Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 64
Текст из файла (страница 64)
В течение этой стадии хромосомы уплотняются, ядерная оболочка разрушается и образуется митотическое веретен о деления из микротрубочек и прочих белков. Уплотненные митотические хромосомы улавливаются митотическим веретеном, и по одному полному набору хромосом затем подтягивается к обоим концам клетки, при этом все пары дочерних хромосом разделяются. Ядерная оболочка вновь образуется вокруг каждого набора хромосом, и на заключительном этапе М-фазы клетка делится на две дочерние клетки.
Ббльшая часть времени клеточного цикла расходуется на интерфазу; М-фаза в сравнении с нею краткая и во многих клетках млекопитающих занимает лишь около часа. точного разделения удвоенных хромосом митотическим веретеном деления, о чем еше будет сказано подробнее в главе (7. В течение тех этапов клеточного цикла, когда клетка не делится, хромосомы разворачиваются, и большая часть их хроматина пребывает в ядре в виде сплете ния длинных тонких нитей, так что нельзя явно различить отдельные хромосомы (рис. 4.20, б).
(ь(ы будем называть хромосомы в таком развернутом состоянии Рис. 4.20. Сравнение развернуюго интерфазного хроматина с хроматином в митотической хромосоме. О)Микро- фотоснимок митотической хромосомы, полученный на растровом электронном микроскопе: уплотненная удвоенная хромосома, в которой две новые хромосомы все еще соединены друг с другом (см. рис. 4.21). Стянутая Область отражает положение центромеры, описанной на рис. 4.21, б) Электронный микрофотоснимок, показывающий гигантское сплетение хроматина, вьжодящего из лизированного интерфазного ядра. Обратите внимание на различие в масштабах. (Изображениее а любезно предоставлено телу О.
Авеп; б — получено с благосклонною позволения аксона Гое.) а) 1 мкм 10 мюи иитерфизными хромосомами. Поскольку клетки проводят больпгую часть своего времени в интерфазе, и именно в этот период их генетическая информация считы вается, хромосомы представляют наибольший интерес для цитобиологов именно тогда, когда они наименее различимы. 4.2.6. Кансдал влолеиула ДИК, ноторан образует линейную хромосому, ДОЛжма СОДЕРНСатгх ЦЕНТРОВЛЕРУг ДНЕ ТЕЛОВЛЕРЬГ И ТОЧКУ Немана реллинации Хромосома работает как обособленная структурная единица: для того чтоб>ы при делении клетки копия передавалась каждой дочерней клетке, все хромосомы должны реплицироваться, а недавно реплицированные копии — разделяться и пра вильно распределяться по двум дочерним клеткам. Эти основополагающие функции управляются тремя типами специализированных последовательностей нуклеотидов в Д11К, каждая из которых связывает специфические белки, что направляют ма шины, которые реплицируют и разводят хромосомы (р>гс.
4.2!). В ходе экспериментов над дрожжами, хромосомы которых относительно малы и легко поддаются манипуляциям, были идентифицированы минимальные элементы последовательности ДПК, отвечающие за каждую из этих функций. Последова тельность нуклеотидов одного типа служит точкой начала репликации, или сайтом инициации репликации (гер!гсаВоп опя1п), Д11К вЂ” здесь начинается удвоение ДПК. Хромосомы эукариот содержат много точек начала репликационных вилок, что позволяет гарантировать быструю репликацик> всей хромосомы в целом; зто обсуждается подробно в главе 5.
МИТОЗ ИНТЕРФАЗА :>тейве.з ' часть ~ митотического веретена дочерние хромосомы в отдельных клетках Рис. 4.21. Три последовательности дНК, необходимые для воспроизводства хромо омы ри,— для ее репликации и, далее, расхождения в митозе. Каждая хромосома имеет множество точек начала репликации, одну центромеру и две теломеры. Здесь показана цепь событий, которые типичная хромосома проходит за один клеточный цикл.
ДНК реплицируется в интерфазе, начиная с точек начала репликации и продвигаясь от них в двух направлениях через всю хромосому. В М фазе центромера прикрепляет удвоенные хромосомы к митотическому веретену деления, с тем чтобы каждая из дочерних клеток получила по одной копии всех хромосом во время митоза. Вдобавок к зтому центромера помотает удерживать удвоенные хромосомы вместе до тех пор, пока они не будут готовы к расхождению. Теломеры формируют специальные колпачки на обеих концах хромосомы 4.2. Хромосомная ДНК и ее упаковка в хроматиновое волокно 323 После репликации две дочерние хромосомы остаются соединенными друг с другом и, по мере продвижения клеточного цикла, еще более уплотняются и преобразуются в митотические хромосомы. Наличие второй специализированной последовательности ДНК, названной центромерой, позволяет в момент деления клетки затянуть в каждую дочернюю клетку по одной копии каждой дублированной и уплотненной хромосомы.
