Генетический органелл

Ядро бактериальной клетки. Примерно 1—2% веса сухой массы микроорганизмов приходится на ДНК, в которой заложена генетическая информация организма. У большинства микроорганизмов имеются области (или несколько областей), в которой сконцентрировано основное количество ДНК, имеющие определенную структуру (или органеллу) и называющиеся ядром. Ядро (или ядерное вещество) связано с цитоплазматической мембраной, независимо от того, окружено оно элементарными мембранами (как у амебы) или не имеет их (как у бактерий и сине-зеленых водорослей). Ядерное вещество активизируется в период размножения н ири наступлении возрастных изменений, связанных со старением клетки. [c.250]

В принципе та же ситуация в живой природе. Все биосистемы имеют клеточную организацию с однотипным строением клеток, органелл, генетического аппарата и т.д. У всех видов животных и растений гены построены из одних и тех же четырех нуклеотидов, а белки - из одних и тех же двадцати аминокислот. В процессе дивергентного эволюционного развития совершенствование и усложнение биосистем происходит путем дифференциации и объединения уже существовавших структур с образованием новых связей, т.е. путем добавления и комбинирования, а не кардинальной переделки прежней структурной организации. Таким образом, наличие у природы структурной организации сделало возможным появление научного мышления. "Представим себе, - писал К.А. Тимирязев в 1920 г., - что бы было, если бы вместо наших 60 элементов, их существовало бы 60 млрд. Каждый камень представлялся бы нам чем-то совершенно новым, все известное нам об остальном было бы нам не в прок... А каково было бы положение биологии, если бы существовали бы только неделимые особи, не было бы видов, дети не походили бы на родителей" [10. С. 11]. [c.20]

Мембранные бислои защищают клетку и внутренние органеллы от внешних компонентов, препятствующих их диффузионному действию. Кроме того, они служат в качестве специального растворителя для других ключевых компонентов, включающих специализированные мембранные протеины, связанные с транспортом и переносом генетического материала и энергии, протеины ионных каналов, а также рецепторные протеины. Схема бислойной мембраны приведена на рис. 5.28. [c.179]

Репликация, транскрипция и трансляция ядерного генома. У эукариот генетическая информация, содержащаяся в ядре, распределена между хромосомами. Каждая хромосома — это нитевидная структура, содержащая ДНК, основные белки особого типа, называемые гистонами и группу негистоновых белков, которые, вероятно, играют какую-то роль в регулировании функции генов. В неделящемся, или интерфазном, ядре каждая хромосома сильно выгнута и имеет толщину всего 20-30 нм поэтому ее нельзя увидеть с помощью светового микроскопа. Интерфазное ядро содержит ядрышко — органеллу, богатую РНК и связанную со специфическим участком хромосомы — ядрышковым организатором. Ядрышковый организатор содержит множество копий генов, определяющих структуру рибосомальных РНК ядрышко служит местом синтеза высокомолекулярного РНК-предшественника, из которого затем путем расщепления образуются основные типы молекул РНК, входящих в состав цитоплазматических рибосом. Эти РНК, а также матричные РНК, синтезируемые в других участках хромосом, выходят через ядерные поры в цитоплазму, где происходит сборка рибосом и синтезируется основная масса клеточного белка. [c.48]

Рибосомы осуществляют синтез белков Эндоплазматическая сеть служит (помимо прочих функций) для транспортировки веществ Митохондрии ведают клеточным дыханием Диктиосомы (помимо прочих функций) синтезируют материал клеточной оболочки Хлоропласты — органеллы фотосинтеза Клеточное ядро — носитель генетической информации [c.252]

Возникновение генетической инженерии связано прежде всего с развитием молекулярной биологии. Исследования, проведенные в этой области за последние десятилетия, позволили перейти от описания структуры и функции клеток на уровне органелл к установлению молекулярных механизмов протекающих в них процессов. [c.23]

Однако работы по переносу чужеродных органелл и ДНК только начинают развиваться. В целом использование изолированных протопластов в генетической реконструкции клетки, как видим, открывает перспективы перед клеточной селекцией. [c.159]

