Клітка зеленої рослини. Ядро, рибосоми й синтез білка

Ви перебуваєте: Клітка зеленої рослини

За кілька останніх десятиліть біологам удалося скласти собі досить повна вистава про структуру, хімізм і функціях найважливіших клітинних органелл. Найбільша органелла клітки - ядро (див. мал. 2.3). Це сферичне тіло діаметром 5-10 мкм містить більшу частину генетичної інформації клітки, закодованої у вигляді довгих ниток складної хімічної сполуки - дезоксирибонуклеиновой кислоти (ДНК). ДНК є присутнім у клітці в складі хроматину - складної речовини, що полягає в основному з негативно зарядженої ДНК і позитивно заряджених білків, що належать до класу гистонов. У клетке, що неделящейся, хроматин образует До початку розподілу виявляється дійсна природа цієї 'мережі' - хроматин конденсується й утворює дискретні, легко идентифицируемые паличкоподібні тільця, названі хромосомами, число яких для кліток кожного виду постійно. У будь-якій клітці рослини гороху є, наприклад, 14 хромосом - по 7 від кожного з батьків. У людини число хромосом у клітці рівно 46, по 23 від матері й від батька. Такий клітинний розподіл, при якім число хромосом подвоюється, так що кожна дочірня клітка одержує подвійний набір хромосом, зветься мітозу (див. нижче).

Повний подвійний набір хромосом називають диплоидным (2 n), а набір, одержуваний від кожного з батьків через полові клітки, - гаплоидным (n). Усі клітки вищої рослини, за винятком гаплоидных полових, як мінімум диплоидны. Гаплоидные полові клітки перебувають переважно в зрілих пыльцевых зернах і в зародковому мішку семязачатка. В життєвому циклі рослини гаплоидный набір виходить із диплоидного в результаті редукційного розподілу, або мейозу (див. стор. 34), що протікає в материнських клітках микро- і мегаспор, що перебувають відповідно в пильовиках і семязачатке квітки. Виниклі таким шляхом гаплоидные клітки діляться й дають початок чоловічим і жіночим гаметофитам, у яких зрештою й утворюються полові клітки, або гамети, тобто спермии і яйцеклітини. Коли - при половім розмноженні- жіночі й чоловічі гамети зливаються в зиготу, відбувається відновлення диплоидного числа хромосом, властивого спорофіту. Простежуючи зміни в числі хромосом і в змісті ДНК, ми бачимо, що у квітковій рослині відбувається цикл, у якім диплоидия переміняється гаплоидией, а наступне злиття гаплоидных кліток різного генетичного походження в новий диплоидный організм породжує нові комбінації генетичних ознак.

МІТОЗ

У клітці перед видимим проявом митотической активності кількість хромосомної ДНК подвоюється. Мітоз починається, коли хромосоми вже подвоїлися й видне, що кожна з них складається із двох рядом лежачих ниток, або двох половинок, так званих хроматид. Ядерце і ядерна мембрана зникають, хромосоми вибудовуються в екваторіальній площині клітки, і нитки веретена, що з'єднують екваторіальну пластинку з полюсами клітки, розтаскують до протилежних полюсів сестрині хроматиды, які перетворюються тепер у дві окремі, але цілком ідентичні хромосоми. Реконструюються типові .интерфазные ядра, у кожному з яких відновлюється мембрана, ядерце й мережа хроматину. Незабаром, після того як одне ядро розділилося на два, наступає завершальна стадія клітинного розподілу - формування клітинної пластинки, що розділяє клітку навпіл в екваторіальній площині (цитокинез). Властиво мітоз триває 1-2 год, на синтез же ДНК та інші підготовчі реакції, необхідні для наступного клітинного розподілу, іде ще близько 6 год (мал. 2.9).

МЕЙОЗ

Мейоз відрізняється від мітозу тим, що, що вже подвоїлися гомологичные хромосоми зближаються й розташовуються поруч, тісно примикаючи друг до друга по всій своїй довжині (синапсис). У цей період чотири притиснуті одна до іншої хроматиды можуть переплутуватися й обмінюватися окремими ділянками (кроссинговер); у будь-якій даній крапці перетерплювати кроссинговер можуть тільки дві хроматиды. Пари хромосом вибудовуються в екваторіальній пластинці, гомологичные хромосоми, подібно сестриним хроматидам при мітозі, розходяться до протилежних полюсів і в остаточному підсумку виявляються у двох різних клітках. В кожної із цих дочірніх кліток відбувається потім другий розподіл мейозу ( по суті, мітоз у клітці з гаплоидным числом хромосом), при якім до протилежних полюсів розходяться сестрині хроматиды. У результаті двох мейотических розподілів утворюються чотири клітки, кожна зі зменшеним удвічі (гаплоидным) числом хромосом, а можливо ( завдяки кроссинговеру), і з якимись новими, відмінними від батьківських типами хромосом (див. мал. 2.9).

