4. Строение и функции ядерной поры.

Наиболее характерной структурой в составе ядерной оболочки является ядерная пора. Пора в оболочке образуется за счет слияния двух ядерных мембран в виде округлых сквозных отверстий, или перфораций, с диаметром около 80-90 нм. Так ядерные поры выглядят после фиксации KMnO_4, который плохо сохраняет белковые компоненты в клетке. При альдегидной фиксации или при использовании метода замораживания и скалывания в электронном микроскопе видно, что округлое сквозное отверстие в ядерной оболочке заполнено сложно организованными глобулярными и фибриллярными структурами. Совокупность мембранных перфораций и этих структур называют комплексом поры ядра. Тем самым подчеркивается, что ядерная пора не просто сквозная дыра в ядерной оболочке, через которую непосредственно вещества ядра и цитоплазмы могут сообщаться. Компоненты комплекса пор, кроме мембран, имеют белковую природу: они разрушаются при действии на них протеолитических ферментов. Сложный комплекс пор имеет октагональную симметрию. По границе округлого отверстия в ядерной оболочке располагается 3 ряда гранул по 8 штук в каждом: 1 ряд лежит со стороны ядра, другой - со стороны цитоплазмы, третий - в центральной части поры. Размер гранул около 25 нм. От этих гранул отходят фибриллярные отростки, которые могут сходиться в центре и создавать как бы перегородку, диафрагму поперек поры. В центре отверстия поры часто можно видеть так называемую центральную гранулу. Размеры пор в клетке обычно стабильны, так же как относительно стабилен размер ядерных пор различных организмов. Число же пор подвержено значительным вариациям. Оно зависит от размеров ядер и от функциональной активности клеток. Число ядерных пор зависит от метаболической активности клеток: чем выше синтетические процессы в клетках, тем больше пор на 1 поверхности клеточного ядра. В ядерных оболочках полностью зрелых сперматозоидов поры не обнаруживаются, также как и у микронуклеусов некоторых инфузорий. Количество пор может изменяться в течение клеточного цикла. Первое возрастание числа пор наблюдается при реконструкции и росте ядер после митоза, второй этап увеличения числа пор происходит во время синтеза ДНК. У поверхности ядра поры располагаются более или менее равномерно, но их число резко падает в местах ассоциации с ядерной оболочкой участков гетерохроматина, ядрышкового организатора, тепломерных участков. Поровые комплексы могут встречаться и в других мембранных компонентах клетки, но гораздо реже чем в ядерной оболочке. Они обнаруживаются в составе окончатых мембран, которые представляют собой тесно расположенные пачки замкнутых плоских мембранных мешков, сплошь пронизанных поровыми комплексами, имеющими такую же структуру, что и поры в ядерной оболочке. Функциональное значение окончатых мембран не известно. Иногда поровые комплексы видны в составе мембран гранулярного эндоплазматического ретикулума.

5. Локализация хромосом в интерфазном ядре.

Интерфаза - рабочая фаза клеточного ядра, то время когда хромосомы функционируют, на этой фазе хромосомы большей своей частью деконденсируются, теряют компактное строение. Степень деконденсации может иметь разные масштабы и зависит не только от объема функциональной нагрузки (синтез РНК и ДНК), но и от конституции самой хромосомы. Наименее подвержены деконденсации постоянно метаболически неактивные участки структурного гетерохроматина. Т.е. в интерфазном ядре растянутые и как бы набухшие хромосомы занимают отдельные зоны.

Часть хроматинового материала часто располагается по периферии ядра. При электронно-микроскопических исследованиях хорошо виден непосредственный контакт хроматинового материала с внутренней ядерной оболочкой. Обычно такой периферический хроматин представляет собой слой конденсированного хроматина (толщина слоя 0.1 мкм - несколько мкм). Слой конденсированного около мембранного хроматина располагается в непосредственной близости к внутренней ядерной мембране и отсутствует в зоне ядерных пор. Этот контакт не является простой пассивной пространственной связью, а определяется структурным взаимодействием между хроматином и ядерной оболочкой. На границе между мембраной и слоем хроматина выявляется специфическая структура, которая вероятно ответственна за связь периферического хроматина с ядерной оболочкой. Этот слой из тесно расположенных гранул величиной 25-30 нм, Обладающих большей электронной плотностью, чем фибриллы хроматина, гранулы погружены в слой аморфного вещества более низкой плотности. К ним подходит или непосредственно в них переходит хромосомные фибриллы. Одна из функций гранулярного слоя периферического слоя хроматина - это фиксирование фибрилл ДНП на ядерной внутренней мембране. Некоторые исследователи считают, что слой периферического хроматина играет важную роль в репликации все ядерной ДНК. Основанием для такого предположения послужили представления о связи хромосом бактерий с их плазматической мембраной. Кроме периферического слоя хроматина. С ядерной оболочкой находится в контакте специфические участки хромосом, такие, как половые хромосомы, околоце6нтромерные участки гетерохроматина, теломерные хромоцентры, гетерохроматин, ассоциированный с ядрышком, и др. Все эти участки хорошо выявляются при дифференциальных окрасках на гетерохроматин. Периферический хроматин менее активен в отношении синтеза ДНК. Все приведенные выше данные о преимущественной связи с ядерной оболочкой гетерохроматиновых участков показывают на ведущую роль этой связи в пространственной ориентации интерфазной хромосомы внутри ядра. Можно представит себе следующую модель организации интерфазного ядра: развернутая хромосома в интерфазе заякорена на ядерной оболочка с помощью гетерохроматических участков (теломерный гетерохроматин, околоядрышковый гетерохроматин, вставочные зоны гетерохроматина) так, что ее расположение становится фиксированным в пространстве ядра, часто повторяя телофазную ориентацию, и занимает в нем определенный объем. Кроме компактных участков конститутивного гетерохроматина встречается большое число конденсированных участков эухроматина.

При редупликации ДНК происходит уменьшение числа зон конденсированного хроматина, которое вновь возрастает в постсинтетическом периоде, что можно связать с переходом клеток к делению. Было замечено, что многие конденсированные участки хроматина, хромоцентры, могут включать метку Н³-тимидина, т.е. реплицироваться без деконденсации. Оказалось, что инактивированная Х хромосома в клетках женщин реплицируется в конденсированном состоянии.

Чем больше зона диффузного хроматина, тем выше в ядрах синтез РНК. По мере специализации клеток и по мере падения в них синтеза РНК, происходит увеличение доли конденсированного хроматина. При этом начинает резко выделяться периферический хроматин, появляются хромоцентры внутри ядра.

Кроме хроматиновых участков в ядрах выделяют перихроматиновые фибриллы, перихроматиновые гранулы и интерхроматиновые гранулы. Эти три основные формы рибонуклеопротеидных частиц встречаются практически во всех активных ядрах. Рибонуклеопротеидная их природа доказывается тем, что эти структуры разрушаются ферментом РНКазой или совместно РНКазой и протеолитическими ферментами. Перихроматиновые фибриллы обнаруживаются по периферии участков конденсированного хроматина (околомембранного или любого другого). Толщина около 3-5 нм, часто образует рыхлую неправильную сеть. Этот компонент ядра сильно изменяется при стимуляции синтеза РНК. Некоторые исследователи считают, что такие фибриллы могут представлять новосинтезированную ДНК-подобную РНК. Диаметр перихроматиновых гранул около 45 нм, они окружены светлым ореолом. Они встречаются только на периферии конденсированного хроматина, в диффузном хроматине их нет. Считается, что между этими гранулами и перихроматиновыми фибриллами существует структурная связь. При больших увеличениях внутри гранул можно видеть тонкие извитые фибриллы 3-5 нм толщиной. Крупные перихроматиновые гранулы встречаются в специфических, активных в отношении синтеза РНК, участках политенных хромосом, в пуффах. Некоторые исследователи предполагают, что такие рибонуклеопротеидные гранулы могут представлять собой информосомы, рибонуклеопротеидные частицы, содержащие иРНК. Интерхроматиновые гранулы - третий тип РНК содержащих структур. Размер 20-25 нм. Они всегда группируются в форме скоплений между участками хроматина. Эти гранулы не стандартны по величине и переплетены тонкими фибриллами, Образуя фигуры в виде четок или сети. Функция не ясна.