obshaya_tsitologia (1120994), страница 74
Текст из файла (страница 74)
302). В живых или фиксированных клетках вметафазе в экваториальной плоскости клетки располагаются хромосомы, откоторых в противоположных направлениях тянутся т.н. нити веретена,сходящиеся на двух разных полюсах митотической фигуры. Так чтомитотическое веретено – это совокупность хромосом, полюсов и волокон.Волокна веретена представляют собой одиночные микротрубочки или их пучки.Начинаются микротрубочки от полюсов веретена и часть из них направляется к392центромерам,гдерасположеныкинетохорыхромосом(кинетохорныемикротрубочки), часть проходит дальше по направлению к противоположномуполюсу, но до него не доходит – “межполюсные микротрубочки”. Кроме того отполюсов отходит группа радиальных микротрубочек, образуя вокруг них как бы“лучистое сияние” - это астральные микротрубочки.По общей морфологии митотические фигуры делятся на два типа:астральный и анастральный (рис.
303).Астральный тип веретена (или конвергентный) характеризуется тем, что егополюса представлены небольшой зоной, к которой сходятся (конвергируют)микротрубочки. Обычно в полюсах астральных веретен располагаютсяцентросомы, содержащие центриоли. Хотя известны случаи бесцентриолярныхастральных митозов (при мейозе некоторых беспозвоночных). От полюсовкроме того расходятся радиальные микротрубочки, не входящие в составверетена, а образующие звездчатые зоны – цитастеры. В целом же такой типмитотического веретена напоминает скорее гантель (рис.
303а).Анастральный тип митотической фигуры не имеет на полюсах цитастеров.Полярные области веретена здесь широкие, их называют полярнымишапочками, в их состав не входят центриоли. Волокна веретена в данном случаене отходят от одной точки, а расходятся широким фронтом (дивергируют) отвсей зоны полярных шапочек. Этот тип веретена характерен для делящихсяклеток высших растений, хотя иногда встречается и у высших животных.
Так,например, в раннем эмбриогенезе млекопитающих при делении созреванияооцита и при I и II делении зиготы наблюдаются бесцентриолярные(дивергентные) митозы. Но уже начиная с третьего клеточного деления и во всехпоследующих, клетки делятся при участии астральных веретен, в полюсахкоторых всегда обнаруживаются центриоли.В целом же для всех форм митоза общими структурами остаютсяхромосомы с их кинетохорами, полярные тельца (центросомы) и волокнаверетена.393Центромеры и кинетохорыЦентромеры, как участки связывания хромосом с микротрубочками, могутиметь различнуюлокализацию подлине хромосом.
Так встречаютсяголоцентрические центромеры, когда микротрубочки связываются по длиневсей хромосомы (некоторые насекомые, нематоды, некоторые растения) имоноцентрические центромеры, где микротрубочки связаны с хромосомами водном участке (рис. 304). Моноцентрические центромеры могут бытьточечными (например у некоторых почкующихся дрожжей), когда к кинетохоруподходит всего лишь одна микротрубочка, и зональными, где к сложномукинетохору подходит пучок микротрубочек. Несмотря на разнообразие зонцентромер, все они связаны со сложной структурой кинетохора, имеющегопринципиальное сходство строения и функций у всех эукариот.Проще всего строение моноцентрического кинетохора у клеток пекарскихдрожжей (Saccharomyces cerevisiae).
Он связан со специальным участком ДНКна хромосоме (центромерный или СЕN-локус). Этот участок состоит из трехэлементов ДНК: СDЕ I, СDЕ II, СDЕ III. Интересно, что последовательностинуклеотидов в СDЕ I и СDЕ III – очень консервативны и сходны с таковыми удрозофиллы. Участок СDЕ II – может быть разной величины, и обогащен А-Тпарами. За связь с микротрубочками у S. cerevisia отвечает участок СDЕ III ,взаимодействующий с целым рядом белков.Зональные центромеры состоят из многократно повторяющихся СЕNлокусов,обогащенныхучасткамиконститутивногогетерохроматина,содержащего сателлитную ДНК, связанную с кинетохорами.Кинетохоры – специальные белковые структуры, большей частьюрасполагающиеся в зонах центромер хромосом (рис. 304).
