23. Мейоз, основні фази, генетичне значення. Поведінка хромосом при мейозі як основа явища розщеплення і рекомбінації хромосом

При утворенні статевих клітин (гамет) шляхом мейозу в диплоїдній клітині-попереднику також відбувається реплікація ДНК і подвоєння хроматид, які залишаються зв'язаними своїми центромерами. Мейоз здійснюється шляхом двох клітинних поділів. У профазі І (у ній розрізняють стадії лептотени, зиготени, пахітени, диплотени й діакінезу - на рисунку вони детально не показані) відбувається утворення так званих бівалентів, або тетрад, - комплексів гомологічних пар хроматид. Дві з чотирьох хроматид бівалента, що належать гомологічним хромосомам, у кількох точках утворюють за участю певних білків синаптонемні комплекси, де починається процес гомологічної рекомбінації. У результаті частина гомологічних хромосом обмінюється своїми ділянками. Далі здійснюється поступова конденсація хроматид, і під мікроскопом можна побачити характерні перехрещення між хроматидами - хіазми, що утворилися внаслідок рекомбінації. Профаза І закінчується розділенням конденсованих бівалентів. Далі в метафазі І пари хроматид вишукуються по екватору, в анафазі І відбувається їхнє розходження, у телофазі І - остаточне розділення двох клітин, що містять подвійний набір молекул ДНК. Сестринські хроматиди при цьому залишаються з'єднаними в зоні своїх центромер. Далі в другому поділі (профаза ІІ, метафаза ІІ, анафаза ІІ, телофаза ІІ) відбувається розділення центромер, розходження хромосом і поділ обох клітин - у результаті утворюються чотири гаплоїдні гамети. При заплідненні батьківські набори хромосом об'єднуються з утворенням диплоїдної зиготи, яка шляхом мітотичного поділу дає початок усім іншим клітинам багатоклітинного організму-нащадка.

24. Механізми м’язового скорочення

Структурною одиницею м'яза є м'язове волокно. У посмугованих м'язах - це багатоядерна (до 100 ядер) клітина, що утворилася шляхом злиття кількох первинних м'язових клітин - міобластів . М'язове волокно має циліндричну форму, товщину 10-100 мкм та довжину від кількох міліметрів до кількох (іноді десятків) сантиметрів. Зовні волокно вкрите оболонкою (сарколемою) , яка складається з двох шарів: зовнішнього , що виконує функцію еластичного футляру і забезпечує пружність м'яза, та внутрішнього - базальної мембрани. Під сарколемою знаходиться саркоплазма , яка складаєтьсяз саркоплазматичного матриксу і саркоплазматичної сітки.

Саркоплазматичний матрикс - це рідина, в яку занурені скоротливі елементи м'язового волокна - міофібрили . В цій рідині знаходяться також розчинені білки (зокрема, міоглобін ), гранули глікогену, краплини жиру тощо. Міофібрила складається з тонких ниток (філаментів), або протофібрил , яких є два типи: товсті (діаметром 10-15 нм і довжиною 1,6 мкм ), утворені скоротливим білком міозином (м.м.500000 дальтонів) і тонкі (діаметром 5-7 нм і довжиною 1 мкм), утворені білком актином (м.м. 42000). Тонкі протофібрили в своїй центральній частині перетинаються Z-пластинкою (телофрагма). Ділянки міофібрили, розташовані між двома Z-пластинками, називаються міофібрилярною одиницею , а відповідна ділянка 'язового волокна- саркомером . Довжина одного саркомера розслабленого м'язового волокна становить близько 25 мкм . У середині кожного саркомера між протофібрилами актину знаходяться товсті міозинові протофібрили, які розташовані таким чином, що з обох боків не доходять до телофрагми. Завдяки подвійному заломленню світла під мікроскопом

