Строение и функции ядра. Смотреть что такое "гомологичные хромосомы" в других словарях

Вопрос 1. Опишите строение ядра эукариотиче­ской клетки.

Клеточное ядро обычно имеет сфериче­скую форму; встречаются также веретеновид­ные, подковообразные и сегментированные яд­ра. Оболочка ядра состоит из двух мембран; наружная мембрана переходит в каналы ЭПС. Ядерная оболочка пронизана порами, которые достаточно велики, чтобы пропускать молеку­лы нуклеиновых кислот и субъединицы рибо­сом. Клеточное ядро заполнено ядерным со­ком — раствором белков, нуклеиновых кислот и углеводов. Основная масса клеточного ядра приходится на хроматин — молекулы ДНК, соединенные с белками-гистонами. В зависи­мости от стадии клеточного цикла хроматин располагается по всему объему ядра (дисперс­но) либо скручен в хромосомы. В клеточном ядре может также находиться одно (или не­сколько) ядрышко — зона синтеза рРНК и формирования субъединиц рибосом.

Вопрос 2. Как вы считаете, может ли клетка су­ществовать без ядра? Ответ обоснуйте.

У прокариот кольцевая ДНК расположена непосредственно в цитоплазме и успешно вы­полняет свои функции. Однако строение и де­ятельность эукариотической клетки гораздо сложнее, чем прокариотической. В связи с этим эукариотам необходимо иметь значитель­но больше нуклеиновых кислот, которые удоб­нее локализовать в определенной зоне. Эту проблему решило появление ядерной оболоч­ки и обособление клеточного ядра. Кроме того, ядерная оболочка защищает хроматин от хи­мических и механических повреждений.

Может ли эукариотическая клетка сущест­вовать без ядра? В ядре хранится почти вся на­следственная информация о структуре белков. Следовательно, без ядра клетка не может раз­виваться и гибнет. Тем не менее некоторые клетки многоклеточного организма (напри­мер, эритроциты человека) утрачивают ядро в ходе роста и специализации; к моменту поте­ри ядра в них уже синтезирован весь необхо­димый набор белков. Скорость разрушения этих белков определяет срок жизни таких кле­ток (как правило, несколько недель).

Вопрос 3. Что такое ядрышко? Каковы его функции?

Ядрышко — это внутриядерная структура, где синтезируется рибосомальная РНК и фор­мируются отдельные субъединицы рибосом. Количество ядрышек в ядре может изменять­ся и определяется синтетической активно­стью клетки: чем более интенсивно идет обра­зование белка, тем больше ядрышек. Сборка рибосом из отдельных субъединиц завершает­ся в цитоплазме непосредственно перед нача­лом синтеза белка.

Вопрос 4. Дайте характеристику хроматина.

Хроматин представляет собой совокуп­ность спиралевидных двуцепочечных моле­кул ДНК, упакованных при помощи особых белков-гистонов. В ходе упаковки ДНК нама­тывается на гистоны, как нитка на катушку. В результате образуется структура — «бусы на нитке», уменьшающая длину и увеличиваю­щая прочность молекул ДНК. Хроматин мо­жет быть дополнительно спирализован с обра­зованием сверхкомпактных структур — хро­мосом. Формирование хромосом происходит непосредственно перед делением клетки.

Вопрос 5. Как соотносится число хромосом в соматических и половых клетках?

В соматических (обычных) клетках организ­ма, как правило, содержится двойной набор хромосом, т. е. каждая хромосома (молекула ДНК) присутствует в двух экземплярах. При образовании половых клеток происходит деле­ние особого типа, в результате которого набор хромосом в зрелых яйцеклетках и сперматозо­идах оказывается одинарным. Таким образом, соотношение числа хромосом в соматических и половых клетках составляет 2:1.

Вопрос 6. Что такое кариотип? Дайте определе­ние.

Кариотип — это совокупность всех при­знаков хромосомного набора, характерного для того или иного биологического вида. Важ­нейшими среди этих признаков являются ко­личество хромосом, их размер и расположение центромер. Различие кариотипа у внешне сход­ных организмов является показателем их при­надлежности к разным видам; отличие карио­типа от нормы (изменение числа хромосом, длины хроматид и т. д.) — признаком серьез­ных нарушений — мутаций.

Вопрос 7. Какие хромосомы называют гомоло­гичными?

