Дж. Уилсон, Т. Хант - Молекулярная биология клетки - Сборник задач (1120987), страница 137
Текст из файла (страница 137)
13-16. Мехаппзм возникнове- ния мопоцептрвчпых н ацептрвч- пых плазмвд нз лпцептрпчпой плазмвды у дрожжей (огвег 13-25). Пунктирные стрелки указывают направление растцгвваввя к полю- сам веретена. Жизнеспособность означает возможность размаоже- пвя плазмвлы в дрожжах а селек- тпвных условиях (что требует наличия АЯо! и ТЛР1). с ним одна центромерная последовательность должна остаться: ведь как только дицентричная плазмида превратится в моноцентричную, она станет стабильной. Утрата обеих центромерных последовательностей, по-видимому, связана с иным, нежели простой разрыв, механизмом. Один из возможных путей (он следуе~ в основном из общих сведений о дрожжах, которые мы здесь не приводим) заключается в том, что разорванные концы расщепляются экзонуклеазами. Эти ферменты иногда удаляют оставшуюся центромерную последовательность перед тем, как фрагмент замкнется в кольцо (рис.
13-16). Лвтератураз Мани, С; Раси, Я. И'. !пзгаьгуйу о( гйсепгг!с р!аяпгдз зп уеазГ. Ргос. !Чай Асад. 8с!. !3ЯА 80, 228 — 232, !983. 13-26 А. Отбор идет по продукту гена, а не по гену. После того как произошла утрата плазмиды (гена), клетка продолжает расти и делиться до тех пор, пока продукт гена не разбавится до такого уровня, который уже не будет удовлетворять потребное~ям клетки в питании. Тогда в этой точке прекращается деление клетки. Скорее всего в связи с этим в каждый момент времени лишь от 5 до 25% клеток в культуре содержат плазмиду; Рост и деление клеток 485 большинство клеток уже утратили плазмиду, но еше продолжают делиться. Б. Анализ родословной ясно показывает, что плазмидная ДНК не распределяется поровну между материнской и дочерней клетками.
При каждом делении, сопровождающемся потерей плазмнды, она утрачивается дочерней клеткой. Наблюдается, ~аким образом, некоторая несимметричность сегрегации, при которой плазмида сохраняется преимущественно в материнской клетке. В. Даже если плазмиды реплицируются один раз за клеточный цикл, в материнских клетках будет накапливаться большое число плазмид из-за асимметричности их распределения. Если материнская клетка с одной плазмидой сохранит все реплнцированные плазмиды в течение пяти делений, то она будет содержать 32 (2') плазмидные молекулы при соблюдении правила одной репликации за цикл.
Г. Плазмиды с центромерами распределяются подобно хромосомам- одна копия остается в материнской клетке, а другая передается дочерней клетке. Поскольку все клетки имеют плазмиды, они (и их потомки) продолжают расти в селективных условиях; при этом колонии растут с максимальной скоростью. Плазмиды без центромер распределяются, как показывает анализ родословной, аномально. Поскольку только часть клеток дает потомство, которое может делиться в селектнвных условиях, колонии растут со скоростью меньше максимальной. В результате этого колонии клеток, содержащих плазмиды с центромерами, будут крупными, а колонии клеток с плазмидами без центромер — мелкими. Литература: Мижау, А.
Ис Ягодок, 1. И~ Рейхтее апа!уйе о1 Р1аяпЫ теятеяабоп 1п уеаек Сей 34, 961 — 970, 1982. 13-27 Схема дупликации и расщепления центриолей, объясняющая нарушения клеточного деления, представлена на рис. 13-17. По-существу обработка меркаптоэтанолом приводит к тому, что центросома делится вторично, не влияя на дупликацню центриолей (рис. 13-17, А). (В первый раз центросомы делятся, когда яйцо вступает в мнтоз.) В результате этого каждый из полюсов четырехполюсного веретена имеет только одну центриоль, а не две, как в норме.
