Введение в молекулярную биологию. Введение в изучение клеточной и молекулярной биологии 4 страница

Стадия терминации репликации:

• Теpминация синтеза ДНК наступает вследствие исчеpпания матpицы. У хромосомы E.coli две репликативные вилки содержат область терминации, состоящий из копий 20 пар нуклеотидов и называемый Ter (terminus).

• Репликационные пузыри сливаются, молекулы дочерней цепи ДНК сшиваются ДНК-лигазой и на каждой матpице обpазуется дочеpняя цепь ДНК.

Репаративный синтез ДНК:

Множество химических и физических агентов (ионизирующая радиация, УФО, алкилирующие агенты) вызывают в ДНК повреждения 4 основных типов.

1. Затрагивающие единичные нуклеотиды: депуринизация; дезаминирование цитозина до урацила; дезаминирование аденина до гипоксантина; алкилирование оснований; вставка или делеция нуклеотида; включение основания-аналога.

2. Затрагивающие пару нуклеотидов: УФ-индуцируемое образование тиминовых димеров; поперечные сшивки бифункциональным алкилирующим агентом.

3. Разрывы цепей: ионизирующая радиация; радиоактивная дезинтеграция каркаса ДНК.

4. Поперечные сшивки: между основаниями одной цепи или разных цепей; между ДНК и молекулами белка (например, гистонами).

Основной путь репарации включает три этапа:

1. Измененный участок ДНК распознается и удаляется при помощи ферментов ДНК-репарирующих эндонуклеаз.

2. ДНК-полимераза I связывается с 3′-концом поврежденной цепи ДНК и заполняет брешь, присоединяя нуклеотиды друг за другом комплементарно неповрежденной цепи ДНК.

3. ДНК-лигаза сшивает фрагменты ДНК и, тем самым, завершает восстановление структуры ДНК.

Восстановление разрыва двух цепей: белок Ku находит место разрыва и прикрепляется, затем присоединяется белок DNA-PKcs, который фосфорилирует белки и затем ДНК-лигаза IV сшивает две цепи.

Теломеры:

• Эукариотическая ДНК линейная. Репликация происходит в двух направлениях от одной точки инициации. 5′-концевая область лидирующей цепи реплицируется полностью.

• Но этого не происходит при синтезе запаздывающей цепи, потому что участвующий в образовании фрагментов Оказаки РНК-праймер расположен у 3′-конца матричной цепи. После удаления праймера эти концы оказываются нереплицированными и не существуют механизма, позволяющего восполнить их, используя ДНК-синтезирующий комплекс, описанный выше.

• Для восполнения теряемых частей требуются РНК-праймер, но матриц, с которых их можно было бы образовывать, нет. Это означает, что с каждым клеточным делением хромосомы будут последовательно укорачиваться.

• Решение проблемы состоит в том, что на концах хромосом эукариот находятся специальные повторяющиеся последовательности ДНК, которую называют теломерной ДНК (содержащие ее концы хромосом – теломеры).

Теломеры:

• Теломеры млекопитающих представляют собой короткую последовательность нуклеотидов ТТАГГГ. Число теломерных последовательностей различно в клетках разных тканей.

• Специфическая ДНК полимераза (ДНК-теломераза) добавляет эти последовательности (одну за другой) к 3′-концу предшествующей теломерной ДНК и таким образом удлиняет ее.

• Теломераза имеет две особенности: 1) использует РНК в качестве матрицы для синтеза ДНК – это обратная транскриптаза и 2) матрица включена в структуру фермента.

• У человека РНК имеет последовательность, включающую 1,5 повтора, комплементарных ТТАГГГ. Матрица РНК гибридизируется с концом теломерной ДНК, затем постепенно (по одному нуклеотиду) добавляется еще один фрагмент. После этого фермент перемещается и связывается с концом нового, только что образованного фрагмента. Таким образом, теломер непрерывно достраивается.

Теломераза:

• Теломераза обнаружена в эмбриональных клетках, которые быстро делятся, в результате чего требуется компенсировать укорочение хромосом.

• В соматических клетках, делящихся редко, теломераза не обнаружена.

• Считают, что соматические клетки в момент возникновения получают такое количество теломерной ДНК, которое определяет количество возможных делений клетки. Этот эффект рассматривается как важный фактор продолжительности жизни живого организма.

• При неограниченном делении опухолевых клеток постоянное удлинение хромосом осуществляет теломераза.

Лекция 11. Молекулярные основы деления клеток

План

• Химия клеточного цикла. Циклины и циклин-зависимые киназы (Cdk). Cdk-ингибиторы (белки р21, р27).

• Митоз. Мультипротеиновые комплексы - кохезин и конденсин. SCF и АРС активности в процессе клеточного цикла.

• Цитокинез, тубулин и микротрубки.

• Мейоз. Генетическая рекомбинация в процессе мейоза.

• Важные процессы для человека: нарушения мейоза и патологические процессы в эмбриональном развитии.

Циклины и Cdk-киназы клеточного цикла:

• G1 начало – активность Сdk низкая (образуются пререпликационные комплексы на ДНК (ori).

• G2 середина – активность Сdk проявляется за счет ассоциации Сdk4 и Сdk6 с циклинами D1, D2 и D3 ® фосфорилирование белка Rb, который вызывает эспрессию генов циклинов Е и А, Сdk1 и белков репликации.

• Переход G1-S – необходимы комплексы циклин Е-Сdk2 и циклин А-Сdk2, начало репликации.

• Переход G2-M требует комплексов циклин А- Сdk1 и циклин В1-Сdk 1 (служат для фосфорилирования белков цитоскелета, гистонов и белков оболочки ядра).

Протеинкиназы ATR (при действии УФО – образование тиминовых димеров) и AМеханическое напряжение может быть checkpoint-контролем.

Механическое напряжение может быть checkpoint-контролем.

TM (при радиации – разрыв цепей ДНК) включают сигнальные пути остановки клеточного цикла.

Стадии митоза растительной клетки:

• Профаза: компактные митотические хромосомы, состоят из двух хроматид, связанных в центромере; цитоскелет не собран, митотическое веретено организовано; эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи и оболочка ядра фрагментированы.

• Прометафаза: кинетохоры хромосом связаны с микротрубочками и движутся к экватору веретена.

• Метафаза: хромосомы располагаются в экваторе веретена.

• Анафаза: центромеры расщепляются и хромосомы разделяются и движутся к полюсам веретена.

• Телофаза: хромосомы собираются у полюсов веретена и диспергируются. Вокруг собирается оболочка ядра. Воссоздаются эндоплазматический ретикулум и аппарат Гольджи. Дочерние клетки формируются путем цитокинеза.

Мультипротеиновые комплексы конденсин и кохезин участвуют в формировании митотических хромосом.

Слайд - Каждая митотическая хромосома включает пару сестринских хроматид, связанных белковым комплексом кохезина. Внизу метафазная хромосома (ДНК – фиолетовый, кинетохоры – зеленый и кохезин - зеленый

Слайд - Кинетохор. а) трехслойная структура кинетохора метафазной хромосомы; b) внутренняя пластинка содержит белки для связи с центромерным гетерохроматином, наружная пластинка содержит фиброзную корону, связанную с биохимическими моторами движения; с) динеины и кинезины перемещают хромосому по микротрубочкам.

Слайд - Центросомный цикл животной клетки. а) В конце митоза центросома содержит две центриоли под прямым углом; в S-фазе формируются пара дочерних центриолей; дочерние центриоли растут в G2-фазе (b); в начале митоза разделяются 2 центросомы, содержащие по две центриоли.

Слайд - В опухолевой клетке возникает более двух центросом (красные), возникает мультиполярное веретено (зеленый), что обеспечивает перемещение аномального числа хромосом (голубой).

Слайд - Образование митотического веретена в профазе. Митотическое веретено образовано двумя центросомами, между которыми располагаются микротрубочки, состоящие из белка тубулина (зеленый цвет).

Слайд - Модель разрушения ядерной оболочки: цитоплазматические моторы-динеины во время профазы и ранней метафазы перемещают ядерную оболочку по микротрубочкам в сторону центросомы, что ведет к ее напряжению и фрагментации.

Слайд - В прометафазе происходит выравнивание длины хромосом за счет полимеризации-деполимеризации микротрубочек.

