1.3. Ядро клетки

Ещё в XIX веке в ядре были обнаружены хромосомы - интенсив­но окрашивающиеся тельца, которые регулярно появляются во вре­мя клеточного деления или митоза. Позже стало известно, что хро­мосомы - это плотно упакованные в ядерные белки двойные спирали дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). У каждого вида животных обнаруживается постоянное число хромосом определённой формы и величины. У человека есть 23 пары гомологичных, т.е. соответствую­щих друг другу по определяющим признакам, хромосом. Одна из хромосом каждой пары унаследована от отца, другая - от матери. Поскольку все клетки организма происходят от одной оплодотворён­ной яйцеклетки, они имеют совершенно одинаковый набор хромо­сом вне зависимости от принадлежности клетки к той или другой ткани.

 

ДНК - это высокомолекулярный полимер, образованный соеди­нёнными друг с другом нуклеотидами, каждый из которых состоит из молекулы углевода D-2-дезоксирибозы, остатка фосфорной кисло­ты и одного из четырёх азотистых оснований: аденина, гуанина, цитозина и тимина. В 1953 году Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик (Watson J. & Crick F.) построили модель ДНК, которая состоит из двух длин­ных цепей, скрученных в виде спирали; при этом обращенные внутрь азотистые основания попарно соединены друг с другом водородной связью, причём аденин всегда соединён с тимином, а гуанин - с цитозином(рис. 1.4).

В определённой последовательности этих нуклеотидов заклю­чена вся генетическая информация ДНК: комбинация трёх следую­щих друг за другом нуклеотидов (она называется триплет или кодон) означает выбор одной из 20 существующих аминокислот для вклю­чения её в молекулу вновь синтезируемого белка. Каждый из четы­рёх нуклеотидов можно представить, как «букву генетического язы­ка», а триплет - как кодовое слово, из которых составляется более или менее длинная фраза. Она содержит полную инструкцию для синтеза какого-либо конкретного белка, а участок хромосомы, на ко­тором записана такая информация, получил название - ген. Каждый ген содержит также знаки препинания в виде т.н. инициирующих и терминирующих кодонов, которые определяют начало и конец счи­тывания генетической информации.

Существуют специальные механизмы экспрессии генов, т.е. вос­требования генетической информации. При возникновении потребности в каком-либо белке происходит деконденсация хромосомы, т.е. разуплотнение в том локусе (участке), где находится нужный ген. Двойная спираль ДНК в этом месте расходится, чтобы предоставить возможность для синтеза молекулы информационной рибонуклеи­новой кислоты (иРНК). Этот синтез - не что иное, как переписыва­ние генетической информации (транскрипция), причём транскрип­ция контролируется специальным ферментом. Когда же транскрип­ция завершится, разошедшиеся для неё нити ДНК вновь соединятся, как застёжка на молнии.

Образующаяся иРНК отличается от ДНК тем, что имеет лишь одну цепь, синтезируемую на нити ДНК, как на матрице. Кроме того, вместо D-2-дезоксирибозы она содержит другой углевод - рибозу, а вместо тимина другой нуклеотид - урацил. При синтезе иРНК аде-нин подстраивается напротив тимина ДНК, а заменяющий тимин урацил - напротив аденина ДНК. Цитозин располагается напротив гуанина и наоборот, а в результате в точности воспроизводится генетический код ДНК. Затем происходит редакция считанного материа­ла, которая заключается в вырезании не кодирующих последователь­ность аминокислот участков генома (они были нужны лишь для транс­крипции). Полученная в итоге молекула иРНК содержит всю инфор­мацию о синтезе нужного белка, сам же синтез произойдёт в другом месте, после того, как молекула иРНК уйдёт из ядра сквозь пору ядер­ной оболочки.

Таким образом, функция клеточного ядра связана с хранением генетической информации. При появлении запроса на какую-либо её часть информация копируется с ДНК на иРНК, которая уносит полу­ченную инструкцию для синтеза белка к месту такого синтеза. Дру­гая сторона деятельности клеточного ядра связана с его делением путём митоза. Этот вопрос здесь не рассматривается, поскольку сфор­мированные нервные клетки не делятся.

Описанный выше механизм извлечения генетической инфор­мации используется всегда, когда требуется заменить изношен­ные белковые молекулы, синтезировать вновь понадобившиеся ферменты, увеличить количество каких-либо рецепторов или структурных белков. Отдельные виды генов кодируют, например, образование больших молекул-предшественниц, из которых затем формируются т.н. нейропептиды, используемые нервными клетками для передачи информации другим клеткам. Все эти процес­сы усиливаются при формировании новых образцов поведения, т.е. при научении, когда образуются энграммы памяти (следы). Не удивительно, что в нервной ткани обнаружено около 200 000 раз­нообразных молекул иРНК, что в 10-20 раз больше, чем, напри­мер в печени или почках. С обилием используемой в нервной тка­ни генетической информации отчасти связано и многообразие клеточных типов нейронов. 1.4. Рибосомы

Маленькие тельца диаметром около 20-22 нм, не имеют собст­венной мембраны и содержат особую разновидность РНК, которая называется рибосомальной. После выхода из ядра молекулы иРНК к ней присоединяется несколько рибосом, в результате чего образует­ся полисома, на которой происходит синтез белка (рис. 1.5). Синтез заключается в том, чтобы собрать аминокислоты в определённой последовательности, закодированной триплетами иРНК. Каждую аминокислоту представляет для синтеза специфическая транспорт­ная РНК. На одном конце её молекулы есть участок для соединения с определённой аминокислотой, а на другом - антикодон, т.е. три нук-леотида, комплементарных (взаимно дополняющих) соответствую­щему кодону иРНК.

Перенос информации из генетического кода иРНК в аминокис­лотную последовательность белковой молекулы называется транс­ляцией. При этом рибосома перемещается по нити иРНК и одновре­менно с этим одна за другой, в нужной последовательности соединя­ются аминокислоты. Представив требующуюся аминокислоту, транс­портная РНК отделяется от неё и снова соединяется с такой же ами­нокислотой, найдя её в цитоплазме.

Некоторая часть рибосом и полисом находится поблизости от ядра в цитозоле - их называют свободными. Другая часть рибосом при­креплена к мембране эндоплазматического ретикулума. На свобод­ных рибосомах обычно синтезируются белки для цитозоля, микро­трубочек, микрофиламентов, т.е. для внутреннего использования, тогда как на связанных с эндоплазматическим ретикулумом рибосо­мах образуются белки, предназначенные для выделения из клетки, например, нейропептидные медиаторы.