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

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 14.10.2024

Просмотров: 69

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

IV. Строение и функции ядерной оболочки

97

ход поросомы в открытое состояние,

играют те макромолекулы,

которые вступают в контакт с комплексом поры (Wunderlich, 1969).

Изложение данных о свойствах ядерной оболочки не случайно было начато с описания ее функции, связанной с регуляцией ядерно-цитоплазматических взаимоотношений. Как нам представ­ ляется, именно эта функция оболочки ядра наиболее важна для метаболизма клетки. Однако одной этой функцией не исчерпыва­ ется то многообразие свойств, которыми обладает как ядерная обо­ лочка в целом, так и ее отдельные компоненты.

В литературе можно встретить многочисленные предположе­ ния о пластической функции ядерной оболочки. Образование вы­ ростов на внешней ядерной мембране зачастую связывается с ее способностью формировать различные органоиды клетки — такие,

как митохондрии (Pannese, 1966) или пластиды (Muhlethaler, Bell, 1962). Надо сказать, что большинство этих наблюдений про­ ведено на ультратонких срезах, изучая которые, уловить и дока­ зать динамику процесса очень трудно, поэтому доказательства, ко­ торыми мы располагаем по поводу пластической функции ядерных мембран, остаются неубедительными. Однако в одном случае способность ядерной оболочки образовывать как цитоплазматиче­ ские, так и ядерные мембранные структуры может считаться дока­ занной. Это так называемые окончатые мембраны, представляю­ щие собой как бы фрагменты отдельных участков ядерной оболо­ чки, полностью повторяющие ее организацию (см. табл. 19) (Kessel, 1963). Наиболее часто окончатые мембраны встречаются в метаболически активных клетках — таких, как ооциты.

С лабильностью внешней ядерной мембраны, а именно, с ее способностью давать развитую сеть выростов, может быть связана Другая важная функция ядерной оболочки, состоящая в транспор­ те ионов из внеклеточной среды в ядро. По некоторым данным, между ядром и цитоплазмой имеется концентрационный градиент для натрия, калия и хлорида, причем ядерная концентрация Na+ на порядок превышает концентрацию этого катиона в цитоплазме (Зиберт, 1972). В то же время показано, что внутриядерный фонд Na+ быстро уравновешивается с внеклеточной средой (Зиберт, 1972). К+ уравновешивается медленнее, но также, по-видимому, поступает в ядро, минуя цитоплазму (Зиберт, 1972). Чтобы объ­ яснить это явление, Зиберт (1972) постулировал существование каналов, связывающих внеклеточную среду с иеринуклеарным пространством, по которым происходит транспорт Na+ и К+. Под­ тверждением представлений этого автора может служить то, что Для некоторых типов клеток удалось продемонстрировать связь перинуклеарного пространства с межклеточной средой на электрон­ номикроскопических фотографиях. Однако, как уже говори­ лось, для большинства изученных типов клеток существование

4 Ю . С. Ч ен ц о в , В. Ю . П о л я к о в


Интерфазное ядро

таких каналов не показано, так что предложенный Зибертом ме­ таболический путь остается гипотетичным.

Из других важных функций ядерной оболочки можно отметить ее функции, связанные с ядерным окислением и окислительным фосфорилированием. Данные, полученные И. Б. Збарским и сотр. (1972), свидетельствуют о том, что изолированные ядерные оболочки обладают высокой дыхательной активностью, которая сравнима с дыхательной активностью митохондрий. В некоторых отношениях (наличие окислительных ферментов, цитохромов, поглощение кислорода и торможение дыхания классическими ин­ гибиторами) ядерная окислительная система напоминает мито­ хондриальную. Однако есть данные, указывающие на своеобра­ зие ядерных энергетических систем — например, во фракции ядерных оболочек не окисляется сукцинат, а в качестве субстра­ тов дыхания ядра используют жирные кислоты.

