Вопрос 1. Опишите строение ядра эукариотической клетки.
Впервые ядро было открыто и описано в 1833 году англичанином Р.Броуном.
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 – отделяет содержимое ядра от цитоплазмы. Ядерная оболочка состоит из двух мембран: наружной и внутренней, которые соединяются вместе в области пор. При повышении скорости обменных процессов между ядром и цитоплазмой количество пор увеличивается, т.е. можно судить об активности ядра по количеству пор. Из ядра через ядерные поры выходят: и-РНК, т-РНК, субъединицы рибосом. В ядро из цитоплазмы поступают ядерные и рибосомальные белки, нуклеотиды, жиры, углеводы, АТФ, вода и ионы. Наружная ядерная оболочка соединяется с гранулярной эндоплазматической сетью. Внутренняя ядерная оболочка контактирует с кариоплазмой (ядерным соком), лишена рибосом и в некоторых местах соединяется с хроматином.
Ядерный сок (кариоплазма) – это коллоидный раствор белков, нуклеиновых кислот, углеводов, ферментов и ионов, он более вязкий, чем гиалоплазма. Ядерный сок обеспечивает нормальное функционирование генетического материала. Во время деления ядерный сок смешивается с цитоплазмой.
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».
Хроматин – это комплекс ДНК и белков, в основном гистоновых.
В ядре содержится определённое число хромосом, характерное для каждого вида организмов.

Вопрос 2. Как вы считаете, может ли клетка существовать без ядра? Ответ обоснуйте.
У прокариот кольцевая ДНК расположена непосредственно в цитоплазме и успешно выполняет свои функции. Однако строение и деятельность эукариотической клетки гораздо сложнее, чем прокариотической. В связи с этим эукариотам необходимо иметь значительно больше нуклеиновых кислот, которые удобнее локализовать в определенной зоне. Эту проблему решило появление ядерной оболочки и обособление клеточного ядра. Кроме того, ядерная оболочка защищает хроматин от химических и механических повреждений.
Может ли эукариотическая клетка существовать без ядра? В ядре хранится почти вся наследственная информация о структуре белков. Следовательно, без ядра клетка не может развиваться и гибнет. Тем не менее некоторые клетки многоклеточного организма (например, эритроциты человека) утрачивают ядро В ходе роста и специализации; к моменту потери ядра в них уже синтезирован весь необходимый набор белков. Скорость разрушения этих белков определяет срок жизни таких клеок (как правило, несколько недель).

Вопрос 3. Что такое ядрышко? Каковы его функции?
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 4. Дайте характеристику хроматина.
Хроматин – это комплекс ДНК и белков, в основном гистоновых. Молекулы гистонов с ДНК образуют группы – нуклеосомы. Каждая нуклеосома состоит из 8 молекул гистонов(Н2А; Н2B; Н3; Н4) по две молекулы вокруг которых закручен участок ДНК. Молекула ДНК, соединенная с нуклеосомой, образует ДНK (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 ДНK.
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 за счет 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.

Вопрос 5. Как соотносится число хромосом в соматических и половых клетках?
В соматических (обычных) клетках организма, как правило, содержится двойной набор хромосом, т. е. каждая хромосома (молекула ДНК) присутствует в двух экземплярах. При образовании половых клеток происходит деление особого типа, в результате которого набор хромосом в зрелых яйцеклетках и сперматозоидах оказывается одинарным. Таким образом, соотношение числа хромосом в соматических и половых клетках составляет 2:1.

Вопрос 6. Что такое кариотип? Дайте определение .
Кариотип - это совокупность всех признаков хромосомного набора, характерного для того или иного биологического вида. Важнейшими среди этих признаков являются количество хромосом, их размер и расположение центромер. Различие кариотипа у внешне сходных организмов является показателем их принадлежности к разным видам; отличие кариотипа от нормы (изменение числа хромосом, длины хроматид и т. д.) - признаком серьезных нарушений - мутаций.

