Строение и состав клетки

Ядрышки - округлые тельца (одно или несколько), заключенные  в ядре, характеризуются высоким  коэффициентом преломления. Более крупные и плотные ядрышки характерны для клеток, отличающихся высокой активностью, а именно для интенсивно делящихся эмбриональных клеток и для клеток, осуществляющих синтез белка. В процессе клеточного деления ядрышко исчезает, а затем вновь появляется. В ядрышках синтезируется в РНК, из которой формируются частицы рибосом.

Кроме ядрышек, в ядре находятся хромосомы. Они имеют  продолговатую форму с расположенной  в том или ином участке перетяжкой — центромерой.  Центромера делит  хромосому на две части, называемые плечами хромосомы. Хромосому с расположенной посередине центромерой называют метацентрической, при этом плечи хромосомы одинаковой величины; если центромера смещена в сторону от центра, то хромосому называют субметацентрической; при смещении центромеры на значительное расстояние от центра — акроцентрической  Расположение центромеры служат основой для классификации и идеитификации хромосом.

Хромосомы можно идентифицировать по их длине. длина хромосомы варьирует  от 1 до 30 мкм; большая часть хромосом в состоянии максимального сокращения в митозе имеет длину менее 10 мкм. Абсолютная и относительная длина двух плеч хромосомы служит главным, а иногда и единственным критерием для распознавания отдельных хромосом.

Иногда хромосомы можно  идентифицировать по ряду дополнительных признаков. Очень часто таким признаком оказывается находящееся на одном из концов хромосомы небольшое округлое тельце—так называемый спутник (или сателлит), соединяющийся с основной хромосомой тонкой хроматиновой нитью или вторичной перетяжкой.

В клетках большинства  организмов хромосомы видны только во время клеточного деления. По окончании  митоза хромосомы начинают вытягиваться до тех пор, пока не становятся такими тонкими, что их бывает невозможно различить  с помощью светового микроскопа.

Более чем половину всей массы хромосомы составляет особый белок гистон, обладающий щелочными  свойствами вследствие высокой концентрации в нем аминокислот аргинина и  лизина. Кроме того, хромосома содержит некоторое количество белка, имеющего кислотные свойства. ДНК и РНК содержатся в хромосомах в небольших, но измеримых количествах.

Гистон и ДНИ объединены в структуру, называемую хроматиновой нитью, которая представляет собой  двойную спираль ДНИ, окружающую гистоновый стержень; она построена  из повторяющихся единиц (нуклеосом), в каждую из которых входят примерно 200 пар оснований ДНК и по две молекулы каждого из четырех гистонов (н2А, Н2В, НЗ и Н4) (рис. 4). Полагают, что эти восемь гистоновых молекул образуют сферическую единицу. Каким именно образом двойная спираль ДНК располагается вокруг гистонов, пока неясно.

Хроматиновая нить обычно образует спираль диаметром около 25 мкм, что находится на грани  разрешающей способности самых  мощных световых микроскопов. По способности  окрашиваться ядерными красителями хроматиновые нити подразделяют на две группы: эухроматин и гетерохроматин. Последний окрашивается более интенсивно.

Перед началом клеточного деления большая часть хроматина  уплотняется, образуя хромосомы. Число  хромосом в клеточных ядрах всех особей какого-либо вида постоянно и представляет собой один из его признаков.

Все клетки любого организма  происходят от зиготы — клетки, образующейся в результате слияния двух гамет (половых клеток, имеющих одинарный, или гаплоидный, набор хромосом—п). Зигота содержит диплоидный набор хромосом (2п). Одинарный набор хромосом называют геномом.

Набор хромосом соматической клетки, свойственный тому или иному  виду животных или растений, называют кариотипом. Он включает все особенности  хромосомного комплекса: число хромосом, их форму, наличие видимых под световым микроскопом деталей строения отдельных хромосом

Среди всех хромосом кариотипа  различают пары аутосом, одинаковые для мужских и женских особей, и одну пару половых хромосом, различающихся  у мужских в женских особей. Половые хромосомы женских особей млекопитающих обозначают буквами ХХ и мужских особей — ХУ, поэтому женский пол называют гомогаметным, мужской — гетерогаметным. У птиц и бабочек, наоборот женский пол гетерогаметный, мужской гомогаметный.

 

3. Понятия кариотип, диплоидный, гаплоидный набор хромосом, аутосомы и половые хромосомы

Кариотип (от Карио... и греч. typos — образец, форма, тип) хромосомный набор, совокупность признаков хромосом (их число, размеры, форма и детали микроскопического строения) в клетках тела организма того или иного вида. Понятие кариотип введено сов. генетиком Г. А. Левитским (1924). Кариотип — одна из важнейших генетических характеристик вида, т.к. каждый вид имеет свой кариотип, отличающийся от кариотипа близких видов (на этом основана новая отрасль систематики — так называемая Кариосистематика). Постоянство кариотипа в клетках одного организма обеспечивается Митозом, а в пределах вида — Мейозом. Кариотип организма может изменяться, если половые клетки (гаметы) претерпевают изменения под влиянием мутаций. Иногда кариотип отдельных клеток отличается от видового кариотипа в результате хромосомных или геномных так называемых соматических мутаций. Кариотип диплоидных клеток состоит из 2 гаплоидных наборов хромосом (Геномов), полученных от одного и др. родителя; каждая хромосома такого набора имеет гомолога из др. набора. Кариотип самцов и самок могут различаться по форме (иногда и числу) половых хромосом, в таком случае они описываются порознь. Хромосомы в кариотипе исследуют на стадии метафазы митоза. Описание кариотипа обязательно сопровождается микрофотографией или зарисовкой (рис. 1). Для систематизации кариотипа пары гомологичных хромосом располагают, например, по убывающей длине, начиная с длинной пары (рис. 2); пары половых хромосом располагают в конце ряда.

