Қысқаша дәрістер жинағы

   Клетка  ядросының негізгі қызметі ДНҚ молекуласында жүретін репликация (ДНҚ молекуласының екі еселенуі) және транскрипция процестерімен анықталады. Сонымен ядро аппаратының қызметі ДНҚ молекуласының осы екі маңызды қасиетіне; біріншіден, тұқым қуалау хабарынын, екі еселену және оның клеткадан клеткаға берілу екіншіден, ДНҚ молекуласында ДНҚ арқылы жүретін транскрипция процесіне бағынышты. Клетканың тіршілік циклі екі кезеңге бөлінеді: 1) бөліну кезеңі, онын нәтижесінде екі жас клетка пайда болады; 2) екі бөлінудің аралығындағы кезең, бұл интерфаза деп аталады. Осы екі кезенде ядро кұрылымында өте күрделі өзгерістер жүреді.

    Интерфаза кезінде клетканың ядросы: ядро қабықшасынан, ядро шырынынан (кариоплазма), ядрошықтан, хроматиннен тұрады. Ядро кабықшасы ядроны цитоплазмадан бөледі. Электронды микроскоппен ядро кабықшасының екі мембранадан (ішкі және сыртқы) кұралғаны әрі осы екі мембрананың арасында коймалжың затқа толы жұқа кеңістіктің бары байқалады. Бұл кеңістікті мембрана аралық кеңістік немесе перинуклеар кеңістігі деп атайды.

   Ядро  қабықшасының ішкі және сыртқы мембраналары үш қабаттан тұрады, осы белгілері клетканың сыртқы (плазматикалық) мембранасына немесе органоидтардың мембранасына үқсас.

   Ядро  қабықшасында көптеген порлар болады, олар арқылы ядродан цитоплазмаға және, керісінше, белоктар, көмірсулар, майлар, нуклеин қышқылдары, су және әр түрлі иондар өтеді, яғни ядро мен цитоплазманың арасында үздіксіз зат алмасу процестері жүріп жатады. Ядро қабықшасы - барлық организмдер, бактериялар мен көк-жасыл балдырлардан басқа, клеткаларының ядроларында міндетті түрде болатын құрылым.

   Ядро  шырыны - ядро қабықшасының  ішіндегі және  ядроның барлық қуысын толтырып тұратын қоймалжың зат. Оның құрамында белоктар, нуклеин қышқылдары мен көмірсулар болады.

   Ядрошық - домалақ келген тығыз денешік, оның мөлшері 1-2 мкм-ден 10 мкм-ге дейін және одан да көбірек шамаға өзгеруі мүмкін. Ядрошықтың құрамына РНҚ және белок енеді, РНҚ-синтезі жүреді. Клетка бөлінген кезде ол жойылып кетеді. Ядрошықта 70% цитоплазмалық РНҚ және 30% ядролық РНҚ синтезделеді.

   Өсімдіктер мен жануарлар клеткаларын тірі қалпында зерттегенде немесе бекітіп, бояп барып тексергенде олардың ядросының құрамында ұсақ түйіршікті, тығыз орналасқан заттарды — хроматинді байқауға болады. Бұл заттар өздеріне негізгі бояуларды жақсы сіңіреді, осыған қарап хроматиннің қышқылдық қасиеттерінің бары немесе ДНҚ мен белоктардың қосындысынан тұратыны анықталды. Хроматин ядро қабатына тақау немесе кариоплазмада біркелкі орналасады. Интерфаза кезінде хромосомалар тығыз денешіктер қалпына босаңқырайды. Егер хромосомалардың барлық бөлімдері бірдей босаңқы келсе, онда бұл аймақты шашыраңқы (диффузды) хроматин деп атайды, ал хромосомалардың барлық бөлімдері тығыз келсе, онда бұл аймақты тығыз— гетерохроматин деп атайды. Хроматиндердің осылай орналасуы синтетикалык, процестерге байланысты. Шашыраңқы (диффузды) хроматиндерде синтетикалық процестердің күшті жүретіні байқалған. РНҚ синтезі азайғанда хроматиндер тығыздалып гетерохроматинге айналады. Митоз процесінде хроматиндер тығыздалып, хромосомаға айналғанда ешқандай синтетикалық процесс жүрмейді.

   Сонымен хромосомдардың құрылымына қарай екі  күйін байқауға болады: біріншісі  — шашыраңқы (диффузды) күй, бұл ядродағы транскрипция және редупликация процесін көрсетеді, екіншісі — хроматиндердің тығыздалған күйі, мұнда, хромосомдар тек кана генетикалық материалдарды бөлу және оларды ұрпақтан-ұрпаққа беру қызметін атқарады.

   Хроматиннің химиялық құрамына негізінде ДНҚ, арнаулы  хроматин белогі — гистон және РНҚ  кіреді (олардың көлемі 1:1,3:0,2). Сонымен  хроматин өзінің химиялық құрамы жағынан ДНҚ мен белоктың күрделі қосылысы ДНП (дезоксинуклеопротеид) болып саналады.

   Хромосомалардың морфологиясын   митоздың метафаза кезеңінде жақсы тексеруге болады.   Өсімдіктер мен жануарлар клеткаларында  хромосомалар таяқша тәрізді, ұзынша келеді. Хромосоманың ең жіңішкерген жері бірінші үзбесі оны екі иыққа бөледі. Осыған байланысты хромосомаларды морфологиясына қарай 3 түрге ажыратады: метацентрлі,   субметацентрлі   және   акроцентрлі. Егер хромосомалардың екі иығы тең болса, онда оларды — метацентрлі, егер иықтары тең болмаса, субметацентрлі, ал бір иығы жетілмегендерін Хромосоманың бірінші үзбе аймағында центромера немесе кинотохор орналасады. Хромосомада   бір немесе екі,   кейде одан да көп   центромерлер болуы мүмкін.   Кинотохор жіңішке фибрилдер   арқылы хромосома  денешігімен   үзбе   аймағында    байланысып тұрады. Центромердің    құрылысы және қызметі толық зерттеле қойған жоқ, алайда бұл аймақта көп мөлшерде тубулин белогы жинақталады және центромерден ұршық жіпшелерін   түзетін   микротүтікшелер   шығады.   Митоз кезінде хромосомаларды полюстерге жылжытатын осылар.   Хромосомалардың   бірінші  үзбе   аймағында ДНҚ фибрилдері, ал хромосомалардың центромераға тақау орналасқан  аймағында  қосақ ДНҚ орналасады.  Олардың айырмашылығы ДНҚ молекуласында нуклеотидтердің   қайталанып   орналасуы жиі кездеседі.

   Кейбір  хромосомада екінші үзбе болады. Екінші үзбе хромосома денесінен алшақ  орналасады, кейде осы екінші үзбе аймағын ядрошық аймағы деп те атайды, өйткені осы орталықтан р-РНҚ  синтездейтін ДНҚ орналасады. Хромосомалардың иықтары теломерлермен аяқталады.