При центромере образуется белковый комплекс, называемый кинетохором, который прикрепляет удвоенные хромосомы к митотическому веретену деления, что позволяет оттянуть их друг от друга (обсуждение — в главе 17). Третья специализированная последовательность ДНК образует теломеры, то есть концы хромосомы. Теломеры содержат повторяющиеся последовательности нуклеотидов, которые обеспечивают эффективную репликацию концов хромосом. Теломеры исполняют также и другую функцию: повторные последовательности теломерной ДНК вместе с областями, примыкающими к ним, формируют структуры, которые защищают конец хромосомы от того, чтобы быть ошибочно признанным клеткой за разорванную молекулу ДНК при оценке клеткой необходимого объема ремонта.
Как восстановление такого рода, так и структуру, и функцию теломер мы обсудим в главе 5. В клетках дрожжей последовательности этих трех типов, необходимые для приумножения хромосом, относительно коротки (обычно не более! 000 пар оснований каждая) и поэтому занимают лишь ничтожную долю информационной емкости хромосомы. Хотя последовательности теломер довольно просты и малы у всех эукариот, последовательности ДНК, которые образуют центромеры и точки начала репликации в более сложных организмах, намного длиннее своих аналогов у дрожжей. Напри.
мер, эксперименты показывают, что центромеры человека содержат до 100 000 пар нуклеотидов и не обязательно требуют отрезка ДНК с заданной последовательностью. Вместо этого, о чем мы еще расскажем в этой главе, они, по-видимому, состоят из большой регулярно повторяющейся структуры типа белок нуклеиновая кислота, которая передается по наследству при репликации хромосомы. 4.2.7. В хромосомах молекулы ДИК сильно уплотнены Все относящиеся к эукариотам организмы имеют специальные способы упа ковки ДНК в хромосомы.
Например, если 48 миллионов пар нуклеотидов ДНК, составляющих хромосому 22, вытянуть в виде одной длинной правильной двойной спирали, то молекула простиралась бы приблизительно на 1,5 см от одного конца до другого, Но во время митоза хромосома 22 составляет в длину лишь около 2 мкм (см. рис. 4.10 и 4.1!), что соответствует степени уплотнения по всей длине почти в 1О 000 раз. Эта достойная восхищения степень уплотнения достигается работой белков, которые последовательно сматывают и укладывают ДНК на все более и более высоких уровнях организации. Хотя ДНК интерфазных хромосом человека значительно менее уплотнена, чем мнтотические хромосомы, она все же достаточно плотно упакована: общая степень уплотнения составляет приблизительно 500 раз (длина спирали хромосомной ДНК делится на полную длину этой хромосомы).
При чтении этих пунктов важно иметь в виду, что структура хромосомы сама по себе динамична. Мы узнали, что все хромосомы уплотняются до необычайной степени в М-фазе клеточного цикла. Намного менее наглядным явлением, но представляющим огромный интерес и значение, является то, как определенные области интерфазных хромосом разуплотняются, когда клетка получает доступ к опреде ленным последовательностям ДНК для экспрессии генов, репарации и репликации ДНК, — и затем вновь уплотняются по завершении этих процессов. Поэтому упа- М4,; "..:; Чаотв 2;:,~МНОамзяаууайГЭМС21аЕ:а1аааНИав4згз ковка хромосом осуществляется таким способом, который допускает возможность быстрого локального доступа к ДНК по требованию клетки. В следующих пунктах мы рассматриваем специализированные белки, благодаря которым и осуществляется упаковка такого типа.
4.2.8, Основная структурная единица хромосоэлы эукариот— нуклеосоэла Белки, которые связываются с ДНК и образуют хромосомы эукариот, тради ционно подразделяют на два обгцих класса: гистоны и негистоновые хромосомные белки. Комплекс белков обоих классов с ядерной ДНК клеток эукариот известен как хроматин. Гистоны присутствуют в клетке в столь огромных количествах (при близительно 60 миллионов молекул каждого типа в одной клетке человека), что их полная масса в хроматине практически равна массе ДНК. Гистоны отвечают за первый и стоящий в самом основании уровень упаковки хромосомы — иуклеосому, представляющую собой комплекс белок — ДНК, кото рый был открыт в 1974 г.
Когда интерфазные ядра вскрывают очень бережно и их содержимое исследуют под электронным микроскопом, бблыная часть хроматина находится в форме волокна с диаметром приблизительно 30 нм (рис. 4.22, а). Если такой хроматин подвергнуть обработке различными методами, в результате которых он частично разворачивается, то его можно наблюдать под электронным микроско пом в виде ряда <бусин на нити» (рис. 4.22, б).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
