Файл: Учебное пособие для студентов медицинских вузов Ставрополь, 2017 2.pdf

56
Ядрышко
Практически во всех клетках эукариотов в ядре видно одно или несколько телец округлой формы, сильно преломляющих свет – это ядрышко или нуклеола. Ядрышко хорошо окрашивается различны- ми красителями, особенно основными, т.к. оно содержит большое количество РНК. Ядрышко – самая плотная структура ядра. Оно не является самостоятельной структурой или органеллой.
В настоящее время известно, что ядрышко – это место образо- вания рибосом, на которых в дальнейшем происходит синтез бел- ков в цитоплазме клетки. Образование ядрышек и их число свя- заны с активностью определенных участков хромосом – ядрыш- ковых организаторов, которые расположены в зонах вторичных перетяжек хромосом.
По своему строению ядрышко неоднородно. В световой ми- кроскоп оно видно как тонковолокнистая структура. В электрон- ном микроскопе выявляются два основных компонента ядрышка: гранулярный и фибриллярный.
Фибриллярный компонент располагается в центральной ча- сти ядрышка и представляет собой рибонуклеопротеидные тяжи предшественников рибосом. Гранулярный компонент занимает периферическую часть ядрышка и является созревающими субъ- единицами рибосом, окончательная сборка которых завершается в цитоплазме клетки.
Ультраструктура ядрышек зависит от активности РНК: если синтез рибосомной РНК высок – в ядрышке выявляется большое количество гранул. При прекращении синтеза рРНК количество гранул снижается, и ядрышко превращается в плотное фибрилляр- ное тельце базофильной природы.
Во время митотического деления ядрышко распадается, а в те- лофазе митоза вновь формируется.
Хроматин
При наблюдении фиксированных интерфазных клеток внутри ядра выявляются зоны плотного вещества, которые хорошо окра- шиваются основными красителями. Благодаря такой особенно- сти хорошо окрашиваться этот компонент ядра получил название
«хроматин», что в переводе означает «окрашенный материал». В состав хроматина входит ДНК, присоединенная к белкам. Фракции хроматина, полученные из разных объектов, обладают довольно

57
однообразным набором компонентов. По суммарному химиче- скому составу хроматин из интерфазных ядер мало отличается от хроматина из митотических хромосом. Главными компонентами хроматина являются ДНК и белки, среди которых основную массу составляют гистоны и негистоновые белки. В среднем в хромати- не около 40% приходится на ДНК и около 60% – на белки, среди которых специфические ядерные белки-гистоны составляют от 40 до 80% от всех белков, входящих в состав выделенного хромати- на. Кроме того, в состав хроматиновой фракции входят мембран- ные компоненты, РНК, углеводы, липиды, гликопротеиды.
В световом микроскопе хроматин может более или менее рав- номерно заполнять объем ядра или же располагаться отдельными глыбками. В интерфазе хроматин представляет собой хромосомы, которые теряют в этот период компактную форму и разрыхляются
(деконденсируются). Степень деконденсации хромосом различна.
Зоны полной деконденсации называются эухроматином. При не- полном разрыхлении хромосом в ядре видны участки конденсиро- ванного хроматина, получившего название гетерохроматина.
Эухроматин локализуется ближе к центру ядра и состоит из очень тонких нитей ДНК, которые практически не окрашиваются и видны в световом микроскопе в виде светлых участков. Эухро- матин является активной формой хроматина, с участков которо- го в интерфазном ядре происходят процессы транскрипции и ре- дупликации генетического материала.
Гетерохроматин – неактивная форма хроматина, находя- щаяся в состоянии покоя. За счет плотной спирализации он хо- рошо окрашивается и в световой микроскоп виден в виде базо- фильных гранул.
Степень деконденсации хромосомного материала в интерфазе отражает функциональное состояние хроматина. Чем диффузнее распределен хроматин в ядре, тем интенсивнее в нем синтетиче- ские процессы.
Максимальной конденсации хроматин достигает во время ми- тотического деления клеток.
В ядрах соматических клеток женских особей имеются так на- зываемые ядерные придатки или сателлиты ядра. Считают, что так себя проявляет в интерфазе не полностью деспирализованная
2-я Х-хромосома. Такие сателлиты получили название «полово-
го хроматина» или тельца Барра. По наличию или отсутствию