Соматическая гибридизация — процесс вовлечения в генетическую рекомбинацию хромосомы и гены ядра и органелл вне сексуального цикла, например, путем слияния изолированных протопластов. Приводит к появлению гибридных клеточных линий и соматических гибридов растений. [c.467]

Примером, показывающим, что представление о клеточном ядре как о единственном месте транскрипции в клетке в действительности верно лишь в первом приближении, могут послужить такие цитоплазматические органеллы, как митохондрии (фиг. 20 и 250). В клетках эукариотов именно в митохондриях локализованы основные реакции энергетического метаболизма, такие, как цикл лимонной кислоты и окислительное фосфорилирование (см. гл. П1). Обсуждение деталей строения и функции митохондрий выходит далеко за пределы задач данной книги. Поэтому мы отметим лишь, что митохондрии долгое время рассматривались как самовоспроизводящиеся элементы, обеспечивающие свою собственную генетическую непрерывность. [c.510]

Когда стало ясно, что в этом процессе участвуют истинные генетические механизмы, для описания расположения соответствующих генов стали использовать термин цитоплазматическая наследственность. Однако мы не будем использовать этот термин, поскольку важно отличать процессы, происходящие в цитоплазме вообще, от процессов в специфических органеллах. Для генов, расположенных вне ядра, лучше использовать термин вне-ядерный, оставляя открытым в каждом конкретном случае вопрос о том, в какой органелле заключены гены (если они заключены в какой-либо органелле). Это позволяет использовать термин цитоплазматический синтез белка для описания конечной стадии экспрессии ядерных генов, тогда как гены органеллы транскрибируются и транслируются в той же самой органелле, в которой они расположены. [c.281]

В какой степени генетическая информация, заключенная в органелле, представлена в зиготе, зависит от относительного вклада каждого из родителей или от различной степени стабильности генетической информации (или и от того и от другого). Этим она резко отличается от генетической информации, заключенной в ядре, в равной степени наследуемой от каждого из родителей. [c.281]

Генетические системы ядра и органелл должны координировать свое участие в построении митохондрий и хлоропластов. Общий контроль, несомненно, осуществляется ядром, поскольку у мутантов с блокированным синтезом белка в органеллах митохондрии и хлоропласты образуются в нормальных количествах, хотя и с нарушенной функцией В некоторых из таких функционально дефектных органелл продолжается синтез ДНК и частично РНК, из чего следует, что все необходимые для этих процессов белки кодируются ядерными генами. [c.496]

Хотя главная роль и принадлежит ядру, есть данные о том, что взаимодействие генетических систем ядра и митохондрий происходит в обоих направлениях. Например, если в интактной клетке блокировать митохондриальный синтез белка, то будет наблюдаться повышенное образование переносимых в органелл> ферментов, участвующих в синтезе митохондриальных ДНК. РНК и белков, как будто клетка пытается преодолеть эту блокаду. Природу сигнала, посылаемого от митохондрий к ядру, еще предстоит выяснить. [c.497]

Митохондрии и хлоропласты генетически полуавтономны и окружены, как мы увидим, двойными мембранами. Но надо признать, что еще не существует естественной и по-настоящему удовлетворительной терминологии для органелл, которая позволила бы ясно отделять структуры прокариотов от структур эукариотов. [c.177]

За несколько последних десятилетий биологам удалось составить себе довольно полное представление о структуре, химизме и функциях важнейших клеточных органелл. Самая крупная органелла клетки — ядро (см. рис. 2.3), Это сферическое тело диаметром 5—10 мкм содержит большую часть генетической информации клетки, закодированной в виде длинных нитей сложного химического соединения — дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). ДНК присутствует в клетке в составе хроматина — сложного вещества, состоящего в основном из от- [c.32]