Кинетохоры лучшеизучены у высших организмов. Кинетохоры – это сложные комплексы,состоящие из многих белков. Морфологически они очень сходны, имеютодинаковое строение, начиная от диатомовых водорослей, кончая человеком.Кинетохоры представляют собой трехслойные структуры (рис. 305): внутренний394плотный слой, примыкающий к телу хромосомы, средний рыхлый слой, ивнешний плотный слой. От внешнего слоя отходят множество фибрилл, образуят.н. фиброзную корону кинетохора (рис. 306).В общей форме кинетохоры имеют вид пластинок или дисков, лежащих взоне первичной перетяжки хромосомы, в центромере.
На каждую хроматиду(хромосому) обычно приходится по одному кинетохору. До анафазы кинетохорына каждой сестринской хроматиде располагаютсяоппозитно, связываяськаждый со своим пучком микротрубочек. У некоторых растений кинетохоримеет вид не пластинок, а полусфер.Кинетохорыпредставляютсобойсложныекомплексы,гдекромеспецифической ДНК участвует множество кинетохорных белков (СЕNР-белки)(рис. 307). В участкецентромеры хромосомы под трехслойным кинетохоромрасположен участок гетерохроматина, обогащенного α-сателлитной ДНК.
Здесьже обнаруживается ряд белков : СЕNР-В,который связывается с α- ДНК,МСАК – кинезино подобный белок и белки, ответственные за спариваниесестринских хромосом (когезины). Во внутреннем слое кинетохора обнаружентакже ряд белков: СЕNР-А, вариант гистона Н3, который, вероятно, связываетсяс СDЕ II участком ДНК, СЕNР-G, связывающийся с белками ядерного матрикса,консервативный белок СЕNР-С, с неизвестной пока функцией. В среднемрыхлом слое обнаружен белок 3F3/2, который , вероятно, как-то регистрируетнатяжение пучков микротрубочек.Во внешнем плотном слое кинетохора обнаружены белки СЕNР-Е и СЕNРF, участвующие в связывании микротрубочек.
Кроме того, здесь обнаруженыбелки семейства цитоплазматических динеинов.Функциональная роль кинетохоров заключается в связывании между собойсестринских хроматид, в закреплении митотическихмикротрубочек,врегуляции разъединения хромосом и в собственно движении хромосом во времямитоза при участии микротрубочек.395К кинетохорам подходят микротрубочки, растущие от полюсов, отцентросом. Минимальное их число у дрожжей – одна микротрубочка на каждуюхромосому. У высших растений это число достигает 20-40. В последнее времяудалось показать, что сложные кинетохоры высших организмов представляютсобой структуру, состоящую из повторяющихся субъединиц, каждая из которыхспособна образовывать связи с микротрубочками (рис.
308). По одной измоделей строения центромерного участка хромосомы (Зинковски, Мейне,Бринкли, 1991) предложено, что в интерфазе на специфических участках ДНКрасположены субъединицы кинетохора, содержащие все характерные белки. Помере конденсации хромосом в профазе эти субъединицы группируются такимобразом, что создается зона, обогащенная этими белковыми комплексами –кинетохор.Кинетохоры, белковые в общем структуры, удваиваются в S-периоде,параллельно удвоению хромосом.
Но их белки присутствуют на хромосомах вовсех периодах клеточного цикла (таб. ).Динамика митозаВо многих разделах данной книги мы уже касались поведения различныхклеточных компонентов (хромосом, ядрышек, ядерной оболочки и др.) приклеточном делении. Но вернемся кратко к этим важнейшим процессам, чтобыразобраться в них уже в целом.У клеток, вступивших в цикл деления, фаза собственно митоза, непрямогоделения, занимает относительно короткое время, всего около 0,1 времениклеточного цикла.
Так, у делящихся клеток меристемы корней интерфаза можетсоставлять 16-30 ч, а митоз занимать всего 1-3 ч. Цикл эпителиальных клетоккишечника мыши длится около 20-22ч, на митоз же приходится всего 1 ч. Придроблении яйцеклеток весь клеточный период, включая митоз, может бытьменьше часа.Процесс митотического деления клеток принято подразделять на несколькоосновных фаз: профаза, прометафаза, метафаза, анафаза, телофаза (рис. 309396314). Границы между этими фазами установить точно очень трудно, потому чтосам митоз представляет собой непрерывный процесс и смена фаз происходиточень постепенно: одна их них незаметно переходит в другую.
