Клеточное ядро. Хроматин. Хромосомы. Хромосомный набор. Кариотип. Видовая специфичность кариотипа

Одним из основных компонентов клетки является ядро. Клетки могут содержать одно или несколько ядер, форма которых может быть различной (округлой в клетках эпидермиса кожи, овальная в мышечных волокнах, сегментированной в лейкоцитах). Большинство клеток имеют одно ядро, иногда встречаются двуядерные (печень) и многоядерные (поперечно-полосатые мышцы) клетки.

Функции ядра:

- хранение, записанной в ДНК, наследственной информации;

- передача наследственной информации дочерним клеткам при делении;

- регуляция процессов жизнедеятельности клетки.

Компоненты ядра:

1) ядерная оболочка (нуклеолемма);

2) ядерный сок (нуклеоплазма);

3) хроматин;

4) ядрышко.

Ядерная оболочка состоит из двух мембран, между которыми располагается перинуклеарное пространство. Наружная мембрана связана с эндоплазматической сетью. Расположенные на поверхности наружной мембраны рибосомы синтезируют ядерные белки, поступающие в перинуклеарное пространство. Ядерная оболочка пронизана многочисленными порами (3–4 тысячи), через которые происходит обмен различными веществами между ядром и цитоплазмой. Во время деления клетки ядерная оболочка растворяется, а после деления ядер образуется из мембран эндоплазматической сети. Ядерная оболочка отделяет наследственный материал (хромосомы) от цитоплазмы и регулирует обмен веществ между ядром и цитоплазмой.

Ядерный сок (нуклеоплазма) – по составу близок к гиалоплазме, в нем содержатся белки, различные РНК, свободные нуклеотиды, продукты обмена веществ, субъединицы рибосом. Ядерный сок осуществляет взаимосвязь всех ядерных структур. В нем происходят транскрипция и процессинг (созревание) иРНК.

Ядрышко – непостоянная структура (исчезает в начале деления клетки и появляется к концу деления). В его образовании участвуют хромосомы, которые несут гены, отвечающие за синтез рРНК. В ядрышке синтезируется рРНК и образуются субъединицы рибосом.

Хроматин – представляет собой разрыхленные деспирализованные хромосомы. Образован сетью тонких нуклеопротеидных нитей, глыбок, гранул и обеспечивает транскрипцию генов. Хроматин содержит около 40% ДНК, 40% белков гистонов (обеспечивают упаковку ДНК), 20% негистоновых белков (к ним относятся белки, ответственные за движение хромосом и белки-ферменты для синтеза ДНК и РНК). Хроматин подразделяют на: гетерохроматин (спирализованный хроматин, располагается преимущественно по периферии ядра и вокруг ядрышек, на нем не может происходить транскрипция). Эухроматин – транскрипционно активная деспирализованная часть хроматина, локализуется в более светлых участках ядра между гетерохроматином.

В делящихся клетках хроматиновые нити спирализуются, уплотняются, упаковываются и образуют хромосомы. Хромосомы формируются в профазе митоза, а изучают их в метафазе, когда они максимально спирализованы и располагаются в плоскости экватора клетки. В это время хромосомы хорошо видны в световой микроскоп.

Метафазные хромосомы состоят из двух сестринских хроматид (удвоение хроматид происходит в синтетический период интерфазы), соединенных друг с другом в области первичной перетяжки – центромеры. Хроматиды в анафазе отделяются друг от друга, причем каждая становится одной из двух дочерних хромосом.

Центромера делит хромосому на два плеча. В зависимости от расположения центромеры хромосомы бывают:

1) равноплечие – центромера расположена по середине, хромосома имеет плечи равной длины;

2) неравноплечие – центромера смещена от центра хромосомы и одно плечо короче другого;

3) палочковидные – центромера расположена у края хромосомы.

Мельчайшими структурными компонентами хромосомы являются нуклеопротеидные микрофибриллы (комплекс ДНК, связанной с белками), которые определенным образом упаковываются и спирализуются. Хромосомы характеризуются (правила хромосом):

1. Постоянством числа хромосом. Каждый вид растений и животных имеет определенное и постоянное число хромосом – видовая специфичность кариотипа (у человека – 46, у шимпанзе – 48, мушки дрозофилы – 8).

2. Парностью хромосом в диплоидном наборе. В соматических клетках с диплоидным набором каждая хромосома имеет такую же парную гомологичную хромосому, одинаковую по размерам, форме, но разную по происхождению. Одна хромосома в паре – отцовская, другая – материнская.

3. Индивидуальностью хромосом. Хромосомы одной пары отличаются от хромосом других пар размерами, формой и расположением центромеры.

4. Образованием дочерних хромосом при делении материнской хромосомы. Перед делением клетки происходит редупликация ДНК, в результате образуются две молекулы ДНК, из которых получаются две сестринские хроматиды. Во время деления в дочерние клетки попадает по одной хроматиде (дочерней хромосоме). Таким образом, каждая хромосома образуется при делении материнской хромосомы.

Все хромосомы подразделяют на аутосомы и половые хромосомы.

Половые хромосомы – это пара хромосом, различная у мужского и женского полов. Половые хромосомы определяют формирование признаков, характерных мужскому и женскому организмам. В соматической клетке 2 половые хромосомы, а в половой – 1.

Аутосомы – это хромосомы, одинаковые у мужского и женского полов. В соматической клетке человека 44 аутосомы, а в половой – 22.

В соматических клетках присутствует диплоидный (2n) набор хромосом, где каждая хромосома имеет себе гомологичную (парную), а в половых клетках – гаплоидный (n).

Совокупность всех хромосом клетки, характеризующаяся их числом, размером и формой, называется кариотипом.

Таблица 3. Содержание хромосом в клетках