Молекулы ДНК в хромосомах представляют собой линейные полимеры, построенные из четырех типов нуклеотидов. Порядок расположения нуклеотидов в цепи ДНК определяет генетическую информацию, которую несет эта цепь. Наследственность у растения зависит, таким образом, по существу от расположения нуклеотидов в молекулах ДНК, находящихся в хромосомах ядра и в некоторых других клеточных органеллах, а именно в хлоропластах и митохондриях. Одну из самых увлекательных глав современной биохимии составляет история открытия механизма, посредством которого информация, заключенная в молекулах ДНК, транскрибируется с образованием родственного ДНК соединения —РНК рибонуклеиновой кислоты), а затем информация РНК в свою очередь транслируется и таким путем определяет природу вновь синтезируемых белков. Поскольку этот процесс имеет решающее значение для клеточной структуры и функции, мы здесь опишем его довольно подробно, хотя многое в этой области стало уже общеизвестным даже среди неспециалистов. [c.36]

Фосфор служит главным образом структурным компонентом нуклеиновых кислот, ДНК и РНК, и входит в состав фосфолипидов— жироподобных веществ, которые играют существенную роль в структуре мембран. Поэтому недостаток фосфора представляет большую опасность для растений, предотвращая образование нового генетического материала в ядре и цитоплазме, а также формирование новых мембран вокруг клетки и ее различных органелл. Фосфор непосредственно участвует во всех этапах переноса энергии в клетке, поскольку АТР и его аналоги состоят из трех фосфатов, связанных с нуклеозидом. [c.210]

После того как синтез аминоацил-тРНК завершен, аминокислота больше не участвует в узнавании. Специфичность определяется полинуклеотидной частью молекулы тРНК путем взаимодействия с генетической матрицей (мРНК), а также с другой поверхностью, на которой происходит белковый синтез,— клеточной органеллой, называемой рибосомой. [c.57]

Биосинтез белков в клетках листьев зависит от экспрессии генетической информации трех различных геномов ядра, хлоропластов и митохондрий. Эта генетическая информация проявляется через три генетические системы, включающие ДНК, ДНК-полимеразу, РНК-полимеразу и аппарат белкового синтеза (рибосомы, транспортные РНК, ферментный набор...). Ядерные гены подчиняются закону двуродительского наследования, тогда как гены органелл имеют исключительно материнское наследование. Именно эти носители генетической информации с их собственными законами передачи определяют структуру и свойства белков листьев, а также содержание в них белков, липидов, волокон и т. п. Более подробные сведения о передаче и проявлении генетической информации в хлоропластах можно получить из литературных источников [25, 27, 1П , как и по тем же вопросам применительно к митохондриям [67]. [c.237]

У животных меланины обычно содержатся в особых органеллах и специфических клетках, так что, скорее всего, регуляторный механизм контролирует процесс дифференциации и образования этих клеток и органелл, а не биосинтез меланинов непосредственно. Конечно, в основном синтез и отложение меланинов, обусловливающие внешнюю окраску или характер ее распределения у животного, находятся под генетическим контролем. Так, люди негроидной расы имеют черную кожу вне зависимости от окружающей среды. Однако факторы среды и сезонные изменения также могут быть чрезвычайно важными. Известно, например, несколько примеров стимуляции меланогенеза низкими температурами или такими факторами, как влажность и роение (у пчел). [c.275]

Ядро является самой большой внутриклеточной органеллой и, несомненно, самой значимой, так как в ней локализован генетический материал клетки. Ядро ограничено двухслойной мембраной, пронизанной большим числом ядерных пор, которые совместно с ядерными рецепторами являются основным инструментом ядерно-цитоплазмен-ных взаимоотношений. В ядре имеется сферическое образование, так называемое ядрышко. Форма его лабильна и может изменяться в процессе функционирования клетки. В некоторых клетках локализовано два и более ядрышек. Этот ло-кус ядра является хранилищем РНК, которая затем транспортируется в цитоплазму. Остальную часть ядра занимает хроматин, состоящий из ДНК, белка и небольшого количества РНК. В ядре локализовано более 90% всей клеточной ДНК, образующей комплекс с ядерными белками. [c.12]

