obshaya_tsitologia (1120994), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Эта зона нуклеоида илинуклеоплазмы на ультратонких срезах свободна от других структур и выглядитболее светлой по сравнению с окружающей цитоплазмой, заполненнойрибосомами, различными гранулами и мембранами. Иногда на срезах можнонаблюдать контакты фибрилл нуклеоида с плазматической мембраной, с еевыростами.Нуклеоиды бактерий можно выделить, их состав и структура изученыдовольноподробно,онина80%состоятизДНК,кромекоторойобнаруживаются различные белки (20%) и РНК.Количество ДНК в прокариотических клетках значительно меньше, чем вклетках эукариот.
Например, бактерия E. coli содержит 5 х 10-3 пг*ДНК,которая кодирует около 2000 генов, в то время как в ядре клетки человекасодержится около 6 пг ДНК, что соответствует огромному (105) числу генов.С помощью метода адиоавторграфии меченных молекул ДНК в световоммикроскопе было обнаружено, что бактериальные ДНК представляют собою70замкнутые циклы. У E. coli периметр такого кольца составляет около 1,6 мм, исчитается, что на клетку приходится одна гигантская циклическая молекулаДНК, одна бактериальная хромосома или генофор с молекулярной массой 4 х109 Д. Самая маленькая бактериальная хромосома обнаружена в клетках------* Единицы измерения ДНК: пг – 1 х 10-12 г; Да – 1,67-24 г; 1 нуклеотидная пара(н.п.) – 1 х 103 Д, величина н.п.
∼ 0,34 нм.микоплазмы – 0,25 мм (для сравнения, длина ДНК на одну хромосомуэукариотической дрожжевой клетки составляет около 4,6 мм, а у человека – 40мм (!) в 1 хромосоме).У ряда бактерий, например у B. subtilis имеется от 2 до 9 одинаковых молекулДНК и соответственно несколько нуклеоидов. В других случаях (Azotobactervinelandii) около 40 хромосом организованы в один нуклеоид.С помощью авторадиографической методики было также обнаружено, чторепликация такой кольцевой хромосомы у E.
coli начинается на одной исходной(origin) точке репликации, образуются две репликационные вилки, которые помере синтеза ДНК движутся вдоль молекулы до терминальной, конечной точки(рис. 21). Тем самым вся такая гигантская молекула ДНК представляет единицурепликации, репликон. Скорость репликации у бактерий составляет около 30мкм в мин., что согласуется со временем удвоения клеток равным около 40 мин.Бактериальные хромосомы всегда связаны с плазматической мембраной черезспецифические мембранные белки, которые взаимодействуют с ДНК в зонестарта ее синтеза (рис.
22). В процессе клеточного деления существенныхизменений в компактности нуклеоплазмы не наблюдается, в отличие отэукариотических хромосом.Такие кольцевые молекулы ДНК бактерий были получены при полномудалении белков (депротеинизация). Если же изучать выделенные целыенуклеоиды бактерий, то они представляют собой тела, состоящие измногочисленных суперспирализованных петель ДНК, отходящих от плотной71центральной области (рис. 23).
В одну такую петлю или домен входит до 10-15мкм ДНК, или около 40 000 н.п., а всего таких петель – около 120.ОбработкавыделенныхнуклеоидовРНК-азойипротеолитическимиферментами приводит к разрыхлению центральной области нуклеоидов, акороткая обработка ДНК-азой – к снятию сверхспирализации петель, идекомпактизации всего нуклеоида. Таким образом было показано, чтокомпактизация нуклеоида связана с наличием связок, содержащих РНК инекоторые белки.
Тем самым гигантская кольцевая молекула – хромосома спомощью РНК и белков многократно складывается, образуя многочисленныепетли, ДНК которых подвергается сверхспирализации, что приводит кзначительной компактизации всего комплекса, который и представляет собойнуклеоид. Степень компактизации ДНК в нуклеоиде бактерий достигает 1000крат, а концентрация ДНК доходит до 10 мг/мл (!). Необходимо подчеркнуть,что часть ДНК нуклеоида связана с небольшим числом специальных основныхбелков, отличных от гистонов эукариот.
Одна молекула одного из таких белков(H-NS) приходится на 400 н.п. ДНК. С петлями ДНК нуклеоида связанобольшое число молекул различных синтезируемых РНК и рибосом, которыеобнаруживаются по периферии нуклеоплазмы.Одна из моделей организации нуклеоида предполагает, что центральная егочасть представлена неактивной и сверхспирализованной ДНК, тогда как по егопериферии расположены деспирализованные петли, на которых происходитсинтез различных РНК (рис.
24).Отличительной чертой ядерных структур прокариот является то, что у нихсинтез РНК и синтез белка может происходить одновременно: рибосомысвязываются с еще не до конца синтезированными молекулами иРНК ипроизводят на них синтез белка. Таким образом возникает тройственныйсинтетический комплекс: ДНК – синтезирующая цепь РНК – рибосомы ссинтезируемой полипептидной цепочкой (рис. 25). Такая ситуация возможналишь в том случае, когда образующаяся молекула иРНК не подвергается72дальнейшей модификации типа процессинга, характерного для эукариотическихклеток (см.ниже).
