Ядрышко. Кариоплазма. Ядерный белковый матрикс

Ядрышко

Практически во всех живых клетках эукариотических организмов в ядре видно одно или несколько обычно округлой формы телец величиной 1—5 мкм, сильно преломляющих свет — это ядрышко, или нуклеола (nucleolus). К общим свойствам ядрышка относится способность хорошо окрашиваться различными красителями, особенно основными. Такая базофилия определяется тем, что ядрышки богаты РНК. Ядрышко — самая плотная структура ядра — является производным хромосомы, одним из ее локусов с наиболее высокой концентрацией и активностью синтеза РНК в интерфазе. Оно не является самостоятельной структурой или органеллой.

В настоящее время известно, что ядрышко — это место образования рибосомных РНК (рРНК) и рибосом, на которых происходит синтез полипептидных цепей уже в цитоплазме.

Образование ядрышек и их число связаны с активностью и числом определенных участков хромосом — ядрышковых организаторов, которые расположены большей частью в зонах вторичных перетяжек; количество ядрышек в клетках данного типа может изменяться за счет слияния ядрышек или за счет изменения числа хромосом с ядрышковыми организаторами. При исследовании фиксированных клеток вокруг ядрышка всегда выявляется зона конденсированного хроматина, часто отождествляемая с хроматином ядрышкового организатора. Этот околоядрышковый хроматин, по данным электронной микроскопии, представляет собой интегральную часть сложной структуры ядрышка. ДНК ядрышкового организатора представлена множественными (несколько сотен) копиями генов рРНК: на каждом из этих генов синтезируется высокомолекулярный предшественник РНК, который превращается в более короткие молекулы РНК, входящие в состав субъединиц рибосомы.

Схему участия ядрышек в синтезе цитоплазматических белков можно представить следующим образом: на ДНК ядрышкового организатора образуется предшественник рРНК, который в зоне ядрышка одевается белком, здесь происходит сборка рибонуклеопротеидных частиц — субъединиц рибосом; субъединицы, выходя из ядрышка в цитоплазму, участвуют в процессе синтеза белка.

Ядрышко неоднородно по своему строению: в световом микроскопе можно видеть его тонковолокнистую организацию. В электронном микроскопе выявляются два основных компонента: гранулярный и фибриллярный. Диаметр гранул около 15—20 нм, толщина фибрилл — 6—8 нм.

Фибриллярный компонент может быть сосредоточен в виде центральной части ядрышка, а гранулярный — по периферии. Часто гранулярный компонент образует нитчатые структуры — нуклеолонемы толщиной около 0,2 мкм. Фибриллярный компонент ядрышек представляет собой рибонуклеопротеидные тяжи предшественников рибосом, а гранулы — созревающие субъединицы рибосом. В зоне фибрилл можно выявить участки ДНК ядрышковых организаторов.

Ультраструктура ядрышек зависит от активности синтеза РНК: при высоком уровне синтеза рРНК в ядрышке выявляется большое число гранул, при прекращении синтеза количество гранул снижается, ядрышки превращаются в плотные фибриллярные тельца базофильной природы.

Действие многих веществ (актиномицин, митомицин, ряд канцерогенных углеводородов, циклогексимид, гидрооксимочевина и др.) вызывает в клетках падение интенсивности ряда синтезов и в первую очередь активности ядрышек. При этом возникают изменения в структуре ядрышек: их сжатие, обособление фибриллярных и гранулярных зон, потеря гранулярного компонента, распад всей структуры. Эти изменения отражают степень повреждения ядрышковых структур, связанных главным образом с подавлением синтеза рРНК.

Кариоплазма - это жидкая часть ядра, в которой содержатся ядерные структуры, аналог гиалоплазмы в цитоплазматической части клетки. После удаления из ядер ДНК, РНК, гистоновихта мембранных белков ядра не теряют своей целостности, несмотря на почти полную потерю хроматина и мембран. Под электронным микроскопом в таких ядрах обнаружено поросомы вместе с фибриллярных периферийным слоем ядрышковые фибриллы и многочисленные фибриллы, лежащие в межхроматиновых участках. Весь комплекс этих структур, построенный из негистоновых белков, получивший название белкового ядерного матрикса, который можно считать аналогом цитоматрикса цитоплазмы. К белкового ядерного матрикса относятся ядерная ламина, компоненты ядерной оболочки, ядрышка, кариоплазмы. Матрикс ядра играет важную роль как в поддержании общей структуры интерфазного ядра, так и в процессах его метаболизма.

Ядерный белковый матрикс

Негистоновые белки интерфазных ядер образуют внутри ядра структур­ную сеть, которая носит название ядерный белковый матрикс, представляю­щий собой основу, определяющую морфологию и метаболизм ядра. Ядерныи белковыи матрикс хорошо выявляется в интерфазных ядрах после ра­створения хроматина, экстракции ДНК и РНК. Он представлен перифери­ческим фибриллярным слоем, подстилающим ядерную оболочку, - лами-ной. Кроме того, матрикс образует внутриядерную сеть, к которой крепятся фибриллы хроматина.

Функциональная роль матрикса заключается в поддержании общей формы ядра, в организации не только пространственного расположения в ядре многочисленных и деконденсированных хромосом, но и в организа­ции их активности. На элементах ядерного матрикса располагаются фермен­ты синтеза РНК и ДНК. Белки ядерного матрикса участвуют в дальнейшей компактизации ДНК в интерфазных и митотических хромосомах.