   Хромосомалардың   көлемі әр организмде  әр  түрлі  болады,  негізінде 0,2 мкм-нен 50 мкм-ге дейін барады. Адам хромосомасының ұзындығы 1,5—10 мкм, ал өте үсақ хромосомалар кейбір қарапайым организмдерде, қарапайымдарда, саңырауқұлақтарда, балдырларда кездеседі. Ал ең, үлкен хромосомалар жарғақ қанатты жәндіктерде, қосмекенділерде болады. Хромосомалардың саны әр организмде тұрақты болады. Мысалы, папоротник өсімдігінде хромосомалардың саны 50-ге, тұт ағашында 308, ал өзен шаянында 198 хромосома кездессе, адам клеткасында -10 хромосома болады. Ал ең аз хромосома (1 хромосома) аскариданың бір түрінде күрделі-гүлділер түкымдасының бір түрі Helopappus    gzacilie өсімдігінде не бары 4 хромосома (2 жұп). Сонымен белгілі бір организм түріндегі хромосома санының морфологиясының жиынтығын осы организмнің кариотипі деп атайды. Хромосомалардың құрылымдарын зерттеу үшін соңғы жылдары көптеген әдістер қолданылып жүр, солардың бірі әр түрлі бояулар арқылы хромосомаларды дифференциалау. Егер хромосомаларды флуорохром бояуымен бояп флуоресценция микроскопы арқылы қарағанда хромосомалардың ұзына бойында көлденең жолақты байқауға болады. (Р жолағы деп белгілейді). Р жолағын басқа да көптеген бояулармен анықтауға болады

   Дифференциалды  әдіс арқылы адам хромосомасыныц құрылысы зерттелді. Жай әдістермен боялғанда адам клеткасының 40 хромосомасын 7 топқа бөлуге болады (А, В, С, Д, Е, F, G, 18-сурет). Ең үлкен хромосомаларды (1, 2), кішірек хромосомаларды (19, 20) және акроцентрлі (13) хромосомаларды бір-бірінен жақсы ажыратуға болады. Бірақ та бұл әдіс ұқсас хромосомаларды ажыратуға мүмкіндік бермейді. Ал дифференциалды әдіспен әр хромосомалардың бір-бірінен айырмашылығы жақсы байқалады. Бұл әдіс арқылы қазіргі кезде адам хромосомасының картасы жасалып, гендердің хромосома бөлімдерінде орналасуы анықталды.

   Хромосоманың  гетерохроматин бөлімінің тығыз  орналасуына байланысты бояуларды  өзіне жақсы сіңіреді. Ал хромосоманың эухроматин бөлімі шашыраңқы бос  құрылымнан тұрады. Эухроматин хромосоманың активті бөлімі болып саналады, онда негізінде гендер кешені жинақталады.

   Көптеген  генетикалық, цитогенетикалық зерттеулерден  хромосоманың гетерохроматин аймағы эухроматин аймағына еніп, әсерін тигізетіні байқалды, бұл хромосомалардың қайта құрылуы арқылы жүзеге асады, яғни эухроматин аймағы тығыздалып олардың активтілігі жойылады. Гетерохроматин барлық уақытта да спиральданып тұрады. ДНП жіпшелері митоз және мейоз хромосомаларының негізгі құрамы болып саналады. Хромосоманың құрылысын толық түсіну үшін осы ДНП жіпшелерінің хромосома денесінде қалай орналасқанын білу шарт. Хромосомалардың кұрлысы 50-жылдардың орта кезінде әр түрлі әдістермен зерттелгені белгілі, алайда электронды микроскоп хромосоманың құрылысынан айтарлықтай жаңалық қоспады, ол ядроны да хромосоманы да дәл көрсете алмады. Соңғы жылдары хромосоманың құрлысын клеткадан бөліп барып тексеріп жүр. Осындай жолмен берілген хромосоманы зерттегенде ол негізінде бір ғана ДНП фибриллінен тұратыны анықталды. Осы фибриллдер ирелеңдеп барып әр түрлі ілмектер түзеді. Осы ілмектердің және иілістердің тығыз орналасуынан митоз хромосомасының денесі құрылады. Осыдан хромосомалар бір ғана иілген фибриллдерден құрылады деген модель шықты.

   Хромосома жіпшелерінің орналасу реті әрі оның қанша жіпшелерден тұратыны түсініксіз. Хромосоманың құрамындағы жіпше тәрізді кұрылымды хромонем (хроматин жіпшелері) деп атайды.