Донедавна вважалося, що в рослинному організмі всі соматичні клітки диплоидны. Тепер, однак, ми знаємо, що в рослинах зустрічаються окремі скупчення кліток із числом хромосом, кратним диплоидному: 4п, 6п, 8п и т. буд. Такі полиплоидные клітки виникають, мабуть, у результаті розподілів ядра, що не супроводжуються розбіжністю дочірніх ядер по двом окремим кліткам. Плоидность кліток вдається іноді регулювати за допомогою тих або інших природних або синтетичних речовин. Полиплоидию, наприклад, можна викликати колхицином - алкалоїдом з бульбоцибулин (укорочених м'ясистих стебел) безвременника осіннього

Колхицин перешкоджає утвору ниток веретена й тим самим запобігає розбіжності двох наборів хромосом до протилежних полюсів клітки, що ділиться. Іноді виникають анеуплоиды. Це відбувається в результаті випадкової втрати або, навпаки, придбання однієї або декількох хромосом. Такі екземпляри (2n+1 або 2n-1) звичайно тією чи іншою мірою аномальні, але вони можуть бути й життєздатними

Молекули ДНК у хромосомах являють собою лінійні полімери, побудовані із чотирьох типів нуклеотидов. Порядок розташування нуклеотидов у ланцюзі ДНК визначає генетичну інформацію, яку несе цей ланцюг. Спадковість у рослини залежить, таким чином, по суті від розташування нуклеотидов у молекулах ДНК, що перебувають у хромосомах ядра й у деяких інших клітинних органеллах, а саме в хлоропластах і мітохондріях. Одну із самих захоплюючих глав сучасної біохімії становить історія відкриття механізму, за допомогою якого інформація, укладена в молекулах ДНК, транскрибується з утвором родинного ДНК з'єднання - РНК (рибонуклеиновой кислоти), а потім інформація РНК у свою чергу транслюється й таким шляхом визначає природу знову синтезованих білків. Оскільки цей процес має вирішальне значення для клітинної структури й функції, ми тут опишемо його досить докладно, хоча багато чого в цій області стало вже загальновідомим навіть серед неспеціалістів

Протягом більшої частини життя клітки ядро відділене від цитоплазми ядерною оболонкою, що представляє собою подвійну мембрану із численними великими порами й довгими виростами, що проникають глибоко в цитоплазму (див. мал. 2.3). Вирости часто безпосередньо переходять в ендоплазматичний ретикулум (ЕР)-сильно розгалужену мембранну мережу, що пронизує всю цитоплазму. Рибосоми- сферичні частки діаметром близько 0,2 мкм, що полягають в основному з високомолекулярної РНК і білка, - можуть бути прикріплені до мембран ендоплазматичного ретикулума, але можуть також лежати в цитоплазмі вільно. Прикріплені до ЕР рибосоми входять до складу шорсткуватого ендоплазматичного ретикулума; цілком ймовірно, вони беруть участь у синтезі того білка, який виділяється в просвіт ЕР, тобто в замкнений простір між його мембранами. Що стосується рибосом, що перебувають у цитоплазмі, то вони іноді групами приєднуються до інформаційної (матричної) РНК і тоді видне, що вони розташовуються уздовж цієї довгої нитки. Такі скупчення рибосом називають полірибосомами: подібно рибосомам ЕР, вони беруть участь у синтезі білка доти, поки зберігають контакт із матричної РНК. Білки - великі молекули, побудовані з розташованих у певному порядку амінокислот, - синтезуються на поверхні рибосом. Складний механізм цього синтезу включає транскрипцію, тобто переклад, що втримується в ДНК інформації в РНК, і потім трансляцію - переклад інформації, закодованої в послідовності; нуклеотидных залишків РНК у послідовність амінокислотних залишків синтезованого білка. Оскільки роботу всієї біохімічної фабрики клітки регулюють активні білкові молекули - ферменти, ключ до клітинної регуляції слід шукати в тому, що специфічність білків в остаточному підсумку визначається ДНК.

Розділи