Роль ядра в передаче наследственной информации.

⇐ ПредыдущаяСтр 10 из 19Следующая ⇒

Ядро осуществляет две группы общих функций: одну, связанную собственно с хранением генетической информации, другую – с ее реализацией.

В первую группу входят процессы, связанные с поддержанием информации в виде неизменной структуры ДНК. Важно, чтобы молекулы ДНК передавались из поколения в поколение стабильными, а поскольку это невозможно в силу мутагенеза, существуют репарационные механизмы на молекулярном уровне, т.е. самовосстановление первичной структуры. Существует световая репарация: при облучении видимым светом (УФ) активируется фермент, восстанавливающий первичную структуру ДНК за счет расщепления образовавшихся в мутированной молекуле димеров пиримидиновых оснований.

При темновой репарации происходит вырезание димеров пиримидинов с помощью эндонуклеазы, далее к интактной цепи ДНК присоединяются комплементарные нуклеотиды и цепь сливается лигазами с получением исходной структуры.

Чтобы дочерние клетки при делении (митозе) получили совершенно одинаковые в количественном и качественном отношении объемы генетической информации, в ядре должна пройти редупликация молекул ДНК, что и наблюдается в S-периоде интерфазы.

Во время образования половых клеток происходят рекомбинации генетической информации, что обеспечивает их генетическую разнородность при одинаковом количественном объеме (кроссинговер при редукционном делении).

Далее, в функции ядра входит распределение генетической информации между дочерними клетками, для чего в ядре происходит предварительная компактизация хромосом (выше описана).

Для реализации генетической информации требуется создание собственно аппарата белкового синтеза. Это включает включает синтез на молекулах ДНК разных информационных РНК, транспортных и рибосомных РНК. Кроме того в ядре эукариотических клеток происходит образование субъединиц рибосом путем образования комплексов рибосомных белков и рибосомных РНК, которые затем переходят в цитоплазму и на мембраны ЭПС, где и функционируют. Коллинеарногенетическому коду, через транскрипцию и трансляцию, конечным результатом реализации генетической информации является синтез полипептидных цепей в рибосоме. Такая однонаправленность и универсальность может быть представлена в виде схемы, известной как «центральная догма молекулярной биологии» ДНК:

ДНК → репликация → ДНК → транскрипция → РНК → трансляция → полипептид → эпигенез → белок → признак.

Таким образом, ядро представляет собой не только вместилище генетической информации (хорошо защищенной ядерной мембраной), но и место где этот материал воспроизводится и функционирует. Поэтому выпадение или нарушение любой из перечисленных функций гибельно для клетки в целом. Так, нарушение репарационных процессов будет приводить к изменению первичной структуры белков до несвойственных данной клетке, что проявится в виде патологии или гибели.

Нарушение процессов распределения генетического материала приведет к грубым нарушениям в кариотипе, летальным исходам или наследственным заболеваниям типа синдромов Тернера, Патау, Эдвардса и других с неблагоприятным прогнозом.

На организменном уровне, ведущая роль ядра проявляется и в поддержании гомеостаза. Живой организм, будучи открытой системой, на любом этапе индивидуального развития существует в единстве со средой обитания, при этом, адекватно реагируя на изменяющиеся условия, сохраняет себя как отдельную биологическую систему, Свойство живых форм поддерживать генетическую конструкцию, структурные показатели, постоянство внутренней среды закреплено генетически и сложилось в процессе эволюции. Эффективность механизмов гомеостаза определяется генотипами особей, т.е. опять же, характером генов, молекул ДНК, нормой реакции на изменение окружающей среды. Появление в клетках чужеродной информации, как результат мутаций под влиянием биологических (вирусы, бактерии), химических (пестициды, гербициды и т.д.), физических (радиация УФ и т.д.) воздействий, оказывает отрицательное действие и изменение показателей гомеостаза. Регуляция гомеостаза на клеточном уровне идет при участии ядра, цитоплазматической мембраны, рибосом, АТФ. Клетка содержит цитоплазму, состав которой модулируется избирательной проницаемостью клеточной мембраны и активностью ферментов, они в свою очередь образуются в результате считывания информации с ДНК (с участков ДНК-генов). «Включение» и «выключение» генов контролируется системами индукции и репрессии. В основе регуляции работы генов лежит репрессионно-депрессивный механизм (Жакоб, Моно, 1961г.). У многоклеточных эукариотических организмов роль регуляторов могут выполнять гормоны, которые диффундируют через клеточные мембраны (из межклеточной жидкости) и связываются с белками рецепторами в цитоплазме. Образующиеся комплексы транспортируются в ядро к начальному звену оперона – оператору, после чего со структурных генов транскрибируется про-и-РНК и запускается механизм синтеза белка, включающегося в обмен веществ и, в конечном итоге происходит коррекция в метаболизме и развитие адаптации в изменившихся условиях.

