26. Пластиды бывают трех видов:

хлоропласты – зеленые, функция – фотосинтез

хромопласты – красные и желтые, являются полуразрушенными хлоропластами, могут придавать яркую окраску лепесткам и плодам.

лейкопласты – бесцветные, функция – запас веществ.

Строение хлоропластов

Покрыты двумя мембранами. Наружная мембрана гладкая, внутренняя имеет выросты внутрь – тилакоиды. Стопки коротких тилакоидов называются граны, они увеличивают площадь внутренней мембраны, чтобы расположить на ней как можно больше ферментов фотосинтеза.

Внутренняя среда хлоропласта называется строма. В ней находятся кольцевая ДНК и рибосомы, за счет них хлоропласты самостоятельно делают для себя часть белков, поэтому их называют полуавтономными органоидами. (Считается, что раньше митохондрии и пластиды были свободными бактериями, которые были поглощены крупной клеткой, но не переварены.)

Фотосинтез (простой)

В зеленых листьях на свету

В хлоропластах с помощью хлорофилла

Из углекислого газа и воды

Синтезируется глюкоза и кислород.

Фотосинтез (средняя сложность)

1. Световая фаза.

Происходит на свету в гранах хлоропластов. Под действием света происходит разложение (фотолиз) воды, получается кислород, который выбрасывается, а так же атомы водорода и энергия АТФ, которые используются в следующей стадии.

2. Темновая фаза.

Происходит как на свету, так и в темноте (свет не нужен), в строме хлоропластов. Из углекислого газа, полученного из окружающей среды и атомов водорода, полученных в предыдущей стадии, за счет энергии АТФ, полученной в предыдущей стадии, синтезируется глюкоза.

27. Внутри клетки находится цитоплазма. Она состоит из жидкой части — гиалоплазмы (матрикса), органелл и цитоплазматических включений.

Гиалоплазма

Гиалоплазма — основное вещество цитоплазмы, заполняет все пространство между плазматической мембраной, оболочкой ядра и другими внутриклеточными структурами. Гиалоплазму можно рассматривать как сложную коллоидную систему, способную существовать в двух состояниях: золеобразном (жидком) и гелеобраз-иом, которые взаимно переходят одно в другое. В процессе этих переходов осуществляется определенная работа, затрачивается энергия. Гиалоплазма лишена какой-либо определенной организации. Химический состав гиалоплазмы: вода (90%), белки (ферменты гликолиза, обмена Сахаров, азотистых оснований, белков и липидов). Некоторые белки цитоплазмы образуют субъединицы, дающие начало таким органеллам, как центриоли, микрофиламенты.

Функции гиалоплазмы:

1) образование истинной внутренней среды клетки, которая объединяет все органеллы и обеспечивает их взаимодействие;

2) поддержание определенной структуры и формы клетки, создание опоры для внутреннего расположения органелл;

3) обеспечение внутриклеточного перемещения веществ и структур;

4) обеспечение адекватного обмена веществ как внутри самой клетки, так и с внешней средой.

Включения

Это относительно непостоянные компоненты цитоплазмы. ( среди них выделяют:

1) запасные питательные вещества, которые используются самой клеткой в периоды недостаточного поступления питательных веществ извне (при клеточном голоде), — капли жира, гранулы крахмала или гликогена;

2) продукты, которые подлежат выделению из клетки, например, гранулы зрелого секрета в секреторных клетках (молоко в лактоцитах молочных желез);

3) балластные вещества некоторых клеток, которые не выполняют какой-либо конкретной функции (некоторые пигменты, например, липофусцин стареющих клеток).

28. Ядро представляет собой сферическую форму органеллы присутствуют в каждой эукариотической клетки. По сравнению с другими органеллами клетки, ядра самых известных один, на долю которого приходится около 10 процентов от объема ячейки. В общем, эукариотической клетки имеет только одно ядро. Однако, некоторые эукариотические клетки выявлять клетки (без ядра), например, красные кровяные клетки (эритроциты), в то время как некоторые являются многоядерные (состоит из двух или более ядер), например, пресс-формы слизи. Ядро отделено от остальной клетки или цитоплазмы ядерной мембраной.