Репликация, транскрипция и трансляция геномов органелл. В хлоропластах и митохондриях ДНК представлена небольшими двухцепочечными молекулами, обычно кольцевыми, и не связана с гистонами. Таким образом, генетическая информация органелл содержится в структурах, весьма сходных с хромосомами прокариот, хотя и значительно меньших по размерам. В каждой органелле имеется множество копий ДНК (до 40—50 в некоторых хлоропластах). Кроме того, хлоропласты и митохондрии содержат аппарат транскрипции и трансляции, включая специфические для органелл рибосомы, которые меньше цитоплазматических 808-рибосом и близки по величине к 708-рибосо-мам прокариот. Синтез белка в органеллах ингибируется хлорам нико-лом и некоторыми другими антибиотиками, подавляющими этот процесс и у прокариот, но не влияющими на синтез белка в цитоплазме эукариотической клетки. Таким образом, хлоропласты и митохондрии обнаруживают ряд важных черт фундаментального сходства с прокариотическими клетками. Митохондрии обладают еще одной особенностью, характерной для клеток, но не для других компонентов клетки они образуются путем деления предсуществующих органелл. Это продемонстрировано также в отношении многих типов хлоропластов у водорослей. У высших растений зрелые хлоропласты развиваются из более простых структур — пропластид на стадии пропластид и происходит воспроизводство этих органелл. [c.49]

Хотя молекулы, играющие роль строительных блоков, очень малы по сравнению с клетками и органеллами, они могут влиять на форму и функции этих гораздо более крупньк структур. Так, при генетическом заболевании человека-сериовмднок леточ ной анемии в эритроцитах больных обнаруживаются дефектные молекулы гемоглобина, осуществляющего перенос кислорода. Это обусловлено тем, что при синтезе молекул гемоглобина, состоящих почти из 600 аминокислотньЕС остатков, два из них заменяются на другие. Столь незначительное структурное изменение крошечного участка молекулы гемоглобина приводит [c.72]

Как клеточная, так и вирусная ДНК существуют в природе в виде длинных неразветвленных полинуклеотидных цепей дезоксинуклеозидных мономеров, связанных 3 , 5-фос-фодиэфирными связями. Хромосомная ДНК находится в клет ках всегда в виде двойной спирали, т.е. двух цепей, удерживаемых вместе водородными связями между комплементарными основаниями аденин тимин (А-Т ) и гуанин цитозин (G С ). Комплементарность, по-видимому, полная, так что любой последовательности оснований одной цепи точно соответствует последовательность другой цепи. Это, вероят но, справедливо в отношении не только хромосомной ДНК, но и ДНК других клеточных органелл, таких, как митохондрии, хлоропласты и центриоли. Эти цитоплазматические генетические детерминанты содержат двуспиральную ДНК, которая, по—видимому, функционирует, подобно хромосомной ДНК, но в значительной мере независимо от ядра. [c.32]

Процесс деления бактериальной клетки начинается с репликации хромосомной ДНК. В точке прикрепления хромосомы к цито-плазматическбй мембране (точке-репликаторе) действует белок-инициатор, который вызывает разрыв кольца хромосомы, и далее идет деспирализация ее нитей. Нити раскручиваются, и вторая нить прикрепляется к цитоплазматической мембране в точке-прорепликаторе, которая диаметрально противоположна точке-репликатору. За счет ДНК-полимераз по матрице каждой нити достраивается точная ее копия. Удвоение генетического материала — сигнал для удвоения числа органелл. В септальных мезосо-мах идет построение перегородки, делящей клетку пополам. [c.13]

Сейчас генетическая инженерия позволяет вводить в ядерный anna-i рат реципиента не только отдельные новые гены и регуляторные после довательности, исходно не присущие данному организму, но и получать новые формы организмов, путем введения целых хромосом, отдельных органелл или слияния двух клеток. [c.24]

Вопрос о том, какая из родительских органелл является носителем определенного генетического признака, нетривиален. Поскольку известно, что единственная органелла в клетках высших животных, содержащая ДНК,-это митохондрия, то, вероятно, она и служит единственным хранилищем внеядерного генетического материала. Однако у растений и у некоторых одноклеточных эукариот имеются и хлоропласты, и митохондрии. И опять-таки это единственные органеллы, о которых известно, что они содержат ДНК вероятно (хотя и не доказано), гены, кодирующие признаки, подчиняющиеся неменделевскому наследованию, располагаются в одной из этих органелл. Однако может быть не ясно, в какой именно из этих органелл локализован опреде- [c.281]

