Жизненный цикл клетки

Материалы к подготовке к лекции для студентов

1-го курса медицинского факультета

 

3. Размножение на клеточном уровне.

 

Жизненный цикл клетки. Деление клеток.

 

Организация клетки во времени

Клетки организма испытывают действие разных вредных факторов, снашиваются и стареют. Поэтому каждая отдельная клетка в конечном результате должна погибнуть. Чтобы организм продолжал жить, он должен продуцировать новые клетки с той же скоростью, с которой гибнут старики. Поэтому деление клетки – это обязательное условие жизни для всех живых организмов.

Одним из основных типов деления клеток есть митоз. Митоз – это такое деление ядра клетки, когда получаются две дочерних клетки с набором хромосом, которая имеет материнская клетка. За делением ядра проходит деление цитоплазмы. Митотическое деление приводит к увеличению числа клеток, которое обеспечивает процессы роста, регенерации и замещения клеток во всех высших животных и растений. У одноклеточных организмов митоз есть механизмом бесполого размножения.

Хромосомы выполняют главную роль в процессе деления клеток, поскольку обеспечивают передачу наследственной информации и принимают участие в регуляции метаболизма клеток.

Последовательность процессов, которые перебегают между образованием клетки и ее делением на дочерние клетки называют клеточным циклом. В интерфазе цикла удваивается количество ДНК в хромосомах.

Митоз обеспечивает генетическую стабильность следующих поколений клеток.

 

 

 

В жизни клетки различают жизненный цикл и клеточный цикл.

Жизненный цикл значительно длиннее – это период от образования клетки вследствие деления материнской клетки и к следующему делению или к гибели клетки. В течение жизнь клетки растут, дифференцируются, выполняют специфические функции.

Клеточный цикл значительно короче. Этот собственно процесс подготовки к делению (интерфаза) и само деление (митоз). Поэтому этот цикл называют еще митотическим.

Такая периодизация (на жизненный и митотический цикл) довольно условная, поскольку жизнь клетки – беспрерывный, неделимый процесс. Так, в эмбриональный период, когда клетки быстро делятся, жизненный цикл совпадает с клеточным (митотическим). После дифференцирования клеток, когда каждая из них выполняет специфическую функцию, жизненный цикл продолжительнее от митотического.

 

Клеточный цикл состоит из интерфазы, митоза и цитокинезу. Продолжительность клеточного цикла у разных организмов разная.

Интерфаза – это подготовка клетки к делению, на ее частицу приходится 90 % всего клеточного цикла. На этой стадии происходят наиболее активные метаболични процессы. Ядро имеет гомогенный вид — оно заполнено тонкой сеткой, которая состоит из переплетенных между собою довольно длинных и тонких нитей -хромонем. Ядро соответствующей формы, окруженное двухслойной ядерной мембраной с порами диаметром близко 40 мкм. В интерфазному ядре проходит подготовка к делению. Интерфазу разделяют на определенные периоды: G, – период, который передует репликации ДНК; S – период репликации ДНК; G₂ – период с момента окончания репликации к началу митоза. Продолжительность каждого периода можно определить, воспользовавшись методом радиоавтографии.

Пресинтетический период (G₁ – вид. англ. gap – интервал) наступает сразу, чем деление. Здесь происходят такие биохимические процессы: синтез макромолекулярных соединений, необходимых для построения хромосом и ахрома-тинового аппарата (ДНК, РНК, гистонив и других белков), возрастает количество рибосом и митохондрий, происходит накопления энергетического материала для осуществления структурных перестроек и сложных движений во время деления. Клетка интенсивно растет и может выполнять свою функцию. Набор генетического материала будет 2п2с.

В синтетическом периоде (S) удваивается ДНК, каждая хромосома вследствие репликации создает себе подобную структуру. Проходит синтез РНК и белков, митотичного аппарата и точное удвоение центриоль. Они расходятся в разные стороны, образовывая два полюса. Набор генетического материала составляет 2п4с.

Дале наступает пислясинтетичний период (G₂) – клетка запасается энергией. Синтезируются белки ахроматинового веретена, идет подготовка к митозу. Генетический материал составляет 2n4с.

После достижения клеткой определенного состояния: накопления белков, удвоения количества ДНК и др. она готовое к делению – митоза. Существует два основных способа деления соматичних клеток: митоз и амитоз.

Митоз – косвенный, или митотичний деление есть превосходящим типом деления еука-риотичних соматичних клеток и присущий всем многоклеточным организмам. При этом происходит точное равномерное распределение наследственного материала. Вследствие митоза каждая дочерняя клетка получает полный набор хромосом со строгим количеством ДНК и за их составом идентичная материнской клетке.

 

Амитоз преобладает у некоторых одноклеточных организмов. Этот также способ деления соматичних клеток, но в отличие от митоза, прямое деление интерфазного ядра клетки происходит путем перетяжки простоя перепонкой. При амитозе распределение наследственного материала между дочерними клетками может быть равномерным или неравномерным. Вследствие этого получаются или одинаковые, или неодинаковые за размером клетки. Поэтому такие клетки наследственно неполноценные.         

Клеточный цикл.

Митоз. Митоз наступает после интерфазы и условно делится на такие фазы: 1) профаза, 2) метафаза, 3) анафаза, 4) телофаза. Приведенная общая схема разных фаз митоза.

Профаза (вид. грец. тира – к, и грец. срсшк; –появление) – начальная фаза митоза. Характеризуется тем, что ядро увеличивается в размерах, и из хрома-новой сетки, в результате спирализации и укорочения, хромосомы из длинных, тонких, невидимых нитей в конце профазы становятся короткими, толстыми и размещаются в виде видимого клубка. Хромосомы сокращаются, стовщуються и состоят из двух половинок — хроматид. Хроматиди обвиваются одна вокруг одной, содержатся попарно, чем помощь центромери. Профаза завершается исчезновением ядрышка, центриоли расходятся к полюсам с образованием фигуры веретена. Из белка тубулину формируются микротрубочки – нити веретена. Вследствие растворения ядерной мембраны хромосомы размещаются в цитоплазме. КР центромер прикрепляются нити веретена с обеих полюсов.

Метафаза начинается движением хромосом по направлению к экватору. Постепенно хромосомы (каждая состоит из двух хроматид) размещаются в плоскости экватора, образовывают так называемую метафазну пластинку. В животных клетках на полюсах вокруг центриоль заметные зирчастоподибни фигуры. В этой фазе можно подсчитать число хромосом в клетке. Набор генетического материала составляет 2n4с.

Метафазну пластинку используют в цито-генетичних исследованиях для определения числа и формы хромосом.

В анафазе сестринские хроматиди отходят одна от одной, разделяется соединяющая их центромерна участок. Все центромери делятся одновременно. Каждая хроматида с отдельной центромерою становится дочерней хромосомой и по нитям веретена приходит в движение до одного из полюсов. Набор генетического материала составляет 2n2с.

Телофаза – заключительная стадия митоза. Обратная относительно профазы. Хромосомы, которые достигли полюсов, состоят из одной нити, становятся тонкими, длинными и невидимыми в световой микроскоп. Они испытывают деспирализации, образовывают сетку интерфазного ядра. Формируется ядерная оболочка, появляется ядрышко. В это время исчезает митотичний аппарат и происходит цитокинез – разделения цитоплазмы с образованием двух дочерних клеток. Набор генетического материала составляет 2n2с.

 

 

Частота митоза в разных тканях и в разных организмах резко отличная. Например, в красном костном мозге человека каждую секунду происходит 10 млн. митозов. На данное время точно не известно, какие факторы побуждают клетку к митозу, но считают, что в этом существенную роль сыграет соотношения объемов ядра и цитоплазмы (ядерно-цитоплазматичне соотношение). Увеличения объема клетки связанное с синтезом белков, нуклеинових кислот, липидов и других химических компонентов клетки. Поэтому наступает момент, когда поверхность ядра есть недостаточной для обеспечения обмена веществ между ядром и цитоплазмой, необходимых для дальнейшего роста. Деление клетки значительно увеличивает поверхность как самой клетки, так и ее ядра, не увеличивая при этом их объема; поэтому считают, что фактор, который ограничивает ядерно-цитоплазматичне соотношение, каким-то чином побуждает клетку к митотичного делению.

Биологическое значение митоза. Митоз – наиболее распространенный способ репродукции клеток животных, растений, простейших. Это основа роста и вегетативного размножения всех еукариотив – организмов, которые имеют ядро. Основная его роль состоит в точном воспроизведении клеток, обеспечении равномерного распределения хромосом материнской клетки между возникающими из нее двумя дочерними клетками и поддержании постоянства числа и формы хромосом во всех клетках растений и животных.

Митоз оказывает содействие росту организма в эмбриональном и постембриональному периодах, копированию генетической информации и образованию генетически равноценных клеток. Поэтому организмы, которые размножаются вегетативно (грибы, водоросли, простейшие, много растений) образовывают большое количество идентичных особин, или клонов. Клонування возможное в некоторых многоклеточных, способных восстанавливать целый организм из части тела: кишковопорожнинних, червив. Клонування позвоночных происходит только на ранних стадиях ембриогенезу. Так, у животных и человека получаются монозиготни близнецы с одной оплодотворенной яйцеклетки вследствие ее митотичного разделения. За счет митоза все функционально устаревшие клетки организма заменяются новыми. Это деление лежит в основе процесса регенерации –восстановления утраченных тканей.

Амитоз. Амитоз происходит путем деления ядра, а со временем и цитоплазмы. Во время амитоза ядрышко удлиняется, перешнуровывается, а потом вытягивается и ядро. В некоторых случаях в ядре возникает перегородка, которая делит его на две части. Деление ядра иногда сопровождается делением цитоплазмы.

 

Различают несколько форм амитоза: равномерный, когда получается два равных ядра; неравномерный, когда получаются неравные ядра; фрагментация, когда ядро распадается на много мелких ядер одинаковой или разной величины.

Таким образом, амитоз – это деление, которое происходит без спирализации хромосом и без образования веретена деления. Происходит ли предыдущий синтез ДНК перед началом амитоза и как она распределяется между дочерними ядрами – неизвестно. Иногда при делении определенных клеток митоз чередуется с амитозом. Амитоз – это своеобразный тип деления, которое иногда наблюдается при нормальной жизнедеятельности клетки, а большей частью при нарушениях функции, часто под влиянием облучения или действия других вредных факторов. Он присущий високодиференцийованим клеткам. Амитоз в сравнении с митозом встречается реже и сыграет второстепенную роль в клеточном делении подавляющего большинства живых организмов. Клеточное деление в тканях контролируется малоизвестными механизмами, которые разрешают деление клеток только в том случае, когда необходимые новые клетки. Для примера, клетки печени обычно находятся в состоянии покоя, но при удалении части органа они начинают быстро делиться и этот процесс продолжается к тому времени, пока масса печени не достигнет нормы. Рассмотрим пример роста клеток в культуре. Когда на чашку с культуральним средой высеивают фибробласты, они прикрепляются к поверхности иd начинают делиться. Этот процесс продолжается к тому времени, пока не образуется сплошной пласт толщиной в одну клетку. В тот момент, когда уже не останется свободного места, нормальные клетки перестают делиться. Это явление получило название контактного торможения. Другим примером регулирования деления клеток есть контроль позиционными сигналами. Как правило, клетки в тканях делятся только в том случае, когда они находятся в соответствующем окружении и есть достаточно места для их деления. Например, в многослойном епидермиси кожи деление происходит лишь в одном пласте клеток – базальному. Если базальные клетки ин’єкциювати в расположенную глубже дерму, наоборот ли, “поднять”, чтобы они утратили связь с базальной мембраной, то их деление прекратится. Вероятно, эти епидермальни клетки делятся только при стимуляции определенным неизвестным фактором, который находится на границе между дермой и епидермисом.

Многим животным клеткам для того, чтобы выжить и пролиферувати, необходимые незначительные количества (приблизительно 10¹⁰ моль/л) специфических факторов роста, причем клеткам разного типа нужны разные факторы ли их соединения. Факторами роста могут быть белки или небольшие молекулы типа пептидов или стероидов. Все известные на сегодня полипептидные факторы роста могут быть классифицированы как несколько суперсемейств, которые объединяют вещества, близкие за первичной структурой:

1) суперсемейство инсулино-подибних факторов рас (инсулин, проинсулин, релаксин т др.);

2) суперсемейство епидермальних факторов роста;

3) суперсемейство бомбезину (бомбезин, литорин, нейротензин);

4) суперсемейство факторов роста фибробластов (ФРФ);

5) суперсемейство транс-формовочных факторов роста;

6) суперсемейство факторов роста тромбоцитов (ФРТ);

7) цитокини.

Из-за отсутствия четко охарактеризованных признаков и свойств многих биологически активных веществ, которые способные модулировать клеточный рост, и в значительной мере благодаря их полифункциональности, пока что сложно дать конечное определение срока “фактор роста”. Чаще всего под фактором роста понимают полипептиды, которые, связываясь со специфическими рецепторами в плазматической мембране клетки-мишени, осуществляют определенное регуляторное действие. Учитывая на эти признаки, к факторам роста можно также отнести интерлейкини, интерфероны, факторы некроза опухолей (ФНП) и некоторые другие полипептиды, которые принимают участие в регуляции клеточной пролиферации.

Изменения в регуляции пролиферации клеток могут спричиняти механизмы злокачественной трансформации. Суть изменений состоит в следующему: 1) клетки, которые в норме способные реагировать только на действие факторов роста, начинают их самые секретувати; 2) клетки, которые продукують факторы роста, но нечуткие к их действию из-за отсутствия специфических рецепторов, експре-сують данные рецепторы; 3) в клетках, даже из-за отсутствия действия на них факторов роста, конститутивно генерируются регуляторные сигналы, которые берут участие в запуске процессов биосинтеза ДНК и митозов.

За последние годы много работ в области клеточной биологии были посвящены поискам причин рака и способов его лечения. Опухолевые клетки проявляют ряд свойств, опасных для организ-му-господаря, такие, как способность прорастать в другие ткани и стимулировать рост капилляров, который обеспечивает пролиферуючим опухолевым клеткам доброе кровоснабжение. Одна из свойств опухолевых клеток – это аномальная реакция на сигналы, которые контролируют деление нормальных клеток. Опухолевые клетки делятся сравнительно бесконтрольно, что приводит к гибели организма. Ракови клетки в культуре продолжают делиться тогда, когда нормальные уже не делятся вследствие контактного торможения. Вследствие этого они накладываются одна на одну, когда не имеют возможности распластываться по поверхности культуральнои чашки. Кроме того, пух линни клетки требуют намного меньше факторов роста, чем обычные клетки.

Другой фундаментальной особенностью раковых клеток есть то, что они как популяция способные к делению неограниченно долго. В противоположность, почти все нормальные клетки млекопитающих гибнут после определенного количества делений. Как правило, клетки, которые належали старым животным, делятся меньшее количество раз, чем клетки молодых особин; это свидетельствует о том, что клетки стариков животных уже использовали большую часть своего митотичного потенциала, находясь еще в организме. Продолжительность жизни клеток ограниченная. Много клеток испытывает деление, чтобы заменить “изношеныы” клетки, а также те, которые беспрерывно облущиваются из поверхности тела с разной скоростью. Образования новых клеток необходимое для заживления ран, восстановления поврежденных тканей. Чрезмерное образование клеток происходит по аномальным условиям при опухолевом росте. Наряду  этим есть високоспециализовани клетки (например, нервные клетки), которые теряют способность к размножению.

Для оценки скорости обновления клеточной популяции и определения частицы клеток, которые вступают в митоз, используют алкалоид колхицин (видиленний из луковиц Colchicum autumnale), он приостанавливает процесс митоза. После инъекции колхицину в разные сроки забирают кусочки ткани и подсчитывают число фигур митоза на срезах.

В последнее время скорость клеточного деления в ткани можно оценить более точно, если предварительно ввести в организм тимидин – радиоактивную метку тимину, которое включается в новую ДНК по мере ее синтеза. В качестве метки новообразовавшейся ДНК применяют меченный тритием тимидин.

Через разные промежутки времени, необходимые для того, чтобы предшественник включился в репликуючу ДНК, ткань удаляют из организма, фиксируют и изготовляют радиоавтографы, на которые подсчитывают все фигуры митоза.

Показатель митотичнои активности ткани или культуры ткани – это число клеток, которые делятся митозом на 1 000 изученных клеток на гистологическом препарате. Разные ткани нашего организма имеют разную митотичну активность. Нарушения, которые возникают в митозе, приводят к образованию клеток с разными кариотипами. Такой митоз получил название патологического. Он есть одним из механизмов соматичнои анеуплоидии.

С патологическими митозами связаны возникновения многих заболеваний. Нарушения митоза наблюдается при раке, лучевой болезни, вирусных инфекциях. Хромосомные болезни, вызванные втр-.-той или появлением лишних хромосом, также возникают вследствие неправильного расхождения этих структур. Вследствие нарушения процесса митоза могут возникать хромосомные мосты, повреждения центромер, нарушения движения хромосом, образования микроядер, склеивания хромосом или их разрывы и др. Значительные изменения процесса митоза наблюдаются в опухолевых клетках. Считают, что возникновения патологических митозов – одна из причин злокачественного перерождения клеток.

Клетки с аномальным числом хромосом преобладают у людей пожилого и стариковского возраста. Мутации в организме человека могут происходить под влиянием факторов внешней среды, в частности вследствие облучения радиацией или действия некоторых химических веществ. Мутации, которые происходят в соматичних клетках, называются соматичними. Для них есть характерным то, что они ограничены отдельным организмом. Чем раньше в жизни человека состоялась соматична мутация, тем в большем количестве соматичних клеток она проявится.

Когда зрелый организм испытывает действие агента, который вызовет мутации в определенном проценте клеток, то клетки с индуцированными мутациями будут окружены немутан-тними клетками той же ткани; их общее действие будет приводить к почти нормального фенотипного эффекту. Однако, когда этому влияния подлежит зародыш, то мутации возникают в пропорционально меньшем количестве клеток. Мутантные клетки зародыша позднее приведут к дефектным тканям илиd органов. В таком случае нет компенсаторного действия нормальной ткани. Больше того, много мутаций влияет на скорость клеточного деления; поэтому, чем раньше в развития организма они возникают, тем более отвергается от нормы размер образованной структуры. Хотя соматични мутации не передаются следующим поколением, тем не менее способные снижать репродуктивный потенциал организмов, в которых они возникли, действуя, таким образом, на генофонд следующего поколения.

Нарушения, к которых приводит мутация в соматичних клетках, зависят от того, испытывает ли деление клетка после возникновения мутации. Некоторые високодиференцийовани клетки человеческого организма (нервные клетки; клетки, которые выстилают внутреннюю поверхность тонкой кишки) не делятся. В таких случаях тяжело обнаружить мутацию, поскольку в них нет потомков, среди которых можно выделить мутантов. В клетках, которые не делятся, могут происходить разнообразные мутации, в том числе и точкови, которые инактивують имеющийся алель ли изменяют его тип, а также структурные перестройки. Однако клетки остаются еуплоидними ли почти еуплоидними и нарушения фенотипа должно происходить почти исключительно точковими мутациями в гетерозиготном состоянии и изменениями положения генов. Клетки, которые не делятся, вероятно редко гибнут сразу же после возникновения мутации, хотя они могут сильно поднимать функционирование клеток и привести к их преждевременному старению.

Несмотря на те, что в соматичних клетках, которые делятся, возникают такие же типы мутаций, как и в клетках, которые не испытывают деление, деление ядра может привести к резко выраженной анеуплоидии. Соответственно большинство нарушений фенотипа происходит вследствие анеуплоидности, в основном через одиночные невозобновленные разрывы. Необходимо заметить, что все известные агенты, которые вызовут точкови мутации, спричиняють также разрывы хромосом.

Нарушения митоза вследствие мутаций может привести к раковым заболеваниям. Менделивсь-ке наследования раковых заболеваний человека встречается изредка, однако некоторые опухоли, в особенности доброкачественные, могут наследоваться как менделивськи. К ним належит нейрофиброматоз, разные синдромы с множественными опухолями эндокринных желез. При этом часто происходит злокачественная трансформация.

Другой механизм возникновения опухолей – гомозиготизация, которую нашли в случае ретинобластоми опухоли Вильямса, которые обусловленные как генеративной, так и соматичною мутациями.

 

Карцинома легкого: 1 – опухоль; 2 – респираторный эпителий; 3 – резервные клетки; 4 – соединительная ткань;

5 – кровеносные сосуды;

Особая связь опухолей с аутосомно-рецесивними заболеваниями, которые обусловленные хромосомными разрывами, можно наблюдать в случае пигментной ксеродермы. Известно, что основные повреждения при этом синдроме идентифицируют как дефекты репарации ДНК, которые возникают после облучения Уф-променями.

Разные генетические дефекты, которые влияют на разрывы хромосом и репарацию, а также недостаточность иммунного наблюдения за канцерогенами среды, вероятно, приводят к возникновению неоплазий.

Однако не исключенная и вирусная природа рака. Некоторые опухоли организма человека могут быть индуцированы вирусами. Вирусная природа опухоли человека наиболее очевидная в случае лимфоми Беркитта. В ее развития принимают участие 8-ма и 14-та хромосомы.

Результаты изучения онкогенив продемонстрировали связь между цитогенетикой опухолей и их молекулярной биологией, доказав, что гены рака могут располагаться недалеко от точек разрывов, которые происходят при пухлиноспецифичних хромосомных перестройках. Увеличения числа больных в семьях происходит только при разных наследственных опухолевых синдромах и иногда в так называемых раковых семьях, которые характеризуются: 1) повышенной частотой множественных первичных злокачественных неоплазм; 2) повышенным количеством больных на аденокарциномы, в основном, кишкивнику и ендометрия; 3) наследованием признаков за аутосомно-доминантним типом; 4) заболеванием в более раннем возрасте. Обобщая данные, можно приходить к выводу, что на развитие рака влияет не только наследственность, но и взаимодействие наследственности с средой. Есть основания считать, что когда мы сможем лучше понимать механизмы образования раковых опухолей, у нас будет возможность с помощью лабораторных тестов диагностировать заболевание.

Исследуя свойства нормальных и опухолевых клеток, ученые используют метод клонування.

Несколько десятилетий поэтому было установлено, что соматични клетки еукариотив можно размножать in vitro, то есть поддерживать в виде так называемых клеточных культур. Распределение хромосом при размножении клеток культуры происходит митотичним путем. Клеточная линия получается с одной клетки (и, таким образом, есть клоном). В лабораторных условиях растительные и животные клетки чаще за все проходят лишь ограниченное количество делений, а потом гибнут. Исключение составляют раковые клетки. Для клеток прокариотов характерная гаплоиднисть, а для еукариотив – диплощинисть. Это ограничивает возможности генетического анализа, поскольку рецесивни алели не оказываются у гетерозиготи.

Клоном называют группу генетически идентичных индивидуумов, полученных путем бесполого размножения или один от другого, или от некоторого общего предка. Простейшим примером такого клона может быть популяция бактерий, все клетки которой образовались вследствие повторных делений с одной родительской клетки. Все бактерии в таком клоне наследуют гены этой родительской клетки.

В связи с экспериментами по пересаживанию клеточных ядер открылась возможность для клонування животных или человека .

Размножения – присущая всем живым существам свойство воспроизведения себе подобных — новое поколение особин того же вида, – благодаря чему обеспечиваются неперервнисть и наследственность жизни. Это одна из основных свойств живых организмов.

В результате размножения особини родительского поколения передают дочерним определенную наследственную информацию. В одних случаях такая информация передается почти точно, и особини дочернего поколения есть генетической копией родителей (неполовое и вегетативное размножения, партеногенез). В других – потомки определенной мерой отличаются от родительских форм частью наследственной информации, которая предопределяет побежалость вида (половое размножение).

 

 

Мейоз  –  процесс деления ядра клетки с образованием четырех дочерних ядер, каждое из которых содержит вдвое меньше хромосом, чем исходное ядро. Это деление имеет также название редукционного: число хромосом в клетке уменьшается с дип-лоидного (2n) к гаплоидного (n).

Значения мейоза состоит в том, что он обеспечивает сохранение в ряде поколений постоянное число хромосом у видов со половым размножением.

Мейоз происходит только при образовании гамет у растений и животных, а также спор у растений, каким присущее дежурство поколений. В результате мейоза получаются гаплоидни ядра, при слиянии которых во время оплодотворения восстанавливается диплоидне число хромосом.

 Неполовое размножение. Много видов растений и животных (вирусы, бактерии, водоросли, грибы, простейшие, губки, кишковопорожнинни и др.) могут размножаться с помощью одной (моноцитоген-не) или группы (полицитогенне) неполовых клеток. Формы моноцитогенного размножения: 1) деление клетки надвое; 2) множественное деление (шизогония); 3) спороутворення; 4) почкования. Формы полици-тогенного размножения: 1) благоустроенное деление; 2) неблагоустроенное деление (фрагментация); 3) полиембриония; 4) почкования; 5) образования почек, корневых клубней, луковиц (у растений) и т.п..

В случае деления клетки надвое получаются две дочерних клетки, но вдвое меньшие за материнскую. Они питаются, растут и начинают размножаться, когда достигают размеров материнской. Материнская клетка может делиться в любой плоскости (например, у амебы-протея) или лишь в определенной (в евглени зеленой или туфелька^-туфельки-инфузории-туфельки). При этом органели более или менее равномерно распределяются между дочерними клетками. Если же определенная органела присутствующая в материнской клетке в единственном числе, то вонапотрапляє до одной из дочерних особин, а у другой формируется сызнова (например, длинный джгутик в евглени зеленой). Если клетка делится на большую и маленькую дочерние, то такое деление называется почкованием (например, дрожжи).