Клеточного ядра: Структура

Структуры клеточного ядра состоит из ядерной мембраны (ядерная оболочка), нуклеоплазмы, ядрышко и хромосомы. Нуклеоплазмы, также известный как кариоплазмы, является матрица присутствует внутри ядра. Давайте поговорим вкратце о нескольких частей клеточного ядра.

Ядерной мембраны

Ядерная оболочка двухслойная структура, которая охватывает содержание ядра. Наружный слой мембраны связано с эндоплазматической сети. Заполненные жидкостью пространства или перинуклеарном пространстве присутствует между двумя слоями ядерной мембраны. Ядре взаимодействует с остальными ячейки или цитоплазме через несколько отверстий называемые ядерные поры. Такие ядерные поры сайтов для обмена крупных молекул (белков и РНК) между ядром и цитоплазмой.

Хромосомы

Хромосомы присутствуют в виде строки из ДНК и гистонов (белковые молекулы), называемый хроматином. Хроматин классифицируется также в гетерохроматина и эухроматин на основе функций. Первый тип очень сжатом, транскрипционно неактивной форме, в основном присутствуют в прилегающих к ядерной мембране. С другой стороны, эухроматин является тонким, менее конденсированных организации хроматина, который находится в изобилии в переписывании клетки.

Ядрышка

Ядрышко (множественное число ядрышек) является плотной, сферической формы структура присутствует внутри ядра. Некоторые из эукариотических организмов имеют ядро, которое содержит до четырех ядрышками. Ядрышко играет косвенную роль в синтезе белка, производя рибосом. Эти рибосомы клеточных органелл состоят из РНК и белков , они доставлены в цитоплазме, которые затем прикрепляется к эндоплазматической сети. Рибосомы белка-производителей органелл клетки. Ядрышка исчезает, когда клетка претерпевает деление и не будет пересмотрено после завершенияклеточного деления.

Клеточного ядра: Функции

Говоря о функциях клеточного ядра, она контролирует наследственных особенностей организма. Это органеллы также отвечает за синтез белка, деления клеток, роста и дифференцировки. Вот список важных функций осуществляется клеточное ядро.

Хранение наследственного материала, гены в виде длинных и тонких ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) нитей, называемых chromatins.

Хранение белков и РНК (рибонуклеиновая кислота) в ядрышке.

Ядро это сайт для транскрипции , в которых РНК (мРНК) выпускаются для синтеза белка.

Обмен наследственных молекул (ДНК и РНК) между ядром и остальной клетки.

Во время деления клетки, chromatins расположены в хромосомы в ядре.

Производство рибосомы (белковые фабрики) в ядрышке.

Селективный перевозки регуляторные факторы и энергии молекул через ядерные поры.

Как ядро ​​регулирует целостность генов и экспрессии генов, это также называют центром управления клетки. В целом, ядро ​​клетки хранит все хромосомной ДНК организма..

29. Эта структура характерна для всех эукариотических клеток. Ядерная оболочка состоит из внешней и внутренней мембран, разделенных перинуклеарным пространством шириной от 20 до 60 нм. В состав ядерной оболочки входят ядерные поры.

Мембраны ядерной оболочки в морфологическом отношении не отличаются от остальных внутриклеточных мембран: они имеют толщину около 7 нм и состоят из двух осмиофильных слоев.

В общем виде ядерная оболочка может быть представлена, как полый двухслойный мешок, отделяющий содержимое ядра от цитоплазмы. Из всех внутриклеточных мембранных компонентов таким типом расположения мембран обладают только ядро, митохондрии и пластиды. Однако ядерная оболочка имеет характерную особенность, отличающую ее от других мембранных структур клетки. Это наличие особых пор в оболочке ядра, которые образуются за счет многочисленных зон слияний двух ядерных мембран и представляет собой как бы округлые перфорации всей ядерной оболочки.

30. Хроматин представляет собой достаточно сложную совокупность ДНК, большого числа белков и разнообразных низкомолекулярных лигандов, функционирующих в клеточном ядре. В качестве функциональных элементов хроматина, как правило, выступают специализированные ДНК-белковые и белок-белковые копмплексы, состоящие порой из десятков отдельных молекул. Каждый из таких комплексов способен к самосборке в ответ на специфический регуляторный сигнал, роль которого могут выполнять как отдельные молекулы различной природы, так и сложные макромолекулярные комплексы. В большинстве случаев, ключевую роль в функционировании таких комплексов играет их структурная организация, которая и определяет их функциональное назначение.