Вопрос 7. Какие хромосомы называют гомологичными?
Гомологичными называют хромосомы, одинаковые по форме, размеру и несущие одинаковые гены. В соматических клетках содержится двойной хромосомный набор, т. е. для каждой хромосомы имеется ее гомологичная пара. По происхождению одна из двух гомологичных хромосом является материнской, переданной через яйцеклетку матери, а другая - отцовской, переданной через сперматозоид отца. Это означает, что, хотя представленные в гомологичных хромосомах гены одинаковы (характеризуют один и тот же белок), конкретное содержание заключенной в них наследственной информации может не совпадать (может различаться первичная структура белка, что приводит к появлению у различных индивидуумов одного вида разных групп крови, окраски шерсти, цвета глаз и т. д.).

Вопрос 8. Какой хромосомный набор называют гаплоидным? Диплоидным?
При образовании половых клеток из каждой пары гомологичных хромосом в яйцеклетку или сперматозоид попадает только одна. Поэтому половые клетки содержат одинарный (гаплоидный) набор хромосом. После слияния половых клеток (гамет) в образовавшейся зиготе оказываются как материнский, так и отцовский гаплоидный набор. В результате число хромосом удваивается. Набор, в котором представлены пары гомологичных хромосом, называют диплоидным.

ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ ПОВТОРЕНИЯ

Вопрос 1. Опишите строение ядра эукариотической клетки.

Ядро - важнейшая составная часть клетки; выполняет функции хранения и воспроизведения генетической информации, регулирует процессы обмена веществ в клетке. Ядро окружено ядерной оболочкой, которая состоит из двух мембран, имеющих типичное строение. Содержимое ядра подразделяют па ядерный сок, хроматин и ядрышко. Ядерная оболочка имеет две мембраны - наружную грануляционную и внутреннюю гладкую и является частью внутренней мембранной сети клетки. В перинуклеарное пространство - пространство между двумя мембранами ядерной оболочки, грануляционной и гладкой,- 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, путем образования вакуоли и отшнуровывания ядерной оболочки. При развитии клетки ядерная оболочка образуется после завершения делении хромосом.

Кариоплазма - жидкая фаза ядра, в которой в растворенном виде находятся продукты жизнедеятельности ядерных структур: все виды РНК, рибосомальные белки, нуклеотиды, ферменты ядра, ионы.

Вопрос 2. Что такое ядрышко?

Ядрышко - участок ядра, несущий наследственную информацию о структуре рибосомальной РНК и скопление рибосомальной РНК и рибосом на разных этапах формирования.

Вопрос 3. Как осуществляется обмен веществ между ядром и цитоплазмой?

Обмен веществ осуществляется через ядерную оболочку:

1) по каналам ЭПС;

2) через поры ядерной оболочки;

3) путем отшнуровывания выпячиваний и выростов ядерной оболочки.

Ядерная оболочка образуется после завершения деления хромосом в телофазе из прилегающих мембран ЭПС.

Вопрос 4. Что такое хроматин?

Хроматин - наследственный материал клетки. Хроматин, видимый в микроскоп как глыбки и гранулы, представляет собой в разной степени спирализованные участки хромосом и называется гетерохроматином. Гетерохроматин в генетическом плане не активен. Генетически активный хроматин полностью деспирализован и не видев даже в электронный микроскоп. Генетически активный хроматин называют эухроматином.

Вопрос 5. Какими примерами можно проиллюстрировать избирательную активность генов в клетках различных тканей?

На избирательную активность генов влияют перемещения (морфо­генетические движения) клеток, их пространственное расположение. Они обеспечиваются способностью клеток к активному движению и адгезивности (избирательному образованию контактов друг с другом, в котором важную роль играет гликокаликс). Соседние клетки оказывают физические, химические и др. влияния на мигрировавшие и вступившие с ними в контакт клетки, избирательно активируя-инактивируя гены их ядер. Морфогенетические движения клеток являются одним из механизмов избирательной активации генов.

