Привет студент

Если некоторые быстрометящиеся ядерные РНК служат «посредниками» переносящими информацию от генов в цитоплазму, то их, очевидно, следовало бы искать не только в ядре, но и в цитоплазме. Настойчивые поиски, которые в течение многих лет с помощью разных методов предпринимали во многих лабораториях, оказались безуспешными: в цитоплазме животных клеток не удалось обнаружить никаких фракций РНК, подобных быстрометящейся ядерной РНК . Первое указание на то, что в цитоплазме может совсем не содержаться таких фракций РНК, было получено при исследовании седиментационных свойств препаратов всей цитоплазматической РНК, экстрагированной фенолом и детергентом. При центрифугировании в градиенте плотности сахарозы в препаратах не оказалось фракций, подобных фракции быстрометящейся ядериой РНК с такой же полидисперсностью или аналогичными кинетическими свойствами. Когда стало ясно, что различное поведение быстрометящейся РНК при седиментации связано с ее чувствительностью к изменениям ионной силы раствора и к содержанию в нем катионов, цитоплазматическую РНК начали исследовать в растворах с разной ионной силой и разными концентрациями катионов; тем не менее в цитоплазме так и не обнаружили РНК с физическими свойствами быстрометящейся ядерной РНК. Наконец, решили использовать колонки с метилированным альбумином, хорошо отделяющие быстрометящуюся РНК от гетерогенной смеси других рибонуклеиновых кислот. Но опять не было обнаружено никакой РНК со свойствами, характерными для быстрометящейся ядерной РНК.

Наиболее тщательное исследование РНК было проведено на клетках животных, в основном на клетках, культивируемых in vitro. Поэтому я буду преимущественно использовать этот материал и лишь изредка обращаться к материалу, полученному при изучении бактерий. Мне кажется, что и в данном случае мы находим удивительное сходство между бактериальными и животными клетками.

Когда клетки животных в течение 10—15 мин инкубируют с радиоактивным предшественником РНК, более чем 90% метки обнаруживается в ядре. Тот факт, что радиоактивные предшественники прежде всего включаются в РНК, отмечен еще в 1948 году Бергстрандом, и с тех пор связь между первоначальным появлением метки в ядре и последующим проникновением ее в цитоплазму стала объектом обширной и сложной литературы. Подобное явление наблюдается и у бактерий. Когда бактерии, имеющие хорошо выраженную ядерную зону, например Е. coli, инкубируют в течение 1 мин с радиоактивным предшественником РНК, большая часть метки оказывается в «ядре», а при более длительной экспозиции метка появляется и в цитоплазме бактериальной клетки. В животных клетках быстрометящаяся ядерная РНК находится не в «растворе», а, по-видимому, присоединена к хромосомам. Способ присоединения новообразованной РНК пока еще не известен: возможно, что около ДНК-матрицы ее удерживают водородные связи, однако есть основания предполагать, что белок также принимает в этом участие. Присоединена ли быстрометящаяся РНК к хромосомам бактерий, пока еще не известно. Для того чтобы выделить эту РНК, клетки обычно разрушают и полученный препарат обрабатывают ДНКазой с целью уменьшения его вязкости. Такая обработка, конечно, разрушает бактериальную хромосому и поэтому лишает смысла любое рассуждение о том, было или не было что-либо присоединено к ней in vivo.

Теория Жакоба и Моно

В 1961 году появилась статья Франсуа Жакоба и Жака Моно озаглавленная «Генетические механизмы регуляции синтеза белка». Предложенная в ней модель регуляции синтеза белка полностью противоречит всем основным заключениям, к которым мы пришли в гл. I. Эта гипотеза в своей простейшей форме предполагает, что регуляторные механизмы действуют не в цитоплазме клетки, где происходит синтез белка (модель цитоплазматического оператора), а непосредственно на уровне генов, контролируя процесс транскрипции ДНК (модель генетического оператора). Данные, которые Жакоб и Моно положили в основу своей теории, были получены на бактериях и ограничивались по преимуществу их собственными исследованиями регуляции синтеза индуцибельного фермента в-галактозидазы у Е. coli. При обсуждении механизмов действия гена нельзя не остановиться на блестящей статье Жакоба и Моно, и не только потому, что она представляет собой величайший интеллектуальный взлет, но также и потому, что выводы, сделанные в этой статье, противоречат всей совокупности фактов, четко установленных при изучении клеток высших организмов. Если модель генетического оператора, предложенная Жакобом и Моно, верна для бактерий, а модель цитоплазматического оператора — для клеток высших организмов, то приходится признать, что механизмы регуляции синтеза белка в бактериальных клетках и клетках высших организмов принципиально различны. Такое заключение, если бы оно подтвердилось, стало бы одним из важнейших биологических обобщений.