Единственнаяфаза, которая имеет реальное начало, это анафаза - начало движения хромосом кполюсам. Длительность отдельных фаз митоза различна, наиболее короткая повремени анафаза (табл. ).Длительность фаз митозаОбъектКлетки саркомыИосидаКлеткикультурыПродолжительность (в мин)профазаметафазаанафазателофаза14314216-158-149-2640201211040-6510-3012-2240-75селезенки 20-35мышиКлеткиэндосперма горохаКлеткиэндосперма ирисаОпределяется время отдельных фаз митоза лучше всего при прямомнаблюдении за делением живых клеток в специальных камерах. Зная времямитоза, можно рассчитать длительность отдельных фаз по проценту ихвстречаемости среди делящихся клеток.Профаза. Уже в конце G2-периода в клеткеначинают происходитьзначительные перестройки.
Точно определить, когда наступает профазаневозможно. Лучшим критерием для начала этой фазы митоза может служитьпоявление в ядрах нитчатых структур – митотических хромосом.Этомусобытию предшествует повышение активности фосфорилаз, модифицирующихгистоны, и, в первую очередь, гистон Н1. В профазе сестринские хроматидысвязаны друг с другом бок о бокс помощью белков-когезинов, которыеобразуют эти связи еще в S-периоде, во время удвоения хромосом.
К поздней397профаза связь между сестринскими хроматидами сохраняется только в зонекинетохоров. В профазных хромосомах уже можно наблюдать зрелыекинетохоры, которые не имеют никаких связей с микротрубочками.Конденсация хромосом в профазном ядре совпадает с резким уменьшениемтранскрипционной активности хроматина, которая полностью исчезает ксередине профазы. В связи с падением синтеза РНК и конденсацией хроматинапроисходитинактивацияиядрышковыхгенов.Приэтомотдельныефибриллярноые центры сливаются так, что превращаются в ядрышкообразующие участки хромосом, в ядрышковые организаторы. Большая частьядрышковых белков диссоциирует и в свободном виде встречается в цитоплазмеклетки или связывается с поверхностью хромосом.Одновременно с этим происходит фосфорилирование ряда белков ламины,ядерной оболочки, которая распадается.
При этом теряется связь ядернойоболочки с хромосомами. Затем ядерная оболочка фрагментируется на мелкиевакуоли, а поровые комплексы исчезают.Параллельно этим процессам происходит активация клеточных центров. Вначале профазы разбираются микротрубочки в цитоплазме и начинается бурныйрост множества астральных микротрубочек вокруг каждой из удвоившиесядиплосом (рис. 310). Скорость роста микротрубочек в профазе почти в два разавыше роста интерфазных микротрубочек, но лабильность их в 5-10 раз вышецитоплазматических. Так если время полужизни микротрубочек в цитоплазмесоставляет около 5 мин, то во время первой половины митоза – всего лишь 15секунд.Здесьещевбольшейстепенипроявляетсядинамическаянестабильность микротрубочек.
Все микротрубочки, отходящие от центросом,растут вперед своими (+)-концами.Активированные центросомы – будущие полюса веретена деления –начинают расходиться друг от друга на некоторое расстояние. Механизм такогопрофазного расхождения полюсов заключается в следующем: идущие навстречудруг другу антипараллельные микротрубочки взаимодействуют между собой,398что приводит к их большей стабилизации и расталкиванию полюсов (рис. 315).Это происходит за счет взаимодействия с микротрубочками динеино-подобныхбелков, которые в центральной части веретена выстраивают межполюсныемикротрубочки параллельно друг другу.
Одновременно с этим продолжается ихполимеризацияирост,которыесопровождаютсяодновременносихрасталкиванием в направлении к полюсам за счет работы кинезино-подобныхбелков (рис. 316). В это время при образовании веретена микротрубочки скинетохорами хромосом еще не связаны.В профазе одновременно с разборкой цитоплазматических микротрубочекпроисходит дезорганизация эндоплазматического ретикулума (он распадается намелкие вакуоли, лежащие по периферии клетки) и аппарата Гольджи, которыйтеряетсвоюоколоядернуюлокализацию,распадаетсянаотдельныедиктиосомы, без порядка разбросанные в цитоплазме.Прометафаза.Послеразрушенияядернойоболочкимитотическиехромосомы без особого порядка лежат в зоне бывшего ядра. В прометафазеначинается их движение и перемещение, которое в конечном итоге приведет кобразованию экваториальной хромосомной “пластинки”, к упорядоченномурасположению хромосом в центральной части веретена уже в метафазе.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