На дифференциальную активность генов оказывают влияние гормоны, которые выделяются специализированными клетками и целенаправленно действуют на другие клетки и ткани. У млекопитающих известно более 40 гормонов. Различают 3 группы гормонов: а) пептидные и белковые (инсулин, соматотропин, пролактин, лютеинизирующий и др.); б) производные аминокислот (адреналин, норадреналин, тироксин); в) стероидные (андрогены и эстрогены). Под контролем гормонов протекают все основные процессы клеточного метаболизма (начиная с зиготы), включая транскрипцию генома, регуляцию активности генов.

Вопрос 6. Как устроены и из чего состоят хромосомы?

В делящейся клетке наследственный материал компактно упакован. Вследствие спирализации ДНК во время деления клетки наследственный материал Становится виден в световой микроскоп как палочковидные тела - хромосомы.

Хромосомы имеют плечи и первичную перетяжку - центромеру. До удвоения ДНК хромосома образована одной молекулой ДНК, а после редупликации включает две молекулы ДНК – хроматиды, связанные в области центромеры. Форма хромосом зависит от первичной перетяжки, к области которой во время деления клетки прикрепляются нити веретена деления. Центромера делит хромосому на 2 плеча. Выделяют 3 основных типа хромосом:

1) равноплечие - с плечами равной или почти равной длины;

2) неравноплечие - с плечами разной длины;

3) палочковидные - с одним длинным, я другим очень коротким плечом.

Некоторые хромосомы имеют вторичную перетяжку - участок меньшей спирализации хромосомного материала, соответствующий положению в ней ядрышкового организма.

Вопрос 7. Как соотносится число хромосом в соматических и половых клетках?

В соматических клетках каждая хромосома имеет пару и такой хромосомный набор называется двойным или диплоидным.

Половые клетки всегда содержат вдвое меньше хромосом, чем соматические клетки данного вида организма (гаплоидный набор). При слиянии двух половых клеток происходит восстановление двойного набора хромосом, присущие данному виду.

Вопрос 8. Какие хромосомы называют гомологичными?

Хромосомы, одинаковые по форме и размеру и несущие одинаковые гены, называются гомологичными. Одна из таких хромосом достается организму от отца, другая - от матери.

Вопрос 9. Что такое кариотип? Дайте определение.

Совокупность качественных и количественных признаков хромосомного набора в соматической клетке называется Кариотипом. Кариотип является видовым признаком, одинаковым у всех представителей данного вида. Например, у человека 46 хромосом, у дрозофилы - 8 и т. д.

Вопрос 10. Какой хромосомный набор называют гаплоидным; диплоидным?

Присущий соматической клетке хромосомный набор, в котором каждая хромосома имеет себе пару, носит название двойного или диплоидного и обозначается как 2л. Количество ДНК, соответствующее двойному набору хромосом, обозначают как 2с. Так как из каждой пары гомологичных хромосом в половые клетки попадает только одна, то хромосомный набор половых клеток называют гаплоидным, т.е. одинарным и обозначают как 1n1c.

Вопрос 11. Вспомните строение хромосомы бактерий и сформулируйте её отличия от хромосомы эукариот.

Хромосома прокариотической клетки имеет кольцевое строение, 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.

ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ ОБСУЖДЕНИЯ

Вопрос 1. Каковы пути для воспроизведения различных внутриклеточных структур - митохондрий, пластид, клеточного центра, базальных телец, жгутиков и ресничек?

Митохондрии относятся к саморепликуючих (способных к размножению) органелл. Обновление митохондрий происходит в течение всего клеточного цикла. Например, в клетках печени они заменяются новыми через около 10 дней. Наиболее вероятным путем воспроизведения митохондрий считают их разделение: посередине митохондрии появляется перетяжка или возникает перегородка, после чего органеллы распадаются на две новые митохондрии.

Вопрос 2. Расскажите о значении рибосом в процессе биосинтеза белков в клетке.