Судьба компонентов ядра в митозе

V.СТРУКТУРА МИТОТИЧЕСКИХ ХРОМОСОМ

Современные представления об ультраструктурной организации митотических хромосом

Как показано выше, элементарные хромосомные фибриллы, или нити Днп, входят как основная составная часть в структуру ми­ тотических и мейотических хромосом. Поэтому, чтобы понять устройство таких хромосом, необходимо знать, как эти единицы (или единица) организованы в составе компактного тела митоти­ ческой хромосомы.

Как известно, интенсивное изучение ультраструктуры митотиче­ ских хромосом, так же как и мейотических и политенных хромо­ сом, началось в середине 50-х годов, что связано с внедрением метода электронной микроскопии. К этому времени получила ши­ рокое развитие теория хромонемного строения хромосомы. В мно­ гочисленных обобщениях цитологов того времени, изучавших структуру и поведение хроматина ядра и хромосом с помощью светового микроскопа, красной нитью проходит представление о том, что в основе хромосомной организации лежат нитчатые структуры — хромонемы. В теле хромосомы несколько хромонем располагаются близко одна к другой и существуют на всех фазах клеточного деления при митозе и мейозе (Kaufmann, 1948; Manton, 1950). Наблюдения Кауфманна (Kaufmann, 1926) показали, что со­ матическая анафазная хромосома (хроматида) состоит, по крайней мере, из двух четко определимых хромонем, а метафазная хромо­ сома — из четырех. Несколько позднее Небель (Nebel, 1932) обнаружил, что после некоторых воздействий в составе телофазной хромосомы можно обнаружить четыре хромонемные нити, или субхроматиды. С этих пор появились представления о возможной многонитчатой организации митотических хромосом.

Первые электронномикроскопические исследования хромосом подтвердили эту возможность. Тот же X. Рис (Ris, 1955) на окра­ шенных по Фельгену и оттененных напыленным металлом препа­ ратах лептотенных и пахитенных хромосом лилий наблюдал многочисленные спирализованные тяжи до 250 А диаметром. Такую же организацию Рис видел и на срезах интерфазных ядер лилий. Кауфманн и Де (Kaufmann, De, 1956) на клетках

4*


100 Судьба компонентов ядра в митозе

Tradescantia увидели в ранней профазе несколько порядков про­ дольных спирально расположенных волокон. Согласно их данным, каждая хроматида подразделялась на две вторичные, или полухроматиды, и каждая из этих последних в свою очередь подразделя­ лась на более низкие порядки хромонемных пар.

Многонитчатость в организации была обнаружена также при изучении боковых петель мейотических хромосом типа ламповых щеток у амфибий (Lafontaine, Ris, 1958). Исследуя в электронном микроскопе выделенпые лептотенные хромосомы лилий, Рис (Ris, 1957) обнаружил в межхромомерных участках до 8 элементарных нитей, в боковых петлях хромосом типа ламповых щеток у Necturus их число доходило до 16. В связи с этим было высказано предположение, что хромосомы представляют собой пучок из мно­ гих элементарных нитей, общее число которых кратно двум.

Одновременно с Рисом такую же точку зрения высказали мно­ гие исследователи. Так, Кауфман и Мак-Дональд (Kaufmann, McDonald, 1956), исследуя серии фотографий и произведя по ним реконструкцию, обнаружили по крайней мере 64 вспомогательных (вторичных) нити в профазной хромосоме, которые, образуя пар­ ные пары, входят в состав хромонем.

Сходные взгляды высказываются в работе Шигенага (Shigenaga, 1956): хромосомы образованы спирально скрученными хромонемами; каждая хромонема состоит из двух взаимно спирализованных хромонем второго порядка, каждая из которых образована двумя спирализованными хромонемами третьего порядка. Автор доходит до нитей толщиной 100—200 А, являющихся хромонемами шестого порядка.

