Программа 4. Клетка и ее структурно-функциональные системы — ядерный аппарат (ядро)

  • 41. Что представляет собой ядерный аппарат (ядро) клетки? Ядерный аппарат (ядро) — третья структурно-функциональная система клетки, содержащая дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК) и рибонуклеиновые кислоты (РНК), которые обеспечивают реализацию функций ядра: хранение и передачу наследственных свойств клетки, регуляцию обмена веществ и поддержание формы клетки. Ядро — генетический, метаболический и формообразовательный центр клетки.
  • 42. Как классифицируют клетки в зависимости от уровня структурно-функциональной организации ядерного аппарата? В зависимости от уровня структурно-функциональной организации ядерного аппарата все клетки живых организмов подразделяют на прокариоты и эукариоты.

Прокариоты — клетки без структурно оформленного ядра, молекулы ДНК находятся в цитоплазме, а их укладка осуществляется без ядерных белков — гистонов (бактерии, клетки сине-зеленых водорослей).

Эукариоты — клетки со структурно оформленным ядром. Укладка молекул ДНК в хромосомы производится с помощью гистонов (большинство одноклеточных и все многоклеточные организмы).

43. Каково строение ядра эукариотической клетки ? При световой и электронной микроскопии в ядре эукариотической клетки отчетливо видны следующие образования: ядерная оболочка, бесструктурное содержимое — ядерный сок (нуклеоплазма, кариоплазма), глыбки хроматина (эухроматин и гетерохроматин), одно или несколько ядрышек (рис. 14 С^).

В ядре эукариотической клетки как структурно-функциональной системе выделяют следующие субсистемы: поверхностный аппарат (ядерная оболочка), ядерный матрикс, нуклеоплазма и совокупность интерфазных хромосом — хроматин (дезоксирибонук- леопротеины) в виде эухроматина и гетерохроматина.

  • 44. Как структурно организован поверхностный аппарат ядра эукариотической клетки? Поверхностный аппарат ядра представлен ядерной оболочкой. Она образована двумя мембранами — наружной и внутренней. Между ними находится перинуклеарное пространство. В ядерной оболочке находятся поровые комплексы и подмембранная плотная пластинка (рис. 15 С^"). Наружная ядерная мембрана имеет рибосомы и соединена с канальцами эндоплазматической сети, благодаря чему поверхностный аппарат ядра представляет собой единую структурно-функциональную систему, обеспечивающую синтез белков и их транспорт между цитоплазмой и ядром.
  • 45. Что представляет собой ядерный матрикс? Ядерный матрикс представляет собой систему фибриллярных белков, выполняющих как структурную (скелетную), так и регуляторную функцию в процессах репликации, транскрипции, созревании молекул РНК (процессинг) и перемещении их как внутри ядра, так и за его пределами.
  • 46. Что представляет собой нуклеоплазма? Нуклеоплазма — субсистема ядерного аппарата, аналогичная цитозолю. Нуклеоплазма — второй компонент внутренней среды клетки. Она создает для ядерных структур специфическое микроокружение, обеспечивающее им нормальные условия для функционирования. Благодаря наличию в ядерной оболочке поровых комплексов нуклеоплазма взаимодействует с цитозолем.
  • 47. Какие структуры ядра хранят и передают наследственную информацию клетки? Структурами ядра, ответственными за хранение и передачу наследственной информации клетки, являются хромосомы, состоящие из дезоксирибонуклеопротеинов. Хромосомы целиком можно различить только в клетках, делящихся митозом. В каждой хромосоме видна первичная перетяжка (центромер), делящая ее на два плеча. В области первичной перетяжки находится кинетохор — место прикрепления микротрубочек веретена деления (рис. 16 (?}>). В некоторых хромосомах имеются вторичные перетяжки — ядрышковые организаторы. В них локализована ДНК, ответственная за синтез рРНК. В интерфазе в зоне ядрышкового организатора образуется ядрышко. В ядрах неделящихся клеток видны только части хромосом, называемые хроматином.
  • 48. Что представляет собой дезоксирибонуклеиновая кислота? Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) — биологический полимер, состоящий из двух полинуклеотидных цепей. Ее мономеры включают в себя: одно из четырех азотистых оснований — аденин (А), тимин (Т), цитозин (Ц), гуанин (Г); пентозу (дезоксирибозу) и остаток фосфорной кислоты. Эти соединения называют нуклеотидами.

Объединение двух цепей в молекулу ДНК происходит с помощью водородных связей между азотистыми основаниями. Число таких связей между разными азотистыми основаниями неодинаково, вследствие чего они могут соединяться попарно. Так, аденин (пуриновое основание) одной цепи полинуклеотидов всегда связан двумя водородными связями с тимином (пиримидиновое основание) другой цепи, а гуанин (пуриновое основание) — тремя водородными связями с цитозином (пиримидиновое основание) комплементарной цепи (рис. 17).

Схема комплементарного соединения нуклеотидов и образования двухцепочечной молекулы ДНК

Рис. 17. Схема комплементарного соединения нуклеотидов и образования двухцепочечной молекулы ДНК

49. Как кодируется в молекуле ДНК генетическая информация о последовательности соединения аминокислот в процессе синтеза белка? Известно, что нуклеотиды ДНК содержат четыре вида азотистых оснований: аденин (А), тимин (Т), цитозин (Ц) и гуанин (Г), а в белках встречается 20 разновидностей аминокислот.

Из этого следует, что система кодирования не может быть построена по принципу «один нуклеотид — одна аминокислота». Также нельзя закодировать 20 аминокислот и по принципу «два нуклеотида — одна аминокислота», так как число возможных комбинаций из четырех по два составляет всего лишь 16 вариантов. Однако триплетный код, в котором каждой аминокислоте соответствуют три нуклеотида, позволяет получить уже 64 различные комбинации из четырех нуклеотидов по три. Установлено, что каждую аминокислоту определяют именно три смежных нуклеотида, образующих так называемый триплет, или кодон. Примеры триплетов (кодонов) ДНК: АЦА кодирует аминокислоту цистеин, ЦАА — валин, ТТГ — лизин и др. Некоторые аминокислоты кодируются несколькими триплетами. Так, аргинин может кодироваться следующими триплетами: ГЦА, ГЦГ, ГЦТ и ГЦЦ — избыточность генетического кода, которая имеет существенное значение для повышения надежности передачи генетической информации.

Таким образом, определенные сочетания нуклеотидов и последовательность их расположения в молекуле ДНК представляют собой генетический код, несущий информацию о структуре белка. Участок молекулы ДНК, в котором закодирована информация о структуре какой-либо молекулы белка, называют геном, а совокупность всех генов одного организма — генотипом.

  • 50. Что представляет собой хроматин ядер клеток эукариот ? Хроматин (от греч. chroma — цвет, краска) — нуклеопротеиновые нити, составляющие основу хромосом, ответственных за хранение и передачу наследственных свойств клетки. Хроматин — интерфазные хромосомы неделящихся клеток, состоящие из ДНК, гистоновых и негистоновых белков.
  • 51. Какие различают структурно-функциональные формы хроматина? Различают две структурно-функциональные формы хроматина: эухроматин и гетерохроматин.

Эухроматин — это деконденсированные, деспирализованые участки нити ДНК, с которых считывается генетическая информация об аминокислотном составе белка (транскрипция). Эухроматин — функционально активная часть хромосомы.

Гетерохроматин — это конденсированные, спирализованные участки ДНК. Это функционально неактивные части хромосомы. Гетерохроматин интенсивно окрашивается основными красителями, тогда как эухроматин не обладает этим свойством и выглядит в виде светлых неокрашенных участков среди глыбок гетерохроматина. По соотношению гетерохроматина и эухроматина в ядре неделящейся клетки можно судить об ее функциональной активности.

  • 52. Что представляет собой ядрышко клеточного ядра? В ядре эукариотических клеток имеется одно или несколько плотных телец округлой формы — ядрышек. Они окрашиваются основными красителями. Их базофилия обусловлена наличием рибонуклеиновой кислоты. При электронной микроскопии в структуре ядрышек обнаруживают два компонента — гранулярный (зернистый) и волокнистый (фиброзный). Ядрышко не является самостоятельной структурой. Оно представляет собой производное хромосомы, один из ее локусов в области вторичной перетяжки, который кодирует синтез РНК. Ядрышко — место сборки рибосом.
  • 53. В чем заключается биологическая суть компартментали- зации структурной, функциональной и метаболической организации клетки? Одно из фундаментальных положений теории гомеостаза, высказанное французским физиологом К. Бернаром, гласит: «Относительное постоянство внутренней среды есть условие свободной и независимой жизни».

Клетка — элементарная единица структурной организации живых организмов. Будучи открытой биологической системой, она обладает такими фундаментальными свойствами, как обмен веществ, раздражимость, возбудимость, проводимость и сократимость (способность осуществлять защитные реакции) и репродукция (способность воспроизводить себе подобные клетки). Реализация этих свойств, лежащих в основе жизни, возможна только в условиях, когда клетка поддерживает относительное постоянство своей внутренней среды. Она представлена цитоплазмой и нукле- оплазмой, которые по своей организации дискретны, т.е. состоят из различных специализированных компартментов (отделов). В цитоплазме выделяют жидкую фазу — цитозоль, в которой располагаются различные структурированные образования. Все немембранные органеллы функционируют в цитозоле, т.е. в относительно одинаковых условиях. Иные условия необходимы для органелл мембранного строения. Находясь в цитозоле, они отделены от него своей внешней мембраной. Содержимое каждой органеллы должно создавать адекватные условия для их функциональных систем (например, ферменты лизосом осуществляют внутриклеточное пищеварение в кислой среде). Из этого можно сделать вывод: компарт- ментализация представляет собой биологический принцип разделения целого на гетерогенные части, совместная деятельность которых составляет единый целостный процесс.

Тесты для самоконтроля: программа 4 (4.1—4.16).

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >