Биология /
тоже значительно колеблется, но характерно для каждого ви-да. У некоторых радиолярий число хромосом достигает 1000-1600. Рекордсменом среди растений по числу хромосом (около 500) является папоротник ужовник, 308 хромосом у тутового дерева, у речного рака 196 хромосом. Наименьшее количество хромосом (2 на диплоидный набор) наблюдается у одной из рас аскариды, у сложноцветного Haplopappus gracilic - всего 4 хромосомы (2 пары).
Совокупность числа, величины, величины и морфологии хромосом называется кариотипом данного вида. Даже у близких видов хромосомные наборы отличаются друг от друга или по числу хромосом, или по величине хотя бы одной или нескольких хромосом. Следовательно, структура кариотипа может быть таксономическим признаком.
Ядрышко
Практически во всех живых клетках эукариотических организмов в ядре видно одно или несколько обычно округлой формы тельц, сильно преломляющих свет, - это ядрышки, или нуклеолы.
Ядрышко - не самостоятельная структура или органоид. Оно - производное хромосомы, один из ее локусов, активно функционирующий в интерфазе.
В процессах синтеза клеточных белков ядрышко клетки является местом образования рибосомных РНК и рибосом, на которых происходит синтез полипептидных цепей.
Количество ядрышек в клетке
Начиная с зеленых водорослей, грибов и низших простейших и кончая высшими организмами, все клетки имеют обязательные внутриядерные структуры - ядрышки. Это правило имеет большое число исключений, которые только подчеркивают важность и необходимость ядрышка в жизненном цикле клетки. К таким исключениям относятся клетки дробящихся яиц, где ядрышки отсутствуют на ранних этапах эмбриогенеза, или клетки закончившие развитие и необратимо специализировавшиеся, например, некоторые клетки крови.
Количество ядрышек в клетке может меняться, однако их число на ядро зависит от генного баланса клетки. Было найдено, что в образовании ядрышек участвуют определенные места некоторых хромосом, связь которых с ядрышком можно хорошо проследить в телофазе и профазе. Такие хромосомы, как пра-вило, имеют вторичные перетяжки, зоны которых представляют собой места, где идет развитие ядры-шек. Мак Клинток (1934) назвал эти участки хромосом “ядрышковыми организаторами”.
Места вторичных перетяжек особенно характерны для расположения ядрышковых организаторов, но последние иногда могут находиться на концах хромосом или в нескольких местах по длине хромосомы.
Общее число ядрышек на ядро определяется числом ядрышковых организаторов и увеличивается со-гласно плоидности ядра. Однако часто количество ядрышек на ядро бывает меньше числа ядрышковых организаторов. Было показано, что ядрышки могут сливаться; кроме того, в образовании одного ядрыш-ка иногда участвует несколько организаторов.
Еще в работах М.С.Навашина (1934) было показано, что хромосомный локус, который в нормальных условиях образует крупное ядрышко, становится неактивным, когда после гибридизации в ядре появля-ется более “сильный” локус на другой хромосоме. Тот факт, что в определенных условиях может подав-ляться активность одних ядрышковых организаторов или же повышаться активность других, бывших до этого в латентном, скрытом состоянии, указывает на то, что в клетках поддерживается определенный баланс количества ядрышкового материала или, другими словами, регулируется “валовая” продукция, выдаваемая ядрышками.
Исходя из перечисленных выше фактов, можно сделать следующие заключения:
образования ядрышек и их число связаны с активностью определенных участков хромосом - яд-рышковых организаторов, которые расположены большей частью в зонах вторичных перетя-жек;
изменения в числе ядрышек в клетках данного типа могут происходить за счет слияния ядрышек или за счет сдвигов в хромосомном балансе клетки.
Физиология и химия ядрышка
Ядрышко по сравнению с другими компонентами клетки характеризуется как самая плотная структу-ра с наиболее высокой концентрацией РНК, с чрезвычайно высокой активностью в отношении синтеза РНК.
Концентрация РНК в ядрышках всегда выше концентрации РНК в других компонентах клетки, так концентрация РНК в ядрышке может быть в 2-8 раз выше, чем в ядре, и в 1-3 раза выше, чем в цитоплаз-ме. Отношение концентрации РНК в ядре, ядрышке и цитоплазме клеток печени мыши составляет 1:7,3:4,1, в клетках поджелудочной железы - 1:9,6:6,6.
В ядрышке не обнаруживается ДНК, но все же при исследовании фиксированных клеток вокруг яд-рышка всегда выделяется зона хроматина. Этот околоядрышковый хроматин, по данным электронной микроскопии, представляется, как интегральная часть сложной структуры ядрышка.
Ядрышко - одно из самых активных мест в клетке по включению предшественников в РНК. Ядрыш-ковая РНК является предшественником цитоплазматической РНК.
Цитоплазматическая РНК синтезируется в ядрышке.
