Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Методы исследования в цитологии




МИТОЗ

ЯДРО

Основными функциями ядра являются:

1) хранение и передача генетической информации (редупликация, регенерация, рекомбинация ДНК),

2) обеспечение синтеза белка — создание аппарата белкового синтеза (образование всех видов РНК — информационных, транспортных, рибосомных, синтез рибосомных белков).

Структура и функция ядра изменяются в течение клеточного цикла — времени существования клетки от деления до деления или от деления до смерти. Клеточный цикл соматических клеток состоит из митоза и интерфазы (период между делениями). Интерфаза включает 3 основных периода: пресинтетический (G1), синтетический (S) и постсинтетический (G2). В G1-периоде после деления содержание ДНК в дочерних клетках диплоидное, а содержание РНК и белков в 2 раза меньше, чем в материнской клетке. Поэтому в G1 -периоде происходит накопление РНК и белков, синтез ферментов, необходимых для образования предшественников ДНК и др. В S-периоде осуществляется синтез и удвоение количества ДНК. В G2-периоде происходит синтез и-РНК, р-РНК, белков-тубулинов, участвующих в образовании микротрубочек митотического веретена. Проделав несколько циклов, клетка может выйти из цикла и оказаться в G0-периоде.

В G0-периоде осуществляются процессы специализации клеток и выполнение ими основных функций — секреции (в железистых клетках), сокращения (в мышечных клетках) и др.


 

Ядра интерфазных (неделящихся) клеток, несмотря на различия в размерах и форме, имеют общий план строения. Интерфазное ядро состоит из ядерной оболочки, хроматина (хромосом), ядрышка и кариоплазмы (нуклеоплазмы, плазмы).

Ядерная оболочка состоит из двух мембран — наружной и внутренней, каждая толщиной 7 нм, и расположенного между ними перинуклеарного пространства шириной 20—60 нм. В ядерной оболочке имеются поры, которые формируются за счет слияния внешней и внутренней мембран, при этом образуются сквозные отверстия диаметром 80—90 нм, заполненные глобулярными и фибриллярными структурами. Совокупность перфорации мембран, глобулярных и фибриллярных структур называют комплексом поры, который имеет октогональную симметрию: образуется 3 ряда по 8 гранул размером 25 нм, от которых отходят фибриллы, сходящиеся в центре, где расположена центральная гранула. Поровые комплексы обеспечивают прохождение макромолекул из ядра в цитоплазму. Число пор варьирует в ядрах различных клеток и зависит от размеров ядра и функциональной активности клетки. Например, яйцеклетки могут иметь 106 пор. Число пор увеличивается после митоза, особенно в S-периоде. Во время митоза ядерная оболочка разрушается, а после окончания деления вновь образуется. Одной из функций ядерной оболочки является фиксация хромосом и обеспечение их определенного пространственного расположения.

Хромосомы постоянно присутствуют в ядре, но видны хорошо лишь во время митоза, так как они сильно спирализуются и утолщаются. В интерфазном ядре хромосомы деспирализованы (деконденсированы) и практически не видны. Сохраняющиеся конденсированные участки хромосом при окраске на светооптическом уровне видны как базофильные глыбки и называются гетерохроматином, а деконденсированные (более светлые участки) — эухроматином. Дисперсный эухроматин — активно работающие на синтез участки хромосом. Поэтому наличие большого количества эухроматина в ядрах свидетельствует об интенсивности синтетических процессов в клетке (например, в молодых клетках), а преобладание в ядре гетерохроматина — о снижении синтеза белков (в малых лимфоцитах).

Хроматин состоит из ДНК, белка и РНК в соотношении 1:1,3:0,2.

ДНК составляет 30—40% хроматина и содержит несколько классов последовательности нуклеотидов (часто повторяющиеся, умеренно повторяющиеся, короткие и уникальные), среди которых уникальные последовательнсти представлены наиболее широко (70—80%) и несут информацию для большинства белков клетки. Длина ДНК в хромосомах человека может достигать 1,5—7 см.

Белки составляют 60—70% и представлены гистонами (5 фракций) и негистоновыми белками. Основную массу составляют гистоны, синтезирующиеся в цитоплазме и затем поступающие в ядро. Они выполняют структурную функцию, т. е. обеспечивают специфическую укладку ДНК в хромосомах, участвуют в образовании нуклеосом. Гистоны являются репрессорами матричной активности ДНК. Негистоновые белки — это ферменты, обеспечивающие процессы репарации, редупликации, транскрипции ДНК, а также специфические белки — регуляторы, узнающие последовательности нуклеотидов в ДНК. Негистоновые белки образуют матрикс в интерфазном ядре. Белковый ядерный матрикс обеспечивает форму и структуру интерфазного ядра, а также участвует в регуляции синтеза нуклеиновых кислот. Представлены все типы РНК: информационная, транспортные, рибосомная.

Структурная организация хроматина определяется степенью спирализации ДНК и связанными с ней гистонами. В основе хромосом лежат элементарные хромосомные фибриллы толщиной 10 нм, представляющие собой молекулы дезоксирибонуклеопротеидов (ДНП), образованные ДНК и белком (гистоны). Элементарная хромосомная фибрилла имеет вид бус, состоит из нуклеосом размером 10 нм, расстояние между которыми также составляет 10 нм. Каждая нуклеосома образована участком сверхспирализованной ДНК (имеет 140 нуклеотидных пар) и лежащими снаружи от нее 8 молекулами гистонов. Гистоны ограничивают доступ ферментов и делают невозможной транскрипцию, т. е. репрессируют ее. Элементарные (нуклеосомные) фибриллы в свою очередь также спирализуются и образуют более толстые фибриллы диаметром 25 нм, из которых построены хромосомы. Таким образом, степень компактизации ДНК обусловлена ее взаимодействием с гистонами и определяет ее способность к редупликации и транскрипции. Более рыхлые деконденсированные участки хромосом (эухроматин) в интерфазном ядре являются более активными в процессах синтеза, а более конденсированные (гетерохроматин) — неактивными. Среди гетерохроматиновых участков, помимо постоянно неактивных участков (половые Х-хромосомы), имеются участки факультативного гетерохроматина, которые могут переходить в деконденсированное состояние и активно функционировать, например, при трансформации малых лимфоцитов в бласты — активно синтезирующие клетки. Гетерохроматин расположен в теломерных, центромерных и околоядрышковых частях хромосом и входит в состав их внутренних частей. Важными функциями гетерохроматина являются прикрепление хромосом к ядерной оболочке и поддержание общей структуры ядра, а также «узнавание» гомологичных хромосом и соединение с ними (при мейозе).

Кроме участков гетерохроматина, в интерфазных ядрах имеются перихроматиновые фибриллы, перихроматиновые и интерхроматиновые гранулы. Все эти структуры содержат и-РНК и участвуют в передаче информации из ядра.

Ядрышко — базофильное тельце округлой формы размером 1—5 мкм, в котором происходит образование рибосом. Число ядрышек в различных клетках варьирует. В электронном микроскопе в ядрышках выявляются фибриллярная часть в центре и гранулярная часть по периферии. Фибриллярная часть состоит из нитей ДНК — ядрышковых организаторов и тяжей рибонуклеопротеидов (РНП), являющихся предшественниками рибосом. Гранулярная часть состоит из формирующихся субъединиц рибосом. На ДНК ядрышкового организатора в фибриллярном компоненте образуется рРНК, которая одевается белком, и из образующихся РНП происходит сборка субъединиц рибосом, которые затем через поровые комплексы выходят в цитоплазму и там участвуют в синтезе белка. Увеличение числа и размеров ядрышек в ядре свидетельствует о высокой интенсивности синтеза РНК и белков в клетке. При этом в ядрышках увеличивается объем его гранулярной части. Снижение синтетических процессов сопровождается увеличением объема фибриллярного компонента, компактизацией и уменьшением размеров ядрышек.

 

Основной формой воспроизведения клеток является митотическое деление, когда имеет место формирование митотических хромосом — видимых в световом микроскопе нитей. В S-периоде интерфазы содержание ДНК удваивается (редупликация), и далее к моменту вступления в митоз происходит спирализация (конденсация) хромосом, приводящая к их укорочению и утолщению. В период митоза генетический материал перемещается и равномерно распределяется между дочерними клетками с помощью центриолей и формируемого ахроматинового веретена.

 

Рис. 11. Клеточный цикл (А) и митоз (Б) (схема).

 

Митоз состоит из 4 основных фаз: профазы, метафаза, анафазы, телофазы.

В профазе происходит конденсация хромосом, они становятся видимыми и расположены в виде переплетающегося клубка (плотный клубок, затем рыхлый клубок). Каждая хромосома состоит из двух сестринских хромосом — хроматид. В соматических клетках человека из 46 хромосом образуются 92 хроматиды. Ядрышки уменьшаются в размерах и исчезают. Оболочка ядра разрушается — распадается на фрагменты и затем на мелкие мембранные пузырьки. В цитоплазме уменьшается число рибосом, ГЭР распадается на мелкие вакуоли, т. е. резко снижается интенсивность синтетических процессов. Центриоли в виде диплосом расходятся, начинает формироваться веретено деления, состоящее из микротрубочек, отходящих от центриолей и хромосомных кинетохоров. Часть микротрубочек соединяет полюса (центриоли), а другая — центромеры хромосомы с одним из полюсов.

Метафаза характеризуется завершением формирования веретена деления и расположением хромосом в экваториальной плоскости клетки.

В анафазе половинки хромосом (хроматиды) теряют связь в области центромер и расходятся к полюсам клетки. Микротрубочки веретена деления обеспечивают быстрое скольжение хромосом. Таким образом, к каждому полюсу отходит диплоидный набор хромосом (у человека — 46 хромосом).

В телофазе происходит восстановление структур интерфазного ядра — деспирализация хромосом, реконструкция оболочки ядра, появление ядрышек, а также разделение клеточного тела на две части — цитотомия или цитокинез. Продолжительность митоза и его отдельных фаз варьирует в различных клетках от 30 мин до 3 ч и более, в то время как интерфаза — более длительный период (10—30 ч). Соотношение продолжительности фаз митоза может быть следующим: профаза — 30—60 мин, метафаза — 2—10 мин, анафаза — 2—3 мин, телофаза — 20—30 мин.

Количество митозов в тканях и органах является показателем интенсивности их роста и регенерации (физиологической и репаративной) в норме и патологии. Митотический индекс — число митозов на 1000 клеток (в ‰) может варьировать от 1 до 10 и более. Этот индекс особенно высок в нормально растущих тканях, а также повышается в опухолях. Поэтому подсчет числа митозов является необходимым для оценки регенерации, действия различных лекарственных препаратов и др.

Разновидностью митоза является мейоз (схема 2) — деление созревающих половых клеток, которое приводит к уменьшению (редукции) в 2 раза числа хромосом, т. е. формированию гаплоидного числа хромосом (у человека 23 хромосомы). Мейоз включает два следующих друг за другом деления с короткой интерфазой между ними: I — редукционное (число хромосом редуцируется в 2 раза) и II — эквационное (обычный митоз). Для редукционного деления характерна длинная профаза, состоящая из 6 фаз, когда происходит соединение гомологичных хромосом в пары и обмен наследственным материалом.

Кроме обычного митоза, существует эндомитоз, когда генетический материал ядра увеличивается в 2 раза или более, но тело клетки не разделяется. В результате может образоваться клетка с двумя ядрами или с многими ядрами или клетки с полиплоидными ядрами, содержащими тетраплоидный (4 п) или октаплоидный (8 п) набор хромосом. Такие клетки часто встречаются в печени. В клетках костного мозга — мегакариоцитах — имеются гигантские ядра, содержащие набор хромосом, соответствующий 32 п.

В тканях и органах постоянно присутствуют отмирающие клетки, что является естественным жизненным процессом. Число разрушающихся клеток может увеличиваться с возрастом, при различных воздействиях (радиация). Для разрушающихся клеток характерны конденсация хроматина, пикноз (сморщивание) и даже распад ядер (кариорексис), уменьшение размеров и фрагментация ядрышек, а также изменения физико-химических свойств цитоплазмы (прекращение гранулообразования в ответ на введение красителя), распад эндоплазматического ретикулума, набухание митохондрий и разрыв их мембран и др.

 

 




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-11-25; Просмотров: 2219; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.017 сек.