Толщина нитей веретена при этом не изменяется.

Механизмы движений нитей:

• активное скольжение нитей веретена происходит, видимо, при взаимодействии с динеиноподобным белком. Механизм схож с механизмом движения жгутиков;

• активную роль играют микрофиламенты, которые прикрепля­ются к нитям веретена и подтягивают с их помощью хромати-ды или хромосомы. В аппарате веретена найдены актиновые нити и миозин. Цитоханазин, дестабилизирующий актиновые нити, способен блокировать действие веретена.

Вопрос 35. Строение клеточного ядра. Нуклеоплазма

1. Ядро клетки, его состав и функции

2. Нуклеоплазма

1. Ядро клетки — главный центр с генетической информацией, так как в нем находятся хромосомы, содержащие наследственные признаки, закодированные в форме ДНК. Другие носители информации имеют меньшее значение.

Положение, форма и размеры ядра могут изменяться, часто параллельно с изменениями интенсивности метаболизма.

Ядро чаще всего расположено в центре клетки, и только у рас­тительных клеток с центральной вакуолью — в пристеночной протоплазме. Оно может быть следующей формы:

• сферическим;

• яйцевидным;

• чечевицеобразным;

• сегментированным (редко);

• вытянутым в длину;

• веретеновидным, а также иной формы.

Диаметр ядра варьирует в пределах от 0,5 мкм (у грибов) до 500 мкм (в некоторых яйцеклетках), в большинстве случаев он меньше 5 мкм.

Ядро состоит:

• из нуклеоплазмы;

• хромосом (хроматина);

• ядрышек;

• ядерной оболочки, представляющей собой часть эндоплазматического ретикулума.

Клеточные ядра образуются только из ядер. Репликация ДНК, т. е. удвоение генетической информации, гарантирует иден­тичность ядер, несмотря на всю сложность их деления. Главные функции клеточного ядра заключаются в следующем:

• хранение информации;

• передача информации в цитоплазму с помощью транскрипции, т. е. синтеза переносящей информацию и-РНК;

• передача информации дочерним клеткам при репликации — делении клеток и ядер.

2. Основная масса клеточного ядра, нуклеоплазма, содержит:

• жидкую часть;

• ядерный матрикс — нечто вроде опорной сети;

• различные включения.

Жидкая часть сходна по составу с соответствующим компо­нентом цитоплазмы: здесь тоже содержатся ферменты и про­межуточные продукты метаболизма, в частности гликолиза. Ядерный матрикс представляет собой с трудом выявляемый трехмерный “каркас”, который состоит из кислых белков и пронизывает всю нуклеоплазму и ядрышки.

Вопрос 36. Хромосомы

1. Хромосомы, их состав

2. Нуклеопротеидная структура хромосом

3. Ядрышковая перетяжка

1. Хромосомы — это вытянутые в длину нуклеопротеидные струк­туры, которые удваиваются в результате репродукции перед каждым клеточным делением, а затем распределяются поровну между дочерними клетками. Поэтому каждая отдельная хромо­сома встречается во всех клетках данного индивидуума в одной и той же форме и несет идентичную информацию. На протяжении клеточного цикла происходит лишь смена двух физиологических форм:

• транспортной — во время деления ядер (хромосомы компакт­ные, палочковидные, ясно различимые);

• функциональной – в промежутках между делениями (хромо­сомы разрыхленные, нитевидные, длинные и неразличимые по отдельности).

Хромосомы во время деления ядер имеют длину 0,2—20 мкм и состоят из двух лежащих рядом идентичных хроматид, которые потом отделяются друг от друга, причем каждая становится одной из дочерних хромосом. В период между делениями ядра из каждой дочерней хромосомы в результате идентичного уд­воения (репликации ДНК) снова образуются две лежащие вме­сте хроматиды.

Хромосомы состоят из хроматина, который содержит:

• около 40% ДНК;

• 40% гистонов;

• около 20% негистоновых хромосомных белков;

• РНК.

Он специфически окрашивается (отсюда и названия — “хромо­сома, хроматин”) реактивами, выявляющими ДНК.

2. Главный элемент каждой хроматиды — нуклеопротеидная структура, которая содержит единственную очень длинную двойную спираль ДНК и белок. Эта структура имеет вид закруг­ленной и толстой (15—25 нм) нити — хромонемы, на которой расположены многочисленные округлые (вследствие плотной упаковки ДНК) сильно окрашивающиеся и хорошо видимые хромомеры.

Число, положение и величина отдельных хромомер в обеих хроматидах одинаковы и для каждой хромосомы относительно постоянны. Это позволяет идентифицировать ту или иную хромосому и отличить ее от других.

В месте первичной перетяжки хромосомы — центромере — обе хроматиды прочно связаны и в определенных фазах ядерного деления согнуты. Во время деления ядра центромера становит­ся местом прикрепления нитей веретена, приводящих хрома­тиды в движение.

3. У некоторых хромосом имеется еще ядрышковая перетяжка. В этом месте хромосома имеет толщину всего 7 нм, мало за­круглена и содержит так называемую SAT-зону. SAT — аббре­виатура от sine acido thymonucleinico, т. е. “без ДНК”. Эти зоны не окрашиваются. Отделяемый такой зоной короткий участок хромосомы называют сателлитом, а всю хромосому — SAT-хромосомой.

Обычно напротив сателлита находится организатор ядрышка, который тесно примыкает к ядрышковой перетяжке. Это та часть нуклеопротеидной структуры, которая образует ядрышко после разделения ядра.

Между актами деления ядер — в интерфазе — чаще всего нельзя различить отдельные хромосомы. Разрыхленный волокнистый хроматин распределен по всему объему ядра. Вероятно, каждая хромосома связана с ядерной оболочкой.

Разрыхление структуры хромосом — необходимое условие для транскрипции, т. е. передачи информации, содержащейся в ДНК, путем образования и-РНК.

Вопрос 37. Хроматин. Хромосомная ДНК

1. Виды хроматина

2. Гены, спейсеры

3. Последовательность нуклеотодов в ДНК

4. Пространственная организация ДНК

1. Во время покоя между актами деления определенные участки хромосом и целые хромосомы остаются компактными. Эти участки хроматина называют гетерохроматином. Он хорошо прокрашивается.

После деления ядра хроматин разрыхляется и в таком виде на­зывается эухроматином. Гетерохроматин в отношении транс­крипции неактивен, а в отношении репликации ДНК ведет се­бя иначе, чем эухроматин.

Факультативный гетерохроматин бывает гетерохроматичным только временами. Он информативен, т. е. содержит гены. Ко­гда он переходит в эухроматическое состояние, эти гены могут становиться доступными для транскрипции. Из двух гомоло­гичных хромосом одна может быть гетерохроматической. Эта факультативная гетерохроматизация тканеспецифична и в оп­ределенных тканях не происходит.

Конститутивный гетерохроматин всегда гетерохроматичен. Он состоит из многократно повторяющихся последовательно­стей оснований, неинформативен (не содержит генов) и по­этому всегда неактивен в отношении транскрипции. Его мож­но видеть и во время деления ядер. Он встречается:

• чаще всего у центромеры;

• на концах хромосом (включая сателлиты);

• вблизи организатора ядрышка;

• вблизи гена 5S-PHK.

Гетерохроматин, прежде всего факультативный, во время ин­терфазы может объединяться в интенсивно окрашивающийся хромоцентр, который находится в большинстве случаев у края клеточного ядра или ядрышка.

2. Каждая хромосома — это непрерывная двойная спираль ДНК, ко­торая у высших организмов состоит более чем из 10⁸ пар осно­ваний. В хромосомах высших растений и животных каждая двойная спираль ДНК (диаметром 2 нм) имеет длину от одно­го до нескольких сантиметров. В результате многократного за­кручивания она упакована в хроматиду длиной несколько мик­рометров.

Вдоль этой двойной спирали линейно распределены гены, ко­торые составляют вместе до 25% ДНК.

Ген — это функциональная единица ДНК, содержащая информа­цию для синтеза полипептида или РНК. Средняя длина гена -около 1000 пар оснований. Последовательность оснований в каждом гене уникальна.

Между генами находятся спейсеры — неинформативные отрезки ДНК различной длины (иногда более 20 000 пар оснований), которые имеют значение для регулирования транскрипции со­седнего гена.

Транскрипируемые спейсеры купируются при транскрипции вме­сте с геном, и их комплементарные копии появляются в пре-и-РНК по обе стороны от копии гена. Даже внутри самого ге­на имеются (только у эукариот и их вирусов) неинформатив­ные последовательности, так называемые интроны, которые тоже транскрипируются. При процессинге все копии интронов и большинство копий спейсеров вырезаются с помощью фер­ментов.

Нетранскрипируемые спейсеры встречаются между генами для гистонов, а также между генами для р-РНК.

Избыточные гены представлены большим числом (до 10⁴ и бо­лее) идентичных копий. Это гены:

• для т-РНК;

• р-РНК;

• 5S-PHK и гистонов;

• для продуктов, синтезируемых в больших количествах.

Копии расположены непосредственно друг за другом и разре­шены идентичными спейсерами. У морского ежа гены для гис­тонов Н₄, Н₂ь, Н_2а и Hi лежат друг за другом, и эта генная по­следовательность повторяется в ДНК больше 100 раз.

3.Повторяющиеся последовательности — это последовательности нуклеотидов, многократно представленные в ДНК. Умеренно повторяющиеся последовательности — последовательности дли­ной в среднем 300 пар нуклеотидов с 10²-10⁴ повторениями. К ним относятся избыточные гены, а также большинство спейсеров.

Высокоповторяющиеся последовательности с 10⁵—10⁶ повторе­ниями образуют конститутивный гетерохроматин. Они всегда неинформативны. Это в основном короткие последовательно­сти, в них обнаруживается чаще всего 7—10 и лишь редко — только 2 (например, AT) или, наоборот, свыше 300 пар нук­леотидов. Они группируются вместе, одна повторяющаяся по­следовательность идет непосредственно за другой. ДНК высокоповторяющегося хроматина называют “сателлит-ными ДНК” по их поведению при аналитических процедурах фракционирования. Около 75% всего хроматина не участвует в транскрипции: это высокоповторяющиеся последовательности и нетраснкрипируемые спейсеры.

4. В изолированном хроматине участки двойной спирали ДНК об­виваются вокруг молекул гистонов, так что здесь возникает су­перспираль первого порядка. Комплексы ДНК с гистоном назы­вают нуклеосомами. Они имеют форму диска или линзы и размеры около 10 Ч 10 Ч 5 нм. В одну нуклеосому входят:

• 8 молекул гистонов:

. центральный тетрамер из двух молекул Нз и двух Н₄; • и отдельно по два Н_2а и Н₂ь;

• участок ДНК (около 140 пар оснований), который образует примерно 1,25 витка спирали и прочно связан с центральным тетрамером.

Между нуклеосомами лежат участки спирали из 30—100 пар оснований без суперспиральной структуры; здесь связывается гистон Hi

В нашивном хроматине ДНК еще больше укорочена в результа­те малоизученной дальнейшей спирализации (суперспирали высших порядков), которая, очевидно, фиксируется благодаря гистону Hi (и некоторым негистоновым белкам). При переходе к интерфазе эухроматин разрыхляется, так как некоторые из суперспиралей более высокого порядка раскру­чиваются. Это происходит, вероятно, в результате конформа-ционных изменений гистонов и ослабления взаимодействий между молекулами Hi Хроматиновые структуры толщиной 10— 25 нм (основные хроматиновые нити или спирали) видны и во время интерфазы.

Транскрипционно-активный хроматин — гены, передающие свою информацию путем синтеза РНК, в результате дальней­шей деспирализации еще больше разрыхляется. По некоторым данным, в соответствующих участках спирали ДНК гистон Hi или отсутствует, или химически изменен, например фосфори-лирован.

Структура нуклеосом также изменяется или полностью разру­шается (в генах для р-РНК в ядрышке). Двойная спираль в от­дельных местах раскручивается. В этих процессах, по-види­мому, участвуют определенные негистоновые белки, скапли­вающиеся в транскрипируемых участках ДНК.

Вопрос 38. Набор хромосом

1. Геном. Плоидностъ клеток

2. Политенные хромосомы

1. Весь фонд генетической информации каждого клеточного ядра — геном — распределен между некоторым постоянным числом хромосом (п). Это число специфично для каждого вида или подвида. У лошадиной аскариды оно равно 1, у кукурузы — 10, у человека — 23, у водоросли Netrium digitus — около 600. Хромосомы одного набора различаются по следующим критериям:

• величине;

• картине хромомер;

• положению перетяжек;

• содержанию информации.

В зависимости от кратности набора хромосом — плоидности — клетки делятся:

• на гаплоидные;

• диплоидные;

• полиплоидные.

Гаплоидными называются клетки, которые содержат одинарный набор хромосом («), например половые клетки.

Если клетки содержат двойной набор хромосом (2_П), они дип­лоидные, так как генетическая информация в них представлена дважды. Диплоидны почти все соматические клетки высших растений и животных. Они содержат один отцовский и один материнский набор хромосом.

В полиплоидных клетках имеется несколько наборов хромосом (4_П, 8_П, 16_П и т. д.). Эти клетки часто особенно активны в мета­болическом отношении, например многие клетки печени у млекопитающих.

Гаплоидные клетки образуются из диплоидных в результате мейоза, а диплоидные из гаплоидных — в результате оплодо­творения.

Полиплоидные клетки возникают из диплоидных путем эндо-митоза — преждевременно прерванного деления ядра: после полной репликации и разделения хроматид дочерние хромосо­мы остаются в одном клеточном ядре, вместо того чтобы рас­пределиться между двумя ядрами. Этот процесс может повто­ряться многократно.

Аномалии при образовании половых клеток могут приводить к полиплоидии всего организма. При неполной репликации неко­торые части генома, например гетерохроматин, не реплициру­ются и остаются после эндомитоза диплоидными, в отличие от других частей, которые становятся полиплоидными.

Амплификация генов — это многократная сверхрепликация, ко­гда реплицируются только определенные гены, которые стано­вятся полиплоидными (гены для р-РНК в ядрышке).

Хромосомы диплоидного ядра могут быть сгруппированы по­парно, по две гомологичные хромосомы. Большинство из них (так называемые аутосомы) попарно идентичны. Только две половые хромосомы, определяющие пол особи, у самцов не­одинаковы — это хромосомы X и Y (гетерохромосомы). Боль­шую часть Y-хромосомы занимает конститутивный гетерохро­матин. У самок имеются две Х-хромосомы. Однако у бабочек, птиц и ряда других животных дело обстоит наоборот: самцы имеют набор XX, самки — XY.

2. Политенные хромосомы (гигантские хромосомы) содержат во много раз больше ДНК, чем обычные. Они не изменяют своей формы на протяжении цикла деления и достигают длины до 0,5 мм и толщины 25 мкм. Они встречаются, например, в слюн­ных железах двукрылых (мух и комаров), в макронуклеусе инфу­зорий и в тканях завязи бобов. Чаще всего они видны в гаплоид­ном числе, так как гомологичные хромосомы тесно спарены. Политения возникает в результате эндорепликации. По срав­нению с эндомитозом это еще более редуцированный процесс деления — после репликации хроматиды не разделяются (про­цесс повторяется многократно). При этом разные отрезки ДНК умножаются в различной степени:

• участки центромер — незначительно;

• большинство информативных областей — приблизительно в 1000 раз;

• некоторые — более чем в 30 000 раз.

Поэтому политенные хромосомы представляют собой пучки из бесчисленных хроматид, разделенных не полностью. Хромати­ды растянуты, гомологичные хромомеры образуют темные диски, тесно расположенные вдоль хромосомы. Эти диски раз­делены более светлыми полосами. Вероятно, на хроматиде один диск и одна промежуточная полоса образуют помимо спейсера один ген (реже несколько генов), который, по-видимому, находится в диске. Политенные хромосомы чрезвы­чайно бедны гетерохроматином.

На политенных хромосомах отдельные диски временами разду­ваются в пуфы (кольца Бальбиани). Там гомологичные хрома­тиды отделяются друг от друга, гомологичные хромомеры раз­двигаются и возникает разрыхленная структура транскрипци-онно-активного хроматина. В пуфах содержится меньше гис-тона Hi, чем в дисках, вместо него здесь находится фермент РНК-полимераза (что указывает на синтез РНК). В промежуточных полосах тоже мало гистона Hi, но есть РНК-полимераза и, возможно, происходит хотя бы незначи­тельный синтез РНК.

Вопрос 39. Ядрышко и ядерная оболочка

/. Ядрышки, их разновидности и функции

2. Ядерная оболочка

3. Нуклеоид в прокариотической клетке

Ядрышки — это округлые сильно уплотненные участки клеточно­го ядра диаметром обычно меньше 1 мкм. Ядра диплоидных кле­ток содержат 1—7 ядрышек, а в среднем — 2. Функция ядрышка связана с осуществлением синтеаз р-РНК (рибосомальной РНК). Главной составной частью ядрышка является ядрышко-вая ДНК, которая принадлежит организатору ядрышка одной из SAT-хромосом. Ядрышки содержат более 80% белка и около 15% РНК. В электронном микроскопе можно различить: ядрышковый хроматин; рибонуклеопротеидные;

фибриллы (РНП-фибриллы) диаметром 5—10 нм и длиной 20— 40 нм. Это ранние промежуточные продукты в процессе обра­зования р-РНК из пре-р-РНК;

• РНП-гранулы диаметром 15—20 нм — более поздние промежу­точные продукты;

• основную массу из белков и РНК, которую пронизывает сеть ядерного матрикса;

мелкие вакуоли;

гетерохроматин, связанный с ядрышком, который прилегает к

ядрышку снаружи и проникает в него.

Образующийся в ядрышке предшественник р-РНК — 45S-npe р-РНК, по-видимому, связан с тяжами ядерного матрикса. Он соединяется с ядрышковым белком и 5S-PHK. Белки поступа­ют из цитоплазмы, 5S-PHK — из клеточного ядра. В ядрышках 45S-npe-p-PHK расщепляется на промежуточные продукты 5.8S-, 18S-PHK (процессинг). В нуклеоплазме в результате от­щепления от пре-р-РНК ядрышковых белков и присоединения рибосомалъных белков образуются 40S- и 608-субчастицы рибо­сом, по-видимому, еще связанные с ядерным матриксом. Они выходят из клеточного ядра через поры в ядерной оболочке.

Во время деления ядра синтез р-РНК прекращается, в конце профазы ядрышки исчезают, при конденсации хромосом яд­рышковый хроматин в качестве организатора ядрышка входит в SAT-хромосому. После разделения ядра на разрыхляющихся организаторах ядрышка образуются сначала новые РНП-фибриллы, а затем и остальные компоненты нового ядрышка.

2.Ядерная оболочка состоит из двух мембран (каждая толщиной 6—8 нм), между которыми находится перинуклеарное простран­ство (шириной 10—40 нм). Ядерная оболочка связана с эндо-плазматическим ретикулумом, будучи его частью, и образуется после деления ядра из цистерн ретикулума (используются так­же обрывки старой ядерной оболочки, разрушенной во время деления).

В отличие от других мембран ядерная оболочка обладает ви­димыми в электронный микроскоп порами (30-100 нм в диа­метре), которые занимают около 5% поверхности ядра. Каждая пора с наружной и внутренней стороны окружена кольцевым валиком из 8 сферических рибонуклеопротеидных частиц. В центре поры часто можно видеть “центральную гранулу” — рибонуклеопротеидную частицу, которая связана тонкими тя­жами с кольцевым валиком и, по-видимому, активно транс­портируется в цитоплазму.

Удалось выявить центральные гранулы ядрышкового и хромо­сомного происхождения. Вероятно, это субчастицы рибосом и м-РНК или пре-м-РНК, связанные с белком (информоферы).

3. Прокариоты (бактерии, сине-зеленые водоросли) имеют цен­трально расположенный и часто округлый нуклеоид – эквива­лент клеточного ядра. В отличие от эукариотического ядра его особенности состоят в следующем:

• не имеет собственной мембраны;

• не полностью отграничен от остальной цитоплазмы;

• связан с плазматической мембраной;

• содержит всего лишь одну двойную спираль ДНК, которая замкнута в кольцо и собрана в клубок (общая длина ДНК у Е. Coli составляет 1,2 мм);

• не имеет гистонов и других хромосомных белков. Вместо них имеются небольшие основные молекулы, такие, как полиамины. ДНК содержит гены, расположенные в линейном порядке, подвергающиеся идентичному воспроизведению {репликации). Функционально она соответствует геному эукариотической клетки, поэтому ее называют также геномом или хромосомой. Репликация ДНК у прокариот происходит непрерывно, однако смены форм (конденсация – разрыхление), в отличие от эукариот, не наблюдается.