Рибосомы, как машины молекулярных размеров, штампуют различные белки с огромной скоростью - одна белковая молекула средних размеров в минуту. Лучше всего изучены рибосомы одной из бактерий - кишечной палочки. Ее рибосомы получают в чистом виде при помощи ультрацентрифугирования тонко измельченных бактериальных клеток. Сначала оседают крупные частицы, которые удаляют. Затем при очень больших скоростях вращения осаждаются рибосомы. Скорость их оседания 70 S (S - единица Сведберга, характеризующая скорость оседания).

Рибосома состоит из большой и малой субъединиц, содержащих различные типы рРНК и белки. Малая субединица (СЕ) связывается с мРНК и активированными тРНК. Пептидилтрансфераза в большой СЕ катализирует образование пептидных связей и присоединение аминокислот к растущей полипептидной цепи. Функция рибосом – трансляция (считывание кода мРНК и сборка полипептидов). Рибосомы подразделяют на митохондриальные и более крупные цитоплазматические.

Вопрос 3. В чём вы видите биологический смысл дифференциальной активности генов в клетках многоклеточного организма?

Многоклеточные животные и растения начиняют свой жизненный цикл с одной клетки, далее следуют митозы и все клетки содержат один и тот же генетический материал, но имеют определенную структуру позволяющую им выполнять ряд специфических функций более эффективно. Процесс развития организма включает рост и дифференцировку. Причины такого разнообразия клеток не ясна, однако она явно связана с индукцией и репрессией генов. Дифференцировка связана с различным взаимодействием 3-ех факторов: ядра, цитоплазмы и окружающей среды.

Вопрос 1. Опишите строение ядра эукариотиче-ской клетки.

Клеточное ядро обычно имеет сфериче-скую форму; встречаются также веретеновид-ные, подковообразные и сегментированные яд-ра. Оболочка ядра состоит из двух мембран; наружная мембрана переходит в каналы ЭПС. Ядерная оболочка пронизана порами, которые достаточно велики, чтобы пропускать молеку-лы нуклеиновых кислот и субъединицы рибо-сом. Клеточное ядро заполнено ядерным со-ком — раствором белков, нуклеиновых кислот и углеводов. Основная масса клеточного ядра приходится на хроматин — молекулы ДНК, соединенные с белками-гистонами. В зависи-мости от стадии клеточного цикла хроматин располагается по всему объему ядра (дисперс-но) либо скручен в хромосомы. В клеточном ядре может также находиться одно (или не-сколько) ядрышко — зона синтеза рРНК и формирования субъединиц рибосом.

Вопрос 2. Как вы считаете, может ли клетка су-ществовать без ядра? Ответ обоснуйте.

У прокариот кольцевая ДНК расположена непосредственно в цитоплазме и успешно вы-полняет свои функции. Однако строение и де-ятельность эукариотической клетки гораздо сложнее, чем прокариотической. В связи с этим эукариотам необходимо иметь значитель-но больше нуклеиновых кислот, которые удоб-нее локализовать в определенной зоне. Эту проблему решило появление ядерной оболоч-ки и обособление клеточного ядра. Кроме того, ядерная оболочка защищает хроматин от хи-мических и механических повреждений.

Может ли эукариотическая клетка сущест-вовать без ядра? В ядре хранится почти вся на-следственная информация о структуре белков. Следовательно, без ядра клетка не может раз-виваться и гибнет. Тем не менее некоторые клетки многоклеточного организма (напри-мер, эритроциты человека) утрачивают ядро в ходе роста и специализации; к моменту поте-ри ядра в них уже синтезирован весь необхо-димый набор белков. Скорость разрушения этих белков определяет срок жизни таких кле-ток (как правило, несколько недель).

Вопрос 3. Что такое ядрышко? Каковы его функции?

Ядрышко — это внутриядерная структура, где синтезируется рибосомальная РНК и фор-мируются отдельные субъединицы рибосом. Количество ядрышек в ядре может изменять-ся и определяется синтетической активно-стью клетки: чем более интенсивно идет обра-зование белка, тем больше ядрышек. Сборка рибосом из отдельных субъединиц завершает-ся в цитоплазме непосредственно перед нача-лом синтеза белка.