С тех пор как стали применять антибиотик актиномицин D, появилась возможность значительно расширить круг работ в этом направлении. При высоких концентрациях ктиномицин D связывается с клеточной ДНК и препятствует считыванию с нее РНК. Поэтому его используют, когда хотят произвести своего рода «физиологическую энуклеацию» (хотя этот термин, пожалуй, излишне упрощает действие антибиотика). Следует особо отметить, что актиномицин D чрезвычайно токсичен и при концентрациях, полностью подавляющих транскрипцию ДНК, вызывает быструю гибель большинства клеток. Так что, если высокие дозы актиномицина D подавляют ту или иную физиологическую функцию или какой-либо синтетический процесс, это еще не значит, что исследуемая функция или исследуемый процесс непосредственно и очень тесно связаны с транскрипцией ДНК. Показано, что актиномицин D вызывает серьезные вторичные эффекты, причем гибель клеток обусловлена многими процессами, причины которых только косвенно связаны с прекращением транскрипции ДНК. По этим же причинам нельзя делать никаких заключений о скорости распада матриц для синтеза какого-либо белка, основываясь лишь на изменении скорости синтеза этого белка, которое вызывает актиномицин D. Синтез белков может замедлиться и прекратиться по причинам, не имеющим ничего общего с гибелью матриц. Это не чисто умозрительное соображение: для одного типа клеток показано, что синтез белка, прекращенный актиномицином D, можно полностью восстановить, добавив в культуру глюкозу. Более того, теперь ясно, что высокие дозы актиномицина D могут вызывать быстрое разрушение всех видов клеточной РНК, поэтому делать какие-либо выводы о естественной продолжительности жизни матриц, исходя из опытов с актиномицином D, крайне рискованно.

Стратегия существования высших растений обусловлена прежде всего двумя их главными свойствами — фототрофным типом питания и отсутствием активной подвижности. Эти два свойства наложили отпечаток на все уровни организации растительного организма, вплоть до клеточного.

 

 

Рис. 1. Схема строения растительной клетки

 

Помимо общих для всех эукариотических клеток признаков, клетки растений обладают рядом особенностей. Главные из них — наличие пластид, вакуолей и жесткой клеточной стенки. Схема строения типичной растительной клетки представлена на рис. 1.

Органеллы эукариотических клеток

Прокариотическая клетка не имеет внутренних перегородок. Она состоит как бы из одного отсека, отграниченного от внешней среды плазматической мембраной. У эукариотической клетки таких отсеков несколько, т. е. эти клетки разделены на различные, окруженные мембранами области (компартменты). Комплименты эукариотической клетки называются органами. Органеллы специализируются на выполнении различных функций. Разделение клетки на компартменты, возможно, является следствием больших размеров современной эукариотической клетки: в среднем она больше бактериальной в 10 — 30 раз. При этом принципиально важными оказываются два момента:

• увеличение объема клетки сопровождается существенно меньшим увеличением площади поверхности ее плазматической мембраны, тогда как именно на мембранах протекают многие важнейшие метаболические процессы;

• с увеличением объема клетки затрудняется координация ее метаболизма, в частности рациональное распределение по объему множества катаболических и анаболических процессов, «доставка» нужных веществ в нужное место.

Формирование компартментов позволяет пространственно разделить «блоки» метаболизма.

Общие замечания

Характерной особенностью лягушки является то, что артериальная и венозная кровь смешивается в желудочке сердца. Затем надо отметить, о чем уже говорилось ранее, весьма значительную роль кожного дыхания и газообмена через слизистую оболочку ротовой полости. Наконец, важной особенностью является наличие обширных лимфатических полостей (особенно подкожных) и самостоятельно пульсирующих лимфатических сердец.

Общее количество крови наших лягушек равно в среднем 4, 6% от веса всего тела (колебания от 4, 2 до 4, 9%). Метод подсчета кровяных телец дает несколько меньшие числа: в среднем 3, 5% и колебания от 3,0 до 3,8%; Напротив, метод Велькера дал для лягушки 5,0—6,7%. Для исследования кровь у лягушки берут обычно из сосудов ноги, но некоторые авторы полагают, что такая кровь разжижена лимфой и потому дает слишком непостоянные показатели. Лучшие результаты дает кровь, взятая прямо из сердца путем надрезывания желудочка.