При множественном делении сначала испытывает многоразовое деление ядро материнской клетки, которое становится багатоядерною, а уже потом делится цитоплазма и получается много одноядерных дочерних клеток. Такая форма неполового размножения присущий, например, паразиту крови человека – малярийному плазмодию.

Спороутворення известно в многих еукариотив (грибы, водоросли, мхи, папоротника, плауны, хвощи). У растений и грибов споры получаются внутри специализированных органов – спорангиев. Споры растений и грибов, в отличие от спор бактерий, служат не только для переживания неблагоприятного периода и распространение, но и для размножения. Спороутворенню у грибов и растений часто передует половой процесс: из оплодотворенной яйцеклетки (зиготы), которая делится путем мейоза, получается спорангий.

У некоторых водорослей и грибов споры могут получаться в результате митоза. Споры с джгутиками (зооспоры) способные активно передвигаться, а споры, которые их не имеют, распространяются водой, ветром и разными организмами. Продолжительность жизни зооспор незначительная (до нескольких часов), а недвижимые споры, покрытые плотной оболочкой, могут сохранять жизнеспособность значительно тривалиший период, иногда – вдоль десятков лет.

В некоторых паразитических простейших (например, споровиков) споры – это одноклеточные или многоклеточные творения, окруженные плотной оболочкой, которые не является формой размножения, а служат для переживания неблагоприятного периода и заражение хозяев. Во время созревания содержимое таких спор несколько раз делится и образовывает много клеток под общей оболочкой.

Полицитогенне – это размножения отделенными от материнского организма многоклеточными частями или вегетативными органами.

У многоклеточных водорослей, грибов и лишайников полицитогенне размножения может происходить в виде фрагментации – с помощью обособления определенных участков тела (например, у зеленых нитчастих водорослей, плесневых грибов, лишайников) ли за счет специализированных творений (у лишайников).

В случае неблагоустроенного деления количество и размеры частей, на которые распадается организм, непостоянные. Этот тип деления распространенный среди бесхребетных животных (губки, кишковопорожнинни, плоские и кольчатые черви, голкошкири).

За благоустроенного деления его плоскость, количество и размеры фрагментов (новых организмов) более или менее постоянные (морские звезды, некоторые медузы, полипы кишковопорожнинних и т.п.). Другим распространенным способом полицитогенного размножения животных есть почкования. Вследствие этого процесса от материнского организма отделяются одна или несколько многоклеточных “почек”, из которых со временем развиваются дочерние особини (полипы кишковопорожнинних, некоторые кольчатые черви). Если “почки” остаются связанными с материнским организмом вдоль жизни, возникает колония (например, коралловые полипы).

Полиембриония – это процесс развития нескольких зародышей из одной оплодотворенной яйцеклетки. Она довольно распространенная среди разных групп животных (у вийчастих и кольчатых червив, иногда – в членистоногих, рыб, птиц, млекопитающих). В частности, у человека благодаря полиембрионии рождаются монозиготни близнецы. По статистике, двое монозиготних близнецов у человека случаются раз на 80 родов, трое -раз на 6500, четверо – раз на 510000 родов. При этом у женщин старшего возраста вероятность рождения монозиготних близнецов увеличивается (в они^-их-них-40-вещый^-их женщин она втрое высшая, чем в 20-годовых). Полиембрионию как постоянное явление наблюдают в некоторых насекомь, например, ездоков, и в нескольких видов млекопитающих из ряда панцирникив. Она известная и у цветочных растений, когда в одной насинини развивается несколько зародышей (тюльпаны, лилеи, водяная лилия, суници и т.п.).

Половое размножение. Половое размножение присущий как одноклеточным, так и многоклеточным растениям и животным. Половой процесс – это объединения в одной клетке генетического материала двух разных особин. Он осуществляется в формах конъюгации или копуляции.

Конъюгация – это общее название нескольких форм полового процесса, известных у бактерий, водорослей, грибов, некоторых простейших (инфузорий). Во время конъюгации бактерий при условии временного контакта клетки обмениваются фрагментами своих молекул ДНК через цитоплазматичний мостик.

У инфузорий конъюгация – это половой процесс, во время которого происходит обмен генетическим материалом: одно из гаплоидних ядер каждой клетки (мигрирующее, или мужское) по цитоплазматичному мостику переходит в другую клетку и там сливается с другим гаплоидним ядром (стационарным, или женским). После этого в результате и илькох делений каждой из этих клеток нормальный ядерк ий набор восстанавливается (вегетативное и генеративн из ядра). Биологическое значение конъюгации состоит в обмене наследственным материалом между особинами, которые оказывает содействие комбинативний побежалости (наследственная побежалость повышается благодаря образованию новых комбинаций хромосом).

Копуляция – это слияния двух половых клеток (гамет). Когда сливаются две одинаковые по строением половые клетки, этот процесс называется изогамией (некоторые водоросли, простейшие и т.п.). Чаще случается слияния мужской и женской гамет, которые отличаются по форме, размерами и особенностями строения (анизогамия). Если женская половая клетка (яйцеклетка) большая, недвижимая, а мужская (сперматозоид, спермий) значительно дрибниша, то такая форма анизогамии имеет название оогамии (многоклеточные животные, высшие растения, некоторые грибы). Это половые клетки: яйцеклетки (женские гаметы) и сперматозоиды (мужские гаметы), которые обеспечивают передачу наследственной информации от родителей к потомкам.

Гаметы представляют собой високодиференцийовани клетки. В процессе эволюции они приобрели свойства выполнения специфических функций. Ядра как мужских, так и женских гамет содержат одинаковую наследственную информацию, которая необходимая для развития организма. Тем не менее другие функции яйцеклетки и сперматозоида разные, поэтому, чем строение они очень различаются.

 

Яйцеклетки недвижимые, шарообразной или кое-что удлиненной формы. Они содержат все типичные клеточные органели, но за строением отличаются от других клеток, поскольку приспособленные для реализации развития целого организма. Яйцеклетки значительно большие, чем соматични клетки. Внутриклеточная структура цитоплазмы специфическая для каждого вида животных, чем обеспечиваются виду (а часто и индивидуальные) особенности развития. В яйцеклетках содержатся вещества, которые необходимые для развития зародыша. К ним належит питательный материал (желток). У некоторых видов животных накопляется в яйцеклетках столько желтка, который их можно увидеть невооруженным глазом (икринки рыб и земноводных, яйца плазунив и птиц). Из современных животных наибольшие яйцеклетки у селедочной акулы (29 см в диаметре). У птиц яйцом считается то, что в быте называется “желтком”; диаметр яйца страуса 10,5 см, курки – близко 3,5 см. У животных, зародыш которых питается за счет материнского организма, яйцеклетки небольших размеров. Например, диаметр яйцеклетки мыши – 60 мкм, коровы – 100 мкм. Яйцеклетка человека имеет в поперечнике 130-200 мкм.

Яйцеклетки покрытые оболочками, которые выполняют защитную функцию, обеспечивают необходимый тип обмена веществ, у плацентарных млекопитающих служат для соединения зародыша с стенкой матки, а также выполняют другие функции.

 

Вторичный овоцит в фолликуле

 

Сперматозоони (сперматозоиды) имеют способность двигаться, что определенной мерой обеспечивает возможность встречи гамет. За внешней морфологией и маленьким количеством цитоплазмы сперматозоони очень различаются от других клеток, но все основные органели в них присутствуют.

Типичный сперматозоон имеет головку, шейку и хвост. На переднем конце головки расположенная акросо-ма, которая состоит из видоизмененного комплекса Гольджи. Основную массу головки занимает ядро. В шейке находится центриоля и образованная митохондриями спиральная нить.

 

Сперматозоид (а – схематическое изображение; бы – микрофотография): 1 – акросома; 2 – головка; С – ядро; 4 – центросома; 5 – шейка;

 6 – митохондриальна спираль; 7 осевая нить; 8 – центральное кольцо; 9 – хвост.

 

В сперматозоонив маленькое количество цитоплазмы (поскольку основная функция этих клеток – транспортирования наследственного материала к яйцеклетке), поэтому ядерно-цитоплазматичне соотношение – высокое.

При исследовании сперматозоонив под электронным микроскопом выявлено, что цитоплазма головки имеет не коллоидное, а жидкостно-кристаллическое состояние. Этим достигается стойкость сперматозоонив к неблагоприятным условиям внешней среды. Например, они меньше повреждаются ионизирующим излучением, сравнительно с незрелыми половыми клетками.

Сперматогенез у морской свинки. Участок поперечного перереза извилистого канальця семенника

 

 

Размеры сперматозоонив микроскопические. Наибольшие у тритона – близко 500 мкм, у свойских животных (собака, бык, конь, баран) – от 40 до 75 мкм. Длина сперматозоонив человека колеблется в границах 52-70 мкм. Все сперматозоони имеют одноименной (отрицательный) электрический заряд, который препятствует их склеиванию. У животных получается очень много сперматозоонив. Например, при половом акте собака выделяет их близко 60 млн., баран – 2 млрд., жеребец – 10 млрд., человек – близко 200 млн.

Для некоторых животных характерные атипови сперматозоони. Например, в ракообразных они имеют вырасти в виде лучей или отростков, у круглых червив – форму шарообразных или овальных телец и т.п..

Таким образом, половые клетки существенно отличаются от соматичних клеток:

1)     в половых клетках гаплоидний набор хромосом, в соматичних – диплоидний;

2)     устатевих клетках ядерно-цитоплазматичне соотношение разное: в сперматозоидах оно высокое, в яйцеклетке – низкое;

3)     форма и размеры половых клеток другие, чем в соматичних;

4)     половые клетки отличаются низким уровнем обменных процессов;

5)     для яйцеклеток характерная цитоплазматична сегрегация (закономерное перераспределение цитоплазмы
 после оплодотворения).

Организмы, которые размножаются половым путем, образовывают половые клетки, или гаметы. Этому передует особый способ деления клеточного ядра х предшественников – мейоз. С помощью мейоза получаются и созревают половые клетки (сперматозоиды и яйцеклетки). Мейотичний деление впервые описано в 1888 г. Он лежит в основе редукции числа хромосом (уменьшения вдвое): 2n –  n. Из диплоидних клеток получаются гаплоидни.

Если бы половые клетки содержали диплоидний набор хромосом, то их число удваивалось бы в каждом поколении. Поскольку каждый вид из поколение у поколение сохраняет постоянное количество хромосом, то очевидная необходимость существования определенных механизмов, в результате которых число хромосом уменьшалось бы вдвое. Это и обеспечивается редукционным делением, или мейозом. Поскильки при оплодотворении объединяются материнский и родительский наборы хромосом, змен шення их числа вдвое при образовании гамет – биологически необходимый процесс. У животных мейоз проходит при образовании гамет, а у цветочных растений – раньше: при образовании пилкових зерен и зачаточных мешков. В мейоз вступают незрелые половые клетки, которые до-сягли определенного дифференцирования.

Мейоз состоит из двух быстрых во времени последовательных делений клеток: первого и второго, причем удвоения ДНК происходит только перед первым делением. Один из них называется редукционным, или первым мейотичним делением, при котором число хромосом уменьшается в два раза; другой – еквацийний (равный), или второе редукционное деление, которое напоминает митотичний деление.

В мейоз, как и в митоз, вступают клетки с хромосомами, которые состоят из двух сестринских хроматид. После первого деления быстро наступает второе деление, без подготовки и без синтеза ДНК. Второй мейотичний деление происходит по типу митоза, только с тем отличием, которое на всех фазах будет вдвое меньшее число хромосом.

В каждом делении мейоза различают профазу, метафазу, анафазу и телофазу. Фазы первого деления обозначают римской цифрой И (профаза И, метафаза И и т.д.), а фазы второго деления цифрой II (профаза II, метафаза II и др.).

Профаза И. В отличие от митоза, где каждая отдельная хромосома поводит себя независимо от других и не влияет на их поведение, в профазе И мейоза гомологични хромосомы объединяются, формируют парные образования. Это продолжительная и сложная фаза, она характеризуется определенными последовательными стадиями в зависимости от состояния хромосом.

Лептонема, или стадия тонких нитей. Хромосомы становятся заметными в виде тонких нитей, количество их диплоидна.

Зигонема – гомологични хромосомы сближаются попарно, образовывают биваленти. Число их вдвое меньше, чем исходное количество хромосом. Взаимное притягування хромосом получило название кон ‘югация или синапсис. Конъюгация происходит очень точно, хромосомы соединяются концами или по всей длине. Причем сближаются каждый хромомер и каждый участок одной гомологичнои нити с соответствующим хромомером и участком другой гомологичнои нити.

