Главное отличие стереоскопического микроскопа от микроскопа с плоским двухмерным изображением заключается в принципе построения оптической схемы для наблюдения объекта двумя глазами. Изображение формируется на основе бинокулярного зрения, позволяющего воспринимать объект в трёхмерном пространстве. Для получения трёхмерной геометрической проекции изображения оптическая схема стереоскопического микроскопа (схема по Грену или схема по Аббе) позволяет изучать объект под двумя разными углами, где каждый угол формирует свой поток света, свою ветвь наблюдения в одном и том же поле зрения. Для получения прямого действительного изображения объекта в оптическую схему микроскопа также включены оборачивающие призменные или линзовые системы.
Таблица 1-2. Сравнительные характеристики прямого светооптического и стереоскопического микроскопов
Параметр |
Микроскоп с |
Микроскоп с объёмным |
|
плоским |
стереоскопическим изображением |
|
двухмерным |
|
|
изображением |
|
Увеличение, |
12х/1500х |
2,5х/300х |
min/max |
|
|
|
|
|
Диаметр поля |
до 10 мм |
до 44 мм; |
зрения |
|
с дополнительными насадками до 80 мм |
Фокусное |
до 50 мм |
до 100 мм; |
расстояние |
|
с дополнительными насадками до 600 мм |
Хранение генетической информации в эукариотической клетке
К надцарству (домену) эукариот принадлежат животные, растения и грибы, клетки которых в отличии от прокариот (надцарство безъядерных клеток — бактерии и археи.) имеют ядро. Ядро содержит наследственную информацию, закодированную в молекуле ДНК. В ядре происходит удвоение (репликация) молекул ДНК при делении клетки (митозе и мейозе) и синтез (транскрипция) информационной РНК на молекуле ДНК. Синтез рибосомальной РНК и образование субъединиц
рибосом происходит в специализированной структуре ядра ядрышке.
Ядро (nucleus) самая крупная органелла эукариотической клетки диаметром от 3 до 10 мкм. Ядро может быть различной формы (например, округлое, овальное, палочковидное, бобовидное, сегментированное). Как правило, клетка имеет одно ядро, однако встречаются двуядерные (клетки
печени) и многоядерные клетки (остеокласты макрофаги костной ткани), а также многоядерные структуры (поперечно-полосатое скелетное мышечное волокно). Эритроциты млекопитающих в ходе эволюции утратили ядро.
Ядро состоит из хроматина, ядрышка и нуклеоплазмы, окружённых ядерной оболочкой.
Хроматин
Термином «хроматин» обозначают комплекс ядерной двуцепочечной ДНК с белками (гистоны, негистоновые белки). Хроматин представлен хроматиновыми волокнами диаметром 11 нм, состоящими из сферических структурных единиц — нуклеосом (рис. 1-2). Гистоны (H2A, H2B, H3 и H4) в составе нуклеосом содержат большое количество положительно заряженных аминокислот аргинина и лизина, что увеличивает аффиность гистонов к отрицательно заряженной ДНК. Соотношение ДНК и белков в хроматине составляет 1:1. Различают гетеро- и эухроматин.
8
Рис. 1-2. Организация хроматина. В неконденсированном хроматине двойная спираль ДНК лежит на поверхности октамера гистонов (две копии гистонов H2A, H2B, H3 и H4), образуя нуклесомы. Нуклеосомы, разделённые интервалами в 200 пар оснований, формируют хроматиновые волокна диаметром 11 нм. В конденсированном хроматине дополнительно присутствует гистон H1, соединяющий нуклеосомы с образованием хроматиновых волокон диаметром 30 нм. Во время митоза хроматин полностью конденсируется, формируя видимые хромосомы [из: Widnell C.C., Pfeninger K.H., 1990 и Trifonov E.N., 1981].
•Гетерохроматин — транскрипционно неактивный, конденсированный хроматин интерфазного ядра. При световой микроскопии выявляется в виде базофильных глыбок, на электронограммах — как скопление плотных гранул. Располагается преимущественно по периферии ядра и вокруг ядрышек, составляет 10% от общего хроматина. Типичный пример гетерохроматина — тельце Барра. Во всех соматических клетках генетически женского организма одна из X-хромосом инактивирована и известна как половой хроматин (тельце Барра).
•Эухроматин — менее конденсированная (диспергированная) часть хроматина, локализуется в более светлых участках ядра между гетерохроматином. Эухроматин составляет 90% от общего хроматина, где 10% транскрипционно активная часть и 80% неактивная.
9
Хранение и реализация генетической информации (транскрипция → процессинг → трансляция → посттрансляционная модификация), а также ряд других функций ядра происходят при участии ДНК и разных видов РНК.
ДНК
Молекула ДНК построена из двух (смысловой и антисмысловой) полинуклеотидных цепей, кодирующих ядерный геном клетки (рис. 1-3). ДНК служит матрицей для синтеза РНК.
Рис. 1-3. Молекула ДНК. Ковалентные фосфодиэфирные связи соединяют 5’-атом углерода одного нуклеотида с 3’- атомом углерода следующего нуклеотида, образуя полинуклеотидную цепь. По правилу Уотсона–Крика (комплементарного спаривания нуклеотидов) две антипараллельные цепи полинуклеотидов соединены водородными связями в парах A–T и G–C.
•Нуклеотиды — фосфатные эфиры нуклеозидов. Нуклеозиды — N-гликозильные производные (N-гликозиды) разных азотистых оснований (пурины, пиримидины), содержащих дезоксирибозу или рибозу (в молекуле РНК).
•Пуриновые основания — аденин (A) и гуанин (G).
•Пиримидиновые основания — цитозин (C), тимин (T) и урацил (U), присутствующий только в молекуле РНК.
•Полинуклеотидная цепь. При помощи фосфодиэфирных связей нуклеотиды образуют полинуклеотидную цепь, при этом ковалентные фосфодиэфирные связи соединяют 5’-атом углерода одного нуклеотида с 3’-атомом углерода следующего нуклеотида цепи. Последовательность нуклеотидов в цепи кодирует наследственную информацию.
•Двойная спираль ДНК. Две антипараллельные (5’-конец одной цепи располагается напротив 3’-конца) комплементарные цепи полинуклеотидов, соединённые водородными связями в
10
парах A–T и G–C, образуют двухцепочечную молекулу ДНК. Молекула ДНК спирально закручена вокруг своей оси. На один виток ДНК приходится приблизительно 10 пар оснований.
•Смысловая цепь ДНК кодирует информацию о первичной структуре белка и РНК (тРНК, рРНК, интерферирующей РНК).
•Антисмысловая цепь служит матрицей для синтеза РНК, по сути, являющейся копией смысловой цепи ДНК.
Ядерная ДНК содержит гены — специфические последовательности нуклеотидов, несущие информацию о белках и РНК. Гены человека занимают всего 3% от всей ДНК; более 90% ДНК выполняет регуляторную функцию. Количество генов, обнаруженных в геноме человека, составляет примерно 22500, из них 21000 — белок-кодирующие гены.
Ядрышко
Ядрышко (nucleolus) — округлой формы тельце диметром 1—5 мкм. Оно не является самостоятельной органеллой; это компактная структура в ядре интерфазных клеток, содержащая петли ДНК 13, 14, 15, 21 и 22 хромосом (рис. 1-4). Плотный фибриллярный компонент (pars fibrosa) состоит из транскрипционно активных участков ДНК. Гранулярный компонент (pars granulosa) содержит зрелые предшественники рибосомных субъединиц (СЕ). Основные функции ядрышка — синтез рРНК (транскрипция и процессинг рРНК) и образование СЕ рибосом. В клетке может быть 1– 5 ядрышек.
При помощи РНК-полимеразы I на ДНК-матрице синтезируется 45S-предшественник рРНК. Далее 45S-предшественник рРНК взаимодействует с рибосомными белками с последующим разделением на 28S, 18S и 5,8S рРНК. Рибонуклеопротеины, содержащие 28S и 5,8S рРНК, затем объединяются с 5S РНК, синтезирующейся вне ядрышка, и образуют большую СЕ рибосомы. Рибонуклеопротеины, содержащие 18S рРНК, формируют малую СЕ рибосомы.
11