Вопрос 4. Дайте характеристику хроматина.

Хроматин представляет собой совокуп-ность спиралевидных двуцепочечных моле-кул ДНК, упакованных при помощи особых белков-гистонов. В ходе упаковки ДНК нама-тывается на гистоны, как нитка на катушку. В результате образуется структура — «бусы на нитке», уменьшающая длину и увеличиваю-щая прочность молекул ДНК. Хроматин мо-жет быть дополнительно спирализован с обра-зованием сверхкомпактных структур — хро-мосом. Формирование хромосом происходит непосредственно перед делением клетки.

Вопрос 5. Как соотносится число хромосом в соматических и половых клетках?

В соматических (обычных) клетках организ-ма, как правило, содержится двойной набор хромосом, т. е. каждая хромосома (молекула ДНК) присутствует в двух экземплярах. При образовании половых клеток происходит деле-ние особого типа, в результате которого набор хромосом в зрелых яйцеклетках и сперматозо-идах оказывается одинарным. Таким образом, соотношение числа хромосом в соматических и половых клетках составляет 2:1.

Вопрос 6. Что такое кариотип? Дайте определе-ние.

Кариотип — это совокупность всех при-знаков хромосомного набора, характерного для того или иного биологического вида. Важ-нейшими среди этих признаков являются ко-личество хромосом, их размер и расположение центромер. Различие кариотипа у внешне сход-ных организмов является показателем их при-надлежности к разным видам; отличие карио-типа от нормы (изменение числа хромосом, длины хроматид и т. д.) — признаком серьез-ных нарушений — мутаций.

Вопрос 7. Какие хромосомы называют гомоло-гичными? Материал с сайта

Гомологичными называют хромосомы, одинаковые по форме, размеру и несущие оди-наковые гены. В соматических клетках содер-жится двойной хромосомный набор, т. е. для каждой хромосомы имеется ее гомологичная пара. По происхождению одна из двух гомоло-гичных хромосом является материнской, пе-реданной через яйцеклетку матери, а другая — отцовской, переданной через сперматозоид от-ца. Это означает, что, хотя представленные в гомологичных хромосомах гены одинаковы (характеризуют один и тот же белок), конкрет-ное содержание заключенной в них наследст-венной информации может не совпадать (мо-жет различаться первичная структура белка, что приводит к появлению у различных инди-видуумов одного вида разных групп крови, ок-раски шерсти, цвета глаз и т. д.).

Вопрос 8. Какой хромосомный набор называют гаплоидным? Диплоидным?

При образовании половых клеток из каж-дой пары гомологичных хромосом в яйцеклет-ку или сперматозоид попадает только одна. Поэтому половые клетки содержат одинарный (гаплоидный) набор хромосом. После слия-ния половых клеток (гамет) в образовавшейся зиготе оказываются как материнский, так и отцовский гаплоидный набор. В результате число хромосом удваивается. Набор, в кото-ром представлены пары гомологичных хромо-сом, называют диплоидным.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском

На этой странице материал по темам:

• клеточное ядро хромосомы
• краткое содержание клеточное ядро.хромосомы
• конспект на тему клеточное ядро.хромосомы
• тест по теме клеточное ядро.хромосомы
• хромосомы краткое содержание

Биология. Общая биология. 10 класс. Базовый уровень Сивоглазов Владислав Иванович

11. Клеточное ядро. Хромосомы

11. Клеточное ядро. Хромосомы

Вспомните!

Какие клетки не имеют ядер?

В каких частях и органоидах клетки содержится ДНК?

Каковы функции ДНК?