Пахинема, или стадия толстых нитей. Процесс конъюгации гомологичних хромосом полностью завершается. Они настолько сближены, что их легко можно принять за одну. Каждая хромосома в биваленти удвоенная и состоит из двух сестринских хроматид. Биваленти иногда называют тетрадами. На стадии пахинеми происходит кросинговер – обмен идентичными участками между гомологичними хромосомами.

Диплонема, или стадия двойных нитей. Хромосомы, которые образовали биваленти, начинают постепенно отталкиваться одна от одной, оставаясь соединенными между собою в отдельных участках (хиазмах). Каждая хромосома состоит из двух хроматид, а каждый бивалент образовывает тетраду. Переплетенные одна вокруг одной хромосомы (биваленти) постепенно раскручиваются и уменьшается число хиазм.

Диакинез – заключительная стадия профазы И. В диакинези биваленти резко укороченные, утолщенные дочерние хроматиди каждой хромосомы мало заметные. Хиазмы постепенно смещаются на конце хромосом. Завершается профаза И разрушением ядерной оболочки, формированием ахроматинового веретена.

Метафаза И. Число бивалентив вдвое меньше от диплоидного набора хромосом. Биваленти значительно менее короткие, чем хромосомы в метафазе соматичного митоза, и размещаются в экваториальной плоскости. Центромери хромосом соединяются с нитями фигуры веретена. В эту фазу мейоза можно подсчитать количество хромосом.

Анафаза И. К противоположным полюсам веретена расходятся гомологични хромосомы. Каждая из них состоит из двух дочерних хроматид, соединенных своими центромерами. В этом состоит существенное отличие от анафазы митоза.

Телофаза И. Начинается, когда анафазни хромосомы достигли полюсов клетки, на каждом из них находится гаплоидне число хромосом. Характеризуется появлением ядерной мембраны и восстановлением структур ядра. Получаются две дочерних клетки.

Интерфаза между И и II делением мейоза бывает очень короткой. В отличие от обычной интерфазы здесь отсутствующая репродукция хромосом. Мейоз II происходит по типу обычного митоза.

Профаза II. Эта стадия непродолжительная, хромосомы хорошо заметные.

Метафаза II. Четко определенная двойная структура хромосом и значительную степень их спирализации.

Анафаза II. Происходит расхождения удвоенных центромер, вследствие чего дочерние хроматиди двигаются к разным полюсам.

Телофаза II. Завершается образованием четырех клеток с гаплоидним набором хромосом.

Для облегчения восприятия поведения хромосом при мейозе и митозе приведена сравнительная характеристика их фаз.

Механизмы, которые приводят к генетическому разнообразию гамет.

В процессе мейоза создаются возможности возникновения в гаметах новых генных комбинаций.

Механизмы, которые обеспечивают генетическую побежалость:

1.      Уменьшения числа хромосом от диплоидного к гаплоидного сопровождается расхождением алелив так, что каждая гамета имеет только один алель в локусе. Реципрокний обмен генами между хроматидами гомологичних хромосом может происходить в профазе И мейоза. Таким образом получаются новые группы сцепления, и соответственно генетические рекомбинации алелив.

2.      Биваленти в экваториальной плоскости веретена деления в метафазе И и хромосомы в метафазе II располагаются произвольно и случайно. Следующее их разделения (сегрегация) в анафазах И и II соответственно создает новые комбинации алелив в гаметах. Такое независимое распределение приводит к большому количеству разных хромосомных комбинаций, к случайному распределению материнских и родительских хромосом между дочерними ядрами.

3.      Образования хиазм между гомологичними хромосомами в профазе И и следующий кросинговер предопределяют новые комбинации алелив в хромосомах половых клеток.

Генетическое значение мейотичного деления состоит в следующему:

1.     В результате мейоза каждая материнская клетка дает начало четырем клеткам с “редукционным”, то есть уменьшенным удвоє, числом хромосом.

2.     Мейоз есть механизмом, который поддерживает видовое постоянство количества хромосом и предопределяет постоянность видов на Земле. Если бы число хромосом не уменьшалось, то в каждом следующем поколении происходило бы возрастания их вдвое (у родителей – 46, у детей – 92, у внуков – 184, у правнуков – 368 и т.д.)

Мейоз обеспечивает благодаря случайной комбинации материнских и родительских хромосом гене тичну разнородность гамет. То есть мейоз оказывает содействие ком-бинативний побежалости (гены родителей комбинируются, вследствие чего у детей могут появляться признака, которых не было у родителей). Комбинативна побежалость обеспечивает большое разнообразие человечества и дает возможность приспособиться к изменению условий среды, оказывает содействие выживанию вида.

3.  Мейоз обеспечивает разнородность гамет за генетическим составом, оказывает содействие вследствие рекомбинации участками гомологичних (парных) родительских хромосом образованию хромосом нового генетического состава. В профазе этому оказывал содействие кросинговер, в метафазе – свободное перекомбинирование хромосом. То есть возникает рекомбинация родительских наборов хромосом.

В результате нормального процесса мейоза у человека получаются гаметы с гаплоидним набором хромосом (23 хромосомы). Когда обе хромосомы одной пара не разделяются и остаются в одной и той же зачаточной клетке (нерасхождения), то последняя содержит 24, а другая только 22 хромосомы. Подобный результат может наблюдаться в случае, когда две гомологичних хромосомы не кон’югують. Если при оплодотворении одна из гамет содержит на одну хромосому меньше, то возникает моносомна зигота, из которой развивается преимущественно нежизнеспособный эмбрион. Гамета с 24 хромосомами после оплодотворения нормальной гаметой с 23 хромосомами есть причиной три-сомии.

Нерасхождения может настать как в 1-му, так и в 2-му делении созревания. В отдельных случаях за флуоресцентными признаками можно установить, нерасхождения ли имело место в матери, у ли отца.

Близко 2 % всех зигот содержат лишнюю хромосому. Тем не менее почти 96 % зигот с аутосомними трисо-миями спонтанно абортируют, так что с всех новорожденных лишь в 0,3 % диагностируется трисомия, из которых в 0,1 % – аутосомна.

Спонтанные аномалии мейоза встречаются в половых клетках, которые развиваются. Мосты, отставания хромосом при расхождении, многополюсные митозы, “нерасхождения” и др. нарушения мейоза наблюдаются в половых клетках насекомых, тритона, в растительных клетках.

Причины, которые могут вызвать нарушения расхождения хромосом в мейозе:

1)     влияние ионизирующей радиации;

2)  отрицательное действие на половые железы рентгеновского луча;

3)     влияние химических мутагенов (соли азотистой кислоты, органические соединения ртути и т.п..)

4)     перенесенные во время беременности вирусные инфекции (вирус оспы, кори, ветреной оспы, эпидемического паротита, гриппа и др.)

Ряд наследственных врожденных признаков потомков коррелирует с физиологическими особенностями матери, в частности, с ее возрастом. Наблюдается корреляция между возрастом матери и частотой рождения детей с аномалиями. Доказан неустанный рост процента детей с ви-родливостями с увеличением возраста матери от 30 до 49 лет. В группе матерей возрастом от 45 до 49 лет частота рождения детей с недостатками развития в трех разы большая, чем у матерей в возрасте 15-29 лет. Установлено, что частота врожденных недостатков сердца, аномалий нервной системы, в частности, аненцефалия, гидроцефалия,  spina bifida увеличивается с возрастом матери

“Заячья губа” и “волчья пасть” тоже преобладают у детей от матерей старших вековых групп.

 

Морфология хромосом. Кариотип человека.

Хроматин

•    структурная организация

•    еухроматин и гетерохроматин

•    половой хроматин

Генетический материал в интерфазному ядре находится в виде хроматинових нитей. Переплетаясь внутри ядра, они образовывают хроматинову сетку. Количество хроматинових нитей отвечает ди-плоидному набора хромосом. Хроматину нити –это комплекс ДНК и белков в соотношении 1:1.

Организация хроматина. В состав хроматина входят основные (гистонови) и кислые (негистонови), или нейтральные) белки. Известно пять разновидностей гистонив: НЕТ, Н2А, Н2В, НЗ и Н4. Объединяясь между собою, четыре последних образовывают белковые диски (гистоно-вий корь), на которые накручивается ДНК. Такая элементарная единица строения хроматина называется нуклеосомою (лат. nucleus – ядро, soma – тело). Гистон НИ ответственный за компактную укладку нуклеосом-ного цепи и соединяет нуклеосоми между собою.

Под электронным микроскопом большая часть хроматина представляет собой волокна с очень маленьким диаметром. Это основная форма упаковывания хроматина, общеизвестная как хроматинове волокно диаметром 30 нм. Хотя молекулы ДНК очень длинные, они упаковываются с помощью гистонив в спираль значительно меньшей длины. Нуклеосоми – дископодибни частицы диаметром близко 11 нм. Гистоновий окта-мер образовывает протеиновый стержень, вокруг которого закручивается определенный сегмент двонитковои ДНК. Нить ДНК продолжается от нуклеосоми к нуклеосоми, каждая из которых отделяется от следующей участком буквенной ДНК, которое представляет собой приблизительно 60 пар азотистых основ. Линкерна ДНК и определенный участок нуклеосоми составляют полную нук-леосому, что содержит 200 пар азотистых основ ДНК.

В каждой нуклеосомний частице фрагмент двойной спирали ДНК, длиной 146 пар основ, обернутий возле кори, которая представляет собой гистоновий октамер. Эта белковая корь содержит по две молекулы каждого с гистонив Н2А, Н2В, НЗ, Н4. В деконденсований форме хроматина каждая нуклеосома связанная с соседней частичкой нитевидным участком линкернои ДНК.

Негистонови белки – это большая гетерогенная группа протеинов. Среди них есть структурные и регуляторные белки, которые принимают участие в регуляции генов, а также некоторые ферменты (Днк-полимерази, Рнк-полимерази).

Если всю ДНК одного ядра клетки человека вытянуть, то она будет длиной близко 1,5 г. Заключить такую длинную цепь в 46 хромосом можно лишь благодаря очень эффективному упаковыванию. На представленный механизм упаковывания хроматина вплоть до образования хромосомы. При распределении ядра хроматин уплотняется в короткие спиральные нити, которые называются хромосомами. Хромосомы несут гены (участка ДНК), что есть единицами наследственной информации.

Хроматин имеет такие свойства: 1) высокую стабильность структуры, которая обеспечивает постоянство геному от поколения к поколению: 2) способное связывать гистонови и негистонови белки в зависимости от активности геному; 3) может изменять структуру в разные периоды клеточного цикла, то есть развертыванием и вытягиванием спирали в интерфазному ядре, а потом свертыванием в спираль и укорочением в ядре, щодилиться; 4) может существовать в виде еу- и гетерох-роматину; 5) способный формировать хромосомы при делении клетки.

Хроматин выполняет такие функции: 1) сохранение генетической наследственной информации в виде четкой последовательности нуклеотидив ДНК, стабилизированной белками и специальной упаковкой; 2) перенесения наследственных характеристик от родителей к потомкам с помощью формирования хромосом; 3) обеспечения роста клеток, поддержка их строения и функций путем управления синтезом структурных белков; 4) контроль метаболизма путем регуляции образования необходимых ферментов; 5) формирования ядрышек, где получаются рибосомы.

 

Организация хроматина: 1 – нуклеосома; 2 – ДНК; 3 – гистони (8 субодиниць); 4 – хроматида;

5 – конденсированная хромосома.

Типы хроматина. В зависимости от степени конденсации (спирализации), хроматин разделяют на гетерохроматин и еухроматин.

Гетерохроматин сильно уплотненный и генетически неактивный. Большей частью до 90 % хроматина находится именно в такой форме. На электронно-микроскопических фотографиях гетерохроматин выглядит как сильнозабарвлени темные участки ядра

Еухроматин – малоконденсований, деспирализова-ний. Поэтому под электронным микроскопом он оказывается в виде светлых участков ядра. Еухроматин генетически активный. Из этих участков хроматина считывается информация и получается РНК. В клетках с интенсивным синтезом белков еухроматину больше.

Половой хроматин – генетически инактивована Х-хромосома, которая находится в гетеропикнотично-му состоянии и содержится в ядрах клеток женского пола многих животных и у человека.

 

При изучении клеток крови у женщин установлен (Девидсон и Смит, 1954), что в некоторых олиморфно-ядерних лейкоцитах содержится особое прибавление, которое прикрепленный тоненькой нитью к ядру. Эта структура получила название “барабанная палочка”. Бу-лавоподибни палочки – одна из форм полового хроматина, и не что другое, как одна из Х-хромосом, которая находится в гетеропикнотичному состоянии.