В теле лягушки содержится около 80% воды, в крови ее около 88%. Общее осмотическое давление крови лягушки равняется в среднем 50 мм ртутного столба. Величина понижения точки замерзания крови (Д °С) у зеленой лягушки 0, 56. Обычно принимают, что содержание сахара в крови лягушки в среднем составляет 0,060, с колебаниями от 0,040 до 0,085%. Микрохимическое определение сахара крови дает в среднем 0,043 мг%. Определение сывороточного белка рефрактометром дало в среднем 5,08%, с колебаниями от 3,46 до 7,97%. Результаты определения остаточного азота в среднем дают 42, 4мг%. Содержание гемоглобина, по Сали, в среднем равно 53%, при колебаниях от 45 до 66%. Оно меняется в связи с временем года, достигая максимума в январе — марте. Отмечена также видовая и половая разница: у самцов травяной лягушки 63%, а у самок 61%; у зеленой 55 и 46%, а у остромордой 48 и 45% соответственно. Чрезвычайно интересны изменения гемоглобина в онтогенезе. Так давление кислорода в миллиметрах ртутного столба, при котором происходит половинное насыщение крови, меняется следующим образом:

Общие замечания

Общий вес мочеполовой системы (apparatus urogenitalis) травяной лягушки составляет 1,8% веса всего тела. Однако в течение года половые органы испытывают столь значительные колебания в своем объеме и весе, что правильное представление о соотношении их с другими органами можно получить, только вскрывая лягушек в разное время года. Непосредственно перед размножением, в частности, полость тела самки бывает буквально до предела переполнена яйцами. После размножения вес половых органов резко падает. Внешним выражением эндокринного действия половой системы лягушек являются, как известно, вторично-половые признаки. У лягушек их сравнительно немного. В первую очередь это брачные мозоли самца и его голосовые мешки (см. главу I и IV). Интересны брачные бугорки самок (см. главу IV).

Органы выделения

Продукты обмена веществ удаляются из организма лягушки несколькими путями. Газы уходят через легкие и кожу. Не исключено, что продукт сгорания белков — мочевина также в некоторой степени может быть удаляема через кожу. Однако главный путь для ее удаления— мочевые органы (organa uropoetica). В то время как у высших позвоночных главным местом образования мочевины служит печень, у лягушки дело обстоит иначе. «При экспериментальном удалении печени у лягушки содержание в крови мочевины не отличается от нормы. Очевидно, у лягушек мочевина может образоваться в других органах. Лягушки выделяют при обычной температуре относительно больше мочи, чем человек: в день человек выделяет около одной пятидесятой своего веса, а лягушка около трети. Зимой деятельность почек почти прекращается. Напротив, возрастание температуры на 10° увеличивает их работу в 2-3 раза. Удельный вес мочи лягушек 1, 0015. Моча по своему характеру гипотоническая. В ней содержится (в процентах по отношению ко всему азоту мочи): аммиака 3, 2—15, 0%, мочевины 82—84% п мочевой кислоты до 0, 4%.

Главными задачами лимфатической системы являются дренирование межтканевых пространств и перенос питательных веществ от кишечника в кровь. Таким образом, лимфатическая система может рассматриваться как дополнение венозной части кровеносной системы.

У лягушки межтканевые щели и лимфатические капилляры разных органов открываются в лимфатические полости (sрatiа lуmрhatiса). Часть последних помещается в глубине тела животного, но самые обширные располагаются под кожей и именуются подкожными лимфатическими мешками (sacci lymphatici subcutanei). Обычно лимфатические полости не имеют собственных стенок, и только под кожей наблюдаются особые соединительнотканные перегородки (sерtае) между ними. Из крупных лимфатических полостей, стоящих в связи друг с другом, лимфа у лягушек перекачивается в венозную систему посредством двух пар, передней и задней, особых лимфатических сердец. Лимфатических желез у лягушки нет.

 

 

Рис. 1. Лимфатические сердца: а — переднее (вид с брюха), б — заднее (вид сверху):

1 — переднее лимфатическое сердце, 2 — III спинномозговой нерв, 3 — наружный подвздошный мускул, 4 — заднее лимфатическое сердце, 5 — грушевидный мускул.

 

Общие замечания

Опытами найдено, что лягушка весом в 31 г при температуре + 20° поглощает в час на один килограмм живого веса зимой 105, а весной (в апреле) 211 см³ кислорода. В среднем за сутки одна зеленая лягушка потребляет 0, 2259 г кислорода и выделяет 0, 0677 г углекислоты. Ночью выделение углекислоты увеличивается.

Принимая вес потребленного при +2° или +3° кислорода и выделенной при той же температуре углекислоты за 100%, получаем такие изменения в связи с температурой (на 6 лягушках за 6 часов):

Температура	Кислород	Углекислота
2— 3	100%	100%
6— 7	400%	318%
12—14	345%	300%
18—20	329%	283%
28—30	193%	197%

Дыхательный коэффициент (количество образовавшейся углекислоты, деленное на количество израсходованного кислорода) лягушки меняется в зависимости от парциального давления кислорода в окружающей среде следующим образом:

Содержание О₂ в воздухе в %.. 1,24 3,26 5,64 14,2 18,2

Дыхательный коэффициент ......... 2,4 1,02 0,90 0,83 0,73