РНК ядрышек
Оценивая общее содержание в ядрышковых фракциях белков, РНК и ДНК, можно видеть, что на до-лю РНК приходится около 10% всей массы ядрышка.
Содержание РНК, ДНК и белка в изолированных ядрышках (сухой вес в %)
Объект РНК ДНК Белок РНК/ДНК
Печень крысы 11,0 8,0 78,0 1,4
Регенерирующая печень (6 ч) 7,6 4,6 87,8 1,7
Регенерирующая печень (18 ч) 15,5 5,4 79,1 2,9
Печень морской свинки 4,1 9,5 86,4 0,43
Стебель гороха (4 дня) 15,11 10,6 74,0 1,5
Проростки гороха (36 ч) 16,7 6,4 76,9 2,6
Так как основную массу цитоплазматической РНК составляет рибосомная РНК, то можно сказать, что ядрышковая РНК принадлежит к этому классу.
Подтверждением представлений того, что именно ядрышко является местом синтеза рРНК и образо-вания рибосом, послужило то, что из ядрышковых препаратов были выделены РНП-частицы, которые как по составу РНК (по седиментационным свойствам), так и по размеру можно охарактиризовать как рибосомы или их предшественники с различными коэффициентами седиментации.
ДНК ядрышек
Биохимическими исследованиями обнаружено в выделенных ядрышках определенное количество ДНК, которую можно отождествить с околоядрышковым хроматином или с ядрышковыми организато-рами хромосом. Содержание ДНК в выделенных ядрышках - 5-12% от сухого веса и 6-17% от всей ДНК ядра.
ДНК ядрышкового организатора - это та самая ДНК, на которой происходит синтез ядрышковой, т.е. рибосомной, РНК.
Таким образом из биохимических работ появились представления о том, что в ядрышке на ДНК лока-лизованы многочисленные одинаковые гены для синтеза рРНК. Синтез рРНК идет путем образования огромного предшественника и дальнейшего его превращения (созревания) в более короткие молекулы РНК для большой и малой субъедениц рибосом.
Изучая ядрышки ооцитов тритонов, исследователи столкнулись с интересным явлением - сверхчис-ленностью ядрышек. У X. laevis во время роста ооцита появляется до 1000 мелких ядрышек, не связан-ных с хромосомами. Именно эти ядрышки выделил О.Миллер. вместе с этим на ядро ооцита увеличива-ется количество рДНК. Это явление получило название амплификации. Оно заключается в том, что происходит сверхрепликация зоны ядрышкового организатора, многочисленные копии отходят от хро-мосом и становятся дополнительно работающими ядрышками. Такой процесс необходим для накопле-ния огромного (1012) количества рибосом на яйцевую клетку, что обеспечит в будущем развитие эмбрио-на на ранних стадиях даже при отсутствии синтеза новых рибосом. Сверхчисленные ядрышки после со-зревания яйцевой клетки исчезают.
Ультраструктура ядрышек
При изучении большого числа различных клеток животных и растений отмечена волокнистая или сет-чатая структура ядрышек, заключенная в более или менее плотную диффузную массу. Были предложены названия для этих частей: волокнистая часть - нуклеонема и диффузная, гомогенная часть - аморфное вещество, или аморфная часть. Сделанные почти одновременно с этим электронно-микроскопичес-кие исследования также выявили волокнисто-нитчатое строение ядрышек.
Однако такое нитчатое строение ядрышка не всегда четко выражено. У некоторых клеток отдельные нити нуклеонем сливаются, и ядрышки могут быть совершенно однородными.
При более пристальном изучении ядрышка можно заметить, что основные структурные компоненты ядрышка - плотные гранулы диаметром около 15 нм и тонкие фибриллы толщиной 4-8 нм. Во многих случаях (ооциты рыб и амфибий, меристематические клетки растений) фибриллярный компонент собран в плотную центральную зону (сердцевина), лишенную гранул, а гранулы занимают переферическую зону ядрышка. В ряде случаев (например, клетки корешков растений) в этой гранулярной зоне не на-блюдается никакой дополнительной структуризации.
Было найдено, что аморфные участки ядрышек неоднородны. В их структуре выявляются малоокра-шенные зоны - фибриллярные центры - и окружающие их более темные участки, тоже имеющие фиб-риллярное строение.
Кроме этих двух компонентов ядрышек в последнее время большое внимание уделялось строению околоядрышкового хроматина. Этот хроматин и внутриядрышковая сеть ДНК являются единой систе-мой и представляют собой интегральный компонент ядрышка.
Гранулы и фибриллярная часть состоят из рибонуклеопротеидов.
Показано, что именно светлые фибриллярные центры содержат рДНК.
Судьба ядрышка при делении клеток
Известно, что ядрышко исчезает в профазе и появляется вновь в средней телофазе.
По мере затухания синтеза рРНК в средней профазе происходит разрыхление ядрышка и выход гото-вых рибосом в кариоплазму, а затем и в цитоплазму. При конденсации профазных