 

Количество телец полового хроматина всегда на единицу меньше количества Х-хромосом, то есть— 1. Этот признак используют для выявления аномалий за числом Х-хромосом

 

Организация наследственного материала

 

 хромосомный уровень

 аутосоми и гетерохромосоми

 

Хромосома (от грец. хрца – цвет, тело) – это нитевидные плотные тельца, видимые в световой микроскоп только в течение деления клетки. Они получаются в результате уплотнения и спирализации хроматина. Длина хромосом зависит от количества ДНК и белков, а также от степени скручивания хроматина. На разных участках одной и той же хромосомы спирализация, компактность ее основных элементов неодинаковые, с этим связанная разная интенсивность окраски отдельных участков хромосомы. Участки, которые интенсивно воспринимают красители, получили название гетперохроматичних (образованных из ге-терохроматину), они даже в период между делением клеток остаются компактными, видимыми в световой микроскоп. Участки, которые слабо окрашиваются, деконденсуються между делениями клеток,получили название еухроматичних (образованных из еухроматину). Установлено, что еухроматин содержит в себе активные гены, а гетерохроматин выполняет преимущественно структурную функцию. Он находится в интенсивно спирализованому состоянии. Гетерохроматин занимает одинаковые участки в гомологичних хромосомах: образовывает участка, которые прилегают к центромери и те, которые находятся на концах хромосом. Потеря участков ге-терохроматину или мутация может не отбиваться на жизнедеятельности клетки. Различают также факультативный гетерохроматин. Он возникает при спирализации и инактивации одной из двух гомологичних Х-хромосом. Таким образом получается тельце Барра (половой хроматин). Его образовывает одна из двух Х-хромосом у женских особин млекопитающих и человека.

Каждая молекула ДНК, которое образовывает хромосому, кроме кодуючих последовательностей, должна содержать центромеру, две теломери и точки начала репликации. Теломерни последовательности предотвращают укорочению хромосом, которые без них происходило бы при каждом цикле репликации ДНК. Центромери служат для выстраивания молекул ДНК на митотичному веретене во время митоза. Точки начала репликации нужны для формирования репликацийних вилок в S-фазе.

Организация метафазнои хромосомы: 1 – центромерна участок хромосомы; 2 – теломерна участок; 3 – дочерние хроматиди;

4 – гетерохроматин; 5 – еухроматин; 6 – маленькое плечо; 7- большое плечо.

 

Структура метафазнои хромосомы. Все хромосомы во время метафазы состоят из двух хро-матид, что образованные с максимально спирализованого хроматина. Каждая хроматида – это связанная с гистонами одинарная двониткова суперспирали-зована ДНК. Две дочерних молекулы ДНК, которые находятся в двух хроматидах, содержатся вместе в участке центромери с помощью нерепликованого сегмента ДНК. Строение хромосомы на разных участках неодинаковая. В хромосомах различают первичную перетяжку, которая разделяет хромосому на два плеча. Первичная перетяжка (центромера) – наиболее спирализована часть хромосомы. Центромера представляет собой общую, нерепликовану участок ДНК. На ней располагаются специальные белки, которые образовывают кинетохори, к которым при распределении генетического материала прикрепляются нити веретена. Это оказывает содействие делению дочерних хроматид во время анафазы. Местоположение первичной перетяжки в каждом паре хромосом индивидуальное и постоянное, что предопределяет, главным образом, его форму.

Концы плеч хромосом получили название теломерив. Они содержат тысячи повторяемых последовательностей, например, ТТАТТГ. Это генетически неактивные спирализовани участка, которые препятствуют соединению хромосом между собою или с их фрагментами. Лишенная теломери хромосома оказывается “липкой” и легко соединяется с такими же участками других хромосом. Итак, теломери сохраняют хромосому как индивидуальную дискретную единицу, обеспечивают ее индивидуальность.

Некоторые хромосомы имеют вторичные перетяжки, которые часто отделяют участка хромосом, названные спутниками. Эти участки хромосом содержат гены рРНК. Такие хромосомы в ядрах клеток человека могут приближаться одна до одной, вступают в ассоциации, которая оказывает содействие формированию ядрышек. Эти участки в хромосомах называют ядерцевими организаторами. У человека вторичные перетяжки являются на конечных участках коротких плеч 13-15 и 21-22 пар хромосом, а также на длинном плече 1-и пары хромосом. Хромосома на стадии ранней профазы намного длинная и тонша, чем метафазни хромосомы, поэтому в них можно распознать больше сегментов. Показанные на рисунке сегменты оказываются шля-хом крашения препаратов красителями, которые связываются преимущественно с А-Т – насыщенными последовательностями ДНК. На рисунке представлен только по одной хромосоме из каждой гомологичн

 Распределение сегментов в каждой из хромосом, которые составляют кариотип человека на стадии метафазы (первая хроматида) и ранней профазы

(вторая хроматида) митоза.

 Аутосоми и гетерохромосоми. Было отмечено, что практически в любом кариотипе существует одна пар хромосом, которые существенным образом отличается от других. У самок этот пар был одинаковый, но разный у представителей противоположного пола (самцов). Хромосома, которая присутствовала присутствующая в пари в кариотипе самки и один раз у самца, была названа как Х-хромосома. Вторая хромосома у самца была названа Y-хромо-сомою. X- и Y-хромосомы называются половыми хромосомами, или гетерохромосомами. Другие хромосомы из данного набора, который есть одинаковыми для обеих статей, называются аутосомам

Мужчины имеют X- и Y-хромосомы и 22 пары ауто-сом. Женщины имеют два Х-хромосоми и 22 пара ауто-сом. Половые хромосомы распределяются при мейозе так же, как и другие хромосомы. Таким образом, каждый сперматозоид получает только одну половую хромосому: или X, или Y. Поскольку мужская особина продукує два типа гамет, она называется гете-рогаметною. Женская особина продукує только один тип гамет, которые имеют только Х-хромосому, и называется гомогаметною. Пол будущего ребенка определяется во время оплодотворения яйцеклетки. Если яйцо оплодотворенное сперматозоидом, который содержит Y-xpo-мосому, зигота будет маты X- и Y-хромосомы и даст начало развития мужской особини. Если яйцо оплодотворенное сперматозоидом, который содержит Х-хромосому, то зигота будет иметь две Х-хромосоми, которая обусловит развитие женской особини.

Значения и функции хромосом. Хромосомы получаются из хроматина в начале митоза. В течение деления клетки они испытывают ряд структурных изменений и снова образовывают хроматин в ядрах дочерних клеток.

Биологическое значение образования хромосом и их преобразований – равномерное распределение наследственного материала у клетки, которые получаются. Нужно отметить, что деление хромосом – это лишь способ распределения ДНК на равные части и передачи его дочерним клеткам.

В интерфазний клетке хромосомы выполняют такие функции: 1) сохранение наследственной информации в виде строгой последовательности нуклеотидив ДНК; 2) контроль метаболизма путем регуляции образования необходимых ферментов; 3) обеспечения роста клеток, поддержка их структуры и функций путем управления синтезом структурных белков; 4) контроль клеточного дифференцирования под часрозвитку; 5) обеспечения условий удвоения ДНК.

В клетках, которые делятся, получаются визуально заметные хромосомы, которые необходимые для таких функций: 1) компактизация (уплотнения) наследственного материала в тысяче раз, при этом генетический материал “консервируется” и теряет возможность к экспрессии; 2) образования структур, удобных для манипуляций при делении (метафазна хромосома, которая состоит из двух хроматид); 3) равномерное распределение компактизованого неактивного генетического материалу между дочерними клетками в виде отдельных хроматид; 4) декомпактизация (разрыхления) наследственного материала и образование активного интерфаз-ного хроматина.

 

Хромосомы человека

•    морфофункциональна    характеристика

•    классификация

           кариотип человека

В 50-х годах XX ст. стало возможной наблюдать и была описана каждая хромосома человека в виде самостоятельной единицы. Общая длина молекулы ДНК в хромосоме человека (средней за размером) достигает 4 см, а суммарная длина этих молекул в клетке с диплоидним (двойным) набором -близко 180 см. В 1956 г. Дж. Тийо, А. Леван установили, что у человека хромосомный набор состоит из 46 хромосом. Через трех года были открытые хромосомные болезни.

В основу идентификации хромосом положены такие признаки: общая длина хромосомы, размещения центромери, вторичная перетяжка и др. Но за этими признаками не всегда можно различить индивидуальные особенности хромосомы. В последнее время проводят дифференционная окраска хромосом, которое разрешает четко различить каждую из хромосом.

Совокупность хромосом клетки, которая характеризуется их числом, размерами и формой, называется кариотипом. Идиограма – это систематизированный кариотип, когда хромосомы располагаются в порядке уменьшения их длины.

За Денверською классификацией (Денвер, США, 1960 p.) все аутосоми человека делятся на 7 групп в зависимости от длины хромосом и размещение центромери. Каждая группа сказывается латинскими буквами от А к G. Кроме того, все аутосоми в порядке уменьшения нумеруются (от 1 до 22). Определенные также половые хромосомы X и Y.

Группа 1-3 (А): большие хромосомы, которые четко отличаются одна от одной; центромери расположенные посредине.

Группа 4-5 (В): большие хромосомы, которые мало отличаются одна от одной; центромери смещенные до одного из концов хромосомы.

Группа 6-12 (С): хромосомы средних размеров, мало различаются между собою; центромери расположенные ближе до одного из концов. Наибольшая за длиной из этой группы хромосом – 6-ая, она похожая с Х-хромосомою.

Группа 13-15 (D): хромосомы средних размеров; центромери почти полностью смещенные до одного из концов хромосомы (акроцентрични хромосомы). Во всех трех хромосом выявленные спутники.

Группа 16-18 (Е): короткие хромосомы; в 16-и хромосомы центромера расположенная почти посредине, в 17-и и 18-и хромосом центромери смещенные.

Группа 19-20 (F): маленькие (короткие) хромосомы; центромери расположены посредине.

Группа 21-22 (G): наименьшие хромосомы; центромери находятся на концах хромосом (акроцентрични хромосомы). 21-ая хромосома имеет сателлит на коротком плече. С хромосомами этой группы похожая Y-хромосома.

Половые хромосомы выделяются в отдельности.

В основу Парижской классификации (1971) положен дифференционная окраска хромосом, когда каждой пари присущий характерный только для нее порядок дежурства темной и светлой посмугованости – гетера– и еухроматинових участков.

 

Кариотип человека: а – хромосомный комплекс; бы – идиограма мужчины; в – идиограма женщины.

Хромосомный анализ

 

Хромосомный анализ – это исследования и анализ морфологии, количества и структуры хромосом.

Размеры и форма хромосом. Размеры хромосом варьируют от одного биологического вида к другому. Хромосомы разных организмов на стадии метафазы имеют длину от 0,1 до 33,0 мкм и толщину от 0,2 до 2,0 мкм. Хромосомы растений имеют большие размеры, чем хромосомы животных. Хромосомы разных паров одной и той же клетки различаются за размером. Размер хромосом человека: в среднем 1,5 мкм в толщину и 10,0 мкм в длину.

Форма хромосом определяется по относительному положению центромери (первичной перетяжки). На основании этого различают такие формы хромосом: И) метацентрическая – хромосома имеет Х-подибну форму, при которой центромера находится внутри так, что плечи являются равными за длиной; 2) субметацентрична – хромосома имеет Х-формуз центромерою, отдаленной от средней точки так, что ее плечи являются неравными за длиной; 3) акроцентрична – центромера расположенное очень близко до одного из концов хромосомы, то есть она имеет плечи, которые существенно отличаются за размерами, маленькие плечи часто имеют спутники.

 

Формы хромосом в метафазе (схема): 1 – метацентрическая; 2 – суб-метацентрична; 3 – акроцентрична; 4 – телоцентрична.

 

Кариотип человека имеет все разновидности хромосом.

Правила хромосом. 1. Специфичность набора хромосом для каждого вида. Растения и животные имеют постоянный набор хромосом в каждой соматичний клетке. Диплоидний набор хромосом (2п)

для человека – 46, для дрозофили – 8, для коня – 66, шимпанзе – 48, собаки – 78 и т.д. Гаплоидний набор (п) для человека – 23, дрозофили – 4 и т.д. Гаметы содержат только одинарный набор хромосом. Число хромосом часто используется для идентификации вида.

Как видно из таблицы, число хромосом не зависит от уровня организации вида и не всегда указывает на филогенетическую родственность. Одинаковое количество хромосом может встречаться в далеких один от другого видов и очень отличаться в близких. Однако существенные отличия и специфичность оказываются в том, что каждый вид имеет в своем наборе хромосомы определенной формы и размеров. А главное – все хромосомы имеют свой уникальный набор генов, которые определяют развитие особин только определенного вида.

Хромосомный комплекс вида с всеми его особенностями – числом хромосом, формой, наличием видимых в световой микроскоп деталей строения отдельных хромосом – называется кариотипом.