Патологические изменения ядра

В условиях патологии в ядрах могут появляться вакуоли. Вакуоли обнаруживаются в гепатоцитах при различных метаболических нарушениях и опухолевых клетках. Различают три типа необратимых морфологических изменений ядра: пикноз, кариорексис и кариолизис.

1. Пикноз. Неблагоприятным исходом конденсации и маргинации хроматина под ядерной оболочкой может быть необратимая тотальная его конденсация по всей площади ядра. Тогда ядро становится гомогенным и сморщенным. Очевидно, что когда ядро пикнотично, оно мертвое. Нити хроматина конденсируются в результате действия ДНК – азы и их деструкция наступает более или менее быстро.

2. Кариорексис (rexis-разрыв). Это раскалывание конденсированного хроматина обычно на небольшие по объему, неправильной формы фрагменты, которые могут находиться внутри ядерной мембраны, если она сохранена или располагается в цитоплазме при ее деструкции.

3. Кариолизис (lysis –растворение, расплавление). Это вид смерти ядра, при котором хроматин более или менее тотально дезинтегрирован и не окрашивается. Создается впечатление, что ядро лишено хроматина, исчезающего вследствие абсорбции окружающей цитоплазмой.

Считают, что кариопикноз, кариорексис и кариолизис существуют как последовательные стадии смерти ядра. Клетки, содержащие множество ядер, встречаются и в нормальном состоянии, например: остеокласты, мегакариоциты. Но они встречаются часто и в условиях патологии, например: клетки Ланганса при туберкулезе, множество опухолевых клеток. Число ядер может колебаться от нескольких единиц до нескольких сотен, а объем отражен в гигантских многоядерных клеток различен. В одних случаях их образование обусловлено слиянием мононуклеарных клеток, в других оно осуществляется благодаря делению ядер без деления цитоплазмы. Считают также, что их образование может быть следствием некоторых аномалий митоза после облучения или введения цитостатиков, а также при злокачественном росте. К аномалиям относят также трех-, четырех- и мультиполярные митозы.

Вопросы для самоконтроля

I. Структурные компоненты интерфазного ядра:

- оболочка ядра и ее строение;

- хроматин и его химический состав, пространственная структура;

- ядрышко, химия ядрышка;

- кариоплазма, ее химический состав.

II. Структура и функции ядерной оболочки:

а) структура и отличительные особенности наружной и внутренней мембран ядра;

б) строение и биологическое значение перинуклеарного пространства;

в) строение и значение пор.

III. Ультраструктура хроматина:

а) химический состав хроматина;

б) отличие гетеро- и эухроматина, особенности их строения. Виды пространственного строения хроматина.

IV. Молекулярная и надмолекулярная организация хромосом:

а) перечислить хромосомы по месту первичной перетяжки;

б) какие хромосомы входят в гр. А, В, С, D, E, F, G;

в) правила хромосом.

V. Ультрамикроскопическая структура и организация ядрышка:

а) структурные компоненты ядрышка;

б) судьба ядрышек при делении.

VI. Основные функции ядра:

а) аутосинтез;

б) гетеросинтез.

Тестовый контроль

Вариант 1

I. Указать функции ядра, названные правильно:

а) синтез белков, углеводов, липидов

б) синтез белков

в) руководство всеми жизненными отправлениями клетки

г) руководство процессами регенерации

д) обеспечение реализации наследственной информации в процессе биосинтеза белка

е) обеспечивает процесс передачи наследственной информации в процессе деления клетки

ё) обеспечивает клетку энергией АТФ и ГТФ

II. Перечисленные утверждения неверны, кроме:

1) Ядро является 2 х мембранной органеллой клетки

2) Ядро является немембранной органеллой клетки

3) Ядро - один из важнейших компонентов клетки

III. В каких ядрах пор больше:

а) в метаболически неактивных

б) в метаболически активных

в) содержащихся в растительных клетках

г) содержащихся в животных клетках

IV. Перечислить вещества, входящие в состав хроматина:

а) рибосомы, информосомы

б) только ДНК и РНК

в) различные ионы, субстраты

г) ДНК, белки, гистоны

V. Термин " крупноглыбчатый" характеризует:

а) хроматин

б) хромосому

в) кариолимфу

г) ядерные поры

Вариант 2

I. В правильном порядке назвать уровни компактизации хроматина:

а) хромосомный

б) нуклеосомный

в) хромомерный

г) хромонемный

д) нуклеомерный

II. Какие из видов хромосом не перечислены:

а) метацентрические

б) спутничные

в) акроцентрические

III. Для какого компонента ядра характерно заполнение сложноорганизоваными глобулярными и фибриллярными структурами:

а) поре

б) ядрышку

в) хромосоме

г) нуклеосоме

д) оболочке ядра

IV. Что представляет собой кариотип человека:

а) диплоидный набор хромосом клетки, характеризующийся их числом, величиной и формой

б) гаплоидный набор хромосом клетки, характеризующийся их числом, величиной, формой

⇐ Предыдущая 5 6 7 8 91011 12 13 14 Следующая ⇒