Опыты по доказательству роли ядра в передаче наследственной информации.

Опыты Геммерлинга	Объект опыта: одноклеточная водоросль, имеющая форму гриба (шляпка, стебелек, корни). Ядро располагается в основании «стебелька». Если перерезать ножку, то нижняя часть продолжает жить, регенерирует шляпку и полностью восстанавливается после операции. Верхняя же часть, лишенная ядра, живет в течение некоторого времени, но, в конце концов, погибает, не будучи в состоянии восстановить нижнюю часть. Следовательно, ядро необходимо для метаболических процессов, лежащих в основе регенерации и соответственно роста.
Опыты с яйцеклетками лягушек	Объект: два подвида лягушек. У одного из них (1 подвид) из яйцеклетки удаляли собственное ядро и на его место вносили ядро 2 подвида. В результате из такой яйцеклетки развивались лягушки с признаками 2 подвида. Таким образом, за хранение и передачу наследственной информации в клетке отвечает ядро.
Опыты Астоурова с тутовым шелкопрядом	Объект: два подвида тутового шелкопряда. У одного подвида берут сперматозоиды, у другого яйцеклетку. После разрушения ядра яйцеклетки, ее оплодотворяют сперматозоидами. Т.к. у шелкопряда имеет место полиспермия (несколько сперматозоидов могут оплодотворять яйцеклетку) в цитоплазме одного подвида формируется ядро с генетическим набором второго подвида. Из такой яйцеклетки развиваются только самцы того подвида, у которых брали сперматозоиды.

 

Прямыми доказательствами роли ядра являются наследственные болезни, связанные с нарушением числа и структуры хромосом.

Косвенными доказательствами этой функции являются правила хромосом:

• Правило постоянства числа хромосом. Число хромосом и особенности их строения – являются видовым признаком.
• Правило парности хромосом. Число хромосом в соматических клетках всегда четное, это связано с тем, что хромосомы составляют пары.
• Правило индивидуальности хромосом. Каждая пара хромосом характеризуется своими особенностями. Хромосомы, относящиеся к одной паре, одинаковые по величине, форме и расположению центромер называются гомологичными. Негомологичные хромосомы всегда имеют ряд отличий.
• Правило непрерывности хромосом. Хромосомы способны к авторепродукции.

 

Функции ядра!:

1. Хранение генетической информации – заключается в поддержании в неизменном состоянии структуры ДНК. Это достигается за счет процессов репарации, репликации и частично рекомбинации (кроссинговер).

2. Передача генетической информации – реализуется в ходе митоза и мейоза.

3. Реализация генетической информации – осуществляется через синтез белков в ходе транскрипции и трансляции.

 

 

!! Клеточное ядро - состоит из

1. ядерной оболочки (кариолемы),

2. хроматина,

3. ядрышка и

4. ядер­ного сока (иликариоплазмы).

 

Такое строение характерно практически для всех неделящихся клеток эукариот.

 

1 – шероховатая ЭПС, 2 – рибосомы, 3 – наружная ядерная мембрана, 4 – внутренняя ядерная мембрана, 5 – перинуклеарное пространство, 6 – ядерная пора, 7 – ядрышко, 8 – гетерохроматин, 9 – эухроматин, 10 – ядерный сок.

Ядерная оболочка (кариолема)

Ядерная оболочка отделяет содержимое ядра от цито­плазмы.

Состоит из двух ядерный мембран – наружной и внутренней, а между ними перинуклеарное пространство.

К внутренней мембране присоединяется участки хроматина (ДНК).

Внешняя мембрана переходит в каналы эндоплазматической сети, на которой обычно располагаются рибосомы.

В ядерной оболочке имеются поры – это особые белковые комплекс, через которые осуществляет транспорт из ядра в цитоплазму и обратно.

Число ядерных пор зависит от метаболиче­ской активности клеток: чем выше синтетические процессы в клетках, тем больше пор.

Функция ядерной оболочки:

1. защитная

2. барьерная

3. регуляторная

4. транспортная

5. фиксирующая

Хроматин

Хроматин – это одно из возможных структурно-функциональных состояний наследственного материала, т.е. ДНК. В таком состоянии наследственный материал находится на протяжении всего периода жизни клетки, за исключением периода деления клетки. В период деления (метафаза) ДНК приобретает вид хромосом.

Химический состав:

· ДНК – 40%,

· Белки (60%): гистоновые – 40% и негистоновые – 20%,

· РНК – следы.

 

Выделяют 2 вида хроматина:

· Эухроматин – деспирализованный (раскрученный), активный, транскрибируемый (участвует в процессах транскрипции), менее окрашенный.

· Гетерохроматин – спирализованный (скрученный), конденсированный, неактиывный, нетранскрибируемый, более интенсивно окрашен.

Функция: это на 98-99% наследственный материал клетки.

Ядерный сок

Ядерный сок (кариоплазма) - внутренняя среда ядра, представляющая собой коллоидное (гелеобразное) вязкое вещество, в котором находятся структуры ядра, а также ферменты и нуклеотиды, необходимые для репликации, транскрипции.

Функция ядерного сока: осуществление взаимосвязи ядерных структур и обмен с цитоплазмой клетки.

Ядрышки

Ядрышки – это мелкие, обычно шаровидные тельца, являющиеся непостоянными компонентами ядра - они исчезают в начале деления клетки (профаза) и восстанавливаются после его окончания (телофаза).

Возникновение ядрышек связано с ядрышковыми организато­рами, расположенными в области вторичных перетяжек спутничных хромосом (13, 14, 15, 21 и 22 пары). В области вторичных перетяжек локализованы гены, кодирующие синтез рибосомальных РНК.

Число ядрышек может быть различным – 1-5 ядрышек на гаплоидный набор и до 10 на диплоидный набор.

Состав ядрышка:

· Основным компонентом ядрышка является белок.

· Кроме белка в составе яд­рышка обнаружены нуклеиновые кислоты: РНК (5-14%) и ДНК (2-12%).

Функция ядрышек: синтез субчастиц рибосом (образование готовой работающей рибосомы происходит в цитоплазме во время трансляции).

Упаковка ДНК в хромосому

ДНК в клетке не может находится в «чистом» состоянии, она всегда связана с белками.

Выделяют два основных структурно-функциональных состояния генетического материала (ДНК): хроматин и хромосома.

 

Для укладки ДНК в хромосому необходимо:

· ДНК,

· Белки, необходимые для упаковки нитей ДНК.

Уровни укладки:

1. Нуклеосомный

2. Нуклеомерный

3. Хромомерный

4. Хромонемный

5. Хромосомный

 

За счет этих уровней ДНК утолщается и укорачивается. 1 ДНК – это 1 хромосома.

 

Структурно-функциональной единицей хромосом (хроматина) является – нуклеосома.

Нуклеосомный уровень

В состав нуклеосомы входят 8 белки, образующие октамер.

Молекула ДНК (140-146 нуклеотидных пар) делает 1,75 оборота вокруг октамера.

 Далее идет линкерный участок ДНК (между октамерами), содержит около 60 пар нуклеотидов.

Линкерный участок содержит специальный белок, который еще ближе подтягивает нуклеосомы друг к другу на следующем этапе укладки.

Т.о. в состав нуклеосомы входит около 200 нуклеотидных пар.

Нуклеомерный уровень

8 нуклеосом сворачиваются в «клубочки»-«супербусинки», образуя одну нуклеомеру. Цепочка нуклеомер имеет вид хроматиновой (нуклеомерной) фибриллы. ДНК еще больше утолщается и укорачивается.

 

Хромомерный уровень

Хроматиновая фибрилла сворачивается в петли – «домены» («бантики»). Для «скрепления» доменов используются другой тип белков. С помощью этого белка домены фиксируются на внутренней ядерной мембране. Вся эта структура называется – хромомерная нить.

 

Хромонемный уровень

Хромомерная нить укладывается в параллельные тяжи, образуя хромонемы.