Гомологичными называют хромосомы, одинаковые по форме, размеру и несущие оди­наковые гены. В соматических клетках содер­жится двойной хромосомный набор, т. е. для каждой хромосомы имеется ее гомологичная пара. По происхождению одна из двух гомоло­гичных хромосом является материнской, пе­реданной через яйцеклетку матери, а другая — отцовской, переданной через сперматозоид от­ца. Это означает, что, хотя представленные в гомологичных хромосомах гены одинаковы (характеризуют один и тот же белок), конкрет­ное содержание заключенной в них наследст­венной информации может не совпадать (мо­жет различаться первичная структура белка, что приводит к появлению у различных инди­видуумов одного вида разных групп крови, ок­раски шерсти, цвета глаз и т. д.).

Вопрос 8. Какой хромосомный набор называют гаплоидным? Диплоидным?

При образовании половых клеток из каж­дой пары гомологичных хромосом в яйцеклет­ку или сперматозоид попадает только одна. Поэтому половые клетки содержат одинарный (гаплоидный) набор хромосом. После слия­ния половых клеток (гамет) в образовавшейся зиготе оказываются как материнский, так и отцовский гаплоидный набор. В результате число хромосом удваивается. Набор, в кото­ром представлены пары гомологичных хромо­сом, называют диплоидным.

На этой странице искали:

• опишите строение ядра эукариотической клетки
• какие хромосомы называют гомологичными
• клеточное ядро хромосомы
• какие хромосомы называются гомологичными
• строение ядра эукариотической клетки

Учебник соответствует Федеральному государственному образовательному стандарту среднего (полного) общего образования, рекомендован Министерством образования и науки РФ и включен в Федеральный перечень учебников.

Учебник адресован учащимся 10 класса и рассчитан на преподавание предмета 1 или 2 часа в неделю.

Современное оформление, многоуровневые вопросы и задания, дополнительная информация и возможность параллельной работы с электронным приложением способствуют эффективному усвоению учебного материала.

Каковы функции ДНК?

Обязательным компонентом всех эукариотических клеток является ядро (лат. nucleus , греч. karyon ). Клеточное ядро хранит наследственную информацию и управляет процессами внутриклеточного метаболизма, обеспечивая нормальную жизнедеятельность клетки и выполнение ею своих функций. Как правило, ядро имеет сферическую форму, но существуют также веретеновидные, подковообразные, сегментированные ядра. У большинства клеток ядро одно, но, например, у инфузории туфельки два ядра – макронуклеус и микронуклеус, а в поперечно – полосатых мышечных волокнах находятся сотни ядер. Ядро и цитоплазма – это взаимосвязанные компоненты клетки, которые не могут существовать друг без друга. Их постоянное взаимодействие обеспечивает единство клетки и в структурном, и в функциональном смысле. В эукариотических организмах существуют клетки, не имеющие ядер, но срок их жизни недолог.

В процессе созревания теряют ядро эритроциты, которые функционируют не более 120 дней, а затем разрушаются в селезёнке. Безъядерные тромбоциты (кровяные пластинки) циркулируют в крови около 7 дней.

Каждое клеточное ядро окружено ядерной оболочкой, содержит ядерный сок, хроматин и одно или несколько ядрышек.

Ядерная оболочка. Эта оболочка отделяет содержимое ядра от цитоплазмы клетки и состоит из двух мембран, имеющих типичное для всех мембран строение. Наружная мембрана переходит непосредственно в эндоплазматическую сеть, образуя единую мембранную структуру клетки. Поверхность ядра пронизана порами, через которые осуществляется обмен различными материалами между ядром и цитоплазмой. Например, из ядра в цитоплазму выходят РНК и субъединицы рибосом, а в ядро поступают нуклеотиды, необходимые для сборки РНК, ферменты и другие вещества, обеспечивающие деятельность ядерных структур.

Ядерный сок. Раствор белков, нуклеиновых кислот, углеводов, в котором происходят все внутриядерные процессы.

Ядрышко. Место синтеза рибосомальной РНК (рРНК) и сборки отдельных субъединиц рибосом – важнейших органоидов клетки, обеспечивающих биосинтез белка.

Хроматин. В ядре клетки находятся молекулы ДНК, которые содержат информацию о всех признаках организма. ДНК – это двухцепочечная спираль, состоящая из сотен тысяч мономеров – нуклеотидов. Молекулы ДНК огромны, например длина отдельных молекул ДНК, выделенных из клеток человека, достигает нескольких сантиметров, а общая длина ДНК в ядре соматической клетки составляет около 1 м. Ясно, что такие гигантские структуры должны быть как-то упакованы, чтобы не перепутаться в общем ядерном пространстве. Молекулы ДНК в ядрах эукариотических клеток всегда находятся в комплексе со специальными белками – гистонами, образуя так называемый хроматин . Именно гистоны обеспечивают структурированность и упаковку ДНК. В активно функционирующей клетке, в период между клеточными делениями, молекулы ДНК находятся в расплетённом деспирализованном состоянии, и увидеть их в световой микроскоп практически невозможно. В ядре клетки, готовящейся к делению, молекулы ДНК удваиваются, сильно спирализуются, укорачиваются и приобретают компактную форму, что делает их заметными (рис. 36). В таком компактном состоянии комплекс ДНК и белков называют хромосомами , т. е., по сути, в химическом отношении хроматин и хромосомы – это одно и то же. В современной цитологии под хроматином понимают дисперсное (рассеянное) состояние хромосом во время выполнения клеткой своих функций и в период подготовки к митозу.