Слайд - На серии снимков показано выравнивание митотических хромосом в прометафазе за счет перемещения к метафазной пластинке

Митотическое веретено:

• Каждый полюс веретена содержит пару центриолей, окруженных перицентриолярным материалом, из которого формируются микротрубочки.

• Имеется три типа волокон веретена – астральные, хромосомальные и полярные.

• Все микротрубочки веретена (их может быть тысячи) имеют знак «минус» по направлению к центросоме.

Слайд - The spindle checkpoint, т.е. отметка, отменяющая стадию клеточного цикла. Поздняя прометафаза митоза. Тубулин микротрубочек (зеленый), хромосомы (синие), checkpoint белок Mad2 в одной хромосоме (красная точка). Присутствие белка Mad2 на кинетохоре этой хромосомы не позволит хромосоме занять свое место в метафазной пластинке, что будет препятствовать началу анафазы митоза.

Механическое напряжение может быть checkpoint-контролем.

Лекция 12. Митоз и мейоз

План

- Введение.

- Митоз

- Мейоз

-Сравнение митоза и мейоза.

Введение:

• Появление эукариотической клетки было важнейшим эволюционным преобразованием (ароморфозом) в истории земной жизни.

• Одним из главных «достижений» древних эукариотических организмов стало возникновение настоящего полового процесса, то есть слияния двух гаплоидных (содержащих одинарный набор хромосом) клеток – гамет в диплоидную (содержащую двойной набор хромосом) клетку – зиготу.

Клетка в своей жизни проходит разные состояния: фазу роста и фазы подготовки к делению и деления. Клеточный цикл – переход от деления к синтезу веществ, составляющих клетку, а затем опять к делению – можно представить на схеме в виде цикла, в котором выделяют несколько фаз.

Клеточный цикл:

• После деления клетка вступает в фазу синтеза белков и роста, эту фазу называют G1.

• Часть клеток из этой фазы переходит в фазу G0, эти клетки функционируют и потом погибают без деления (например, эритроциты).

• Большинство клеток, накопив необходимые вещества и восстановив свой размер, а иногда и без изменения размеров после предыдущего деления, начинают подготовку к следующему делению. Эта фаза называется фаза S – фаза синтеза ДНК, затем, когда хромосомы удвоились, клетка переходит в фазу G2 – фазу подготовки в митозу. Затем происходит митоз (деление клетки), и цикл повторяется заново.

• Фазы G1, G2, S вместе называются интерфазой (т.е. фазой между делениями клетки).

Происхождение мейоза:

• Чтобы жизненный цикл эукариот, обладающих половым процессом, мог продолжаться, должен был развиться механизм, посредством которого из диплоидных клеток снова могли образовываться гаплоидные. Таким механизмом стал мейоз – особый вид клеточного деления, при котором число хромосом в дочерних клетках уменьшается вдвое по сравнению с родительской клеткой.

• Общепризнано, что мейоз произошел из митоза – «обычного» клеточного деления эукариот, в результате которого число хромосом остается прежним. Происхождение митоза само по себе было замечательным ароморфозом. Мейоз, по сути дела, является модифицированной версией митоза.

Возникновение механизмов мейоза:

• Появление мейоза – особого варианта клеточного деления, в результате которого число хромосом сокращается вдвое – было одним из важнейших эволюционных «достижений» первых эукариот.

• Механизм мейоза сложился из комбинации готовых «блоков»: механизмов митоза, рекомбинации и репарации ДНК.

• Ключевым событием стало формирование синаптонемного комплекса – особой белковой структуры, обеспечивающей попарное соединение и точное «выравнивание» хромосом.

Починка разрывов ДНК – одна из основ мейоза:

• Механизмы репарации и рекомбинации ДНК – древние.

• Жизненный цикл древних эукариот и многих прокариот состоял из двух фаз и двух соответствующих типов метаболизма: 1) вегетативная фаза (условия благоприятны, клетки размножаются митозом); 2) фаза споруляции (условия стали неблагоприятными, клетки превращаются в споры).

• Мейоз в жизненном цикле современных организмов начинается с репарации повреждений (разрывов) ДНК. Разрывы эти в начале мейоза возникают не сами собой – их создает специальный фермент, эндонуклеаза SPO11. Этот фермент является модификацией другого белка – ДНК-топоизомеразы VI, унаследованной эукариотами от своих прокариотических предков – архей.