   Хромонем  хроматин материалының аралық заты болып  есептелетінін, әсіресе, митоздың профазасында хромосомалардың тығыздалуына немесе хромосоманың телофазада босаңсуына байланысты жақсы байқауға болады. Мұндай хромонемалар өсімдік және жануарлар клеткаларында  кездеседі.

   Сонымен өсімдіктер мен жануарлар клеткаларының  профазасының бастапқы кезеңінде хромосома  материалының тығыздалатыны және ДНП фибриллдерінен түзілген хромонем құрылымы хромосоманың күрделенуіндегі аралық заттың негізгі материалы болып табылатыны анықталды. Ал телофазада осыған қарама-қарсы процесс жүреді. Митоздың басқа фазаларында хромомемалар байқалмайды. Политен хромосомаларында хромомерлер өте айқын көрінеді, олар қатар орналасып политен дискілерін құруда негіз қалайды. Қорытып айтқанда, хромосоманың құрылысынан ДНҚ орналасуының, ДНП фибриллдерінің хромомерлі, хромонемді және хроматидті деңгейлерін байқауға болады. ДНҚ-ның тығыздалу деңгейлерінің күрделенуі арқылы митоз хромосоманың денесі құрылады.

   Қазіргі уақытта хромосома денесінде  ұзынша орналасқан элементтер жөнінде  әр түрлі деректер бар. Полинем гипотезасы хромосоманың денесі бір-бірімен спиральдана  орналасқан бірнеше ұзынша жіпшелерден тұрады десе, Унинем болжамы хромосоманың бойында ұзынша орналасқан бір құрылымның барын дәлелдейді.

   Унинем  болжамына қарсы пікірдегілер мұның  генетикалық  ұғымға қайшы келетіндігін айтты. Бұл теория хромосомадағы  субхроматид элементтері бірдей ме, егер бірдей болса, мұндай жағдайда ген мутациясы қалай жүреді, әр түрлі болса, кроссинговер процесімен, хромосомалардың бойында гендердің орналасу принциптерімен қалай байланыстыруға болады деген көптеген сұрақтарға жауап бере алмады. Эксперименттік әдістер унинем болжамында айтылған түжырымның растығын дәлелдеді. Мейоз хромосомасын ДНҚ-аза ферментімен бұзғанда бұл хромосоманың құрамында ДНҚ-ының бір ғапа молекуласының бары айқындалды. Сонымен марфологиялық және физика-химиялық әдістер арқылы дрозофильдің бір хромосомасында бір ғана ДНҚ молекуласының бары, яғни дрозофилдің хромосомы унинемді екені анықталды. 

6-7 дәрістер. Тақырыбы: “Клетка циклы. Соматикалық және жыныс клеткаларының бөлінуі” (4 сағат).

    Дәрістің  мақсаты: клетканың тіршілік циклы: синтез алды, синтез және синтезден кейінгі кезеңдер және митоз. Клетка тіршілігіндегі осы фазалардың маңызы. Прокариот клеткаларының бөлінуі. Эукариот клеткаларының бұрыс бөлінуі. Митоз кезеңдері, олардың ұзақтығы және сипаттамасы. Клетканың бөліну кезіндегі клетка органоидтарының тағдыры. Бөлініп жатқан клеткалар метаболизмі. Митоздың реттелуі. Клетканың тура бөлінуі (амитоз).

    Клетканың тура бөлінуі (мейоз). Мейоздың кезеңдері, олардың ұзақтығы және сипаттама. Хромосома  конъюгациясы, кроссинговер, хромосом санының редукциясы. Мейоздың биологиялық маңызы. Митоз бен мейоздың айырмашылығы. 

    Кілтті  сөздер: митоз, мейоз, амитоз.

