Строение ядра. Типы хромосом

Ядро

Вопрос 1.
Впервые ядро было открыто и описано в 1833 году англичанином Р.Броуном.
Ядро — важнейшая составляющая часть клетки; выполняет функции хранения и воспроизведения генетической информации, регулирует процессы обмена веществ в клетке. Форма ядра может быть шаровидная, округлая, палочковидная и лопастная. Форма ядра зависит как от формы клетки, так и от функции, то есть чем активнее идут физиологические процессы в клетке, тем сложнее форма ядра. При увеличении объема ядра, увеличивается и объем цитоплазмы, и это соотношение называется ядерно-плазменным отношением и играет большую роль при делении клеток.
В состав ядра входят: ядерная оболочка (кариолемма), ядерный сок (кариоплазма), хроматин и ядрышки.
Ядерная оболочка имеет две мембраны — наружную, покрытую рибосомами, — гранулярную и внутреннюю гладкую. Она является частью внутренней мембранной сети клетки. В пространство между двумя мембранами ядерной оболочки открываются каналы ЭПС. Ядерная оболочка имеет поры диаметром до 80 нм, которые способны к избирательной проницаемости. Транспорт веществ через ядерную оболочку осуществляется по каналам ЭПС, через поры ядерной оболочки, а также путем образования вакуолей и отшнуровывания участков ядерной оболоч-ки. Ядерная оболочка образуется после завершения деления хромосом в телофазе митоза из прилегающих мембран ЭПС.
Кариоплазма (ядерный сок) — жидкая фаза ядра, в которой в растворенном виде находятся продукты жизнедеятельности ядерных структур — все виды РНК, рибосомальные белки, нуклеотиды, ферменты ядра, ионы. Ядерный сок обеспечивает нормальное функционирование генетического материала. Во время деления ядерный сок смешивается с цитоплазмой.
Вопрос 2.
Ядрышки – это округлые, сильно уплотненные, не ограниченные мембраной участки ядра. Форма их, размеры и количество зависит от функционального состояния ядра. В клетке, выполняющей функцию синтеза большого количества белка, в ядре будет несколько ядрышек или они будут крупные и рыхлые, т.е. функция ядрышка – это синтез р-РНК и сборка малой и большой субъединиц рибосом. В составе ядрышка находится: 80% белка, 10-15% РНК, небольшое количество ДНК и другие химические компоненты. В профазу деления клетки субъединицы рибосом через ядерные поры выходят в цитоплазму, ДНК ядрышка упаковывается на хромосомы, имеющие вторичную перетяжку или ядрышковый организатор, и соответственно, ядрышко как структура распадается и становится не видимой структурой, поэтому иногда говорят, что оно «растворяется».

Вопрос 3.
Хроматин – это комплекс ДНК и белков, в основном гистоновых. Молекулы гистонов с ДНК образуют группы – нуклеосомы. Каждая нуклеосома состоит из 8 молекул гистонов(Н_2А; Н_2B; Н₃; Н₄) по две молекулы вокруг которых закручен участок ДНК. Молекула ДНК, соединенная с нуклеосомой, образует ДНП (дезоксирибонуклеопротеид) – это наименьшая единица хромосомы. В состав хроматина входят РНК, ионы Ca²⁺ и Mg²⁺, а также фермент ДНК- полимераза, необходимый для репликации ДНК. Во время деления ядра хроматин спирализуется и становится видимым в световой микроскоп, т.е. начинают формироваться хромосомы (гр.chromo- цвет, soma- тело.) Если всю ДНК одной соматической клетки человека (46 хромосом) вытянуть в одну нить, то получится длина 164-174 см, т.е. хромосомы ядер представляют собой сильно спирализованную ДНП.
Перед делением клетки хроматин спирализуется, упаковывается и становится видимым.
При образовании хромосом существуют несколько упаковок хроматина.
Первая упаковка- это нуклеосомная организация в виде «бусин на нити». Размер нуклеосомы около 20 нм.
Вторая упаковка хроматина, когда нити ДНП сворачиваются вокруг себя засчет гистонового белка (Н₁)- это вторичная фибрилла диаметром около 20-30нм.
Третичный уровень упаковки — это хромонема (греч. chroma+nematos – окрашенная нить или струна), т.е. закрученные нити фибрилл уже толщиной 200-400 нм.
Четвертичная упаковка — это хроматида, т.е. пара скрученных хромонем диаметром около 1-2 мкм.
Хромосома это пара хроматид.
Материнская хроматида — это и есть дочерняя хромосома.
В хромосоме имеются эу- и гетерохроматиновые участки. Диффузный или деконденсированный хроматин – эухроматин – он генетически активен, т.к. с него может идти транскрипция. Конденсированные участки хроматина – гетерохроматин – это неактивные участки хромосом. Чередование эу- и гетерохроматиновых участков используют для идентификации хромосом.
Хромосома на стадии метафазы имеет вид нитей или палочек, максимально спирализованных и состоящих из двух хроматид, соединенных первичной перетяжкой или центромерой. В центральной части центромеры находятся кинетохоры, к которым во время митоза прикрепляются микротрубочки веретена деления. Некоторые хромосомы имеют вторичную перетяжку или ядрышковый организатор, контролирующий образование ядрышек.

Типы хромосом.

В зависимости от места расположения центромеры относительно плеч различают типы хромосом:
Равноплечие или метацентрические, когда центромер делит хромосому пополам, т.е. плечи равные или почти равные.
Неравноплечие или субметацентрические, т.е. плечи неодинаковоой длины.
Палочковидные или акроцентрические, когда одно плечо короткое или почти незаметное.
Некоторые виды могут иметь еще и одноплечие хромосомы или телоцентрические.
В кариотипе человека есть метацетрические, субметацентрические и акроцентрические хромосомы, а телоцентрические образуются только в результате мутаций.

а) Метацентрическая хромосома

б) Субметацентрическая хромосома

в) Акроцентриченская хромосома

г) Телоцентрическая хромосома

Вопрос 4.
Хромосомный набор клеток тела (соматических клеток) несет так называемый двойной, или диплоидный набор хромосом. В этом наборе все хромосомы парные. Парные хромосомы носят название гомологичных; они совершенно одинаковы, несут гены, отвечающие за одни и те же признаки, и достались организму одна — от матери, другая — от отца.
При образовании половых клеток у каждого организма из каждой пары гомологичных хромосом в гамету (половую клетку) попадает только одна хромосома. Поэтому хромосомный набор половых клеток называют одинарным — гаплоидным. Например, в соматической клетке человека 46 хромосом — 23 пары, а в яйцеклетку или сперматозоид попадет только 23 хромосомы; у дрозофилы в клетках тела 8 хромосом — 4 пары, а в гаметах — 4 хромосомы.
При слиянии двух половых клеток происходит восстановление двойного набора хромосом, присущее данному виду.
Учёные выделяют следующие правила хромосом:
1. Постоянства числа хромосом. Каждый вид имеет постоянное число хромосом. Например: человек- 46, ясень обыкновенный – 46, дрозофила – 8, шимпанзе — 48, таракан – 48, сладкий перец — 48.
2. Парности хромосом. Хромосома имеет свою гомологичную пару, т.е. число хромосом четное. Например: у человека — 23 пары и т.д.
3. Индивидуальности. Каждая хромосома имеет свою форму, величину и совокупность генов.
4. Непрерывности или преемственности. Каждая хромосома образуется от хромосомы в результате репликации.

Вопрос 5.
Парные хромосомы называют гомологичными. Одна хромосома в паре происходит от материнского организма, другая — от отцовского. Хромосомы из разных пар называют негомологичными.

Вопрос 6.
В 1924 г. советский цитолог Г.А.Левитский предложил термин кариотип – это диплоидный набор хромосом соматической клетки, характеризующийся их числом, величиной и формой. Для того, чтобы легче было разобраться в сложном комплексе хромосом, составляющим кариотип их располагают в виде идиограммы. Такое составление предложено С.Г.Навашиным (от греч. своеобразный рисунок). Идиограмма – это расположение пар гомологичных хромосом по их убывающей величине.

Вопрос 7.
Хромосома прокариотической клетки имеет кольцевое или линейное троение, свободно расположена в цитоплазме и не отграничена ядерной оболочкой. Она одна, не имеет ядрышка, центромеры, вторичной перетяжки и вследствие этого характерных морфологических типов строения, свойственных хромосомам эукариотической клетки.