58
тельца Барра можно определить вероятную половую принадлеж- ность ткани. Например, половой хроматин определяется в ядрах большинства нейтрофилов крови женщины и эпителия ротовой полости – рис. 47 [64].
Рис. 47. Тельце Барра в нейтрофильном гранулоците
и эпителиальной клетке ротовой полости женщины
В структурном отношении хроматин представляет собой нитчатые комплексные молекулы дезоксирибонуклеопротеида
(ДНП), которые состоят из ДНК, ассоциированной с гистонами.
Поэтому укоренилось другое название хроматина – нуклеогистон.
Именно за счет ассоциации гистонов с ДНК образуются очень лабильные, изменчивые нуклеиново-гистоновые комплексы, где отношение ДНК: гистон равно примерно единице, т.е. они присут- ствуют в равных весовых количествах. Эти нитчатые фибриллы
ДНП и есть элементарные хромосомные, или хроматиновые, нити, толщина которых в зависимости от степени упаковки ДНК может колебаться от 10 до 30 нм. Фибриллы ДНП могут, в свою очередь, дополнительно укомплектовываться с образованием более высо- ких уровней структуризации ДНП, вплоть до митотической хро- мосомы. Роль некоторых негистоновых белков заключается имен- но в образовании высоких уровней компактизации хроматина.
Хроматин, в зависимости от периода и фазы клеточного цик- ла, меняет свою организацию. В интерфазе при световой микро- скопии он выявляется в виде глыбок, рассеянных в нуклеоплазме

59
ядра. При переходе клетки к митозу, особенно в метафазе, хрома- тин приобретает вид хорошо различимых отдельных интенсивно окрашенных телец – хромосом.
Первый уровень компактизации ДНК – нуклеосомный. Нукле-
осома является элементарной единицей упаковки хроматина. Она состоит из двойной спирали ДНК, обмотанной вокруг специфиче- ского комплекса из восьми нуклеосомных гистонов. В ней гистоны образуют белковую основу-сердцевину, по поверхности которой располагается ДНК. Они образуют «бусины», глобулярные образо- вания около 10 нм, сидящие друг за другом на вытянутых молеку- лах ДНК. Первый, нуклеосомный, уровень компактизации хрома- тина играет регуляторную и структурную роль, обеспечивая плот- ность упаковки ДНК в 6–7 раз. В митотических хромосомах и в интерфазных ядрах выявляются фибриллы хроматина с диаметром
25–30 нм. Выделяют соленоидный тип укладки нуклеосом: нить плотно упакованных нуклеосом диаметром 10 нм образует витки с шагом спирали около 10 нм. На один виток такой суперспирали приходится 6–7 нуклеосом. В результате такой упаковки возникает фибрилла спирального типа с центральной полостью. Хроматин в составе ядер имеет фибриллу диаметром 25нм, которая состоит из сближенных глобул того же размера – нуклеомеров. Эти нуклеоме- ры называют сверхбусинами («супербиды»). Основная фибрилла хроматина диаметром 25 нм представляет собой линейное чередо- вание нуклеомеров вдоль компактизованной молекулы ДНК. В со- ставе нуклеомера образуются два витка нуклеосомной фибриллы, по 4 нуклеосомы в каждом. Нуклеомерный уровень укладки хро- матина обеспечивает 40-кратное уплотнение ДНК. Нуклеосомный и нуклеомерный (супербидный) уровни компактизации ДНК хро- матина осуществляются за счет гистоновых белков.
В настоящее время представляет большой интерес характер структуры интерфазного ядра. Как известно, неизбежным посту- латом хромосомной теории наследственности является сохранение индивидуальности хромосом, поскольку в них локализован опре- деленный наследственный материал – гены, действие которых, по мнению сторонников этой концепции, проявляется как раз в пери- од интерфазы. Поэтому, теория индивидуальности хромосом явля- ется лишь теорией покоящегося (интерфазного) ядра. Закон посто- янства числа хромосом нашел широкое признание в биологии уже на рубеже прошлого и настоящего столетий. Однако индивидуаль-