• Клетка начинает «чинить» разорванные молекулы ДНК при помощи древнего механизма гомологичной рекомбинации. А для этого нужно объединить попарно гомологичные молекулы ДНК (чтобы использовать неповрежденные участки одной молекулы в качестве «матрицы» для исправления повреждений в другой молекуле). На этом и основано попарное объединение хромосом в профазе I мейоза.

Белковые оси хромосом:

• Большие размеры генома эукариот стимулировали «распадение» его на отдельные хромосомы (линейные, в отличие от единственной кольцевой хромосомы прокариот). Как следствие, «оказалась полезной новация в структуре хромосом – белковые оси, к которым стали крепиться петли гигантской молекулы ДНК – эукариотической хромосомы».

• В клетках эукариот, делящихся путем митоза, сестринские хроматиды (образовавшиеся в результате репликации исходной молекулы ДНК) соединены посредством белков-когезинов. Чтобы хроматиды могли разойтись к полюсам клетки (в анафазе митоза), когезины должны гидролизоваться и исчезнуть из межхроматидного пространства.

• Когезин Rec8 и другие мейоз-специфичные белки строят в начале мейоза сложные белковые оси, или «линейные элементы», к которым ДНК крепится петлями. Каждая петля содержит несколько тысяч пар нуклеотидов и крепится к линейному элементу только в одном месте, «кнопочно».

• Такая организация хромосомы позволяет хромосомным локусам легче находить гомологичные им локусы в хромосоме-партнере. Так обстоит дело у некоторых низших эукариот, у которых нет «классического» мейоза, характерного для более высокоорганизованных форм.

Синаптонемные комплексы. Ароморфоз:

• У эукариот с классическим мейозом бывшие линейные элементы хромосом соединяются попарно с помощью белковой «застежки-молнии» в двухосевую структуру, именуемую синаптонемным комплексом (СК). Это обеспечивает тесное соединение гомологичных хромосом. СК существует ограниченное время в течение профазы I мейоза и затем распадается. СК обнаружен у многих сотен видов – от одноклеточных водорослей, грибов и протистов до многоклеточных. Предполагается несколько возможных функций СК:

1) Организация профазной мейотической хромосомы. Благодаря СК возникает билатеральная организация пары соединившихся гомологичных хромосом. Петли хроматина располагаются по обе стороны от СК. Это позволяет точно сопоставить петли хроматина в трехмерном пространстве клеточного ядра. Это простейший способ обеспечения точного взаимного узнавания локусов гомологичных хромосом для рекомбинации в мейозе.

2) СК не только соединяет гомологичные хромосомы, но и не дает им «склеиться», удерживая их на расстоянии 70-120 нм друг от друга. В конце профазы I (стадия диплотены) СК распадается во всех локусах, кроме локусов хиазм (перекрещивания хроматид). Гомологичные хромосомы, взаимно оттолкнувшиеся во всех локусах, кроме локусов хиазм, выстраиваются на экваторе веретена деления в метафазе I. Они готовы разойтись к полюсам, как только освободятся от хиазм.

3) СК необходим для формирования хиазм. СК также не позволяет хиазмам располагаться слишком близко друг от друга. Иными словами, благодаря СК хроматиды могут «рваться» и обмениваться участками лишь в ограниченном количестве мест.

Процесс деления, при котором исходно диплоидная клетка дает две дочерние, также диплоидные, клетки, называется митозом. Имеющиеся в клетке хромосомы удваиваются, выстраиваются в клетке, образуя митотическую пластинку, к ним прикреплены нити веретена деления, которые растягиваются к полюсам клетки и клетка делится, образуя две копии исходного набора.

Комментарий морфолога:

• При подготовке к делению происходит репликация ДНК, на каждой хромосоме синтезируется ее копия. Пока эти хромосомы после удвоения не расходятся, каждая хромосома в этой паре называется хроматидой.

• После репликации ДНК конденсируется, хромосомы приобретают более компактную укладку, и в таком состоянии их можно увидеть в световом микроскопе. Между делениями эти хромосомы не столь конденсированы и в большей степени расплетены.

• В конденсированном состоянии хромосомы практически не функционируют. Хромосома имеет вид в виде буквы Х только во время одной из стадий митоза.

• Раньше считалось, что между делениями клетки хромосомная ДНК ( хроматин ) находится в полностью расплетенном состоянии, но сейчас выясняется, что структура хромосом достаточно сложная и степень деконденсации хроматина между делениями не очень велика.

Цикл развития млекопитающих двухстадийный. На нижней части рисунка изображена диплоидная стадия, которая с точки зрения генетического процесса заканчивается мейозом, после чего начинается гаплоидная стадия. Это гаметы, они не обладают способностью к самостоятельному существованию. Но у многих растений именно гаплоид является основной частью жизненного цикла. Существование гамет заканчивается оплодотворением и появлением опять диплоидного организма.

Мейоз – определение:

• Мейоз (или редукционное деление клетки) — деление ядра эукариотической клетки с уменьшением числа хромосом в два раза. Происходит в два этапа (редукционный и эквационный этапы мейоза).

• Мейоз не следует смешивать с гаметогенезом — образованием специализированных половых клеток, или гамет, из недифференцированных стволовых.

С уменьшением числа хромосом в результате мейоза в жизненном цикле происходит переход от диплоидной фазы к гаплоидной. Восстановление плоидности (переход от гаплоидной фазы к диплоидной) происходит в результате полового процесса.

• В связи с тем, что в профазе первого, редукционного, этапа происходит попарное слияние (конъюгация) гомологичных хромосом, правильное протекание мейоза возможно только в диплоидных клетках или в чётных полиплоидах (тетра-, гексаплоидных и т. п. клетках). Мейоз может происходить и в нечётных полиплоидах (три-, пентаплоидных и т. п. клетках), но в них, из-за невозможности обеспечить попарное слияние хромосом в профазе I, расхождение хромосом происходит с нарушениями, которые ставят под угрозу жизнеспособность клетки или развивающегося из неё многоклеточного гаплоидного организма.

Почему в первом делении мейоза сестринские хроматиды не расходятся?

• В отличие от митоза и второго деления мейоза, в первом делении мейоза сестринские хроматиды остаются «склееными», потому что ген CDC31, продукт которого нужен для гидролиза когезинов, в мейозе I оказывается временно отключен продуктом другого гена – SGO1 (у дрожжей S. cerevisae). Во время второго деления мейоза ген SGO1 не функционирует, «запрет» на работу CDC31, снимается, и сестринские хроматиды разделяются. У дрозофилы вместо SGO1 действует неродственный ему ген mei-S332.

• Итак, причина нерасхождения хроматид в мейозе I – сохранение соединяющей их когезиновой оси. В результате после первого деления мейоза «программа» клеточного деления остается как бы «не выполненной». Эта программа – в основе которой лежит древняя программа митоза – после завершения мейоза I, не останавливаясь, продолжает работать (хроматиды не разошлись, когезиновые оси не гидролизовались – значит, нужно делиться дальше). И поэтому клетки сразу же, без интерфазы и без синтеза ДНК, вступают в новое деление (мейоз II), идущее уже в точности по схеме классического митоза.

Мейоз состоит из 2 последовательных делений с короткой интерфазой между ними:

• Профаза I — профаза первого деления очень сложная и состоит из 5 стадий: 1) Фаза лептотены или лептонемы — упаковка хромосом. 2) Зиготена или зигонема — конъюгация (соединение) гомологичных хромосом с образованием структур, состоящих из двух соединённых хромосом, называемых тетрадами или бивалентами. 3) Пахитена или пахинема — кроссинговер (перекрест), обмен участками между гомологичными хромосомами; гомологичные хромосомы остаются соединенными между собой. 4) Диплотена или диплонема — происходит частичная деконденсация хромосом, при этом часть генома может работать, происходят процессы транскрипции (образование РНК), трансляции (синтез белка); гомологичные хромосомы остаются соединёнными между собой. 5) Диакинез — ДНК снова максимально конденсируется, синтетические процессы прекращаются, растворяется ядерная оболочка; центриоли расходятся к полюсам; гомологичные хромосомы остаются соединёнными между собой.

• Метафаза I — бивалентные хромосомы выстраиваются вдоль экватора клетки.

• Анафаза I — микротрубочки сокращаются, биваленты делятся и хромосомы расходятся к полюсам. Важно отметить, что, из-за конъюгации хромосом в зиготене, к полюсам расходятся целые хромосомы, состоящие из двух хроматид каждая, а не отдельные хроматиды, как в митозе.

• Телофаза I — хромосомы деспирализуются и появляется ядерная оболочка.

Кроссинговер – обмен частями между гомологичными хромосомами – происходит в профазе первого деления мейоза (профаза I), которая включает следующие этапы: лептотена, зиготена, пахитена, диплотена, диакинез.

Механизм мейоза был «собран» из готовых блоков:

• Одним из этих исходных блоков стал уже имевшийся к тому времени у эукариот механизм митоза, другим – механизм репарации (починки повреждений) ДНК, основанный на гомологичной рекомбинации. Суть процесса в том, что поврежденный участок одной молекулы ДНК заменяется его неповрежденной копией, взятой из другой (гомологичной) молекулы ДНК.

• Чтобы «развести» гомологичные хромосомы к разным полюсам клетки, в ходе мейоза используется веретено деления, «унаследованное» от митоза. Но чтобы распределение хромосом по дочерним клеткам прошло без ошибок, гомологичные хромосомы необходимо сначала сгруппировать попарно. Для этого используется механизм гомологичной рекомбинации, точнее, одна из деталей этого механизма – образование так называемого соединения Холлидея.

Гомологичная рекомбинация в мейозе:

• Упрощенная схема одного из вариантов гомологичной рекомбинации (обмена участками между гомологичными молекулами ДНК) с образованием соединения Холлидея. Показаны две двухцепочечные молекулы ДНК.

• Тут важно не перепутать: каждая молекула ДНК состоит из двух параллельных цепей нуклеотидов (двойная спираль); в состав одной хроматиды входит одна молекула ДНК; каждая хромосома (вплоть до анафазы II) состоит из двух хроматид. Соответственно, каждая пара гомологичных хромосом (например, в метафазе I) состоит из ДВУХ хромосом, ЧЕТЫРЕХ хроматид, ЧЕТЫРЕХ молекул ДНК, ВОСЬМИ нуклеотидных цепочек. Рекомбинация происходит между хроматидами отцовской и материнской хромосом.

• На этом рисунке показана рекомбинация у одного из вирусов, у эукариот во время мейоза все несколько иначе и сложнее

Второе деление мейоза следует непосредственно за первым, без выраженной интерфазы: S-период отсутствует, поскольку перед вторым делением не происходит репликации ДНК:

• Профаза II — происходит конденсация хромосом, клеточный центр делится и продукты его деления расходятся к полюсам ядра, разрушается ядерная оболочка, образуется веретено деления.

• Метафаза II — унивалентные хромосомы (состоящие из двух хроматид каждая) располагаются на «экваторе» (на равном расстоянии от «полюсов» ядра) в одной плоскости, образуя так называемую метафазную пластинку.

• Анафаза II — униваленты делятся и хроматиды расходятся к полюсам.

• Телофаза II — хромосомы деспирализуются и появляется ядерная оболочка.

• В результате из одной диплоидной клетки образуется четыре гаплоидных клетки.

• Когда мейоз сопряжён с гаметогенезом (например, у многоклеточных животных), при развитии яйцеклеток первое и второе деления мейоза резко неравномерны. В результате формируется одна гаплоидная яйцеклетка и два так называемых редукционных тельца (абортивные дериваты первого и второго делений).

Стерильность межвидовых гибридов:

• Механизм мейоза лежит в основе стерильности межвидовых гибридов. Поскольку у межвидовых гибридов в ядре клеток сочетаются хромосомы родителей, относящихся к различным видам, хромосомы обычно не могут вступить в конъюгацию. Это приводит к нарушениям в расхождении хромосом при мейозе и, в конечном счете, к нежизнеспособности половых клеток, или гамет.

• Определенные ограничения на конъюгацию хромосом накладывают и хромосомные мутации (масштабные делеции, дупликации, инверсии или транслокации).

Сравнение митоза и мейоза:

• При образовании гамет, т.е. половых клеток – сперматозоидов и яйцеклеток – происходит деление клетки путем мейоза.