Рис. 36. Спирализация молекулы ДНК (А) и электронная фотография метафазной хромосомы (Б)

Рис. 37. Строение хромосомы: А – одиночная хромосома; Б – удвоенная хромосома, состоящая из двух сестринских хроматид; В – электронная фотография удвоенной хромосомы

Форма хромосомы зависит от положения так называемой первичной перетяжки, или центромеры , – области, к которой во время деления клетки прикрепляются нити веретена деления. Центромера делит хромосому на два плеча одинаковой или разной длины (рис. 37).

Количество, размеры и форма хромосом уникальны для каждого вида. Совокупность всех признаков хромосомного набора, характерного для того или иного вида, называют кариотипом . На рис. 38 представлен кариотип человека. Нашим генетическим банком данных являются 46 хромосом определённого размера и формы, несущие более 30 тыс. генов. Эти гены определяют строение десятков тысяч типов белков, различных видов РНК и белков-ферментов, образующих жиры, углеводы и другие молекулы. Любые изменения структуры или количества хромосом приводят к изменению или потере части информации и, как следствие, к нарушению нормального функционирования той клетки, в ядре которой они находятся.

Рис. 38. Кариотип человека. Набор хромосом женщины (флуоресцентная окраска)

В соматических клетках (клетках тела) число хромосом обычно в два раза больше, чем в зрелых половых клетках. Это объясняется тем, что при оплодотворении половина хромосом приходит от материнского организма (в яйцеклетке) и половина от отцовского (в сперматозоиде), т. е. в ядре соматической клетки все хромосомы парные. Причём хромосомы каждой пары отличаются от других хромосом. Такие парные, одинаковые по форме и размеру хромосомы, несущие одинаковые гены, называют гомологичными . Одна из гомологичных хромосом является копией материнской хромосомы, а другая – копией отцовской. Хромосомный набор, представленный парными хромосомами, называют двойным или диплоидным и обозначают 2n . Наличие диплоидного хромосомного набора у большинства высших организмов повышает надёжность функционирования генетического аппарата. Каждый ген, определяющий структуру того или иного белка, а в итоге влияющий на формирование того или иного признака, у таких организмов представлен в ядре каждой клетки в виде двух копий – отцовской и материнской.

При образовании половых клеток от каждой пары гомологичных хромосом в яйцеклетку или сперматозоид попадает только одна хромосома, поэтому половые клетки содержат одинарный , или гаплоидный , набор хромосом (1n ).

Не существует зависимости между числом хромосом и уровнем организации данного вида: примитивные формы могут иметь большее число хромосом, чем высокоорганизованные, и наоборот. Например, у таких далёких видов, как прыткая ящерица и лисица, число хромосом одинаково и равно 38, у человека и ясеня – по 46 хромосом, у курицы 78, а у речного рака более 110!

Постоянство числа и структуры хромосом в клетках является необходимым условием существования вида и отдельного организма. При изучении хромосомных наборов разных особей были обнаружены виды-двойники, которые морфологически абсолютно не отличались друг от друга, но, имея разное число хромосом или отличия в их строении, не скрещивались и развивались независимо. Таковы, например, обитающие на одной территории два вида австралийских кузнечиков Moraba scurra и Moraba viatica, чьи хромосомы отличаются по своей структуре. Виды-двойники известны и в царстве растений. Внешне практически неразличимы кларкия двулопастная и кларкия языковидная из семейства кипрейных, растущие в Калифорнии, однако в кариотипе второго вида на одну пару хромосом больше.

Вопросы для повторения и задания

1. Опишите строение ядра эукариотической клетки.

2. Как вы считаете, может ли клетка существовать без ядра? Ответ обоснуйте.

3. Что такое ядрышко? Каковы его функции?

4. Дайте характеристику хроматина. Если хроматин и хромосомы в химическом отношении представляют собой одно и то же, зачем были введены и используются два разных термина?

5. Как соотносится число хромосом в соматических и половых клетках?