Предпосылкой для рекомбинации служит одновременное присутствие геномов двух родителей-условие, не выполняющееся при преобладании однородительского наследования генетического материала. Но, поскольку существуют примеры, когда потомству передаются геномы обеих родительских органелл, сразу возникает вопрос как они могут взаимодействовать между собой Возможна ли комплементация различных мутаций может ли происходить рекомбинация между геномами Для комплементации необходимо перемешивание продуктов экспрессии генов для рекомбинации требуется расположение двух геномов физически рядом друг с другом. Оба требования несколько противоречат устоявшемуся взгляду на индивидуальную органеллу, который мог возникнуть на основе представления об эндогенной экспрессии генов органеллы как о процессе, строго ограниченном ее пределами. Однако (по меньшей мере у одного из видов организмов) может происходить рекомбинация хлоропластных ДНК а у другого вида между митохондриальными геномами может происходить и комплементация, и рекомбинация. [c.287]

У дрожжей проходит несколько часов от момента образования зиготы до осуществления рекомбинации. Однако во время этого промежуточного периода можно обнаружить комплементацию между различными мутациями. Это предоставляет уникальную возможность определения генетической организации генома органеллы, поскольку мутации могут быть картированы и в то же время отнесены к определенным группам комплементации. (Аналогичный подход также оказался успешным в случае хлоропластов С. reinhardii.) [c.287]

В биосинтезе белков митохондрий и хлоропластов участвуют две различные генетические системы Хотя больщая часть этих белков кодируется ядерной ДПК и переходш в органеллу после того, как они были синтезированы на рибосомах цитозоля, некоторые белки кодируются собственной ДПК органеллы и синтезируются на рибосомах внутри самой органеллы. Видимо, перенос белков осуществляется только в одном направлении - из цитозоля в органеллы во всяком случае такие белки, которые переходили бы в цитозоль из митохондрий или хлоропластов, не известны. [c.485]

Участие двух генетических систем в образовании митохондрий и хлоропластов довольно точно согласовано (разд. 7.5.12). Однако эта согласованность не абсолютна, и изолированные органеллы продолжают некоторое время синтезировать в пробирке ДНК, РНК и белки, что позволяет установить, какие белки кодируются ДНК самой органеллы, а какие ядерной ДНК Другой подход состоит в изучении действия специфических ингибиторов на интактную клетку. Например, циклогексимид ингибирует белковый синтез в нитозоле. но не влияет на синтез белка в митохондриях и хлоропластах. Некоторые другие антибиотики, такие как хлорамфеникол, тетрациклин и эритромицин, наоборот, подавляют синтез белка в энергетических органеллах, но не оказывают заметного влияния на его синтез в цитозоле (рис. 7-64). Подобные ингибиторы широко используются для изучения функций митохондрий и хлоропластов. [c.486]

Как уже говорилось в гл. 1, прокариотический характер генетической системы органелл, особенно ярко выраженный у хлоропластов, позволяет предполагать, что митохондрии и хлоропласты произошли от бактерий, некогда поглощенных путем эндоцитоза Согласно этой эндосимбиотической гипотезе, клетки эукариот в начале своего эволюционного пути были анаэробными организмами без митохондрий и хлоропластов, а затем вступили в прочный симбиоз с бактериями и приспособили их систему окислительного фосфорилирования для своих нужд (рис. 7-74) Полагают, что событие, приведшее к появлению митохондрий, произошло 1,5 млрд. лет назад, когда в атмосферу поступило значительное количество кислорода, еще до разделения линий животных и растений (см. рис. 7-61). Вероятно, хлоропласты растений и водорослей появились позднее в результате другого эндосимбиоза, когда клеткой были захвачены фотосинтезирующие бактерии, выделяющие молекулярный кислород. Обычно предполагают, что произошло по меньшей мере три независимых события этого рода, так как тогда можно было бы объяснить различие пигментов и других особенностей у современных высших растений и у зеленых, бурых и красных водорослей (см. рис. 7-62). [c.499]