Одной из интересных особенностей структурно-функциональных комплексов хроматина является тот факт, что помимо специализированных элементов, присущих каждому комплексу, в их составе очень часто встречаются одни и те же универсальные белковые молекулы, функциональное назначение которых зависит не от их аминокислотной последовательности, а от типа конечного комплекса. Подобные универсальные элементы представляют особый интерес. Изучение механизмов, лежащих в основе многообразия выполняемых ими функций, важно не только для понимания молекулярных механизмов функционирования генома, но имеет также огромное значение для создания простых и универсальных инструментов для работы с ДНК и другими макромолекулами.

Хромосомная ДНК упакована в компактную структуру с помощью специализированных белков. Все ДНК-связывающие белки эукариот подразделяются на два класса: на гистоны (histones, структурные белки эукариотических хромосом) и на негистоновые хромосомные белки . Комплекс обоих классов белков с ядерной ДНК эукариотических клеток называется хроматином . Гистоны являются уникальной характеристикой эукариот и присутствуют в огромных количествах на клетку (около 60 миллионов молекул каждого типа на клетку).

Гистоны - относительно небольшие белки с очень большой долей положительно заряженных аминокислот (лизина и аргинина); положительный заряд помогает гистонам крепко связываться с ДНК (которая заряжена сильно отрицательно) независимо от ее нуклеотидной последовательности. Возможно, гистоны только изредка диссоциируют от ДНК и таким образом, вероятно, оказывают влияние на любой процесс, происходящий на хромосомах.

Типы гистонов распадаются на две главных группы - нуклеосомные гистоны и Н1 гистоны, образуя семейство высококонсервативных основных белков, состоящее из пяти больших классов - H1 и H2A , H2B , H3 и H4 . Гистоны H1 более крупные (около 220 аминокислот) и оказались менее консервативными в ходе эволюции. Размер полипептидных цепей гистонов лежит в пределах от 220 (H1) до 102 (H4) аминокислотных остатков. Гистон H1 сильно обогащен остатками Lys, для гистонов H2A и H2B характерно умеренное содержание Lys, полипептидные цепи гистонов H3 и H4 богаты Arg. Внутри каждого класса гистонов (за исключением H4) на основании аминокислотных последовательностей различают несколько субтипов этих белков. Такая множественность особенно характерна для гистонов класса H1 млекопитающих. В этом случае различают семь субтипов, названных H1.1-H1.5 , H1o и H1t .Гистоны H3 и Н4 принадлежат к наиболее консервативным белкам. Такая эволюционная консервативность предполагает, что для функции данных гистонов важны почти что все их аминокислоты. N- концевая часть данных гистонов может быть обратимо одифицирована в клетке за счет ацетилирования отдельных остатков лизина, что убирает положительный заряд лизинов.

Гистоны подвергаются многообразным посттрансляционным модификациям , которые вовлечены в разнообразные биологические процессы, например, регуляцию активности генов , репарацию ДНК , конденсацию хроматина.

31. Вопрос о структурной организации хроматина в интерфазных ядрах далек от своего разрешения. Это связано со сложностью и динамичностью его структуры, которая легко меняется даже при незначительных экзогенных воздействиях. Различают три уровня структурной организации хроматина у эукариот: 1) нуклеосомная фибрилла ; 2) соленоид, или нуклеомер ; 3) петельно-доменная структура , включающая хромомеры . Существуют две наиболее известные модели, объясняющие механизм упаковки хроматина. Согласно одной из них, наиболее известной в зарубежной литературе, нить ДНК претерпевает пять уровней компактизацни от 2 нм (ее собственный диаметр) до 1400 нм (высококонденсированная метафазная хромосома). Низшим уровнем иерархической организации хромосом считается нуклеосомный. Нуклеосома состоит из кора (сердцевины, стержня) и намотанной на негоДНК(146 п.н„ 1,8 витка). Кор представляет собой гистоновый октамер Н2А, Н2В, НЗ, Н4 (по две молекулы каждого). Хроматин на этой стадии имеет вид «бусин» (глобул диаметром 11 нм), нанизанных на «нить» (молекулярную ДНК). Такая структура обеспечивает компактизацию примерно в 6—7 раз. Вторая ступень компактизации - формирование хроматиновой фибриллы диаметром 30 нм. В этом процессе участвует гистон HI, который связывается с ДНК между нуклеосомными корами и сворачивает нуклеосомную фибриллу в спираль, наполобие соленоида, с шагом в 6-8 нуклеосом. Уровень компактизации на этом этапе достигает примерно 40.