Очевидно, что центросома с одной центриолью точно соответствует полюсу веретена. При делении яйца на четыре клетки каждая дочерняя клетка получает центросому с одной центриолью. Во время следующего цикла деления центриоль дуплицируется, образуя нормальную центросому с парой центриолей (рис. 13-17, А). Однако обычно в начале митоза центросома имеет две пары центриолей, а не одну. Таким образом, центросома дочерних клеток образует однополюсное веретено (рнс. 13-17, Б). Как правило, это деление прерывается, и клетки входят в новый цикл деления, что дает возможность центросоме дуплицироваться во второй раз и образовать две пары центриолей (рис. 13-17, Б, вверху). Эта вторая дупликация снова синхронизирует центросомный цикл с циклом деления так, что дальнейшие деления проходят нормально (рнс.
13-17, Б, вверху). В тех более редких случаях, когда дочерние клетки образуют двухполюсное веретено, центросомы расщепляются, образуя две центросомы, каждую с одной центриолью (рис. 13-17, Б, внизу). Хотя это расщепление позволяет клетке разделиться, дочерние клетки сталкиваются с той же проблемой, что и родителъскиег-налнчнем центросомы с одной 486 Глава 13 Добавление ркаптоатено Отмывание ер витовта 'О О Расщепление о о ОЛ опапюсный митаэ Расщепление та Рис. 13-17. Дупликация и расщеп- ление центросом в яйцах морского ежа, обработанных меркаптозтано- лом (ответ 13-27).
А. Расщепление центросом с образованием полюсов веретена с одной центриолью под действием меркаптозтанола. Б. В результате прерывания клеточ- ного деления и осуществления двух циклов дупликации центриолей образуется нормальная пентросома (вверху). Расщепление центросомы с одной парой центриолей (внизу). Ят От Ст! Дупликапин Р снелл е 1 Л, Нормальный мигов центриолью (рис. 13-17, Б, внизу). В этом случае центросомный цикл остается не синхронизированным с циклом деления. Обратите внимание, что, хотя клеточные деления возвращаются к норме, яйца, претерпевшие деление на четыре клетки, развиваются аномально, поскольку ни одна из клеток не получает полного набора хромосом.
Лятературат Ма!гга, Рг Наггтт, Р.уг ВГП|ыд, Т. ТЬе пщпгр!~агу о! п61ойс сепгегз апд 1Ье 1!пас-солгав ог Спей дпр1кайоп апе! аерагабоп. 7. ВюрЬуа. ВтосЬещ. Суго1. 7, 1 — 20, 1960. 8!иттлг, бл л1ес!ег, С.Б. Сепгпо1е пщпЬег апд 1Ье гергодпсбуе сарасйу о! ар!пд!е ро!ез. 1. Се11 Вю!. 100, 887-896, 1985. 13-28 А. Связанные микротрубочки стабильны за счет того, что оба их конца загцищены от разборки: один — в результате прикрепления к центросоме, другой — к кинетохору. По-видимому, кинетохоры закрывают плюс-концы микротрубочек, изменяя таким образом равновесие реакции диссоциации субъединиц. Б. Микротрубочки распадаются, когда концентрация тубулина падает ниже критической величины. В этих условиях скорость сборки не равна скорости диссоциации, и микротрубочки постепенно укорачиваются. Наличие прикрепленных микротрубочек делает такое объяснение более вероятным по сравнению с двумя другими изложенными (в вопросе) возможностями.
Ни откреплением от центросомы, ни случайным разрывом нельзя объясни~ь стабильность связанных микротрубочек. В. Возможный механизм исчезновения можно легко установить по временнбй последовательности событий. Чувствительными по- Рост и деление клеток 487 казателями того, какой механизм действует, могут быть число и длина микротрубочек в промежуточный момент времени.
