Ядерный аппарат эукариотической клетки.

Ядро - это самый основной и крупный органоид эукариотической клетки. Оно было открыто в 1831 году Р. Броуном в растительной клетке, а в животной - в 1838 году Т. Шванном. Ядро встречается во всех эукариотических клетках, за исключением зрелых эритроцитов и сформированных ситевидных клетках флоэмы у растений. Большинство эукариотических клеток бывают одноядерные, но встречаются двух ядерные (инфузории), многоядерные (мышечные и печеночные клетки). Форма и размеры ядра зависят от формы и функциональной способности клетки. Ядро состоит из 4 частей:

1.Ядерная оболочка (нуклеоплазма, кариолимфа).

2.Ядерный сок.

3.Хроматин (хромосомы).

4.Ядрышки.

При изучении ядра под электронным микроскопом видно, что ядерная оболочка двух мембранная. Каждая мембрана имеет такое же строение как плазмолемма. Толщина ее 8 нм, расстояние между ними 30 нм. Обе мембраны пронизаны порами, число которых прямо пропорционально размеру и функциональной активности ядра. Ядерная оболочка выполняет следующие функции

1.Отграничивает содержимое ядра от цитоплазмы.

2.Защищает наследственный материал.

3.Участвует в обмене веществ между цитоплазмой и ядром.

Ядерный сок- это внутренняя среда ядра, играющая важную роль в хранении и передачи наследственной информации из поколения в поколение. Нуклеоплазма имеет такую же вязкость, как и гиалоплазма, но кислотность выше. В своем составе содержит различные белки, углеводы, ферменты, нуклеиновые кислоты, субъединицы рибосом и минеральные соли.

В ядерном соке происходят следующие процессы:

1.Транскрипция - первый этап биосинтеза белка.

2 Синтез большой и малой единиц рибосом.

3.Редупликция ДНК - удвоение ДНК.

4.Коньюгация и кроссинговер хромосом.

Ядрышки - структуры, где происходит образование большой и малой субъединиц рибосом. Ядрышек в клетке бывает от 1 до 10. Сами ядрышки образуются в ядрышковых организаторах - во вторичных перетяжках хромосом (в 13-15 и 21-22 парах хромосом у человека). Ядрышко - это шаровидное образование, в котором можно выделить два участка: фибриллярный и зернистый. Фибриллярный состоит из белков и предшественников р- РНК. Из них постепенно формируется зернистый участок, представляющий комплекс зрелых р -РНК и протеина. Затем из этих зернистых компонентов формируются субъединицы рибосом.

Хроматин - это интерфазная форма хромосом, представляющая собой клубок полинуклеотидных нитей ДНК, которую можно увидеть только между делениями клетки в электронном микроскопе. Во время деления наследственный материал представлен хромосомами (рис.4).Название этих структур произошло от греческих слов "хрома" - краска, "сома" - тело. Этот термин был предложен В. Вальдейером в 1888 году. Хромосомы, спирализуясь во время деления, после окраски специальными красителями становятся видимыми даже в световой микроскоп. Наиболее спирализированные участки окрашиваются более интенсивно и называются гетерохроматином, а деспирализированные участки окрашиваются плохо и называются эухроматином. В функциональном отношении эухроматин более активен по сравнению с гетерохроматином. В состав хромосом входят 40% - ДНК, 40% особых белков - гистонов, а остальные 20% составляют РНК, липиды, ионы металлов кальция и магния и фермент ДНК-полимераза.

Рис.5.Строение хромосом.

А-тип хромосом: 1- акроцентрическая, 2- субметацентрическая, 3 - метацентрическая;

Б.В – тонкое строение хромосом: 1- центромера, 2 – ДНК, 3- хроматиды, 4- ядрышковый организатор.

Количество и качество хромосом у разных биологических видов различаются. А хромосомный набор каждого биологического вида не изменяется из поколения в поколение, например, в клетках человека - 46, в клетках обезьян - 48,в клетках мухи дрозофилы - 8, в клетках аскариды - 2. Это явление называется правилом постоянства хромосом. Совокупность хромосом, схожих по размеру, форме и имеющих постоянный диплоидный набор, характерный одному определенному биологическому виду, называется кариотипом. В соматических клетках любого организма наблюдается диплоидный - парный набор хромосом (2n), вгаметах хромосом вдвое меньше - гаплоидный - непарный (n). Это правило называется правилом парности хромосом.В кариотипе каждая хромосома имеет себе подобную пару - гомологичную хромосому. Хромосомы другой пары отличаются по размеру и форме и поэтому называются негомологичными. Это свойство хромосом называется правилом индивидуальности хромосом.Индивидуальность и постоянное число хромосом в каждом биологическом виде сохраняется и передается из поколения в поколение. Так как это явление происходит беспрерывно, оно было названо правилом непрерывности.

Тонкое изучение хромосомы показало, что она состоит из перетяжки - центромеры (кинетохор) и двух плеч, каждое из которых состоит из 2 хроматид, представляющих нити ДНК. После редупликации каждая нить удваивается и образуются две хромонемы (рис.5.).

Хромосомы кариотипа различаются:

1.По размеру, который зависит от величины молекулы ДНК. Схема изображения хромосом кариотипа, разложенных попарно в порядке убывающей величины, называется идиограммой. Составление идиограмм, так же как и сам термин, было предложено С.Г.Навашином. По международной классификации каждая пара хромосом обозначается номерами и группами. Половые хромосомы - последняя пара хромосом, указывающая на пол организма (хх - женщина, ху - мужчина) не номеруется. Все остальные хромосомы, которые называются аутосомами, делятся на 7 групп (рис.6.).

А - 1-3 пары хромосом;

В - 4, 5 пары;

С - 6-12 пары;

Д - 13-15 пары;

Е - 16-18 пары;

F - 19,20;

G - 21,22

Рис.6. Кариотип человека: справа – женщины, слева – мужчины.

2.По форме, которая зависит от расположения первичной перетяжки:

- метацентрические - равноплечие (центромера располагается посередине).

- субметацентричесиея – неравноплечные (центромера смещена к одному из концов).

- акроцентричесие - палочковидные (центромера располагается на одном конце).

- спутниковые - на конце хромосом формируются отдельные фрагменты.

3.По наличию вторичных перетяжек - ядрышковых организаторов. К ним относятся 13,14,15,21 и 22 пары хромосом.

4.Набором генов. Т.Морган вывел хромосомную теорию, согласно которой каждая хромосома кариотипа имеет свой уникальный набор генов, каждый из которых имеют свое определенное место - локус. Гомологичные хромосомы имеют одинаковый набор генов, поэтому они взаимозаменяемы. Но они имеют разное происхождение. В паре гомологичных хромосом одна из них является материнской, а другая отцовской. Пара генов, отвечающих за одну пару признаков и находящихся в одинаковых локусах гомологичных хромосом, называются аллельными генами. Гены, определяющие разные признаки и лежащие в одинаковых локусах негомологичных хромосом или в разных локусах гомологичных хромосом образуют разные аллели и называются неаллельными.

В природе встречаются виды (грибы, водоросли и одноклеточные животные), у которых гомологичные пары представлены одной хромосомой. Влияние вредных факторов среды может вызвать различные хромосомные мутации, в результате которых может отсутствовать одна из двух гомологичных хромосом ( Синдром Тернера-Шершевского - отсутствие одной хромосомы в половой паре) или появиться одна дополнительная хромосома (Синдром Патау - 13-15 парах, синдром Эдварса - 18 паре, синдром Дауна - в 21 паре и Синдром Клайнфельтера - в половой паре).

Основные термины и понятия:

Симбиоз - взаимовыгодное сожительство

Инвагинация - впячивание

Нуклеоид - кольцевидная ДНК прокариотической клетки.

Плазмодесмы - белковые каналы, соединяющие две соседние растительные клетки

Коннексоны - белковые каналы, соединяющие две соседние животные клетки

Облегченная диффузия - перенос веществ из раствора с высокой концентрацией в раствор с низкой, осуществляемый с помощью переносчиков.

Фагоцитоз - поглощение твердых частиц, идущий с поглощением энергии

Пиноцитоз - поглощение растворенных веществ, идущее с затратой энергии

Гиалоплазма - жидкая часть цитоплазмы.

Автолиз - растворение отмерших клеток и частей тела.

Гликолиз - бескислородное расщепление глюкозы, осуществляемое в гиалоплазме.

Эргастоплазма - участок наиболее активного синтеза белка.

Пептидазы - ферменты, расщепляющие белки.

Липазы - ферменты, расщепляющие жиры.

Карбогидразы - ферменты, гидролизирующие ферменты.

Конформация – изменение определенной формы

Коэффициент седиментации - скорость оседания органоидов при центрифугировании.

Коньюгация - сближение гомологичных хромосом, которое происходит в профазе I редукционного деления мейоза.

Кроссинговер - обмен одинаковых локусов гомологичных хромосом в мейозе

Центромера - первичная перетяжка хромосомы.

Гетерохроматин - неактивная часть хромосомы, хорошо окрашиваемая красками.

Эухроматин - плохо окрашиваемая активная часть хромосомы.

Аутосомы - набор хромосом без половой пары

Геном - гаплоидный набор хромосом.

Ядрышковый организатор - вторичная перетяжка хромосомы

Мутации - внезапные, естественные или вызванные искусственно наследуемые изменения генетического материала.

Контрольные вопросы:

1.Чем отличается эукариотическая клетка от прокариотической?

2.Что такое гистоны?

3.Какие органоиды присутствуют в прокариотической клетке?

4.Есть ли наследственный материал в бактериальной клетке и как он называется?

