Файл: Ченцов, Ю. С. Ультраструктура клеточного ядра.pdf

Помимо тех компонентов, которые являются постоянными состав­ ными частями комплекса поры, вблизи зоны пор или же в непос­ редственном контакте с поросомой встречаются дополнительные структурные элементы, имеющие ядерное происхождение.

Так, в клетках слюнных желез Chironomus в области пор со стороны ядра располагаются крупные рибонуклеопротеиновые гранулы диаметром около 400—500 A (Stevens, Swift, 1966; Чен­ цов, 1967; Cole, 1969; Franke, Scheer, 1970). Иногда отдельные

гранулы так глубоко вдаются в просвет поры, что создается впе­ чатление их выхода в цитоплазму. В некоторых случаях сходные по структуре и плотности частицы можно наблюдать в цитоплаз­ ме рядом с порами (Cole, 1969). По всей видимости, эти РНП-гра- нулы представляют собой продукты хромосомной активности, так как их основная масса сосредоточена в зоне пуффов политенных хромосом (Stevens, Swift, 1966; Перов, Ченцов, 1971) .

Из других структур, имеющих внутриядерное происхождение, в контакте с поросомой могут находиться фибриллы ДНП (Clau­ de, 1961; Takamoto, 1966). Некоторые авторы предполагают, что между фибриллами ДНП и компонентами комплекса поры суще­ ствует прочная структурная связь, которая сохраняется в процес­ се деления клетки, когда ядерная оболочка разрушается (Co­ mings, Okada, 1970b).

Своеобразные структуры можно наблюдать в перинуклеарном

пространстве, в непосредственном контакте с поросомой. Эти стру­ ктуры представляют собой короткие фибриллы, отходящие от ме­ ста слияния внутренней и внешней ядерных мембран, и являют­ ся как бы продолжением диафрагмы поры. Фибриллярные эле­ менты заканчиваются небольшой, плотной гранулой (см. табл. 17). Как функциональное назначение, так и происхождение этих струк­ тур остаются совершенно неясными.

Со стороны цитоплазмы непосредственно над порой распола­ гаются крупные полирибосомные структуры, закрученные в виде спирали, диаметр которой несколько больше наружного диаметра поросомы (Mepham, Lane, 1969).

Химический состав ядерной оболочки

Химия мембранных элементов оболочки ядра

Долгое время определение химического состава мембран ядерной оболочки тормозилось из-за отсутствия методик их выделения. Лишь недавно разработаны методы фракционирования и биохи­ мического анализа ядерных мембран, сохраняющих свою натив­

ную структуру (Franke, 1966; Збарский и др., 1967; Перевощи-

кова и др., 1968).

Полные сведения о химическом составе ядерных мембран мож­ но почерпнуть из оригинальных работ и подробных обзоров на эту тему (Збарский, 1969, 1972; Franke, 1970).

Мы приведем здесь только некоторые данные, способству­ ющие пониманию структурных и функциональных особенностей ядерной оболочки.

В состав тотальной фракции ядерных мембран входят белки, фосфолипиды, неполярные липиды и небольшие количества РНК и ДНК (Franke et al., 1970). Детальный анализ тех же фракций показывает, что изолированные ядерные мембраны обладают ха­

рактерным набором ферментов, который отличает их от других мембранных систем клетки. Так, во фракции ядерных оболочек не обнаружены протеиназы, характерные для лизосом, отсутству­ ет сукцинатдегидрогеназа митохондрий и нет характерной для эндоплазматического ретикулума глюкозо-6-фосфатазы (Збар­ ский, 1969; Franke et al., 1970).

Дальнейшее усовершенствование методов позволило разделить фракцию ядерных мембран на две субфракции, соответствующие наружной и внутренней ядерным мембранам (Збарский и др., 1967; Перевощикова и др., 1968; Збарский, 1969; 1972).

Химический анализ этих фракций показал, что ядерные мем­ браны отличаются не только от прочих мембранных структур клетки, но и друг от друга — как по составу, так и по набору отдельных ферментов.

Фракция внутренних ядерных мембран характеризуется более высоким содержанием белка (около 50%) и богаче окислительны­ ми и гидролитическими ферментами (цитохром с-редуктазой, НАД-Н, НАДФ-Н-цитохром с-редуктазой, арилсульфатазой А и В и эстеразой) (Збарский, 1972).

Особый интерес представляют данные по аденозинтрифосфатазной активности ядерных мембран, так как присутствие этого фермента может говорить об активном транспорте веществ через ядерную оболочку.

Активность АТФ-азы во фракции ядерных мембран значитель­ но выше, чем в исходном гомогенате ядер, и превышает активпость АТФ-азы в митохондриях (Збарский, 1972). Важными свойствами АТФ-азы ядерных оболочек является то, что они не по­ давляются оубаином, активируются 2,4-динитрофенолом и инги­ бируются грамицидином С и олигомицином. Сравнение удельной активности АТФ-азы во фракциях внешней и внутренней ядер­ ных мембран показало, что фермент более активен во внешней мембране ядерной оболочки (Збарский, 1972). В то же время предполагается, что на внутренней ядерной мембране локализо­ вана цитохромная цепь переноса электронов (Бетел, 1972).