2. Парность хромосом. Следует обратить внимание на то, что во всех приведенных в таблице примерах число хромосом парное. Это связан с тем, что хромосомы составляют пары. Каждая хромосома соматичних клеток имеет аналогичную себе хромосому. Хромосомы из такого пара имеют одинаковый размер, форму и состав генов. Пары хромосом, которые имеют одинаковые гены или их алели, и контролируют альтернативные признаки, называются гомологичними. Гомологични хромосомы одинаковые по размером и формой. В них совпадают размещения центромер, порядок расположения хро-момер и мижхромомерних участков и прочие элементы строения. Негомологични хромосомы имеют совсем другие характеристики.

       Одна гомологична хромосома предоставляется от одного из родителей (отца), а другая от второго (матери). Генетическая информация, необходимая для развития организма, содержится только в полном комплекте всех негомологичних хромосом (то есть в полном диплоидному наборе хромосом).Индивидуальность отдельных паров хромосом.

3. Индивидуальность отдельных паров хромосом.
Каждый пар гомологичних хромосом индивидуума  отличается от другого пара за размером, формой и генетическим составом. Например, первый пар хромосом человека (метацентрические, наибольшие, имеют
 индивидуальную посмугованисть) очень отличается от 22-и пары (акроцентрични, наименьшие, имеют вторичную перетяжку и спутник). Они содержат разные гены, которые определяют развитие разных признаков.
4. Непрерывность хромосом. Это означает, что каждая дочерняя хромосома происходит от материнской хромосомы. В интерфазе (S-периоде) происходит удвоения ДНК и получаются две идентичных дочерних молекулы, которые формируют хромосому. Такая хромосома состоит из двух хроматид, что потом попадают в разные клетки вследствие митоза. В каждом следующем делении этот цикл повторяется. Это обеспечивает стабильность кариотипа организмов в течение тысячелетий. 

Таким образом, в последовательных генерациях клеток сохраняется постоянное число хромосом и их индивидуальность вследствие способности хромосом к точной репродукции при делении клетки. Итак, не только “каждая клетка от клетки”, но и “каждая хромосома от хромосомы”.

Хромосомы человека: а – пар 1; бы – пар 22.

 

      Характеристика нуклеинових кислот

 

 Клетки способные поддерживать высокую благоустроенность своей организации благодаря генетической информации, которая сохраняется, воссоздается, реализуется и совершенствуется. В основе названных фундаментальных явлений есть молекулярные процессы, которые происходят по помощи ДНК и РНК.

Они являются генетическим материалом для всех живых организмов, включая вирусы.

Установления структуры ДНК открыло новую эпоху в биологии, так как разрешило понять, каким образом живые клетки, а значит и организмы, точно воссоздают себе подобных и как в них кодируется информация, которая необходимая для регуляции их жизнедеятельности.

Дж. Уотсон и Ф. Крик установили, что ДНК состоит из двух полинукпеотидних цепей, закрученных в спираль. Мономером цепи есть нуклеотид. Последовательность нуклеотидив определяет последовательность аминокислот в полипептидной цепи. Одна аминокислота кодируется триплетом нуклеотидив (генетический код).

Для передачи генетической информации из ядра, где находится ДНК, нужна ИРНК. ее синтез на матрице ДНК (транскрипция) необходимый для перенесения информации к цитоплазме, где на рибосомах происходит синтез полипептидно-го цепи (трансляция), в котором принимают участие ирнк,ррнк,трнк.

Сегодня известные строение и функции ДНК и РНК, которое разрешает вмешиваться в тонкие механизмы наследственности с целью лечения многих болезней человека. Клетки состоят из белков, на частицу которых приходится почти половина сухого вещества. Белки определяют структуру, форму и функции клетки. Известно свыше 170 аминокислот, тем не менее только 20 из них определяют полипептидную молекулу. Белки являются полимерами, а аминокислоты – их мономерни нивки. Разнообразие белков неограниченная и обусловленное уникальной, присущий для каждого белка аминокислотной последовательностью.

Тем не менее в природе не доказан ни одного случая, когда бы молекула белка (полипептида) синтезировала себе подобную молекулу.

Биологическая информация сохраняется в генах в структуре ДНК в такой форме, что она может точно копироваться и передаваться следующим клеткам. Однако гены, равно как и ДНК, не способные к прямому синтезу поли-пептидних цепей. Каким образом полинуклеотиди (ДНК, гены) предопределяют синтез полипептидов? Как осуществляется поток биологической информации?

Наследственная информация ДНК записанная в линейной последовательности нуклеотидив (рис. 1.46). Передача (репликация) информации начинается делением двух комплементарных цепей, на каждом из которых получается новая молекула ДНК. Во время транскрипции развернутой цепи из определенных фрагментов ДНК получается РНК. Такой первичный транскрипт РНК значительно длиннее за созревшую молекулу РНК. Очевидно, что значительная часть первичного транскрипту РНК разрушается в ядре и только 1/20 его поступает в цитоплазму. Это и есть собственное мрнк, или ИРНК. Молекулы РНК- одноцепные, они менее короткие за ДНК. Количество образованных молекул РНК из определенного участка ДНК контролируется регуляторными белками. Итак, ДНК направляет синтез специфических РНК.

Транскрипция генетической информации с ДНК на РНК и есть первого шагом потока биологической информации. Рнк-продукт не остается комплементарно связанным с Днк-матрицей. Только что после синтеза РНК двойная спираль ДНК восстанавливается. Следующий шаг – трансляция мрнк. В еукариотичних клетках продолжительность существования этой молекулы разная – от 30 мин. до 10 ч.

Молекула мрнк побросает ядро, выходит в цитоплазму и направляет синтез определенного белка на рибосомах. Перенесения информации от мрнк к белку грунтуется на принципе комплементарности основ, как и перенесения генетической информации от ДНК к ДНК, или от ДНК к РНК.

Итак, генетическая информация записана в линейной последовательности нуклеотидив ДНК. За участия РНК эта информация поступает (транслируется) к рибосомам с образованием полипептида из аминокислот.

Потек биологической информации происходит такими путями:

  Убедительные доказательства того, что именно с ДНК связанная передача наследственной информации, полученные при изучении вирусов. Проникая в клетку, они вносят у нее лишь нуклеинову кислоту с очень небольшим количеством белка, а вся белковая оболочка остается вне клетки. Итак, введенная в клетку ДНК передает генетическую информацию, необходимую для образования такого же биологического вида. Выявлено, что чистая нуклеинова кислота вируса табачной мозаики может заразить растение и вызовет типичную картину заболевания. Больше того, удалось искусственно создать вегетативные “гибриды” из вирусов, в которых белковый футляр належит одному виду, а нуклеинова кислота – другому. В таких случаях генетическая информация “гибридов” всегда с точностью отвечала поэтому вирусу, нуклеинова кислота которого входила в состав “гибриду”.

Весомые доказательства роли ДНК в передаче наследственной информации полученные также в экспериментах на микроорганизмах благодаря явлениям трансформации, трансдукции и конъюгации. Трансформация (от лат. transformatio – преобразования) – включения инородной ДНК в геном клетки-хозяина, который приводит к изменению ее структурных и функциональных свойств. Перенесения наследственной информации от одной клетки к другому осуществляется с помощью ДНК клетки-донора. Явление трансформации было выявлено в опытах английского микробиолога Гриффитса (1928) (рис. 1.47).

Трансдукция ( от лат. transductio — перемещения) состоит в том, что вирусы, оставив бактериальные клетки, в которых они паразитировали, могут захватывать часть их ДНК и, попав в новые клетки, передают новым хозяевам свойства предыдущих. Это явление впервые было открыто в исследованиях по заражению бактерий вирусами.

Конъюгация (от лат. conjugatio – соединения) –это перенесения генетического материала от одной бактерии к другому путем образования цитоплазматичного вместительная, перемещения части ДНК и ее интеграция с геномом клетки-реципиента. Строение молекулы ДНК. Макромолекула ДНК –это две длинных полимерных цепи, которые состоят из мономеров дезоксирибонуклеотидив, тесно соединенных между собою. Нити ДНК соединяются водородными связями между азотистыми основами двух цепей и образовывают двойную спираль ДНК. Такую модель строения ДНК предложили в 1953 г. Дж. Уотсон и Ф. Крик. Они использовали также данные, полученные другими учеными (Р. Франклин, М. Уилкинс, Э. Чаргафф), которые с помощью рентгеновской дифракции и других методов изучали физическую и химическую природу ДНК. Пуриновые и пиримидинови основы взаимодействуют одна из одной. Аденин одного цепи двумя водородными связями соединяется с тимином другой цепи, а гуанин – тремя водородными связями с цитозином. Такое соединение азотистых основ обеспечивает крепкая связь обеих цепей. Две полинуклеотидни цепи ДНК антипараллельные. То есть, 5′-кинець одного цепи соединенный с З’-кинцем другого, и наоборот. Генетическая информация записана последовательностью нуклеотидив в направления от 5′-конца к З’-кинця. Такая нить называется “содержательной”, именно здесь расположенные гены (матричная цепь). Вторая цепь в направления 3′-5′ считается “ант-содержательным”. Он необходимый как “эталон” сохранение генетической информации и приобретает значения в процессах репликации и репарации.

Две длинных антипараллельных полимерных цепи, которые состоят из дезоксирибонуклеотидив, крепко соединенные между собою водородными связями. В результате этого получается двойная спираль, закрученная вокруг центральной оси.

Рентгеноструктурный анализ показал, что диаметр двойной спирали составляет 2 нм, расстояние между двумя завершенными витками – 3,4 нм. В каждый виток входит 10 пар нуклеотидив. Отстань между соседними основами составляет 0,34 нм.

Нуклеотиди. ДНК – это полимерная молекула, мономерами в которой есть иуклеотиди. Нуклеотид состоит из: 1) азотистой основы; 2) моносахариду дезоксирибози (в нуклеотидах РНК – рибози); 3) остатка фосфорной кислоты.

Азотистые основы бывают двух типов: пуриновые -аденин (А) и гуанин (Г) и пиримидинови – тимин (Т) и цитозин (Ц).

В состав молекулы ДНК входят четыре типа нуклеотидив: дезоксиаденозин-монофосфат (дамф), дезоксигуанин-монофосфат (дгмф), дезокситими-дин-монофосфат (дтмф), дезоксицитозин-моно-фосфат (дцмф). Соединения нуклеотидив в молекуле ДНК происходит в результате взаимодействия фосфата одного нуклеотиду с гидроксильной группой дезоксирибози другого. В результате получается фос-фодиефирний связь, которая объединяет нуклеотиди в длинную цепочку. Скелет цепи состоит из молекул фосфата и пентоз, которые чередуются. Синтез поли-нуклеотидного цепи происходит по участию фермента ДНК-полимерази. Этот фермент присоединяет фосфатную группу одного нуклеотиду к гидроксильной группе дезоксирибози следующего.

Комплементарнисть пар основ. Две полинуклеотидни цепи ДНК не являются идентичными, но они комплементарные друг другу. Это связан со строгим соответствием основ одного цепи основам другого. Отстань между двумя цепями ДНК – 2 нм, что разрешает вместить только одну пар А-Т или Г-Ц, которые отвечают этим размерам. Только аденин и тимин, а также гуанин и цитозин имеют соответствующие пространственные структуры для образования водородных связей. Концепция специфического связывания пар основ свидетельствует, что аденин в одном цепи должен отвечать тимину в другом, а гуанин должен иметь напротив себя цитозин в другой цепи. Таким образом, две цепи ДНК комплементарные друг другу.   Колинеарнисть (от лат. collineare – метить, направлять) – свойство, которое предопределяет соответствие между последовательностями триплетов нуклеотидив (кодонов) нуклеинових кислот и аминокислот полипептидных цепей. То есть, последовательность аминокислот белка, в которой соответствующие кодоны располагаются в гене. Это означает, что положения каждой аминокислоты в полипеп-тидному цепи белка зависит от положения соответствующего триплета в гене. Генетический код считается колинеарним, если кодоны нуклеинових кислот и соответствующие им аминокислоты белка расположенные в одинаковом линейном порядке.

Явление колинеарности доказан экспериментально. Так, установлено, что серпоподибноклитинна анемия, за которой возбужденное строение молекулы гемоглобина, обусловленное изменением одного нуклеотиду в его гене, который приводит к замене одной аминокислоты на другую. Гипотеза о том, что последовательность нуклеотидив в гене определяет последовательность аминокислот белка, была выдвинутая Г. А. Гамовим (1954). Данные про колинеарнисть генов и полипептидов подтвердили ее. Благодаря концепции колинеарности можно определить порядок нуклеотидив внутри гена и в информационной РНК, если известный аминокислотный состав полипептидов, и наоборот, определив состав нуклеотидив ДНК, можно предусмотреть аминокислотный состав белка. Этот принцип используется в методах молекулярной биологии. Из этой концепции видно, что изменение порядка нуклеотидив внутри гена (его мутация) приводит к изменению аминокислотного состава белка.