Другое объяснение миогонитчатости в структуре хромосом мож­ но получить из представления об иерархии спиралей. По мнению Амано и др. (Amano et al., 1956), хромосома состоит из целого ряда спирально закрученных протохромонем толщиной около 20—30 А. Протохромонема, спирализуясь, образует субхромонему (260—300 А), которая, в свою очередь, спирально скручиваясь, образует хромонему. Несколько хромонем, также взаимно пере­ виваясь, образуют хромосому. Аналогичные схемы приводятся в работе Бопп-Хассенкамп (Ropp-Hassenkamp, 1959).

Так или иначе большинство исследователей подтверждали многонитчатую организацию хромосом. Эти представления выли­ лись в хорошо известную схему организации хромосом по принци­ пу «спаривания пар» ее структурных элементов (Ris, 1957; Steffensen, 1960). По этой схеме каждая хромосома состоит из двух хроматид, каждая из которых состоит из двух полухроматид. Полухроматида содержит две фибриллы толщиной по 200 А каж­

дая; фибрилла состоит из двух нитей

диаметром около 100 А;

каждая нить даметром 100 А образуется

за счет спаривания двух

нуклеогистоновых молекул толщиной по 35—40 А. Следовательно,


V. Структура митотических хромосом

101

хромосома должна состоять по крайней мере из 32 элементарных нитей ДНП располагающихся вдоль хромосомы и организованных по типу скрученной веревки.

Хотя эти взгляды и представления ошеломляли своей слож­ ностью, они все же являлись лишь несколько усложненными ва­ риантами представлений о многонитчатой природе хромосом, изве­ стных цитологам уже с 30-х годов. Эти взгляды имели не только морфологические доказательства, они хорошо согласовывались с цитологическими и генетическими наблюдениями — такими, как полу- и четвертьхроматидные разрывы хромосом (Swanson et al., 1967), отдаленные по времени проявления хромосомных наруше­ ний и т. д. Однако они не могли объяснить такие процессы, как мутагенез и кроссинговер, так же как не могли ответить на многие вопросы о структуре хромосомы в целом. Поэтому, несмотря на подтверждение точки зрения сторонников многонитчатой органи­ зации хромосом (Ris, 1957; Kaufmann et al., 1960; Cole. 1962; Osgood et al., 1964), появились скептические высказывания в ад­ рес этой гипотезы (Moses, 1964; Hyde 1965), которые основыва­ лись также на фактическом материале, полученном без помощи электронного микроскопа.

Голл (Gall, 1955, 1963а) в своих работах по изучению мейотических хромосом типа ламповых щеток пришел к заключению, что боковые петли таких хромосом состоят из десппрализованной хро­ монемы, содержащей одну нить ДНП диаметром около 100 А. Тело Же профазной хромосомы составляют две хроматиды, каждая из ко­ торых представляет собой одиночную длинную молекулу пли цепь молекул ДНП. Эти молекулы ДНП спирализуются, что приводит к образованию конденсированных участков — хромомеров. На опре­ деленных участках каждая хроматида образует боковые петли за счет деспирализации хромомерных участков. Следовательно, каж­ дая анафазная хромосома — хроматида — должна быть образована одной длинной, непрерывной питью ДНП, заключающей в себе одну молекулу или цепь молекул ДНК. В пользу этих представле­ ний приводились наблюдения за динамикой ДНК-азного перевари­ вания таких хромосом (Gall, 1963а), на основе которых делались заключения, что боковая петля образована одной молекулой ДНК, а тело профазной хромосомы — двумя. По мнению Хэддла и Бодикота (Heddle, Bodycote, 1969), кинетика ДНК-азного переварива­ ния хромосом типа ламповых щеток более сложная, чем это считает Голл. Их результаты скорее говорят в пользу многонитчатости, чем однонитчатости этих хромосом. Представления Голла как будто бы подтверждались электронномикроскопическими наблюдениями Миллера (Miller, 1965), что осевым элементом петли является оди­ ночная молекула ДНК. Интересно, что в работе Сеппа (Sapp, 1966) приводятся данные, говорящие о том, что после переварива­ ния хромосом типа ламповых щеток трипсином и РНК-азой в