У прокариотов, таким образом, процессы транскрипции итрансляции не разобщены территориально, в то время как у эукариотическихклеток эти процессы протекают в двух разных компартментах, разделенныхспециальной ядерной оболочкой.Отличается поведение ядерного материала прокариотов от такового эукариотпри делении клетки, и в течение клеточного цикла.Клеточный цикл – это время существования клетки от деления до деления.Как уже указывалось, деление всех типов клеток происходит только послеудвоения ДНК. У бактерий часто сам процесс разделения тела клетки,цитотомия, не связана с окончанием синтеза ДНК, т.к.
до наступленияклеточного деления может начаться второй или даже третий раунд репликацииДНК. В результате такого беспрерывного синтеза ДНК в быстро растущихкультурах на каждую разделившуюся клетку приходится одна кольцеваяхромосома на промежуточных стадиях ее дальнейшего удвоения (рис.
26), т.е.каждая дочерняя клетка сразу после деления уже содержит частичнореплицированный геном.При делении бактериальных клеток не происходит особой конденсации ДНКв составе нуклеоида. По мере роста клетки в длину зона нуклеоида послесинтеза ДНК увеличивается, а затем делится с помощью специальногомеханизма. Обособление и разъединение двух дочерних хромосом связано срасхождением мест прикрепления хромосом к плазматической мембране (см.ниже).Ядро эукариотических клетокСам термин «ядро» впервые был применен Брауном в 1833 г. Для обозначенияшаровидных постоянных структур в клетках растений. Позднее такую жеструктуру описали во всех клетках высших организмов.Ядерныйаппаратпрокариотических.эукариотическихВо-первых,клетокДНК-содержащийимеетрядкомпонентотличийототделенот73цитоплазмы специальной оболочкой (ядерная оболочка), во-вторых, количествоДНК в ядах эукариот в тысячи раз больше, чем в составе нуклеоидов бактерий,в-третьих, ДНК эукариот представляет собой сложный нуклеопротеидныйкомплекс, образующий специальную структуру – хроматин, из которого исостоят эукариотические хромосомы.
Далее – в состав ядер эукариот входятнесколько физически не связанных хромосом, каждая из которых содержит однулинейную гигантскую молекулу ДНК. Каждая хромосомная ДНК представляетсобой полирепликонную структуру, т.е. содержит множеств автономнореплицирующихсяэукариотическихперестройки,участков.клеток«созревания»,Синтезисопровождаетсявключающихобразованиепроцессамивсебякактранскриптоввторичнойихфрагментацию(процессинг), так и сращивание отдельных фрагментов ДНК (сплайсинг).Наконец, в ядрах не происходит синтеза белков, т.е. в эукариотических клеткахпроцессы синтеза ДНК и РНК разобщены от процесса синтеза белков.Клеточное ядро, обычно одно на клетку (есть примеры многоядерных клеток),состоит из ядерной оболочки, отделяющей его от цитоплазмы, хроматина,ядрышка и других продуктов синтетической активности, ядерного белковогоостова (матрикса) и кариоплазмы (или ядерного сока) (рис. 27.).
Этиосновные компоненты встречаются практически во всех неделящихся клеткахэукариотических одно- или многоклеточных организмов.Главный компонент ядер, хроматин, является структурой, выполняющейгенетическую функцию клетки, в хроматиновой ДНК заложена практически всягенетическая информация. Ядерная оболочка выполняет сложную барьернорецепторную, а также транспортную и каркасную функцию. Нехроматиновыйядерный белковый остов (матрикс) обеспечивает не только пространственноерасположение хромосом в ядре, но и участвует в их функциональнойактивности.
Одним из хромосомных участков, определяющих синтез рРНК иобразование клеточных рибосом, является ядрышко. Кроме того в ядре в связи схроматином и матриксом обнаруживаются различные рибонуклеопротеидные74структуры, содержащие разные типы РНК. Между всеми этими компонентамизаключена жидкая фаза клеточного ядра, кариоплазма, в которой протекаютмногие процессы, связанные как с ядерным метаболизмом, так и свнутриядерным транспортом белков и РНК.При наблюдении многих живых клеток, особенно растительных или жеклеток после фиксации и окраски, внутри ядра выявляются зоны плотноговещества, которое хорошо воспринимает разные красители, особенно основные.Благодаря такой способности хорошо окрашиваться этот компонент ядра иполучил название «хроматин» (Флемминг, 1880).
Способность хроматинавоспринимать основные (щелочные) красители указывает на его кислотныесвойства, которые определяются тем, что в состав хроматина входит ДНК вкомплексе с белками. Такими же свойствами окрашиваемости и содержаниемДНК обладают и хромосомы, которые можно наблюдать во время митотическогоделения клеток.В отличие от прокариотических клеток, ДНК-содержащий материалхроматина эукариот, может пребывать в двух альтернативных состояниях:деконденсированном в интерфазе и в максимально уплотненном – во времямитоза, в составе митотических хромосом.В неделящихся (интерфазных) клетках хроматин, выявляемый в обычныймикроскоп, может равномерно заполнять объем ядра или же располагатьсяотдельными сгустками (хромоцентры).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