Таким образом, химический анализ ядерных мембран пока­ зывает, что оболочка ядра имеет многие компоненты для выпол­ нения таких важнейших функций, как дыхание, окислительное фосфорилирование, а также процесс активного транспорта ве­ ществ.

Заканчивая краткое изложение данных о химическом составе ядерной оболочки, необходимо еще раз подчеркнуть, что как по своему составу, так и по набору ферментов оболочка ядра пред­ ставляет своеобразную структуру, отличающуюся от других мем­ бранных систем клетки.

В связи с этими данными нуждаются в пересмотре представ­ ления о полной идентичности мембран эргастоплазмы и ядерной оболочки, которые высказывались ранее (Watson, 1955; Por­ ter, 1961). Вероятнее всего, что в случае ядерной оболочки прихо­ дится иметь дело не с одной из полостей эргастоплазмы, а с отдель­ ной самостоятельной структурой, хотя и способной в некоторых случаях образовывать временные анастомозы с мембранами эн­ доплазматической сети и другими мембранными системами клетки.

Химические свойства поросомы

Данные о химическом составе отдельных элементов норового комплекса базируются в основном на цитохимических наблюде­ ниях, так как до настоящего времени не удавалось получить чистую фракцию поросом.

С начала первых электронномикроскопических описаний ядер­ ной оболочки высказывались предположения, что элементы норо­ вого комплекса представляют собой структуры немембранной при­

роды (Afzelius, 1955). Позднее было показано, что при фиксации ткани перманганатом мембранные элементы ядерной оболочки

сохраняются, тогда как комплекс поры при такой фиксации пол­ ностью разрушается (Gall, 1959; Merriam, 1961; Ченцов, 1969;

Поляков, 1970). Так как КМп04 плохо фиксирует белковые компо­ ненты, было высказано предположение о преобладании белковых веществ в норовом комплексе (Merriam, 1961; Ченцов, 1969; Ste-

vons, Andre, 1969).

Воздействие на поросому протеолитическими ферментами под­ тверждает точку зрения о белковой природе отдельных составных частей поросомы. Пепсин удаляет тонкие фибриллярные элемен­ ты комплекса поры в тех зонах ядра и цитоплазмы, которые при­ лежат к порам (Beaulaton, 1968; Koshiba et al., 1970). Однако при такой обработке сохраняется плотная центральная гранула в об­

пени, хотя плотность структурных элементов поросомы снижается

ив этом случае (Koshiba et al., 1970).

Вотличие от протеолитических ферментов ДНК-аза не оказы­ вает заметного влияния на структуру норового комплекса (Koshi­ ba et al., 1970). Результаты обработки РНК-азой менее определен­

ны. Так, по наблюдениям Мерриам, компоненты норового комплек­ са удаляются после обработки изолированных ядер трипсином, тогда как рибонуклеаза не оказывает на комплекс поры заметного действия (Merriam, 1961). По другим данным, воздействию РНКазы подвержены центральная гранула и тонковолокнистый матери­ ал, заполняющий просвет поры (Mentre, 1966, 1969; Beaulaton, 1968; Clerot, 1968; Monneron, Bernhard, 1969; Franke, Falk, 1970).

В противоположность этим наблюдениям некоторые авторы ут­ верждают, что центральная гранула устойчива к действию РНК-азы и поэтому не содержит РНК (Kessel, 1969; Koshiba etal., 1970).

Недавно введенная в практику цитологии окраска ультратонких срезов по методу Бернара, позволяющая идентифицировать структуры, содержащие РНК, выявляет в области поры тонкие фибриллы РНП-природы, а в цитоплазматической и ядерной зо­ нах пор — различные РНК-содержащие гранулы (Бернар, 1972).

Существуют также указания об АТФ-азной активности норо­ вого комплекса (Tsubo, Yasuzumi, 1966; Klein, Afzelius, 1966).

Функциональное значение ядерной оболочки

В первых же работах, касающихся описаний оболочки ядра, пред­ лагался целый ряд соображений относительно ее роли в жизни клетки. Пограничное расположение ядерной оболочки между яд­ ром и цитоплазмой указывало на ее важность в ядерно-цитоплаз- матических взаимоотношениях, показывало не только возможные пути обмена между этими основными частями клетки, но и на оче­ видную барьерную роль ядерных мембран, ограничивающих сво­ бодную диффузию веществ между ядром и цитоплазмой. Впослед­ ствии многими методами как цитологического, так и биохимичес­ кого исследования было показано, что между ядром и цитоплаз­ мой действительно происходит интенсивный обмен макромолеку­ лами. В цитоплазму из ядра выходят: крупные предшественники или даже субъединицы рибосом, иРНК, тРНК (Георгиев, 1971), коферменты (например, НАД) (Зиберт, 1972).

Противоположный поток макромолекул направлен из цито­ плазмы в ядро и включает в себя некоторые белки, в том числе ги­ стоны, синтезирующиеся в цитоплазме (Prescot, Goldstein, 1968). По всей вероятности, в ядро мигрируют также негистоновые белки (Iloloubeck, Crocker, 1968). Как показали эксперименты с ядрами, выделенными в безводных средах, для некоторых веществ между