• При митозе в каждой хромосоме хроматиды просто расходятся, при мейозе хромосома (состоящая из двух хроматид) тесно переплетается своими частями с другой, гомологичной ей хромосомой (также состоящей из двух хроматид), и происходит кроссинговер - обмен гомологичными участками хромосом.

• Эти новые хромосомы с перемешанными «мамиными» и «папиными» генами расходятся и образуются клетки с диплоидным набором хромосом, но состав этих хромосом уже отличается от исходного, в них произошла рекомбинация. Завершается первое деление мейоза.

• Второе деление мейоза происходит без синтеза ДНК, поэтому при этом делении количество ДНК уменьшается вдвое. Из исходных клеток с диплоидным набором хромосом возникают гаметы с гаплоидным набором. Из одной диплоидной клетки образуются четыре гаплоидных клетки.

• Фазы деления клетки, которые следуют за интерфазой, называются профаза, метафаза, анафаза, телофаза и после деления опять интерфаза. При мейозе фазы называется также, но указывается к какому делению мейоза она относится.

Различают три основных типа мейоза:

• зиготный, или начальный (у мн. грибов и водорослей), происходит в зиготе сразу после оплодотворения и приводит к образованию гаплоидного мицелия или таллома, а затем спор и гамет;

• гаметный, или конечный (у всех многоклеточных животных и ряда низших растений), происходит в половых органах и приводит к образованию гамет;

• споровый, или промежуточный (у высших растений), происходит перед цветением и приводит к образованию гаплоидного гаметофита, в к-ром позднее образуются гаметы.

• У простейших встречаются все три типа.

Лекция 13. Ядро клетки и контроль экспрессии генов

План

• Ядро эукариотической клетки

• Хромосомы и хроматин

• Гистоны

Внутренняя среда клетки – цитоплазма:

• Цитоплазма — сложно организованная система, включающая ядро, мембранные и немембранные органеллы, включения, которые находятся во взвешенном состоянии в гиалоплазме. Последняя представляет собой гель с изменяющейся в зависимости от функционального состояния клетки степенью вязкости.

• В составе гиалоплазмы находятся структурные и ферментные белки клетки, различные метаболиты, ионы. Здесь присутствуют ферменты, участвующие в синтезе аминокислот, нуклеотидов, жирных кислот, биосинтезе сахаров. В гиалоплазме происходят процессы гликолиза и синтез части АТФ, модификация ферментов (например, фосфорилирование), приводящая к их активации, либо инактивации. В гиалоплазме начинается ряд биосинтетических процессов, которые в дальнейшем продолжаются в той или иной внутриклеточной системе.

• В электронном микроскопе гиалоплазма выглядит гомогенной и характеризуется низкой электронной плотностью. Мегавольтная электронная микроскопия обнаруживает в ней сеть, состоящую из тончайших фибрилл, пересекающих гиалоплазму в различных направлениях. В ячейках этой сети располагаются органеллы, а в ее "узлах" фиксированы полисомы. Микротрабекулярная сеть гиалоплазмы образует связи с микротрубочками и микрофиламентами опорно-двигательной системы клетки и совместно с этими элементами участвует в перемещении и функционировании внутриклеточных структур.

Ядро:

• С деятельностью ядра связаны хранение генетической информации, размножение клеток и передача генетического материала поколениям, участие в синтезе белков.

• В неделящихся клетках (интерфазе клеточного цикла) ядро хранит закодированную в ДНК хромосом информацию о белковом синтезе и обеспечивает синтез тех белковых молекул, которые необходимы клетке в процессе ее роста, дифференцировки и физиологической регенерации; в этот период в ядре синтезируются участвующие в образовании белка рибосомальная, информационная и трансферная РНК, формируются субъединицы рибосом.

• В интерфазе в составе ядра обнаруживаются оболочка (нуклеолемма), хроматин, нуклеоплазма, ядрышко.

• При подготовке клетки к делению ядро удваивает генетическую информацию о белковом синтезе, создавая ее точную копию для передачи дочерним клеткам.

Нуклеолемма – оболочка ядра:

• Ядерная оболочка представляет собой часть внутриклеточной мембранной системы (совместно с гранулярной и агранулярной эндоплазматической сетью). Она состоит из внутреннего и наружного листков, между которыми находится щелевидное пространство — перинуклеарное, ширина которого варьирует в зависимости от функциональной активности клетки.