Структурная иерархия и клеточный цикл
Основа наследственности — молекула ДНК. В соматических клетках человека находится диплоидный набор, состоящий из 46 молекул. ДНК соединяется со специализированными белками и образует дезоксирибонуклеопротеидный тяж — хроматиду.
Высшим уровнем организации является хромосома, состав которой динамичен и зависит от стадии клеточного цикла:
- В основной период жизни клетки: хромосома состоит только из одной хроматиды. До начала подготовки к делению понятия «хромосома» и «хроматида» тождественны.
- В период перед делением: происходит репликация — удвоение ДНК. Общее число хромосом остается неизменным (46), но каждая из них теперь включает две сестринские хроматиды. В итоге ядро содержит 46 хромосом и 92 молекулы ДНК. Клетка сохраняет диплоидный набор хромосом, но становится тетраплоидной по количеству ДНК.
Морфофункциональные состояния хромосом
Хромосомы чередуют две альтернативные формы в зависимости от активности клетки:
- Интерфазные хромосомы (в неделящейся клетке). Максимально деконденсированы и не различимы визуально. Несмотря на раскрученное состояние, их расположение в ядре строго упорядочено. Каждая хромосома индивидуально прикреплена к внутренней ядерной мембране за оба конца и промежуточные участки.
- Метафазные хромосомы (в процессе деления). Подвергаются резкой конденсации, укорачиваются и становятся четко видимыми в световой микроскоп. Именно на стадии метафазы хромосомы описывают в цитогенетическом исследовании для диагностики при медико-генетическом консультировании. Гомологичные хромосомы объединяют в пары, при этом 23-я пара определяет пол.
Структура и информационная функция ДНК
Ядерная ДНК имеет форму двойной спирали, состоящей из двух полинуклеотидных цепей. Они прочно удерживаются благодаря комплементарности азотистых оснований: аденин (А) всегда связан с тимином (Т), а гуанин (Г) — с цитозином (Ц). Это взаимное дополнение гарантирует максимально плотную упаковку цепей.
ДНК кодирует первичную структуру белков, транспортных и рибосомных РНК, а также программу онтогенеза. Поток информации для синтеза белка проходит три этапа:
- Транскрипция: синтез пре-мРНК на матрице ДНК в ядре.
- Процессинг и транспорт: созревание мРНК и ее перенос в цитоплазму.
- Трансляция: сборка полипептидной цепи на рибосомах согласно триплетам мРНК.
Химический нюанс: в молекулах РНК тимин (Т) всегда заменяется на урацил (У).
Биологические барьеры клонирования
Поскольку ядро любой соматической клетки содержит всю генетическую информацию организма, оно теоретически пригодно для создания клонов. Однако на практике возникает проблема, связанная с гипотезой старения генома.
Линии соматических клеток не проходят через мейоз. Считается, что именно в мейозе (в половых клетках) геном «омолаживается» за счет процессов сверхрепарации ДНК и строгого отбора хромосом. Соматические клетки накапливают мутации и возрастные изменения. В результате клоны, полученные из таких ядер (как овечка Долли), с рождения несут «возрастной груз» донора, что снижает их жизнеспособность.
Золотое правило количественных соотношений: «1 молекула ДНК = 1 хроматида». Это правило неизменно. Равенство «1 хромосома = 1 молекула ДНК» справедливо только для неделящейся клетки до момента репликации.
Вопросы с занятий и экзамена
В чем отличие хромосомы от хроматиды?
Хроматида — это одна молекула ДНК с ассоциированными белками. Хромосома — это высшая структурная единица, которая может состоять из одной или двух хроматид в зависимости от этапа жизненного цикла клетки.
Изменяется ли число хромосом после репликации ДНК?
Нет, количество хромосом в соматической клетке человека остается равным 46. Увеличивается лишь количество ДНК (создаются сестринские хроматиды), из-за чего клетка становится тетраплоидной по ДНК.
Почему при окраске по Фельгену ядрышки остаются светлыми?
Метод Фельгена специфически выявляет ДНК, окрашивая ядро в вишневый цвет. В ядрышках концентрация ДНК крайне низкая (в основном там находятся РНК и белки), поэтому они не прокрашиваются.
Что ещё разобрать по теме
- Механизмы репарации ДНК и их роль в поддержании стабильности генома
- Процессинг матричной РНК и ее транспорт из ядра в цитоплазму
- Виды РНК (транспортные, рибосомные) и их функции
- Топология крепления интерфазных хромосом к ядерной мембране
- Особенности перестройки генома в зрелых лимфоцитах
Разберите тему целиком в курсе «Гистология»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Организация наследственного материала» и ещё 3 438 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 137 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Ядро клетки. Деление клетки»
Бесплатные видеоуроки: гистологияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.