6. Что такое кариотип? Дайте определение.

7. Какие хромосомы называют гомологичными?

8. Какой хромосомный набор называют гаплоидным; диплоидным?

Подумайте! Выполните!

1. Какие особенности строения ядра клетки обеспечивают транспорт веществ из ядра и обратно?

2. Достаточно ли знать число хромосом в соматической клетке, чтобы определить, о каком виде организмов идёт речь?

3. Если вам известно, что в некой клетке в норме находится нечётное число хромосом, сможете ли вы однозначно определить, соматическая эта клетка или половая? А если чётное число хромосом? Докажите свою точку зрения.

Работа с компьютером

Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал и выполните задания.

Вопрос 1. Опишите строение ядра эукариотической клетки.

Ядро окружено оболочкой, которая состоит из двух мембран. Ядерная мембрана со стороны, обращённой в цитоплазму, покрыта рибосомами, внутренняя мембрана ядра гладкая. Ядерная оболочка – часть мембранной системы клетки. Выросты внешней ядерной мембраны соединяются с каналами эндоплазматической сети, образуя единую систему сообщающихся каналов. Между ядром и цитоплазмой осуществляется постоянный обмен веществами.

Несмотря на активный обмен между ядром и цитоплазмой, ядерная оболочка отграничивает ядерное содержимое от цитоплазмы, обеспечивая тем самым различия в их химическом составе. Это необходимо для нормального функционирования ядерных структур.

В гелеобразном ядерном соке располагаются хроматин и одно или несколько ядрышек.

В живой клетке ядерный сок выглядит бесструктурной массой, заполняющей промежутки между структурами ядра. В состав ядерного сока входят различные белки (в том числе большинство ферментов ядра), свободные нуклеотиды, аминокислоты, а также рибонуклеиновые кислоты (РНК), транспортируемые затем из ядра в цитоплазму.

Вопрос 2. Что такое ядрышко? Как вы считаете, можно ли ядрышко выделить из ядра как самостоятельную единую структуру? Объясните свою точку зрения.

Ядрышко – структура, составленная из расположенных рядом участков нескольких различных хромосом. Эти участки представляют собой большие петли ДНК, содержащие гены рибосомальной РНК (рРНК). Такие петли называются ядрышковым организатором.

Ядрышко - не самостоятельная структура или органоид. Оно - производное

хромосомы, один из ее локусов, активно функционирующий в интерфазе.

Ядрышко является центром образования рибосом, т.к. здесь осуществляется синтез рРНК и соединение этих молекул с белками, т.е. происходит формирование субъединиц рибосом, которые затем поступают в цитоплазму, где и завершается сборка рибосом.

Вопрос 3. Что такое хроматин? Опишите строение и состав хромосомы.

Хроматином (от греч. хрома – окраска, цвет) называют комплекс ДНК и белков, интенсивно окрашивающийся некоторыми красителями и отличающийся по форме от ядрышка. В делящихся клетках молекулы ДНК сильно спирализуются, укорачиваются и приобретают компактные размеры и форму. Такое компактное состояние ДНК называют хромосомами.

Хромосомы – органоиды клеточного ядра, совокупность которых определяет основные наследственные свойства клеток и организмов. Полный набор хромосом в клетке, характерный для данного организма, называется кариотипом. В любой клетке тела большинства животных и растений каждая хромосома представлена дважды: одна из них получена от отца, другая – от матери при слиянии ядер половых клеток в процессе оплодотворения. Такие хромосомы называются гомологичными, набор гомологичных хромосом – диплоидным.

Форма хромосом зависит от положения так называемой первичной перетяжки, или центромеры, – области, к которой во время деления клетки (митоза) прикрепляются нити веретена деления. Центромера делит хромосому на два плеча, которые могут быть одинаковой или разной длины.

Вопрос 4. Как соотносится число хромосом в соматических и половых клетках? Почему число хромосом в половых клетках должно быть вдвое меньше, чем в соматических?

Число хромосом в кариотипе большинства видов живых организмов чётное. Это объясняется тем, что в каждой соматической клетке находятся две одинаковые по форме и размеру хромосомы: одна – из отцовского организма, вторая – из материнского.

Хромосомы, одинаковые по форме и размеру и несущие одинаковые гены, называют гомологичными. Хромосомный набор соматической клетки, в котором каждая хромосома имеет себе пару, носит название двойного (или диплоидного) и обозначается 2n. Из каждой пары гомологичных хромосом в половые клетки попадает только одна хромосома, поэтому хромосомный набор гамет называют одинарным (или гаплоидным) и обозначают 1n.

Вопрос 5. Какие хромосомы называют гомологичными?

Хромосомы, одинаковые по форме и размеру и несущие одинаковые гены, называют гомологичными.

Вопрос 6. Что такое кариотип?

Совокупность количественных (число и размеры) и качественных (форма) признаков хромосомного набора соматической клетки называют кариотипом.

Вопрос 7. Вспомните строение ДНК бактерий. Выберите критерии и сравните наследственный материал про- и эукариотических клеток.

Строение ДНК бактерий аналогично таковому клеток эукариотического типа (растений, животных, грибов). В отличие от бактерий у вирусов геном представлен одной нуклеиновой кислотой – ДНК или РНК. Бактериальные клетки, кроме ДНК, могут иметь генетически полноценные образования функционирующие автономно. Необходимо подчеркнуть, что носителями наследственности бактерий кроме ДНК являются плазмиды и эписомы. В этой связи, любая структура бактериальной клетки, способна к саморепликации.

Бактериальная хромосома представлена одной двунитевой молекулой ДНК кольцевидной формы и называется нуклеотидом. Длина нуклеотида в растянутом виде составляет примерно 1 мм. Нуклеотид – эквивалент ядра. Расположен он в центре бактерии. В отличие от эукариот ядро бактерий не имеет ядерной оболочки, ядрышка и основных белков (гистонов).

Геномы прокариот и эукариот, хотя и имеют определенное сходство, но все же существенно различаются по своей структуре. Геномы прокариот практически целиком состоят из генов и регуляторных последовательностей. В генах прокариот нет интронов. Часто функционально родственные гены прокариот находятся под единым транскрипционным контролем, то есть транскрибируются вместе, составляя оперон.

Геномы эукариот существенно больше геномов бактерий, у дрожжей примерно в 2 раза, а у человека – на три порядка, то есть в тысячу раз. Однако прямой зависимости между количеством ДНК и эволюционной сложностью видов не наблюдается. Достаточно сказать, что геномы некоторых видов амфибий или растений в десять или даже в сто раз превосходят по размеру геном человека. В некоторых случаях близкие виды организмов могут существенно различаться по количеству ДНК. Важным обстоятельством является то, что при переходе от прокариот к эукариотам увеличение генома происходит, главным образом, за счет появления огромного количества некодирующих последовательностей. Действительно, в геноме человека кодирующие области, то есть экзоны, суммарно занимают не более 3%, а по некоторым оценкам около 1% от общей длины ДНК.

Вопрос 8. Используя рисунок 14, расскажите, как осуществляется обмен веществами между ядром и цитоплазмой.

Обмен веществ между ядром и цитоплазмой осуществляется двумя путями. Во-первых, ядерная оболочка пронизана многочисленными порами, через которые происходит обмен молекулами между ядром и цитоплазмой. Во-вторых, поступление веществ из ядра в цитоплазму и обратно может происходить в результате отделения выростов и впячиваний ядерной оболочки.

Пути обмена веществ между ядром и цитоплазмой.

1 - обмен веществ через ядерные поры,

2 - впячивание цитоплазмы внутрь ядра,

3 - впячивание ядерной оболочки,

4 - продвижение ядерной мембраны в эндоплазматическую сеть;

5 - выведение части каналов во внешнее межклеточное пространство.

Вопрос 9. Используя дополнительные источники информации, приведите примеры числа хромосом у разных видов живых организмов. Сделайте вывод, зависит ли степень сложности организации вида от числа хромосом.

Человек Homo sapiens 46

Гориллы Gorilla 48

Волк Canis lupus 78

Кошка Felis catus 38

Осёл Equus asinus 62

Ананас Ananas comosus 50

Картофель Solanum tuberosum 48

Комар Aedes aegypti 6

Наименьшее число хромосом: самки подвида муровьев Myrmecia pilosula имеют пару хромосом на клетку. Самцы имеют только 1 хрососому в каждой клетке.

Наибольшее число: вид папоротников Ophioglossum reticulatum имеет около 630 пар хромосом, или 1260 хромосом на клетку

Верхний предел числа хромосом не зависит от количества ДНК которое в них входит: у американской амфибии Amphiuma ДНК в ~30 раз больше, чем у человека, которая помещается в 14 хромосомах.

Число хромосом не зависит от уровня организации и не всегда указывает на родство: одно и тоже число их может быть у очень далёких друг от друга систематических групп и может сильно отличаться у близких по происхождению видов.