Третий этап — петельно-доменный — наиболее сложный. Соленоидная фибрилла складывается, образуя петли различной длины. Общий уровень компак-тизации возрастает до 1000, но, очевидно, может различаться в различных районах хромосомы. Диаметр такой структуры в среднем составляет 300 нм., по-видимому, она наиболее типична для интерфазной хромосомы.

На четвертом этапе компактизации 300 нм-фибриллы дополнительно сворачиваются, образуя хроматиды диаметром примерно 600-700 нм.

Последняя, пятая, ступень компактизации (в 7000 раз) характерна для метафазной хромосомы; ее диаметр равен 1400 нм. Известна и другая схема компактизации хроматина, предложенная Ю.С. Ченцовым. Она основана на данных световой и электронной микроскопии. Согласно этой модели первым уровнем также является нуклеосомный. На втором этапе 8-Ю нуклеосом образуют глобулу, называемую нуклеомером. Ряд сближенных нуклсомеров формируют 20-30-нанометровую фибриллу. Третий уровень - хромомерный. Петли фибрилл ДНП, скрепленные негистоновыми белками, образуют розетковидные структуры. На четвертом - хромонемном уровне происходит их сближение с образованием структур, состоящих из петлевых доменов. Предполагается, что на следующем, пятом, уровне компактизации, характерном для хроматид, происходит спиральная укладка хромонемных нитей.

Всего на сегодняшний день известно три уровня упаковки ДНК в составе хроматина:

1. Нуклеосомный уровень, 2. Уровень соленоида, осуществляемый за счет закручивания нуклеофиламента в 30-нм фибриллу 3. Уровень, образуемый петлями (loops) ДНК. Только на третьем уровне упаковки ДНК структуры хроматина имеют размер, сопоставимый с предполагаемыми размерами функциональных геномных доменов.

32. Хромосомы (от хромо и сома), органоиды клеточного ядра, совокупность которых определяет основные наследственные свойства клеток и организмов. Полный набор Х. в клетке, характерный для данного организма, называется кариотипом.Морфология хромосом различна в отдельных фазах клеточного цикла. В пресинтетической фазе хромосомы представлены одной нитью (хроматидой), в постсинтетической фазе состоят из двух хроматид. В интерфазе хромосомы занимают весь объем ядра, образуя так называемый хроматин. Плотность хроматина в разных участках ядра неодинакова. Рыхлые участки, слабо окрашивающиеся основными красителями, сменяются более плотными участками, окрашивающимися интенсивно. Первые представляют собой эухроматин: участки плотного хроматина содержат гетерохроматин или генетически инактивированные части хромосомы.

Индивидуально различимые тела хромосом формируются ко времени клеточного деления — митоза или мейоза. В профазе первого мейотического деления хромосомы. претерпевают сложный цикл преобразований, связанных с конъюгацией гомологичных хромосом по длине с образованием так называемых бивалентов и генетической рекомбинацией между ними. В профазе митотического деления хромосомы выглядят как длинные переплетенные нити. Формирование «тела» хромосомы в метафазе клеточного деления происходит путем уплотнения структур третьего порядка неизвестным пока способом. Наименьшую длину и характерные морфологические особенности хромосом можно наблюдать именно на стадии метафазы. Поэтому всегда описание индивидуальных особенностей отдельных хромосом, как и всего хромосомного набора, соответствует их состоянию в метафазе митоза. Обычно на этой стадии хромосомы представляют собой продольно расщепленные образования, состоящие из двух сестринских хроматид. Обязательным элементом структуры Х. является так называемая первичная перетяжка, где обе хроматиды сужаются и сохраняются объединенными. В зависимости от локализации центромеры различают хромосомы метацентрические (центромеры расположена посередине), субметацентрические (центромера смещена по отношению к центру) и акроцентрические (центромера расположена близко к концу хромосомы). Концы хромосомы называют теломерами.

Кариотип – это совокупность метафазных хромосом, характерных для определенного вида организмов.

Постоянство кариотипа поддерживается с помощью точных механизмов митоза и мейоза. Изучение кариотипов и их изменчивости важно для здравоохранения (многие генетические заболевания связаны с изменением кариотипа), селекции (многие сорта растений различаются по кариотипу) и экологического биомониторинга (кариотип может изменяться под воздействием экологических факторов).

Кариотип используется в качестве видовой характеристики (существует особый раздел систематики – кариосистематика). Кариотипический критерий является одним из важнейших критериев вида. Сущность этого критерия заключается в том, что все особи данного вида характеризуются определенным кариотипом (см. рис. в конце темы).

В понятие «кариотип» включается число хромосом, их размеры, морфология, особенности продольной дифференцировки.

Метафазная хромосома состоит из двух продольных субъединиц – хроматид, связанных между собой в области первичной перетяжки – центромеры. Обе хроматиды несут совершенно идентичный набор генов (разумеется, при отсутствии мутаций). Центромера делит хромосому на два плеча: короткое – р и длинное – q (это номенклатура хромосом человека; у мушки дрозофилы различают плечи L – левое и R – правое). Если оба плеча хромосомы равны по длине, то такая хромосома называется метацентрической, если неравны – то такая хромосома называется субметацентрической, если же одно из плеч очень короткое, то такая хромосома называется акроцентрической. Конечные участки хроматид называются теломеры. У некоторых хромосом в области теломер имеются удаленные структуры (спутники); это спутничные хромосомы.

При специальных методах окраски (дифференциальная окраска) видно, что хромосомы состоят из чередующихся участков – дисков: С, Т, R, G, N, Q.

Таким образом, метафазные хромосомы обладают индивидуальностью.

Минимально возможное число хромосом, обеспечивающее существование организмов данного вида, называется основным хромосомным числом и обозначается символом х. Например, для голосеменных растений х=12, а для покрытосеменных основное число х исходно равно 7 (хотя у ряда покрытосеменных встречаются и иные основные хромосомные числа: х=6 у пасленовых, х=19 у ивовых).

Минимально возможный набор хромосом, включающий минимальный объем ДНК, называется геном. Различные геномы обозначаются буквами латинского алфавита. Кариотип может включать себя несколько геномов: один, два, три и более. Метафазные хромосомы одного генома, расположенные в определенном порядке, образуют идиограмму – схематическое отражение кариотипа.

Организацию кариотипа вначале удобнее рассмотреть на примере многоклеточных животных. У этих организмов различают два типа клеток: соматические клетки, из которых построено тело (сома) организмов, и половые клетки. Половые клетки (яйцеклетки и сперматозоиды) образуются в результате гаметного мейоза. В подавляющем большинстве случаев число хромосом в половых клетках соответствует основному хромосомному числу и называется гаплоидным числом хромосом. Гаплоидное число хромосом обозначается символом n. Таким образом, у многоклеточных животных x=n. В гаплоидном наборе каждая хромосома представлена одним гомологом. В соматических клетках содержится удвоенный, или диплоидный набор хромосом, который обозначается символом 2n. В диплоидном наборе каждая хромосома представлена двумя гомологами (исключение составляют половые хромосомы у гетерогаметного пола, например, у самцов большинства млекопитающих X и Y–хромосомы негомологичны).

Рассмотрим организацию гаплоидного хромосомного набора человека (см. рис. в конце темы). Общее число хромосом в гаплоидном наборе равно 23. Все хромосомы пронумерованы и распределены по классам. Из них к классу А относятся хромосомы 1, 2, 3; к классу В – хромосомы 4, 5; к классу С – хромосомы 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12; к классу D – хромосомы 13, 14, 15; к классу Е – хромосомы 16, 17, 18; к классу F – хромосомы 19, 20; к классу G – хромосомы 21, 22. Перечисленные хромосомы называются аутосомы, они имеются и у мужчин, и у женщин. В диплоидном наборе (2n=46) каждая аутосома представлена двумя гомологами. Двадцать третья хромосома является половой хромосомой (гоносомой), она может быть представлена или X или Y–хромосомой. Половые хромосомы у женщин представлены двумя X–хромосомами, а у мужчин одной X–хромосомой и одной Y–хромосомой.

Изменчивость кариотипа Постоянство кариотипа и, соответственно, его геномной формулы поддерживается с помощью точных механизмов митоза и мейоза. Однако в ряде случаев наблюдается изменение кариотипа, которое в большинстве случаев обусловлено нерасхождением хромосом в митозе или мейозе.

В экспериментальных условиях нерасхождение хромосом можно вызвать путем обработки организмов или их частей (цветков, семян или проростков растений, яйцеклеток или эмбрионов животных) митозными ядами. К митозным ядам относятся: колхицин (алкалоид безвременника осеннего – растения из семейства Сложноцветные), винбластин, аценафтен и др. Митозные яды разрушают микротрубочки веретена деления, что делает невозможным нормальное расхождение хромосом в митозе или мейозе. Полиплоидные клетки можно получать, используя рентгеновское облучение, повышенные или пониженные температуры, некоторые химические вещества (эфир, хлороформ).

Изменчивость кариотипа проявляется в виде полиплоидии, анеуплоидии, гаплоидии, псевдополиплоидии.

33. Ядрышко. Представляет собой производное хромосом. В ядрышке содержится лишь один локус хромосом, который организуется за счет специальной структуры, названной ядрышковым организатором. Ядрышковый организатор представляет собой совокупность генов, которые несут информацию о рибосомальной РНК. Ядрышко принимает участие в образовании рибосомальной РНК, непосредственно определяя образование рибосом в клетке, а значит и интенсивность процессов синтеза белка. Ядрышки - это округлые сильно уплотненные участки клеточного ядра диаметром обычно меньше 1 мкм. Ядра диплоидных клеток содержат 1-7 ядрышек, а в среднем - 2.

Функция ядрышка связана с осуществлением синтеаз р-РНК (рибосомальной РНК).

В соответствии с этим главной составной частью ядрышка является ядрышковая ДНК, которая принадлежит организатору ядрышка одной из SAT-хромосом. Ядрышки содержат более 80 % белка и около 15 % РНК. В электронном микроскопе можно различить:

ядрышковый хроматин;

рибонуклеопротеидные;

фибриллы (РНП-фибриллы) диаметром 5-10 нм и длиной 20-40 нм. Это ранние промежуточные продукты в процессе образования р-РНК из пре-р-РНК;

РНП-гранулы диаметром 15-20 нм - более поздние промежуточные продукты;

основную массу из белков и РНК, которую пронизывает сеть ядерного матрикса;

мелкие вакуоли;

гетерохроматин, связанный с ядрышком, который прилегает к ядрышку снаружи и проникает в него.

Образующийся в ядрышке предшественник р-РНК - 45S-пре р-РНК, по-видимому, связан с тяжами ядерного матрикса. Он соединяется с ядрышковым белком и 5S-РНК. Белки поступают из цитоплазмы, 5S-РНК - из клеточного ядра. В ядрышках 45S-пре-р-РНК расщепляется на промежуточные продукты 5,8S-, 18S-РНК (процессинг). В нуклеоплазме в результате отщепления от пре-р-РНК ядрышковых белков и присоединения рибосомальных белков образуются 40S- и 60S-субчастицы рибосом, по-видимому, еще связанные с ядерным матриксом. Они выходят из клеточного ядра через поры в ядерной оболочке.

Во время деления ядра синтез р-РНК прекращается, в конце профазы ядрышки исчезают, при конденсации хромосом ядрышковый хроматин в качестве организатора ядрышка входит в SAT-хромосому. После разделения ядра на разрыхляющихся организаторах ядрышка образуются сначала новые РНП-фибриллы, а затем и остальные компоненты нового ядрышка.