Правила Э. Чаргаффа.

Изучая химический состав ДНК в 1950 году, Ервин Чаргафф сформулировал важные положения относительно

структуры ДНК:

I.   Молярная частица пуринов (аденину – А и гуанина – Г) равняется молярной частице пиримидинив (цитозину – Ц и тимину – Т):

А+Г=Ц+Т, или А+Г/Ц+Т=1

II. Количество аденину и цитозину доривнюєкилькости гуанина и тимину:

А+Ц=Г+Т, или А+Ц/Г+Т=1

III. Количество аденину равняется количества тимину, а количество гуанина равняется количества цитозину:

А=Т, или А/Т=1, Г=Ц, или Г/Ц=1

IV. Отношения суммы молярных концентраций Г+Ц к суммы молярных концентраций А+Т у разных
 видов значительно изменяется: Г+Ц/А+Т назван коэффициентом специфичности. Для бактерий коэффициент специфичности равняется 0,45-2,8, для высших растений, животных и человека – 0,45-0,94.

V.  Существуют виды ДНК, в которых А+Т > Г+Ц (Ао-тип) и ДНК, в которых А+Т<Г+Ц (Гц-тип).

Ао-тип ДНК характерный для высших растений, животных и человека. Гц-тип присущий грибам, бактериям, вирусам.

Эти правила служит основой установления химической и физической природы ДНК, пространственной структуры молекулы, а также механизма генетического кода.

Видовая специфичность ДНК. За соотношением (А+Т) и (Г+Ц) представители разных видов различаются между собою, причем у животных преобладает пар А+Т, а у микроорганизмов соотношения (А+Т) и (Г+Ц) одинаковое. Эти явления используют как один из генетических критериев определения вида. В этом состоит индивидуальная специфичность ДНК. В таблице 1.9 приведены примеры соотношения основ ДНК разных видов организмов.

Пространственная организация ДНК Молекула ДНК может существовать в разной конфигурации в зависимости от окружающих условий. Известно несколько форм ДНК: а) В-форма – имеет стандартную структуру соответственно модели молекулы Уотсона и Крика и в нормальных физиологических условиях есть основным структурным типом;

б) А-форма – выявленная в зневодненому среде при высоком содержимом калия и натрия. Такая ДНК имеет несколько измененную спирализацию;

в) С-форма – имеет меньше основ на один виток, а значит другие – физические характеристики;

г) Z-форма – в отличие от других форм, закрученная влево.

Некоторые формы при изменении физиологических условий могут переходить одна в одну, что дополнительно регулирует работу генов. Знания структуры ДНК разрешило понять суть многих молекулярно-генетических процессов.

Итак, в молекуле ДНК можно выделить первичную структуру — последовательность нуклеотидив в цепи, вторичную структуру – две комплементарных ант-параллельных цепи, соединенные водородными связями, и третичную структуру – трехмерную спираль. Укажем, что: а) геометрия спирали ДНК зависит от последовательности нуклеотидив; б) значительная часть ДНК не кодирует белков или РНК; в) каждый ген – это сложная функционально-активная единица, предназначенная для регулированного синтеза РНК.

Рибонуклеинови кислоты (РНК). Наследственная информация сохраняется в молекуле ДНК. Тем не менее ДНК не берет участия в жизнедеятельности клеток. Роль посредников в передаче наследственной информации от ДНК в цитоплазму сыграют рибонуклеинови кислоты. Взаимоотношения ДНК, РНК и белков можно представить в виде схемы ДНК —> РНК —> белок.

В этом случае одну из цепей ДНК есть матрицей для молекул РНК, которое, в частности, есть матрицами синтеза белков или входят в состав рибосом ли переносят аминокислоты.

РНК имеют вид длинных неразветвленных полимерных молекул, которые состоят из одного цепи. Одноцепные РНК могут образовывать двойные спирали, если разные части цепи имеют антипараллельные комплементарные сегменты, связанные один из одним. У части вирусов РНК есть носителем наследственной информации из-за отсутствия ДНК. Некоторые РНК имеют каталитическую активность на определенные клеточные процессы. РНК – полимер рибонуклеотидив, которые состоят из фосфорной кислоты, рибози и азотистых основ (аденин, гуанин, цитозин, урацил). Рибоза вместе с остатками фосфорной кислоты образовывает скелет молекулы, на котором расположенные азотистые основы. Все разновидности РНК синтезируются на молекулах ДНК с участием ферментов РНК-полимераз на основе принципа комплементарности. При этом в синтезированной молекуле аденин ДНК комплементарный урацилу РНК, а гуанин – цитозину. Если содержимое ДНК в клетках постоянный, то содержимое РНК очень колеблется в зависимости от типа клетки, интенсивности метаболизма и синтеза белков.

Молекулы РНК имеют много общего с структурой ДНК, но отличаются рядом признаков:

а) углеводом РНК есть рибоза,

б) РНК не содержит тимину, его место в молекуле занимает урацил,

в) РНК – одноланцю-гова молекула,

г) правила Чаргаффа не выполняются.

 

Типы РНК На основе размера, структуры и функции молекул различают три типа РНК, характерных как для прокариотов, так и для еукариотив.

Информационная РНК (иРНК). ее молекулы получаются на определенных участках ДНК, имеют название структурных генов, в виде комплементарной копии участка одного из его цепей. Они несут закодированную информацию первичной структуры белков в цитоплазму, где прикрепляются к рибосомам иd реализуют эту информацию.

Информационная РНК есть матрицей для синтеза полипептидов (белков), поэтому ее называют также матричной. Матричная РНК есть шаблоном, на котором строятся полипептиды соответственно заложенной генетической информации. Конечно, она несет информацию о синтезе только одной молекулы белка – это так называемая моноцистронна иРНК. Иногда она содержит несколько цистронив, расположенных рядом, для разных белков и известная под названием полицистронна иРНК. Информационная РНК содержит информацию о порядке расположения аминокислот в синтезированном белке. Расположения аминокислот кодируется четкой последовательностью нуклеотидив в молекуле ирнк (генетический код). Каждой аминокислоте отвечает свой триплет нуклеотидив (кодон). Молекулы ИРНК состоят из 300-3000 нуклеотидив. Они составляют 0,5-3,0 % массы всех РНК клетки. Информационная РНК получается в ядре в виде незрелой про-иРНК, которая содержит и неинфор-мативни последовательности нуклеотидив – интрони. В результате процесингу (вырезания интронних участков) она “созревает” и поступает в цитоплазму, где сразу причитается к рибосомам. Тем не менее иногда иРНК может накапливаться в клетках, связываться со специальными белками, которые “консервируют” ее, с образованием инфор-мосом. В таком виде информация может продолжительное время сохраняться в клетках. Толчком для их использования являются физиологические изменения в клетке, которые приводят к активации синтеза белка. Например, в овоцити накапливается много информосом, а их иРНК начинает функционировать только после оплодотворения.

Транспортная РНК (тРНК). Молекулы тРНК получаются на специальных генах. Транспортные РНК короткие, однониточные, имеют форму листка клевера (рис. 1.51) благодаря комплементарному соединению основ на разных участках цепи, состоят из небольшого числа нуклеотидив – 75-90. От общей массы РНК на трнк приходится близко 10-15 %. Молекулы трнк переносят к местам синтеза белков только соответствующие им аминокислоты из цитоплазмы. Каждой аминокислоте отвечает своя трнк вследствие особенностей нуклеотиднои последовательности и пространственной структуры. Молекулы трнк имеют четыре важных участка: а) транспортную; б) антико-дон; в) участок присоединения фермента; г) участок связывания с рибосомой.

К транспортному участку причитается специфическая аминокислота. Она образованная двумя комплементарными конечными участками РНК, 3′-кинець которой состоит из семы паров основ, он длиннее и формирует одноцепной участок, который заканчивается последовательностью ЦЦА с свободной Вон-группой. К этой группе причитается аминокислота, которая транспортируется. Антикодон состоит из пяти нуклеотидив. В центре -три специфических рибонуклеотиди (триплет). Азотистые основы антикодона имеют комплементарный триплет на цепи иРНК, этот триплет называется кодоном. В период синтеза белка антикодон находит соответствующий нему кодон на ИРНК и временно причитается к нему водородными связями.

Участок присоединения фермента – это специальная часть молекулы тРНК для специфического связывания с ферментом аминоацил-тРНК-синтетазою, что катализує присоединения аминокислоты к молекуле тРНК.

Участок связывания с рибосомой – особая часть молекулы (определенная последовательность нуклеотидив) тРНК, что нужна для прикрепления к рибосоме.

Рибосомальна РНК (рРНК). Рибосомальна РНК получается на специальных генах ДНК в ядрышке. Рибосомальна РНК – большая одноланцюго-ва разветвленная молекула, которая включает 3000-5000 нуклеотидив. Из общей массы РНК на ее частицу приходится до 90 %. В кариоплазме ррнк и разные белки объединяются в соотношении 1:1 для образования маленьких и больших субодиниць рибосом.

Рибосомальна РНК образовывает структурный каркас рибосомы, ей належит важная роль в процессе синтеза белков. Рибосомальна РНК обеспечивает связывания иРНК с рибосомами с помощью определенных последовательностей нуклеотидив. Таким образом устанавливается начало и рамка считывания информации с иРНК. Много белков рибосом выполняют не только структурную, но и ферментативную функцию.

Таким образом, четыре разновидности нуклеинових кислот имеют много общего в строении, но выполняют разнообразные функции. Уникальное свойство молекулы ДНК удваиваться перед делением клетки называется репликацией. Это свойство обусловленная особенностью строения молекулы ДНК, которое состоит из двух комплементарных цепей. Репликация происходит в ядре во время S-периода интерфазы. На это время хромосомы под световым микроскопом не оказываются. Репликация ДНК – важнейший молекулярный процесс, который есть в основе всех разновидностей деления клеток, всех типов размножения, а, значит, в основе обеспечения продолжительного существования отдельных индивидуумов, популяций и всех видов живых организмов. Для каждого вида очень важно поддерживать постоянство своего генотипа и фенотипа, а значит, сохранять неизменность нуклеотиднои последовательности генетического кода. Для этого необходимо абсолютно точно воссоздавать молекулы ДНК перед каждым делением клетки, то есть основное функциональное значение репликации- обеспечения потомка стабильной генетической информацией развития, функционирования и поведения.

Напивконсервативнип путь репликации Установлен (М. Мезельсон, Ф. Сталь), что в процессе репликации две нити ДНК разделяются, каждая из них есть шаблоном (матрицей) для синтеза вдоль ее новой нити. Последовательность основ, которые должны быть в новых нитях, можно легко предусмотреть, так как они комплементарные основам, которые присутствуют в старых нитях. Таким образом, получаются две дочерних молекулы, идентичные материнской. Каждая дочерняя молекула состоит из одной старой (материнской) нити и одной новой нити. Поскольку только одна материнская нить сохранена в каждой дочерней молекуле, такой тип репликации имеет название полуконсервативного.

Каждый с двух цепей материнской молекулы ДНК используется как матрица для синтеза новых комплементарных цепей.

Механизм репликации ДНК. Репликация ДНК – сложный, многоступенчатый процесс, который требует привлечения большого количества специальных белков и ферментов. Например, инициаторни белки образовывают ре-пликацийну вилку, Днк-топоизомерази раскручивают цепи, Днк-геликаза и дестабилизирующий белок расщепляют ДНК на две отдельных цепи, Днк-полимераза и Днк-праймаза катализують полимеризацию нуклеотидтрифосфатив и образования новой цепи, Днк-лигази разрушают Рнк-затравки на отстающих цепях ДНК и др. Процесс происходит аналогично как у прокариотов, так и у еукариотив, хотя кое-что отличается за скоростью, направленностью, количеством точек репликации и т.п.. Скорость репликации у еукариотив очень большая и составляет 50 нуклеотидив за секунду, а у прокариотов еще высшая – до 2000 нуклеотидив за секунду.

Точность репликации обеспечивается комплементарным взаимодействием азотистых основ матричной цепи и цепи, которая строится. Кроме этого, весь процесс контролируется ДНК-полимеразою, что само-корегує и отстраняет ошибки синтеза. Основные этапы репликации:

1. Инициация (от лат. initialis – первичный, начальный). Активация дезоксирибонуклеотидив. Монофосфати  дезоксирибонуклеотидив (АМФ, ГМФ, ЦМФ, ТМФ) находятся в состоянии “свободного плавания” в ядре и есть “сырьем” для синтеза ДНК. Для включения в ДНК они активируются в результате взаимодействия с АТФ. Эта реакция называется фосфорилуванням и катализується ферментом фосфорилазою. При этом получаются трифосфати дезоксирибонуклеотидив, такие как АТФ, ГТФ, ЦТФ, ТТФ. В таком виде они енергезовани и способные к полимеризации.