Обязательным компонентом всех эукариотических клеток является ядро (лат. nucleus , греч. karyon ). Клеточное ядро хранит наследственную информацию и управляет процессами внутриклеточного метаболизма, обеспечивая нормальную жизнедеятельность клетки и выполнение ею своих функций. Как правило, ядро имеет сферическую форму, но существуют также веретеновидные, подковообразные, сегментированные ядра. У большинства клеток ядро одно, но, например, у инфузории туфельки два ядра – макронуклеус и микронуклеус, а в поперечно – полосатых мышечных волокнах находятся сотни ядер. Ядро и цитоплазма – это взаимосвязанные компоненты клетки, которые не могут существовать друг без друга. Их постоянное взаимодействие обеспечивает единство клетки и в структурном, и в функциональном смысле. В эукариотических организмах существуют клетки, не имеющие ядер, но срок их жизни недолог.

В процессе созревания теряют ядро эритроциты, которые функционируют не более 120 дней, а затем разрушаются в селезёнке. Безъядерные тромбоциты (кровяные пластинки) циркулируют в крови около 7 дней.

Каждое клеточное ядро окружено ядерной оболочкой, содержит ядерный сок, хроматин и одно или несколько ядрышек.

Ядерная оболочка. Эта оболочка отделяет содержимое ядра от цитоплазмы клетки и состоит из двух мембран, имеющих типичное для всех мембран строение. Наружная мембрана переходит непосредственно в эндоплазматическую сеть, образуя единую мембранную структуру клетки. Поверхность ядра пронизана порами, через которые осуществляется обмен различными материалами между ядром и цитоплазмой. Например, из ядра в цитоплазму выходят РНК и субъединицы рибосом, а в ядро поступают нуклеотиды, необходимые для сборки РНК, ферменты и другие вещества, обеспечивающие деятельность ядерных структур.

Ядерный сок. Раствор белков, нуклеиновых кислот, углеводов, в котором происходят все внутриядерные процессы.

Ядрышко. Место синтеза рибосомальной РНК (рРНК) и сборки отдельных субъединиц рибосом – важнейших органоидов клетки, обеспечивающих биосинтез белка.

Хроматин. В ядре клетки находятся молекулы ДНК, которые содержат информацию о всех признаках организма. ДНК – это двухцепочечная спираль, состоящая из сотен тысяч мономеров – нуклеотидов. Молекулы ДНК огромны, например длина отдельных молекул ДНК, выделенных из клеток человека, достигает нескольких сантиметров, а общая длина ДНК в ядре соматической клетки составляет около 1 м. Ясно, что такие гигантские структуры должны быть как-то упакованы, чтобы не перепутаться в общем ядерном пространстве. Молекулы ДНК в ядрах эукариотических клеток всегда находятся в комплексе со специальными белками – гистонами, образуя так называемый хроматин . Именно гистоны обеспечивают структурированность и упаковку ДНК. В активно функционирующей клетке, в период между клеточными делениями, молекулы ДНК находятся в расплетённом деспирализованном состоянии, и увидеть их в световой микроскоп практически невозможно. В ядре клетки, готовящейся к делению, молекулы ДНК удваиваются, сильно спирализуются, укорачиваются и приобретают компактную форму, что делает их заметными (рис. 36). В таком компактном состоянии комплекс ДНК и белков называют хромосомами , т. е., по сути, в химическом отношении хроматин и хромосомы – это одно и то же. В современной цитологии под хроматином понимают дисперсное (рассеянное) состояние хромосом во время выполнения клеткой своих функций и в период подготовки к митозу.

Рис. 36. Спирализация молекулы ДНК (А) и электронная фотография метафазной хромосомы (Б)

Рис. 37. Строение хромосомы: А – одиночная хромосома; Б – удвоенная хромосома, состоящая из двух сестринских хроматид; В – электронная фотография удвоенной хромосомы

Форма хромосомы зависит от положения так называемой первичной перетяжки, или центромеры , – области, к которой во время деления клетки прикрепляются нити веретена деления. Центромера делит хромосому на два плеча одинаковой или разной длины (рис. 37).