60
ность и непрерывность хромосом, принимая во внимание флукту- ирующую изменчивость их числа, оспаривались в свое время ря- дом исследователей. Так, в отношении соматических клеток теория непрерывности и индивидуальности хромосом не может считаться доказанной и находиться в противоречии со многими фактами.
Строение хромосом
Морфологию хромосом (от греч. chorma – краска и soma – тело) лучше всего изучать в момент их наибольшей спирализа- ции, то есть в метафазе митоза. В этот период они имеют форму прямых или изогнутых двойных палочек, их половинки разде- лены узкой щелью вдоль оси хромосомы и называются сестрин- скими хроматидами. Молекула ДНК в каждой из них упакована наиболее компактно. Форму хромосом определяет положение первичной перетяжки, или центромеры. Это её участок, который выглядит как утонченная часть. Центромера служит местом при- крепления нитей веретена и делит хромосому на две части – два плеча – рис. 48 [65].
Рис. 48. Строение хромосомы
В зависимости от положения первичной перетяжки различают три типа хромосом – рис. 49 [66]:
а) акроцентрические (палочковидные) – центромера смещена к одному из концов хромосом, поэтому одно плечо очень длинное, другое – очень короткое, иногда почти незаметное;

61
б) субметацентрические (неравноплечие) – центромера немно- го сдвинута от центра, поэтому одно плечо больше другого;
в) метацентрические (равноплечие) – центромера расположена посередине, поэтому плечи имеют равную длину.
Некоторые хромосомы имеют вторичную перетяжку. Если она расположена вблизи конца хромосомы, и отделенный ею участок невелик, то его называют спутником, а несущую его хромосому – спутничной. Расположение и длина перетяжек постоянны для ка- ждой хромосомы. Вторичная перетяжка – это место, где в интер- фазном ядре образуется ядрышко, поэтому её называют ядрышко- вым организатором.
Рис. 49. Типы хромосом
Кариотип – это совокупность метафазных хромосом, характер- ных для определенного вида организмов. Постоянство кариотипа поддерживается с помощью точных механизмов митоза и мейоза.
Хромомеры – утолщённые, плотно спирализованные участ- ки дезоксирибонуклеопротеидных нитей (хромонем), из которых состоит хромосома; интенсивно окрашиваются ядерными краси- телями. Под микроскопом хорошо различимы в профазе мейоза и митоза, имеют вид темноокрашенных гранул, расположенных в определённом порядке (вдоль нити хромосомы). Форма, размеры и число хромомер строго постоянны для каждой хромосомы и об- разуют картину хромосом, имеющую видовую, тканевую и воз- растную специфичность.

62
Хромонема – нитевидная структура, лежащая в основе хро- мосомы на всех стадиях клеточного цикла. В неделящейся клетке хромонема раскручена и различима лишь в электронный микро- скоп. Во время деления клетки хромонема закручена в плотную спираль, обусловливая спирализацию хромосомы и образуя её ха- рактерную структуру, видимую в световой микроскоп.
ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ КЛЕТОК
Существуют хромосомные и нехромосомные способы деле- ния клеток. К хромосомным способам относятся: митоз, мейоз и эндомитоз.
Время существования клетки от деления до деления или от деле- ния до смерти называется клеточным (или жизненным) циклом.
В тканях существуют клетки, способные делиться постоянно, заме- няя погибшие. Другие же клетки, специализирующиеся на выпол- нение определенных функций, теряют способность к размножению.
Первые относятся к малоспециализированным (или камбиальным), являясь источником регенерации тканей и органов. Вторые – к вы- сокоспециализированным, выполняющим специальные функции.
Митоз
Митотический цикл – период между окончанием одного де- ления и началом последующего. Состоит из интерфазы – подго- товки клетки к делению и собственно деления.
У бактерий деление осуществляется путём образования попе- речной перегородки, чему предшествует удвоение (репликация) нити
ДНК нуклеоида. У одноклеточных организмов, обладающих ти- пичным клеточным ядром, деление протекает обычно в форме мито- за, может осуществляться и в активном, и в покоящемся (иницисти- рованном) состоянии. Наряду с делением надвое у простейших часто после ряда последовательных делений ядра цитоплазма распадается сразу на множество одноядерных клеток (шизогония). Формы митоза простейших гораздо многообразнее, чем у многоклеточных организ- мов. Но все закономерности митотического деления распространя- ются и на простейших, обладающих вполне типичными ядрами.
В прогрессивной эволюции некоторых групп простейших про- исходило многократное увеличение хромосомных комплексов, приводящее к высокой степени полиплоидии. Такой путь фило- генеза ядерных структур имеет место в эволюции радиолярий,