Если микротрубочкн отделяются, то число микротрубочек на центро- сому будет уменьшаться, однако длина их будет оставаться той же самой. Если микротрубочки деполимеризуются с конца, то их число будет оставаться постоянным, а длина будет одинаково сокращаться. Если микротрубочки разрушаются в произвольных отрезках, то их количество будет примерно одним и тем же, а распределение по длине очень широким. Литература: МцгГНгоп, Т дс К1гтгЬпег, М. И'. Ргорегбее оГ гйе !ггпсгссьогс Ы Ыгго.
В. М!сгогпЬпГе саргпге апд АТР-перепсеп! Ггапз!осабоп. 1. Сей. В!с!. 101, 766-777, !985. 13-29 А. Если объем родительской клетки равен 1, то обьем дочерней клетки будет равен 0,5. (Для расчета не нужно указывать единицы измерения. Поскольку мы вычисляем относительное увеличение площади поверхности, то размерности в итоге сократятся). Радиус родительской клетки может быть определен из формулы Р= 4/Зягз. Полагая Р= 1 и сделав преобразования, получим гт 3/(4пг) .
= (за ))и-' г = 0,62. Площадь поверхности роди~ельской клетки составляет А = 4ягт. Подставляя г = 0,62, получим А = 4,81. Такой же расчет для дочерней клетки, объем которой равен 0,5, дает значение г = 0,49. Тогда площадь поверхности одной дочерней клетки будет 3,02, а площадь поверхности двух дочерних клеток-6,04. Относительное увеличение площади поверхности вычисляется путем деления: Увеличение = (6,04 — 4,81)/4,81 = 26% Таким образом, при клеточном делении поверхность плазматической мембраны увеличивается на 26%. Такое увеличение, по-видимому, не должно создавать для клетки никаких проблем по двум причинам. Во-первых, большинство клеток прн делении округляются.
Для сферы характерно наименьшее отношение площади поверхности к объему среди всех трехмерных тел, следовательно, до округления площадь ллазматической мембраны была болыпе вычисленной. Во-вторых, в большинстве клеток площадь внутренних мембран значительно превышает площадь плазматической мембраны, и они служат готовым материалом для образования новой плазматической мембраны. Б. Увеличение на 26% при каждом клеточном делении означает, что после деления общая площадь поверхности мембраны в 1,26 раза больше, чем до деления. Таким образом при 12 последовательных делениях, если общий объем яйца не увеличивается, площадь поверхности плазматических мембран возрастает в (1,26)'т =- 16 раз. Это значительно более существенное увеличение, чем при одном клеточном делении; оно предполагает, что в яйце либо 488 Глава 13 имеется чрезвычайно большой внутренний запас мембран, либо одновременно с дроблением происходит синтез компонентов мембраны.
13-30 А. Гипотеза хромосомной сигнализации предсказывает, что борозда на мембране будет образовываться только там, где выстроены хромосомы, Это предсказание согласуется с результатом первого деления, но не с характером второго деления„где образуются три борозды вместо ожидаемых двух. Б. Гипотеза полюсной релаксации предсказывает, что при первом делении должно быть две борозды, а не одна, как наблюдается. В тороидальном яйце веретена должны расслаблять кольцо клеточной поверхности с каждой стороны экваториальной плоскости. В соответствии с этим будут два участка клеточной поверхности, образующие борозды: в экваториальной плоскости и против нее с другой стороны тора.
Как видим, события второго деления не совпадают с предсказаниями гипотезы полюсной релаксации. В. Гипотеза стимуляции, вызываемой звездами, предсказывает, что должны быть одна борозда в первом делении и три борозды во втором делении, и это согласуется с экспериментальными наблюдениями. В первом делении одна борозда ожидается потому, что нити веретена от двух полюсов взаимодействуют только в экваториальной плоскости. При втором делении нити веретена взаимодействуют не только в двух экваториальных положениях, но также и в положении третьей борозды.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