   Клеткалар санының көбеюі негізінен клетканың  бөлінуінен басталады. Клетка бөлінер алдында хромосома және ДНК редупликациясы жүреді. Бұл қүбылыс прокариот және эукариот клеткаларына ұқсас. Клетканың екі бөліну аралығын клетка циклі деп атайды. Бұл аралық әр клеткада әр түрлі жүреді. Мысалы, бактерия клеткаларында 20—30 мин. Қарапайымдыларда бұл уақыт ұзақтау. Инфузория бір тәулікте 1 — 2 рет, амеба 1,5 тәулікте бір рет қана бөлінеді. Сонымен клетка циклінің ұзақтығы клеткалардың түріне және оны қоршаған ортасына, әсіресе, температураға байланысты.

   Көп клеткалы организмдер клеткаларының  бөліну қабілеттілігі әр түрлі болып  келеді. Жас эмбриональ организмнің клеткалары жылдам бөлінсе, есейген организм бұл қабілеттілігін жоғалтады. Адам организмінің барлық клеткалары бірдей бөлінбейді. Организмді жаңартып отыратын клеткалар (дәнекер ұлпаның клеткалары, қан, эпителии, жілік майының клеткалары, көк бауыр) тез бөлініп, өлген клеткалардың орнын басып отырады. Нерв клеткалары бөлінбейді. Клетканың өмір сүру ережесін түсінуде клетка циклін тереңірек білген абзал. Клетка циклі негізінен төрт бөлімнен тұрады: негізгі митоз (М), пресинтетикалық (G1), синтетикалық (S) және постсинтетикалық (G2)*G1, S, G2 бөлімдері — интерфаза кезеңі немесе клетканың бөлінуге дайындық кезеңі болып саналады. Пресинтетикалық (G1) кезеңде — клетка өседі және ДНҚ синтезіне дайындық жүреді. Клетка өскеннен кейін ғана бөліну процесі басталады. G1 кезеңінде ферменттер, РНҚ және белок синтезделеді. S — кезеңінде РНҚ синтезі күшеюіне байланысты ДНҚ-ның мөлшері көбейеді, ал G2— кезеңінде ДНҚ-ның көбею мөлшері өзінің деңгейіне жетеді. G2— кезеңінің аяк кезінде хромосомның тығыздалуына байланысты РНҚ синтезі азаяды да, ал митоз кезінде толық тоқталады.

   Көбею тірі организмдерге тән қасиет. Прокариот клеткалары күрделі аппарат құрмай-ақ қақ бөлінеді. Мұндай жағдайда ДНҚ молекуласы жас клеткаларға шамамен тең беріледі. Эукариот организмдері -митоз,  амитоз жолдары арқылы көбейеді.

    Клеткалардың  митоз жолымен  бөлінуі. Митоз 4 фазаға бөлінеді: профаза, метафаза, анафаза, телофаза. Осы фазалардың ұзақтығы әр клеткада әр түрлі жүреді

   Профаза. Интерфазаның G2 кезеңінен кейін профаза басталады. Профазаның бастапқы бөлімінде жіңішке жіпше тәрізді хромосомалар пайда болып, олар бірте-бірте тығыздалып, жуандап барып қысқарады. Бұл процесте хромосомалар спиральданып ширатыла бастайды. Профазаның орта бөлімінде әрбір хромосома шиыршықталған екі жіпшеден — хроматидтен тұрады. Хромосомалдардың тығыздалуына байланысты ядрошық жойылады. Сонымен қатар ядро қабаты және ядро порлары бұзылып, ұсақ фрагменттерге бөлінеді. Цитоплазмадағы түйіршікті эндоплазмалық тордың ыдырауына орай белок синтезі төмендейді. Профаза кезінде центрольдар полюстерге қарай тартылады. Екі полюстердегі центрольдердің аралығында жіңішке ұршық жіпшелері түзіледі. Кейбір жоғары сатыдағы өсімдіктер және қарапайымдыларда ұршық жіпшелері центрольдерсіз пайда болады. Профазаның аяқ жағында кариоплазма мен цитоплазма араласып кетеді.