Например величина генома у эукариот обычно гораздо больше, чем у прокариот. Отклонения в величине генома у эукариот гораздо больше, чем у бактерий: от 8.8*10 в 6 степени нуклеиновых пар до 6.9*10 в 11 степени нуклеиновых пар, т. е. приблизительно в 80 тысяч раз. Огромная межвидовая вариация в размере генома среди эукариот не имеет отношения ни к сложности организма, ни к вероятному числу генов, которые этот организм имеет. Например, некоторые одноклеточные обладают гораздо большим количеством ДНК, чем млекопитающие. Отсутствие соответствия между величиной генома и предполагаемым количеством генетической информации, содержащейся внутри генома, известно как парадокс величины генома. Суть этого парадокса в следующем:

а) размеры генома большинства эукариот настолько велики, что их потенциальная информационная емкость намного превышает реальное число генов;

б) виды одного и того же рода могут существенно (в несколько раз) отличаться по величине генома;

в) так называемые "эволюционно примитивные" реликтовые формы ("живые ископаемые") по содержанию ДНК на клетку зачастую превосходят представителей эволюционно преуспевающих таксономических групп: почти 35-кратное превышение генома двоякодышаших рыб над геномом человека.

Таким образом величина геномов у представителей разных таксонов вовсе не согласуется с нашими интуитивными представлениями о том, кто из них "выше", а кто "ниже" на эволюционной лестнице. "Судить о степени эволюционной продвинутости по размерам генома столь же правомочно, как оценивать общественное положение человека по его весу".))

Избыточность величины генома конкретно выражается в наличии многочисленных семейств повторяющейся ДНК. Разнообразие семейств повторяющейся ДНК с трудом поддается систематизации.

Вопрос 10. Согласны ли вы с утверждением, что ядро является важнейшей частью клетки? Ответ обоснуйте.

Ядро – основной компонент клетки, несущей генетическую информации Ядро – располагается в центре, оно является важнейшей частью клетки. Значение ядра: участвует в образовании белка, РНК, рибосом; регуляция формообразования процессов и функции клеток; хранение генетического кода и его точное воспроизведение в ряду клеточного поколения.

Таким образом, ядро представляет собой не только вместилище генетического материала, но и место, где этот материал функционирует и воспроизводится. Поэтому выпадение или нарушение любой из перечисленных выше функций губительно для клетки в целом. Так нарушение репарационных процессов будет приводить к изменению первичной структуры ДНК и автоматически к изменению структуры белков, что непременно скажется на их специфической активности, которая может просто исчезнуть или измениться так, что не будет обеспечивать клеточные функции, в результате чего клетка погибает. Нарушения редупликации ДНК приведут к остановке размножения клеток или к появлению клеток с неполноценным набором генетической информации, что также губительно для клеток. К такому же результату приведет нарушение процессов распределения генетического материала (молекул ДНК) при делении клеток. Выпадение в результате поражения ядра или в случае нарушений каких-либо регуляторных процессов синтеза любой формы РНК автоматически приведет к остановке синтеза белка в клетке или к грубым его нарушениям.

Как правило, эукариотическая клетка имеет одно ядро , но встречаются двуядерные (инфузории) и многоядерные клетки (опалина). Некоторые высоко-специализи-рованные клетки вторично утрачивают ядро (эритроциты млекопитающих, ситовидные трубки покрытосеменных).

Форма ядра — сферическая, эллипсовидная, реже лопастная, бобовидная и др. Диаметр ядра — обычно от 3 до 10 мкм.

1 — наруж-ная мембрана; 2 — внут-ренняя мемб-рана; 3 — поры; 4 — ядрышко; 5 — гетеро-хроматин; 6 — эухро-матин.

Ядро отграничено от цитоплазмы двумя мембранами (каждая из них имеет типичное строение). Между мембранами — узкая щель, заполненная полужидким веществом. В некоторых местах мембраны сливаются друг с другом, образуя поры (3), через которые происходит обмен веществ между ядром и цитоплазмой. Наружная ядерная (1) мембрана со стороны, обращенной в цитоплазму, покрыта рибосомами, придающими ей шероховатость, внутренняя (2) мембрана гладкая. Ядерные мембраны являются частью мембранной системы клетки: выросты наружной ядерной мембраны соединяются с каналами эндоплазматической сети, образуя единую систему сообщающихся каналов.

Кариоплазма (ядерный сок, нуклеоплазма) — внутреннее содержимое ядра, в котором располагаются хроматин и одно или несколько ядрышек. В состав ядерного сока входят различные белки (в том числе ферменты ядра), свободные нуклеотиды.

Ядрышко (4) представляет собой округлое плотное тельце, погруженное в ядерный сок. Количество ядрышек зависит от функционального состояния ядра и варьирует от 1 до 7 и более. Ядрышки обнаруживаются только в неделящихся ядрах, во время митоза они исчезают. Ядрышко образуется на определенных участках хромосом, несущих информацию о структуре рРНК. Такие участки называются ядрышковым организатором и содержат многочисленные копии генов, кодирующих рРНК. Из рРНК и белков, поступающих из цитоплазмы, формируются субъединицы рибосом. Таким образом, ядрышко представляет собой скопление рРНК и рибосомальных субъединиц на разных этапах их формирования.

Хроматин — внутренние нуклеопротеидные структуры ядра, окрашивающиеся некоторыми красителями и отличающиеся по форме от ядрышка. Хроматин имеет вид глыбок, гранул и нитей. Химический состав хроматина: 1) ДНК (30-45%), 2) гистоновые белки (30-50%), 3) негистоновые белки (4-33%), следовательно, хроматин является дезоксирибонуклеопротеидным комплексом (ДНП). В зависимости от функционального состояния хроматина различают: гетерохроматин (5) и эухроматин (6). Эухроматин — генетически активные, гетерохроматин — генетически неактивные участки хроматина. Эухроматин при световой микроскопии не различим, слабо окрашивается и представляет собой деконденсированные (деспирализованные, раскрученные) участки хроматина. Гетерохроматин под световым микроскопом имеет вид глыбок или гранул, интенсивно окрашивается и представляет собой конденсированные (спирализованные, уплотненные) участки хроматина. Хроматин — форма существования генетического материала в интерфазных клетках. Во время деления клетки (митоз, мейоз) хроматин преобразуется в хромосомы.

Функции ядра: 1) хранение наследственной информации и передача ее дочерним клеткам в процессе деления, 2) регуляция жизнедеятельности клетки путем регуляции синтеза различных белков, 3) место образования субъединиц рибосом.

— это цитологические палочковидные структуры, представляющие собой конденсированный хроматин и появляющиеся в клетке во время митоза или мейоза. Хромосомы и хроматин — различные формы пространственной организации дезоксирибонуклеопротеидного комплекса, соответствующие разным фазам жизненного цикла клетки. Химический состав хромосом такой же, как и хроматина: 1) ДНК (30-45%), 2) гистоновые белки (30-50%), 3) негистоновые белки (4-33%).

Основу хромосомы составляет одна непрерывная двухцепочечная молекула ДНК; длина ДНК одной хромосомы может достигать нескольких сантиметров. Понятно, что молекула такой длины не может располагаться в клетке в вытянутом виде, а подвергается укладке, приобретая определенную трехмерную структуру, или конформацию. Можно выделить следующие уровни пространственной укладки ДНК и ДНП: 1) нуклеосомный (накручивание ДНК на белковые глобулы), 2) нуклеомерный, 3) хромомерный, 4) хромонемный, 5) хромосомный.

В процессе преобразования хроматина в хромосомы ДНП образует не только спирали и суперспирали, но еще петли и суперпетли. Поэтому процесс формирования хромосом, который происходит в профазу митоза или профазу 1 мейоза, лучше называть не спирализацией, а конденсацией хромосом.

1 — метацентрическая; 2 — субметацентрическая; 3, 4 — акроцентрические. Строение хромосомы: 5 — центромера; 6 — вторичная перетяжка; 7 — спутник; 8 — хроматиды; 9 — теломеры.

Метафазная хромосома (хромосомы изучаются в метафазу митоза) состоит из двух хроматид (8). Любая хромосома имеет первичную перетяжку (центромеру) (5), которая делит хромосому на плечи. Некоторые хромосомы имеют вторичную перетяжку (6) и спутник (7). Спутник — участок короткого плеча, отделяемый вторичной перетяжкой. Хромосомы, имеющие спутник, называются спутничными (3). Концы хромосом называются теломерами (9). В зависимости от положения центромеры выделяют: а) метацентрические (равноплечие) (1), б) субметацентрические (умеренно неравноплечие) (2), в) акроцентрические (резко неравноплечие) хромосомы (3, 4).

Соматические клетки содержат диплоидный (двойной — 2n) набор хромосом, половые клетки — гаплоидный (одинарный — n). Диплоидный набор аскариды равен 2, дрозофилы — 8, шимпанзе — 48, речного рака — 196. Хромосомы диплоидного набора разбиваются на пары; хромосомы одной пары имеют одинаковое строение, размеры, набор генов и называются гомологичными .

Кариотип — совокупность сведений о числе, размерах и строении метафазных хромосом. Идиограмма — графическое изображение кариотипа. У представителей разных видов кариотипы разные, одного вида — одинаковые. Аутосомы — хромосомы, одинаковые для мужского и женского кариотипов. Половые хромосомы — хромосомы, по которым мужской кариотип отличается от женского.

Хромосомный набор человека (2n = 46, n = 23) содержит 22 пары аутосом и 1 пару половых хромосом. Аутосомы распределены по группам и пронумерованы:

Половые хромосомы не относятся ни к одной из групп и не имеют номера. Половые хромосомы женщины — ХХ, мужчины — ХУ. Х-хромосома — средняя субметацентрическая, У-хромосома — мелкая акроцентрическая.

В области вторичных перетяжек хромосом групп D и G находятся копии генов, несущих информацию о строении рРНК, поэтому хромосомы групп D и G называются ядрышкообразующими .

Функции хромосом: 1) хранение наследственной информации, 2) передача генетического материала от материнской клетки к дочерним.

Перейти к лекции №7 «Эукариотическая клетка: строение и функции органоидов»

Перейти к лекции №9 « Строение прокариотической клетки. Вирусы»

Хромосомы - это структурно-функциональные элементы клетки человека, которые содержат гены. Данные единицы клеточного ряда способны окрашиваться в момент Хромосомы имеют формы палочек, нитей, петель и др. По своей длине эти элементы являются неоднородными. Они состоят из центромеры, короткого и длинного плеча, вторичной перетяжки, спутника, нити веретена, хромонем. Место расположения такой части хромосомы, как центромера, влияет на то, какой будет форма самой единицы клеточного ряда. В том случае, если данная часть располагается у конца структурно-функционального элемента, то он будет палочкообразным. Нахождение такой части, как центромера, в середине влияет на то, что хромосома принимает форму равноплечей шпильки. Если рассматриваемая часть располагается сбоку от центра, то структурно-функциональный элемент становится шпилькой с разными плечами.

Вообще существует 4 типа строения хромосом. Первым типом являются телоцентрические структурно-функциональные элементы. Вторым - акроцентрические (второе плечо очень короткое и практически незаметное). Третьим типом служат субметацентрические хромосомы, форма которых напоминает букву "L". Наконец, четвертый вид - метацентрический. Хромосомы данного типа имеют так называемые плечи, которые являются равными по своей длине. Помимо этого такие элементы напомминают букву и вместе с тем "V".

Следует отметить, что каждая ядросодержащая человека содержит двадцать три пары хромосом, которые являются линейными. Помимо этого, там присутствует большое количество копий митохондриальной ДНК

Стоит сказать несколько слов о половых структурно-функциональных элементах клетки человека. Это Y- и X-хромосомы. Первая содержит примерно 58 пар азотистых оснований, несет 78 генов и при этом обладает высокой скоростью мутирования благодаря той среде, в которой она располагается. Эта половая хромосома способна передаваться только через сперматозоиды. Они, в свою очередь, подвержены огромному количеству клеточных делений, происходящих в процессе гаметогенеза. Место сперматозоидов - это высокоокислительная среда яичек, стимулирующая усиление такого процесса, как мутирование. Вторая хромосома имеет приблизительно 150 млн пар азотистых оснований. Она несет практически 1400 генов. У мужчин есть одна X- и одна Y-хромосома. У женщин другой "набор". Они имеют две X-хромосомы. Одна из них достается девушке от мамы, а вторая наследуется от папиной мамы, т.е. от бабушки по линии отца.

Часто возникают вопросы о том, какие хромосомы называют гомологичными и негомологичными. Ответ заключается в следующем. Итак, существуют гомологичные хромосомы. Это парные структурно-функциональные элементы, находящиеся в диплоидной клетке. Гомологичные хромосомы отличаются тем, что каждая из них досталась от одного и от другого родителя. Такие элементы имеют сходную последовательность нуклеотидов по всей длине. Это означает, что гомологичные хромосомы имеют одни и те же гены, которые расположены в одинаковой последовательности. Стоит отметить, что изучение подобной темы является не только интересным, но и очень полезным в жизни, ведь о своем организме лучше знать как можно больше.

Следует добавить, что гомологичные хромосомы постоянно обладают одним и тем же типом. Например, они могут быть целоцентрическими, субметацентрическими, акроцентрическими, метацентрическими. Негомологичные хромосомы содержат гены, которые являются несходными. Помимо этого данные структурно-функциональные элементы не конъюгируют при мейозе. Негомологичные хромосомы независимо друг от друга совершают комбинирование в клетке. Это было доказано во время изучения характеристик наследования признаков. Также данная информация была получена с помощью прямого цитологического метода.

Информация, перечисленная выше, поможет иметь основное представление о хромосомах в целом.