(анізотропії) ця ділянка називається анізотропним диском (А-диск). По обидва боки від А-диску знаходяться ділянки, що складаються з тонких актинових протофібрил, які мають поодиноке заломлення світла і називаються ізотропними дисками (І-диск) . Вони тягнуться до Z-пластинок. Саме завдяки такому періодичному чергуванню світлих і темних ділянок м'язові волокна скелетних і серцевого м'язів називаються поперечно-посмугованими. Посередині А-диску помітна світліша Н-зона, в центрі якої проходить М-лінія, яка складається з сітки опорних білків, що утримують товсті протофібрили у вигляді пучків всередині саркомера. У м'язі, який знаходиться в стані спокою, перекривання товстих і тонких протофібрил незначне. Товсті протофібрили сформовані приблизно з 150 поздовжньо орієнтованих молекул міозину, які мають видовжену форму і складаються з потовщеної круглої частини (голівки) , звуженої частини (шийки) та досить довгого хвоста . Молекули міозину вкладені в пучки таким чином, що їхні хвости спрямовані до середньої частини саркомеру (М-лінія), а голівки орієнтовані в протилежному напрямкові - до телофрагми. Тонка протофібрила складається з двох ниток глобулярних мономерів актину, які закручені одна навколо одної у вигляді подвійної спіралі, що нагадує дві нитки намиста. В жолобках між обома нитками актину лежать нитки тропоміозину, котрі перешкоджають контакту голівок міозину з глобулами актину. Через регулярні проміжки приблизно 40 нм на ланцюжках актину сидять молекули білка тропоніна. Кожна товста протофібрила оточена трьома тонкими, які розташовані по відношенню до неї під кутом 120 о .

Саркоплазматична сітка - це внутрішня транспортна система м'язового волокна, яка складається з сполучених між собою поз довжніх трубочок, розташованих між міофібрилами, і паралельно ви тягнутих міхурців. На поперечному перетині м' язового волокна помітні характерні внутрішньоклітинні структури волокна - тріади, які з'єднують

поперечну трубоч ку з прилеглими до неї з обох боків термінальними (боковими) цистернами.

Електромеханічний зв'язок у м'язі. При подразненні м'яза через 1-2 мс після піку ПД сила скорочення починає стрімко зростати і скоротлива система повністю активується протягом кількох мілісекунд. Це швидке електромеханічне сполучення , тобто зв'язок між змінами МП і скороченням внутріклітинних міофібрил не може бути обумовлене простою дифузією іонів або медіатора від мембрани до міофібрил, оскільки така дифузія вимагає значно більшого часу, ніж 1-2 мс. Отже, деполяризація мембрани активує скоротливі елементи якимось іншим чином.

Виявляється, що важливою проміжною ланкою між деполяризацією м'язової мембрани і початком скорочення є проникнення вільних іонів Са 2+ у простір поміж протофібрил . В стані спокою основна частина іонів Са 2+ у м'язовому волокні зберігається у цистернах саркоплазматичн ої сіт ки ,оскільки проникність мембрани цих структур для Са 2+ у спокої мала, а виток цих іонів компенсується постійною роботою кальцієвого насосу . Функцію кальцієвого насосу (накопичення Са) виконує Са-залежна АТФаза (Са-АТФаза), яка розщеплює АТФ, і ця енергія використовується для закачування Са 2+ у сітку . Ось чому концентрація Са 2+ у сарк оплазмі тримається на дуже низькому рівні в стані спокою волокна і дуже висока - в цистернах саркоплазматичної сітки. Вихід іонів Са 2+ за концентраційним градієнтом почина ється при деполяриза ції мембрани цистерн саркоплазматичної сітки , що призводить до відкриття в ній кальцієвих каналів. Збільшен ня концентрації Са 2+ одразу після стимуляції було виявлено за допомогою введення у саркоплазму білка екворина ,

який світить ся в присутності іонів Са 2+ . У механізмі виділення Са 2+ з цистерн саркоплазматичної сітки особливу роль відіграє система поперечних трубочок (Т-система),яка являє собою вгинання поверхневої мембрани м' я зового волокна (діаметр 0,05 мкм ). По обидва боки від цих трубочок розташовані бокові (термінальні) цистерни сітки, що утворюють з