Количество, размеры и форма хромосом уникальны для каждого вида. Совокупность всех признаков хромосомного набора, характерного для того или иного вида, называют кариотипом . На рис. 38 представлен кариотип человека. Нашим генетическим банком данных являются 46 хромосом определённого размера и формы, несущие более 30 тыс. генов. Эти гены определяют строение десятков тысяч типов белков, различных видов РНК и белков-ферментов, образующих жиры, углеводы и другие молекулы. Любые изменения структуры или количества хромосом приводят к изменению или потере части информации и, как следствие, к нарушению нормального функционирования той клетки, в ядре которой они находятся.

Рис. 38. Кариотип человека. Набор хромосом женщины (флуоресцентная окраска)

В соматических клетках (клетках тела) число хромосом обычно в два раза больше, чем в зрелых половых клетках. Это объясняется тем, что при оплодотворении половина хромосом приходит от материнского организма (в яйцеклетке) и половина от отцовского (в сперматозоиде), т. е. в ядре соматической клетки все хромосомы парные. Причём хромосомы каждой пары отличаются от других хромосом. Такие парные, одинаковые по форме и размеру хромосомы, несущие одинаковые гены, называют гомологичными . Одна из гомологичных хромосом является копией материнской хромосомы, а другая – копией отцовской. Хромосомный набор, представленный парными хромосомами, называют двойным или диплоидным и обозначают 2n . Наличие диплоидного хромосомного набора у большинства высших организмов повышает надёжность функционирования генетического аппарата. Каждый ген, определяющий структуру того или иного белка, а в итоге влияющий на формирование того или иного признака, у таких организмов представлен в ядре каждой клетки в виде двух копий – отцовской и материнской.

При образовании половых клеток от каждой пары гомологичных хромосом в яйцеклетку или сперматозоид попадает только одна хромосома, поэтому половые клетки содержат одинарный , или гаплоидный , набор хромосом (1n ).

Не существует зависимости между числом хромосом и уровнем организации данного вида: примитивные формы могут иметь большее число хромосом, чем высокоорганизованные, и наоборот. Например, у таких далёких видов, как прыткая ящерица и лисица, число хромосом одинаково и равно 38, у человека и ясеня – по 46 хромосом, у курицы 78, а у речного рака более 110!

Постоянство числа и структуры хромосом в клетках является необходимым условием существования вида и отдельного организма. При изучении хромосомных наборов разных особей были обнаружены виды-двойники, которые морфологически абсолютно не отличались друг от друга, но, имея разное число хромосом или отличия в их строении, не скрещивались и развивались независимо. Таковы, например, обитающие на одной территории два вида австралийских кузнечиков Moraba scurra и Moraba viatica, чьи хромосомы отличаются по своей структуре. Виды-двойники известны и в царстве растений. Внешне практически неразличимы кларкия двулопастная и кларкия языковидная из семейства кипрейных, растущие в Калифорнии, однако в кариотипе второго вида на одну пару хромосом больше.

Вопросы для повторения и задания

1. Опишите строение ядра эукариотической клетки.

2. Как вы считаете, может ли клетка существовать без ядра? Ответ обоснуйте.

3. Что такое ядрышко? Каковы его функции?

4. Дайте характеристику хроматина. Если хроматин и хромосомы в химическом отношении представляют собой одно и то же, зачем были введены и используются два разных термина?

5. Как соотносится число хромосом в соматических и половых клетках?

6. Что такое кариотип? Дайте определение.

7. Какие хромосомы называют гомологичными?

8. Какой хромосомный набор называют гаплоидным; диплоидным?

Подумайте! Выполните!

1. Какие особенности строения ядра клетки обеспечивают транспорт веществ из ядра и обратно?

2. Достаточно ли знать число хромосом в соматической клетке, чтобы определить, о каком виде организмов идёт речь?

3. Если вам известно, что в некой клетке в норме находится нечётное число хромосом, сможете ли вы однозначно определить, соматическая эта клетка или половая? А если чётное число хромосом? Докажите свою точку зрения.

Работа с компьютером

Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал и выполните задания.