 Пары хромосом, не различающихся  по длине, идентифицируют по  положению центромеры (первичной  перетяжки), которая делит хромосому  на 2 плеча, ядрышкового организатора (вторичной перетяжки), по форме  спутника и др. признакам. Исследованы кариотипы несколько тыс. диких и культурных видов растений, животных и человека.

 

 

 

 

 

 

Рис. 1. Кариотипы различных  видов животных и растений: 1 —  скерды (Crepis capillaris); 2 — кузнечика (Tettigonia cantans); 3 — плодовой мушки (Drosophila melanogaster); 4 — бабочки (Dasychira pudibunda); 5 — петуха (Gallus domesticus).

 

 

 

 

 

 

 

 

 Рис. 2. Систематизированный  кариотип самца летучей мыши (Scotophilus kuhlii), содержащий 17 пар аутосом (соматических  хромосом) и пару половых хромосом  ХУ, самка имеет те же аутосомы и половые хромосомы XX (показаны в правом верхнем углу, в рамке).

 

Гаплоидный и диплоидный набор хромосом. Понятие плоидности определяется как количество хромосомных  наборов в клетках (преимущественно) в ядрах. У живых организмов хромосомы  могут быть непарными и парными. В клетках человека образуется диплоидный набор хромосом, то естиь двойной. Такой набор структурно-функциональных элементов характерен для всех соматических клеток. Стоит отметить, что у каждого человека диплоидный набор хромосом состоит из 44-х аутосом и 2-х половых хромосом. Гаплоидный набор хромосом является одинарным набором непарных структурно-функциональных элементов половых клеток. Данный набор содержит двадцать две аутосомы и только одну половую хромосому. Гаплоидный набор и диплоидный набор хромосом могут присутствовать в одно и то же время. Это происходит преимущественно при половом процессе. В этот момент гаплоидная и диплоидная фазы чередуются. С помощью деления полный набор образует одинарный. После этого два одинарных соединяются и образуют полный набор структурно-функциональных элементов и т.д.

Диплоидный набор хромосом является совокупностью хромосом, которая  присуща всем соматическим клеткам. В ней все хромосомы, которые  характерны для данного биологического вида, представлены в парах. У каждого человека диплоидный набор хромосом способен содержать сорок четыре аутосомы и две половых структурно-функциональные элемента. Диплоидный набор хромосом характерен для зиготы и всех соматических клеток, кроме анзуплоидных, гаплоидных и полиплоидных клеток.

Бывает и такое, что  происходит нарушение набора структурно-функциональных единиц. Сбои могут повлиять на образование  хромосомных заболеваний (например, Синдром Дауна - образование триосомии, т.е. нарушения в двадцать первой паре и появление лишней хромосомы (третьей)). Изучение хромосом очень важно, так как данные элементы оказывают очень серьезное воздействие на человеческий организм.

Аутосомами у живых  организмов с хромосомным определением пола называют парные хромосомы, одинаковые у мужских и женских организмов. Иными словами, кроме половых хромосом, все остальные хромосомы у раздельнополых организмов будут являться аутосомами.

Аутосомы обозначают порядковыми номерами. Так, у человека в диплоидном наборе имеется 46 хромосом, из них — 44 аутосомы (22 пары, обозначаемые номерами с 1-го по 22-й) и одна пара половых хромосом (XX у женщин и XY у мужчин).

ПОЛОВЫЕ ХРОМОСОМЫ- хромосомы, определяющие различие кариотипов особей разных полов у раздельнополых организмов. Пол, имеющий 2 одинаковые половые хромосомы, обозначаемые обычно как X-хромосомы, наз. гомогаметным. Гетерогаметный пол у разных видов животных и растений имеет либо одну Х-хромосому (тип ХО), либо пару различающихся половые хромосомы — X и Y (тип XY). Как в типе XY (человек, др. млекопитающие, дрозофила), так и в типе ХО (клопы, кузнечики) в большинстве случаев гетерогаметен муж. пол. В этом случае у самок в результате мейоза образуются гаметы, содержащие все по одной Х-хромосоме, у самцов одни гаметы формируются с Х-, другие — с Y-хромосомой или без половые хромосомы. Оплодотворение яйцеклетки сперматозоидом, несущим Х-хромосому, приводит к образованию ХХ-зиготы, из крой развивается жен. особь; оплодотворение сперматозоидом, не содержащим Х-хромосомы, приводит к появлению муж. особи. У птиц, бабочек, некоторых пресмыкающихся и земноводных гомогаметен муж. пол, а гетерогаметен женский. половые хромосомы содержат гены, определяющие не только половые, но и др. признаки организма, которые наз. сцепленными с полом. Y-хромосома (по сравнению с X-хромосомой) часто обеднена генами, содержит много структурного гетерохроматина и, как правило, меньше по размеру. Большинство генов Х-хромосомы не представлены в Y-хромосоме, но доза их обычно компенсируется у гомогаметного пола. Нерасхождение половые хромосом у одного из родителей в момент образования половых клеток приводит к нарушениям развития организма.