Почему митохондриям и хлоропластам необходима собственная генетическая система, тогда как другие органеллы, например пероксисомы и лизосомы, ее не имеют Этот вопрос совсем не тривиален, так как поддержание отдельной генетической системы дорого обходится клетке специально для этих целей в ядерном геноме должно быть закодировано более 90 белков, в том числе много рибосомных белков, аминоациал-тРПК-синтетазы, ДНК- и РНК-полимеразы, ферменты процессинга и модификации РНК (рис. 7-75). Большинство изученных белков из митохондрий и хлоропластов отличаются по аминокислотной последовательности от своих аналогов из других частей клетки, и есть основание полагать, что в этих органеллах сравнительно мало таких белков, которые могли бы встретиться еще где-нибудь. Это означает, что только для поддержания генетической системы каждого вида энергетических органелл в ядерном геноме должно быть не менее 90 дополнительных генов. Причины такого расточительства неясны, и надежда на то, что разгадка будет найдена в нуклеотидных последовательностях митохондриальной ДНК, не оправдалась. Трудно представить себе, почему образующиеся в митохондриях белки должны непременно синтезироваться там. а не в цитозоле. [c.500]

Возможно, генетические системы этих органелл представляют собой эволюционный тупик. В рамках эндосимбиотической гипотезы это означает, что процесс переноса генов эндосимбионта в ядерный геном хозяина прекратился раньше, чем был завершен может быть, в случае митохондрий эта остановка была результатом сравнительно недавних изменений в генетическом коде митохондрий. Такие изменения, вероятно, сделали бы оставшиеся митохондриальные гены функционально неактивными в случае их переноса в ядро. [c.501]

Рост и деление митохондрий и хлоропластов контролируются двумя отдельными генетическими системами геномом самой органеллы и ядерным геномом. Большая часть белков этих органелл закооирована в ядер- [c.501]

Выше шла речь о гом, что перенос белков в митохондрии, хлоропласти и пероксисомы происходит после трансляции (посттрансляционно), когда белок синтезирован и поступил в цитозоль, между тем перенос через мембрану ЭР протекает одновременно с трансляцией (котрансляционно). Именно поэтому рибосомы связываются с мембраной ЭР, а не с цитоплазматической поверхностью других органелл. В течение многих лет считалось, что рибосомы шероховатого ЭР могут использовать энергию, освобождающуюся при синтезе белка, для протаскивания растущих полипептидных цепей сквозь мембрану ЭР. Однако последние исследования in vitro показали, что предшественники некоторых белков могут поступать в ЭР уже после того, как их синтез закончен. Этот перенос требует гидролиза АТР, но не продолжения синтеза белка (рис. 8-44). Считается, что, как и при переносе в митохондрии, гидролиз АТР необходим для разворачивания белка при прохождении его через мембрану. Об этом свидетельствуют как генетические, так и биохимические эксперименты на дрожжах. [c.46]

Выращиваемые в анаэробных условиях дрожжи живут за счет спиртового брожения. Но генетическая непрерывность существования митохондрий поддерживается полулатентными дедифференцированными органеллами, так называемыми промитохондриями [1291, 1618, 1619]. Промитохондрии служат предшественниками митохондрий. Они содержат ДНК, их можно увидеть с помощью электронного микроскопа и можно сконцентрировать путем центрифугирования 1[426,1445,1446]. [c.180]

Кровь представляет собой вязкую жидкость красного цвета со средней плотностью р = 1,057 г/см . Кровь состоит из межклеточного вещества — плазмы крови и взвешенных в ней форменных элементов эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов (рис. 1). Эритроциты человека представляют собой безъядерные клетки, утратившие в процессе фило— и онтогенеза ядро и большинство органелл, в том числе и митохондрии, и поэтому для молекулярно-генетического анализа эритроциты не представляют интереса. Тем не менее, содержащийся в них гемоглобин и продукты его деструкции, вплоть до гемина, в присутствии молекулярного кислорода, являются потенциальными центрами радикалообразо-вания и ингибиторами Тад-полимеразы. Поэтому при выделении ДНК из крови необходимо большое внимание уделять степени очистки проб от геминовых дериватов. [c.83]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология