 |
4. Строение и функции ядра клеток по данным световой и электронной микроскопии
|
|
|
|
4. Строение и функции ядра клеток по данным световой и электронной микроскопии
Ядро (nucleus) — структура, обеспечивающая хранение и реализацию наследственной (генетической ) информации, регуляцию синтеза белков.
Ядро обеспечивает две группы общих функций: а) хранение и передача генетической информации дочерним клеткам при делении; б) использование генетической информации в процессе синтеза белков.
Ядро является не только вместилищем генетического материала, но и местом, где этот материал функционирует и воспроизводится. Вот почему нарушение любой из перечисленных выше функций ядра ведет к гибели клетки.
Структура и химический состав
Ядро состоит из хроматина (хромосом), ядрышка, ядерного белкового остова (матрикса), нуклеоплазмы (кариоплазмы) и ядерной оболочки, отделяющей ядро от цитоплазмы. Электронно-микроскопически также различают перихроматиновые, межхроматиновые, интерхроматиновые гранулы и фибриллы.
Хроматин
При наблюдении живых или фиксированных клеток внутри ядра выявляются зоны плотного вещества, которые хорошо воспринимают разные красители, особенно основные.
В состав хроматина входит ДНК в комплексе с белками. В неделящихся (интерфазных) клетках хроматин, выявляемый в световом микроскопе, может равномерно заполнять объем ядра или же располагаться отдельными глыбками. Это связано с тем, что в интерфазном состоянии хромосомы теряют свою компактную форму, разрыхляются, или деконденсируются. Степень такой деконденсации хромосом может быть различной. Зоны полной деконденсации хромосом и их участков морфологи называют эухроматином.
|
|
|
При неполном разрыхлении хромосом в интерфазном ядре видны участки конденсированного хроматина, называемого гетерохроматином . Степень деконденсации хромосомного материала — хроматина в интерфазе отражает функциональное состояние ядра клетки. Чем больший объем ядра занимает эухроматин, тем интенсивнее в нем протекают синтетические процессы. Максимально конденсирован хроматин во время митотического деления клеток, когда он обнаруживается в виде плотных телец — хромосом
Наблюдения за структурой хроматина с помощью электронного микроскопа показали, что как в препаратах выделенного интерфазного хроматина или выделенных митотических хромосом, так и в составе ядра на ультратонких срезах всегда видны элементарные хромосомные фибриллы.
На долю белков хроматина приходится 60—70 % сухой массы. К ним относятся гистоны и негистоновые белки. Негистоновые белки составляют лишь 20 % от количества гистонов. Гистоны — щелочные белки, обогащенные основными аминокислотами (главным образом лизином и аргинином). Они обеспечивают специфическую укладку хромосомной ДНК и участвуют в регуляции транскрипции. Гистоны расположены по длине молекулы ДНК в виде глобул. В один такой блок входят 8 молекул гистонов. Нить ДНК делает около двух оборотов вокруг гистоновых молекул. Весь этот комплекс (ДНК-гистоны) образует нуклеосому. Размер нуклеосомы около 10 нм.
При образовании нуклеосом происходит компактизация, или сверхспирализация, ДНК, что приводит к укорочению.
Между соседними нуклеосомами располагается связующий (линкерный ) участок ДНК, который также соединен с молекулой гистона. Таким образом хромосомная фибрилла приобретает вид нити, бус, где каждая бусина (нуклеосома) — гистоны, связанные с участком ДНК.
Негистоновые белки интерфазных ядер образуют ядерный матрикс , представляющий собой основу, определяющую морфологию и метаболизм ядра. После извлечения ДНК, гистонов, РНК и других растворимых компонентов ядра остается фиброзная ядерная пластинка (ламина), подстилающая ядерную оболочку, и внутриядерная сеть, к которой крепятся фибриллы хроматина.
|
|
|
Ядрышко
Практически во всех живых клетках эукариотических организмов в ядре видно одно или несколько обычно округлой формы телец величиной 1—5 мкм, сильно преломляющих свет, — это ядрышко , или нуклеола. К общим свой ствам ядрышка относится способность хорошо окрашиваться различными красителями, особенно основными. Такая базофилия определяется тем, что ядрышки богаты РНК. Ядрышко — самая плотная структура ядра — является участком хромосомы, одним из ее локусов с наиболее высокой концентрацией и активностью синтеза РНК в интерфазе.
Образование ядрышек и их число связаны с активностью и числом определенных участков хромосом — ядрышковых организаторов, которые расположены большей частью в зонах вторичных перетяжек.
Ядрышко неоднородно по своему строению: в световом микроскопе можно видеть его тонковолокнистую организацию. В электронном микроскопе выявляются две части: гранулярная и фибриллярная.
В составе ядрышек обнаруживаются фибриллярные центры, содержащие ДНК ядрышковых организаторов хромосом, вокруг которых расположена плотная фибриллярная часть, синтезирующая предшественники рибосомных РНК (рРНК). Гранулярная часть представлена строящимися и зрелыми субъединицами рибосом, которые по мере их организации транспортируются в цитоплазму, где образуют функционирующие рибосомы, участвующие в синтезе белков.
|
|
|