5.В чем сущность гипотезы симбиоза и инвагинации?

6.Какие органоиды можно изучать только с помощью электронного микроскопа?

7.В чем отличительная особенность белковых молекул плазмолеммы?

8.Как транспортируются аминокислоты и сахара?

9.Какие функции выполняет аппарат Гольджи?

10.Какой органоид выполняет санитарную функцию в клетке?

11.Какие органоиды называются полуавтономными и почему?

12.Чем отличаются прокариотичские рибосомы от эукариотических?

13.В каких клетках отсутствует клеточный центр?

14.Раскажите о строении жгутиков и ресничек?

15.Что такое кариотип?

16.Что такое идиограмма и для чего она необходима?

17.Дать определение аллельным и неаллельным генам.

18.Какие виды хромосом бывают?

19.В каких хромосомах человека находятся ядрышковые организаторы?

20.В чем причина появления синдрома Дауна?

Тесты:

1.Кто из ученых предложил жидкостно-мозаичную модель плазмолеммы?

А.Давсон и Даниелли (1935)

В.Сингер и Николсон (1972)

С.Робертсон (1959)

Д.Броун (1831)

2.Кто открыл рибосомы?

А.Гольджи (1898)

В.Пуркинье (1830)

С.Вальдейер (1888)

Д.Палладе (1955)

3.Что обозначает значение 30S малой субъединицы и 50S большой субъединицы рибосомы?

А.Количество р-РНК

В.Размер рибосомы

С.Коэффициент седиментации

Д.Количество белка в рибосоме

4.Какой органоид участвует в синтезе клеточной мембраны, лизосом и углеводов?

А.Ядро

В.Вакуоль

С.Аппарат Гольджи

Д.Рибосомы

5.Что накапливается в амилопластах?

А.Белок

В.Крахмал

С.Жиры

Д.Витамины

6.Что является структурно-функциональной единицей пластид?

А.Кристы

В.Тиллакоиды

С.Хлорофилл

Д.Ламеллы

7.Какая мембрана придает растительной клетке определенный объем?

А.Гликокаликс

В.Плазмолемма

С.Клеточная стенка

Д.Ядерная оболочка

8.От чего зависит количество митохондрий в клетке?

А.От уровня развития организма

В.От размеров клетки

С.От функциональной активности клетки

Д.От всех указанных условий

9.В какой структуре клетки происходит гликолиз?

А.В цитоплазме

В.В матриксе

С.В строме

Д.В гиалоплазме

10.Какие органоиды относятся к двухмембранным?

А.Аппарат Гольджи, ЭПС, пластиды

В.Лизосомы, вакуоль, ядро

С.Митохондрии, пластиды, ядро

Д.Клеточный центр, митохондрии, ЭПС

11.Какие пластиды запасают питательные вещества?

А.Хлоропласты

В.Лейкопласты

С.Хромопласты

Д.Амилопласты

12.Какие белки переносят питательные вещества, энергию и информацию в клетке?

А.Интегральный

В.Спиральный

С.Периферический

Д.Центральный

13.Какой коэффициент седиментации имеет эукариотическая клетка?

А.80S

В.З0S

С.70S

Д.50S

14.Сколько пар центриоль находятся в половых клетках обезьяны?

А.Одна

В.Две

С.Три

Д.В половых клетках центриоли отсутствуют

15.Сколько хромосом в геноме человека?

А.46

В.23

С.92

Д.22

16.Чем обусловлен синдром Клайнфельтера?

А.Появлением дополнительной хромосомы в 13-15 парах

В.Уменьшением хромосом в 18 паре

С.Увеличением хромосом в 21 паре

Д.Увеличением хромосом в 23 паре

17.Из чего состоит фибриллярный участок ядрышек?

А.Белки и предшественники р-РНК

В.Протеины и зрелые р-РНК

С.Углеводы и предшественники р-РНК

Д.Липиды и зрелые р-РНК

18. Что такое кроссинговер?

А.Сближение гомологичных хромосом

В.Обмен одинаковых локусов гомологичных хромосом

С.Удвоение хромосом

Д.Увеличение количества хромосом

19.Чему равны коэффициенты седиментации малой и большой субъединиц эукариотической рибосомы?

А.30 S и 50S

В.40S и 60S

С.50S и 80S

Д.40S и 70S

20.Как называется одноплечая хромосома?

А.Метацентрическая

В.Акроцентрическая

С.Спутниковая

Д.Субметацентрическая

Литература:

1.В.Н.Ярыгин и др. Биология. М: Высшая школа, 2007.

2.Т.Л.Богданова, Е.А. Солодова. Биология. М: АСТ-ПРЕСС школа, 2004.

3.И.Э.Алькамо. Биология. М: АСТ-АСТРЕЛЬ, 2002.

4.Л.В.Высоцкая и др. Общая биология. М: Просвещение, 2001.

.