63
инфузорий. Полиплоидизация – это один из путей прогрессивной эволюции на клеточном уровне организации.
Характерным способом размножения соматических клеток яв- ляется митоз, состоящий из интерфазы (подготовки клетки к деле- нию) и собственно деления.
Интерфаза представлена постмитотическим, синтетическим и постсинтетическим периодами.
Постмитотический период (пресинтетический или G1) наступает после деления клетки и характеризуется тем, что клетка работает на себя, синтезируя вещества, необходимые для ее роста
(функциональные и структурные белки). Увеличивается количество
РНК, образуются ферменты, необходимые для синтетического пе- риода интерфазы. Органоиды восстанавливаются. Клетка имеет ди- плоидный (2n) набор хромосом и 2с генетического материала ДНК.
В синтетический период (S) происходит удвоение количе- ства ДНК. Каждая хромосома состоит из двух хроматид и содер- жит 4с ДНК. Число хромосом не меняется (2n).
В постсинтетический период (премитотический или G2) клетка синтезирует белки тубулины для образования микротрубо- чек веретена деления и накапливает энергию за счет синтеза АТФ.
Происходит удвоение клеточного центра. Содержание ДНК (4с) и число хромосом (2n) не меняются. Клетки имеют диплоидный набор хромосом.

64
Профаза – самая длительная по времени фаза митоза. В кле- точном ядре начинается спирализация хромосом, которые вначале видны в виде тонких нитей (ранняя профаза), а затем утолщаются и укорачиваются (поздняя профаза).
К этому времени становится очевидно, что каждая хромосо- ма состоит из двух хроматид. Происходит растворение ядерной оболочки, в результате чего хромосомы свободно располагаются в цитоплазме. Ядрышки исчезают. Центриоли расходятся к по- люсам клетки, и начинается формирование веретена деления – рис.51 [68].
Рис. 51. Профаза митоза
Метафаза характеризуется выстраиванием хромосом по экватору в виде экваториальной пластинки или материнской звезды. Заканчивается формирование веретена деления, микро- трубочки которого присоединяются к центромерам хромосом.
Сестринские хромосомы обособляются, между ними появляется щель, и они остаются прикрепленными только в области центро- мер – рис. 52 [68].

65
Рис. 52. Метафаза митоза
Анафаза – самая короткая фаза митоза. Хромосомы одновре- менно теряют связь друг с другом в области центромер и синхрон- но расходятся к полюсам клетки – рис. 53 [68].
Рис. 53. Анафаза митоза
Телофаза начинается с момента остановки хромосом на полю- сах клетки. Вокруг идентичных наборов хромосом восстанавлива- ется ядерная оболочка, хромосомы деспирализуются, появляются ядрышки, веретено деления и центриоли исчезают – рис. 54 [68].

66
Рис. 54. Телофаза митоза
После этого начинается процесс цитотомии – деления цито- плазмы материнской клетки. В животных клетках перетяжка фор- мируется с периферии клетки к центру путем впячивания плазмо- леммы – рис. 55 [68].
Рис. 55. Завершение цитотомии
с образованием двух дочерних клеток

67
У растительных клеток перетяжка образуется из центра клет- ки, перемещаясь к ее периферии.
Фрагмопласт – внутриклеточная пластинка, зачаток клеточ- ной стенки, возникающий в делящихся клетках подавляющего большинства растений на стадии телофазы митоза. Сначала в цен- тральной области веретена деления появляются образующиеся из мембран комплекса Гольджи многочисленные пузырьки, содер- жащие пектиновые вещества. В результате увеличения их числа и постепенного слияния друг с другом в направлении от центра к периферии клетки возникают длинные плоские мешочки – мем- бранные цистерны, которые сливаются с плазматической мембра- ной, и делят материнскую клетку на две дочерние – рис. 56 [69].
Рис. 56. Цитотомия растительной клетки: 1 – фрагмопласт,
2 – образование клеточной стенки;
а, б, в – последовательное образование перетяжки
Биологическое значение митоза состоит в строго одинако- вом распределении хромосом между дочерними ядрами, что обе- спечивает образование генетически идентичных дочерних клеток и сохраняет преемственность в ряду клеточных поколений. Ми- тоз – один из фундаментальных процессов онтогенеза. Митотиче- ское деление обеспечивает рост многоклеточных эукариот за счёт увеличения популяции тканевых клеток.