ними тріаду. Активація мембрани цистерн саркоплазматичної сітки відбувається при

поширенні ПД зовнішньої м'яз о вої мембрани на поперечні трубочки. Виникаючий ПД Т-системи м'яз о вого волокна реєструється внутріклітинним мікроелектродом як додатковий і розтягнутий у часі пік, розташований на низхідній частині ПД м'язової мембрани. ПД поперечної трубочки впливає своїми локальними коловими струмами на мембрани саркоплазматичної сітки , викликаючи їхню деполяризацію. Виникаюча деполяризація призводить до виділення Са 2+ з термінальних цистерн, звідки ці іони одразу потрапляють у ту ділянку міофібрили , де починається процес скорочення. Отже, започаткування скоротливого акту виникає внаслідок ланцюжка наступних подій: ПД мембрани м'язового волокна - ПД поперечних трубочок (Т-системи) - деполяризація мембрани цистерн саркоплазматичної сітки - вихід іонів Са 2+ у саркоплазму, де вони взаємодіють з тропонін - тропоміозиновою системрою , - скорочення. Функціональний електромеханічний зв'язок між мембраною і міофібрилами може бути порушений штучно, наприклад, при обробці м'яза гіпертонічними розчинами гліцерину (400-800 мМ/л ) з наступним відмиванням у нормальному розчині Рінгера. В цьому випадку Т-система ліквідується внаслідок процесу вакуолізації, зникає ПД поперечних трубочок і хоча є ПД мембрани волокна, але

скоротлива реакція не виникає. Процес вивільнення іонів Са 2+ з цистерн саркоплазматичної сітки припиняється після закінчення піку ПД, але скорочення триває до тих пір (і зростає), доки в саркоплазмі зберігається висока концентрація іонів Са 2+ . Лише після її зниження внаслі док роботи кальцієвого насос у поступово настає розслаблення м'яза.

Молекулярний механізм скорочення м'яза. Перш за все, ті іони Са 2+ , які потрапили у міофібрилярний простір, зв'язуються з тропоніном (два іони Са 2+ приєднуються до однієї молекули тропоніну). Внаслідок цього виникають конформаційні зміни мо лекул и тропоніну : вона деформується так, що штовхає тропоміозин у жолобки між закрученими нитками актину - в "активоване положення". Тим самим зникає перешкода контакту між голівками міозину і мономерами актину, які з'єднуються між собою,утворю ючи поперечні містки .

Одразу після цього голівка міозину повертається на 45 о , розвиваючи певне напруження,яке передається на шийку. За раху нок еластичних властивостей шийки протофібрили просуваються ("ковзають") одна біля одної до центру саркомера. Такий поворот голівки міозину нагадує рух весла. За одне таке веслування саркомер скорочується лише на 1% своєї довжини. Після того, як буде закінчено один акт веслування , розривається зв'язок го лівки міозину з актиновою ниткою, і голівка цього білка знову з'єднується під прямим кутом з новим мономером актину, розта шованим ближче до Z-пластинки. Якщо м'яз скорочується на поло вину своєї

довжини, то в кожному саркомері повинно відбутися 50 веслувальних рухів. Голівка молекули міозину має активні центри для розщеп лення АТФ, які починають працювати тільки-но ця голівка доти кається молекули актину. Цей процес відбувається в присутності Са 2+ , а енергія, що звільняється, витрачається на поворот го лівки міозину (роботу поперечного містка). Розщеплення АТФ триває лише кілька мілісекунд. На цьому цикл перетворення хі мічної енергії на механічну закінчується і починається підго товка до другого циклу. Вона полягає в тому, що

АДФ, який ут ворився при гідролізі АТФ, припиняє дію міозин-АТФази. В роботу включається кальцієвий насос, який зменшує кількість Са 2+ у саркоплазмі, що призводить до розтягування саркомера (розслаб лення). Отже, під час діяльності м'яза енергія АТФ використову ється для трьох головних процесів: роботи Na + -K + - насосу цитоплазматичної мембрани при збудженні ; конформації міозинових молекул і ковзання протофібрил; роботи Са 2+ - насосу цистерн саркоплазматичної сітки для забезпечення процесів розслаблення м'яза.

БІЛЕТ 22