Распознавания точки инициации. Раскручивания ДНК начинается из определенной точки. Такая особая точка называется точкой инициации репликации (специальная последовательность нуклеотидив). Для определения точки инициации необходимые специфические белки-инициаторы. У вирусов и прокариотов есть только одна точка инициации. У еукариотив, которые имеют большие молекулы ДНК, может быть много точек инициации репликации, которая, в конце концов, сливаются одна из одной при полном разъединении цепей ДНК.

Репликация обеих цепей ДНК происходит одновременно и непрерывно.

Раскручивания молекулы ДНК Двойная спираль ДНК раскручивается и разворачивается на отдельные нити ДНК путем разрыва слабых водородных связей между комплементарными нуклеотидами. Этот процесс обеспечивают ферменты – геликази. Оголенные основы А, Т, Г и Ц обеих цепей проектируются в кариоплазму.

Ферменты, которые названные топоизомеразами, разрывают и сызнова сшивают отдельные нити ДНК, помогают раскручиванию спирали. Благодаря разъединению цепей ДНК возникают репликацийни вилки. Новые нити ДНК получаются на каждом из уволенных ланцюгив. их рост происходит в противоположных направлениях.

2. Элонгация. Вильне трифосфати дезоксирибонуклеотидив своими азотистыми основами причитаются водородными связями к азотистым основам обеих цепей ДНК, соответственно правилу комплементарности, то есть А-Т, Ц-Г.

Элонгация – это добавления дезоксирибонуклеоти-ду к З’-кинця цепи, которая растет. Процесс катализується Днк-полимеразою.

Трифосфати дезоксирибонуклеотидив (тринуклео-тиди), причитаясь к каждой цепи ДНК, разрывают свои внутренние високоенергетични связи и образовывают монофосфати дезоксирибонуклеотидив (мононуклеотиди), что есть обычными компонентами ДНК. При этом в нуклеоплазму поступают пирофосфатни молекулы, которые освободились.

Образования новых цепей ДНК. В дальнейшему присоединенные соседние нуклеотиди связываются между собою фосфорными остатками и образовывают новую цепь ДНК. Процесс катализується ферментом ДНК-полимеразою. При этом необходимое присутствие ионов металлов Мп²⁺ или Mg²⁺. ДНК-полимераза может полимеризувати дезоксирибонуклеотиди в направления 5-3′, то есть от углеродного 5′-конца к углеродного З’-кинця молекулам ДНК. Поскольку две нити ДНК есть антипараллельными, новые нити должны получаться на старых (материнских) нитях в противоположных направлениях. Одна новая нить получается в направления 5′-З’. Эта нить называется ведущей. На второй материнской нити получаются короткие сегменты ДНК в направления 3′-5′. Со временем они соединяются вместе, образовывая длинную отстающую нить.

Образования праймерив. На отстающей нити сначала получается короткая цепь РНК по шаблону ДНК. Она называется РНК-праймером и содержит последовательность из 10-60 нуклеотидив. Фермент праймаза катализує полимеризацию блоков РНК (А, В, Г, Ц) в праймери. РНК-праймер получается потому, что ДНК-полимераза не может инициировать сын тезисов новой нити ДНК в отстающей цепи в направления 3’—5^и, она только может катализувати ее рост. Праймери позднее отдаляются, а пустоты, которые образовались, заполняются дезоксирибонуклеотида-ми ДНК в направления 5-3′, что завершает построение второй цепи. На месте праймерив получаются фрагменты новой цепи ДНК, которые называются фрагментами Окадзаки и состоят из 100-200 нуклеотидив. Эти фрагменты легируются (сшиваются) полинуклеотидлигазами, в результате чего получается вторая полноценная цепь. Этот процесс называется созреванием.

Редактирования. Четкая комплементарнисть пар основ обеспечивает точную репликацию ДНК. Однако иногда возникают ошибки в присоединении основ. Они удаляются ДНК-полимеразою, которая для этого снова связывается с молекулами ДНК (репарация).

3. Терминация (от лат. terminalis – конечный). После завершения процесса репликации молекулы, которые образовались, разделяются, и каждая дочерняя нить ДНК скручивается вместе с материнской в двойную спираль. Так получаются две молекулы ДНК, идентичные материнской. Они формируются отдельными фрагментами по длине хромосомы. Такой отдельный фрагмент ДНК, которое удваивается на одной хромосоме, называется репликоном. Возникает сразу несколько репликонив, причем асинхронно и в разных ее участках. Процесс репликации касается всей хромосомы и перебегает практически одновременно, с одинаковой скоростью. После завершения репликации в репли-конах они сшиваются ферментами в одну молекулу ДНК. В клетке человека, который делится, получается больше 50000 репликонив одновременно. Длина каждый из них 30 мкм. Благодаря большому количеству репликонив скорость репликации увеличивается в тысяче раз. Продолжительность процесса удвоения генетического материала составляет приблизительно 10 ч. Участка хромосом, где начинается репликация, называются точками инициации. Считают, что эт, вероятно, места прикрепления интер-фазних хромосом к белкам ламели ядерной оболочки. Процесс включается цитоплазматичним фактором неизвестной природы, которая поступает в ядро. Репликация перебегает в строго определенном порядке, то есть сначала начинают репликуватись одни дилянки хромосом, а позднее – другие. В синтетическом периоде интер-фази удваивается также и количество гистонових белков, которые ассоциируются из синтезированными ДНК и образовывают классическую структуру хроматина. Нарушения точности репликации приводит к нарушению синтеза белков и развития патологических изменений клеток и органов.

Значения репликации:

а) процесс есть важным молекулярным механизмом, который лежит в основе всех разновидностей деления клеток про- и еукариотив;

б) обеспечивает все типы размножения как одноклеточных, так и многоклеточных организмов;

в) поддерживает постоянство клеточного состава органов, тканей и организма вследствие физиологической регенерации;

г) обеспечивает продолжительное существование отдельных индивидуумов;

д) обеспечивает продолжительное существование видов организмов;

є) процесс оказывает содействие точному удвоению информации;

ж) в процессе репликации возможные ошибки (мутации), что может приводить к нарушениям синтеза белков с развитием патологических изменений.

Для обеспечения основных характеристик клеток и организмов данной популяции необходимое точное сохранение структуры и стабильности функций генетического материала в течение тысяч и миллионов лет, несмотря на действие разных мутагенных факторов. Для поддержания стабильной функции ДНК существует несколько механизмов. Во-первых, это высокая химическая стабильность самой молекулы ДНК, а во-вторых, – наличие специальных механизмов самокоррекции и репарации возникающих изменений. Генетическая информация может надежно сохраняться в нуклеотидних последовательностях ДНК лишь потому, что широкий набор разных репликацийних ферментов осуществляет непрерывный “обзор” ДНК и удаляет из нее поврежденные нуклеотиди.

Под действием физических и химических агентов, а также при нормальном биосинтезе ДНК в ней могут возникать повреждения. Оказалось, что клетки имеют механизмы исправления повреждений в нитях ДНК. Способность клеток к исправлению повреждений в молекулах ДНК получила название репарации (вид. лат. reparatio – восстановления).

Процесс репарации ДНК состоит в том, что генетическая информация представлена в ДНК двумя копиями –по одной в каждом с двух цепей двойной спирали ДНК. Благодаря этому случайное повреждение в одном из цепей может быть удален репликацийним ферментом и поврежденный участок цепи ресинте-зована в своем нормальном виде за счет информации, которая содержится в неповрежденной цепи.

За временем осуществления в клеточном цикле различают дорепликатшну, репликаттну и постреп-ликаттну репарацию.

Дорепликативна репарация. Это процесс восстановления поврежденной ДНК к ее удвоению. В простейших случаях разрывы могут быть восстановлены ферментом лигазою. В других случаях используется полная ферментативная система репарации (приведенная ниже).

Репликативна репарация. Это совокупность процессов восстановления ДНК в ходе репликации. При этом поврежденный участок удаляется в течение репликации в зоне роста цепи. В обеспечении высокой точности репликации значительная роль належит механизму самокоррекции, которая осуществляется ДНК-полимеразою или тесно связанным с ею ферментом ендонуклеа-зою. Этот процесс связан с определением по ошибке включенного в цепь нуклеотиду, видщепленням его и заменой на соответствующий. В результате этого частота ошибок снижается в 10 раз (с 10⁵-10⁶).

Пострепликатйена репарация. ее механизм точно не изучен. При пострепликативний репарации происходит вырезания поврежденного участка и сшивание концов. При этом клетка может сохранять жизнеспособность и передавать дефектную ДНК дочерним клеткам. Предполагают возможность разных вариантов синтеза ДНК на поврежденной матрице.

За механизмами развития репарации различают: ексцизийну, неексцизийну, рекомбинативну репарацию.

Ексцизийна репарация (виризаюча). При ексцизийний репарации устраняются повреждения, которые появились под влиянием ионизирующей радиации, химических веществ и других факторов. Это основной тип репарации, выявленный как у прокариотов, так и в клетках еукариотив.

Ексцизийна репарация ДНК отличается тем, что не только разрезаются димери (как при световой), но и вырезаются большие участки молекулы ДНК (до нескольких сотен нуклеотидив). Очевидно, могут удаляться целые гены, после чего происходит репа-ративний комплементарный матричный синтез с помощью фермента Днк-полимерази.

На основе одной из предложенных моделей установлен пять последовательных этапов ексцизийнои репарации:

1) “распознавания” повреждения ДНК ендо-нуклеазою;

2) разрезания ендонуклеазою одного из цепей молекулы ДНК близ повреждения;

3) “вырезания” поврежденного участка и его расширения екзонуклеазою;

4) матричный синтез новой цепи Днк-полимеразою (репаративна репликация);

5) соединения новообразовавшегося участка с нитью ДНК под влиянием фермента ДНК-лигази.

Неексцизийна репарация. Фоторепарация. Способность к репарации была выявлена у бактерий, которые испытывали влияние ультрафиолетовых лучей. В результате облучения целостность молекул ДНК поднимается, так как в них возникают димери, то есть сцепленные между собою соседние пиримидинови основы. Димери могут формироваться между двумя тимина-ми, тимином и цитозином, двумя цитозинами, тими-ном и урацилом, двумя урацилами. Однако озаренные клетки на светлые выживают намного лучше, чем в тьме. После тщательного анализа причин этого явления установлено, что в поврежденных клетках на светлые происходит репарация ДНК (фоторепарация). Она осуществляется специальным ферментом ДНК-фотолигазою, которая активируется квантами видимого света. Фермент соединяется с поврежденной ДНК, разъединяет связи в димерах и восстанавливает целостность нити ДНК. Фермент ДНК фотолигаза, что фотореактивує, не является видоспецифич-ним, то есть действует на разные виды ДНК. В нем есть циано-кобаламин (витамин В_[2), что поглощает кванты видимого света и передает энергию молекуле фермента. На ранних стадиях эволюции живых организмов, когда был отсутствующий озоновый экран, который задерживает большую часть потока губительных для организмов солнечных ультрафиолетовых лучей, фоторепарация отыгрывала в особенности важную роль.

Рекомбинатшна репарация. Если, например, димери тимину не смещенные к рекомбинации, то это приводит к изменению структуры дочерних ДНК. Такие нарушения могут устраняться непосредственно в процессе кросинговеру. Но при этом не происходит устранения дымеру, он удаляется уже после репликации.

Следствия нарушения процесса репарации.

Выявлен несколько мутаций, которые вызовут тяжелые прирожденные заболевания вследствие нарушения процесса репарации. Примером может быть пигментная ксеродерма – рецесивна аутосомна мутация, которая встречается довольно редко. Дети, гомозиготные за геном этой мутации, при рождении выглядят нормально, но уже в раннем веке под влиянием ультрафиолетовых лучей солнечного света в них появляются изменения кожи: веснушка, расширения капилляров, ороговения кожи, поражения глаз, которые связаны с повреждением ДНК. В фибробластах, взятых из кожи больных на пигментную ксеродерму, процесс репарации после ультрафиолетового облучения затягивается к С ч (в клетках здоровых людей – 6 ч) и не достигает уровня нормального. Продолжительное влияние ультрафиолета приводит, в конце концов, к возникновению рака кожи и летального конца. У таким детей отсутствующий один из ферментов репарации ДНК.

Способность клеток осуществлять эффективную репарацию генетического материала может иметь значения также в клеточных механизмах старения. Существуют наблюдения, что линии мышей-долгожителей отличаются более стабильными хромосомами, а у мышей с непродолжительным сроком жизни хромосомы характеризуются большим повреждением, возникновением структурных аберраций, которые есть следствием нарушения процессов репарации. Существуют наблюдения, которые свидетельствуют о снижение интенсивности процессов репарации ДНК с возрастом. Но трудно сказать, эти ли изменения -причина старения организма, его ли следствие.