В 1831 году Роберт Броун открыл ядро и доказал, что ядро является постоянным и непременным компонентом клетки. Форма ядра определяется формой клетки. Клетки могут быть одноядерные, многоядерные (мышечные клетки) и безъядерные (зрелые эритроциты).
В процессе жизни ядро наиболее стабильно в интерфазу.
Строение интерфазного ядра.
1) Ядерная оболочка. Она состоит из 2 мембран: наружной и внутренней. Между ними есть пространство, которое сообщается с каналами ЭПС. В ядерной оболочке есть поры. Они имеют сложное строение. Чем активнее клетка, тем пор больше. Через поры идет транспорт веществ в ядро и из него. Функции ядерной оболочки: барьерная, транспорт веществ.
2) Ядерный сок - кариоплазма. Это бесцветный коллоидный раствор. Он содержи белки, липиды, углеводы, минеральные вещества.
3) Ядрышко. Может быть 1 или несколько ядрышек. Оно имеет округлую форму, состоит из белков и РНК, находится у вторичной перетяжки некоторых хромосом. Функция: синтез рибосом.
4) Хромосомы.
Вещество хромосомы называется хроматин. Он состоит из ДНК - 40% и белков - 60%. ДНК - это полимер с большой молекулярной массой, состоящий из мономеров – нуклеотидов.
В состав нуклеотида ДНК входят:
I) азотистые основания. Их 4: аденин (А), гуанин (Г), тимин (Т) и цитозин (Ц).
2) дезоксирибоза
3) фосфорная кислота.
Нуклеотиды соединяются друг с другом через фосфорную кислоту одного нуклеотида и дезоксирибозу другого и образуют цепочку. Молекула ДНК состоит из 2 цепочек, которые соединяются друг с другом через азотистые основания по принципу комплиментарности. Аденин комплементарен тимину, между ними 2 водородные связи, а гуанин комплементарен цитозину, между ними 3 водородные связи. Молекула ДНК - это правозакрученная спираль, состоящая из 2 полинуклеотидных цепочек, которые соединены по принципу комплиментарности и направлены антипараллельно относительно друг друга.
Функции ДНК: хранение, использование, удвоение и реализация наследственной информации.
Вся ДНК клетки называется геном клетки.
Ген - это последовательность нуклеотидов ДНК. несущая информацию о первичной структуре белка.
В процессе эволюции у эукариот увеличилась длина ДНК в 1000 раз по сравнению с прокариотами, а количество генов возрасло в 100 раз. В связи с этим появилась избыточная ДНК. У эукариот только 1% ДНК составляют активные гены, а 99% - избыточная ДНК.
Молекулярное строение гена у эукариот.
У эукариот выделяют три типа последовательностей ДНК:
1) Многократно повторяющиеся последовательности. Они занимают 15% ДНК. Они повторяются в геноме около 100 000 раз, содержат от 10 до 100 нуклеотидов, не несут наследственной информации.
2) Умеренно повторяющиеся последовательности нуклеотидов. Они занимают 10-50% ДНК у разных эукариот (у человека 10%). Они повторяются около 10 000 раз, содержат от 100 до 1000 нуклеотидов, в этих последовательностях находятся гены, отвечающие за р-РНК, т-РНК и белки-гистоны. Последовательности состоят из кодирующих участков, называемых гены и некодирующих участков, называемых спейсоры.
3) Уникальные гены. Занимают 75% ДНК. Повторяются до 10 раз, содержат более 1000 нуклеотидов, они кодируют все структурные белки, кроме гистонов. Уникальные гены имеют расщепленное строение. В пределах гена есть как кодирующие участки, называемые экзоны, так и некодирующие участки, называемые интроны.
Особенности наследственного аппарата у прокариот.
1. Геном представлен одной кольцевой ДНК, расположенной в цитоплазме.
2. Нет избыточности ДНК.
3. Нет спейсоров.
4. Нет интронов.
5. Нет белков-гистонов.
Длина ДНК всех хромосом в клетках человека составляет около 2 метров, длина ДНК одной хромосомы – около 5 см, а размеры ядра клетки – около 5 мкм. В интерфазу происходит спирализация ДНК за счет связывания с белками-гистонами. Выделяют 5 классов белков-гистонов: Н1, Н2А, Н2В, Н3, Н4.
Уровни компактизации ДНК.
- Образование нуклеосом. 4 пары белков-гистонов (кроме Н1) образуют нуклеосому, вокруг которой молекула ДНК делает два оборота, при этом длина ДНК уменьшается в 7 раз.
- Образование фибрилл. Белок-гистон Н1 стабилизирует соединение нуклеосом, длина ДНК уменьшается в 6 раз.
- Образование петель. Общее уменьшение длины ДНК – в 1000 раз.
В интерфазу в хромосомах можно выделить 2 участка:
– Гетерохроматин – более спирализованные участки, находятся около центромеры и на концах хромосом, не содержат активных генов, выполняют структурную функцию.
– Эухроматин – менее спирализованные участки, содержат активные гены.
В интерфазу в ядре клетки нельзя увидеть хромосомы под световым микроскопом, так как они недостаточно спирализованы. При делении клетки продолжается спирализация хромосом и длина ДНК уменьшается в 10000 раз.
Строение метафазных хромосом.
На стадии метафазы митоза хромосомы максимально спирализованы и хорошо видны в световой микроскоп. Центромера делит хромосому на два плеча. По положению первичной перетяжки или центромеры выделяют следующие типы хромосом:
– Метацентрические – центромера находится посередине
– Субметацентрические – центромера ближе к одному из концов
– Акроцентрические – одно плечо очень короткое, другое – длинное
– Телоцентрические – центромера на конце хромосомы, хромосома состоит только из одного плеча (такие хромосомы у человека не встречаются)
Некоторые хромосомы имеют вторичную перетяжку, которая отделяет небольшой участок хромосомы, называемый спутник и такие хромосомы называются спутничные.
Классификация метафазных хромосом
(по Патау)
I (A) – 1, 2, 3 – большие метацентрические
II (B) – 4, 5 - большие субметацентрические
III (C) – 6-12 – средние субметацентрические
IV (D) – 13, 14, 15 – акроцентрические, спутничные
V (E) - 16, 17, 18 – малые субметацентрические
VI (F) – 19, 20 – малые метацентрические
VII (G) – 21, 22 – акроцентрические, спутничные
Х хромосома – средняя субметацентрическая (группа С)
У хромосома – акроцентрическая, неспутничная (группа G)
Наследственный аппарат клеток человека.
Кариотип – это хромосомный набор организмов данного вида с особенностями строения и количества хромосом. Кариотип человека включает 46 хромосом или 23 пары, из них 22 пары одинаковы у мужчин и у женщин и называются аутосомы. Одна пара - половые хромосомы (у мужчин – ХУ, у женщин – ХХ).