иницы, обрабатывая его мочевиной низкой концентрации или несколько раз замораживая и оттаивая. Субъединицы представлены двумя разными типами — А и В. Обе они имеют одинаковый размер и молекулярный вес около 35 ООО дальтон, однако несколько отличаются по составу аминокислот и в электрическом поле мигрируют на разное расстояние. Как видно из рис. 4-14, при проведении электрофореза в крахмале субъединицы А почти не перемещаются, а субъединицы В быстро мигрируют к аноду. Из рис. 4-14 следует также, что в составе нативных молекул фермента после их разгонки в электрическом поле выявляется пять классов. Оказалось, что каждый из них состоит из субъединиц А и В, но представлены они в раз-пых пропорциях от ААВ0 ДО B^AQ. БЫЛО установлено, что разные ткани содержат разнообразные сочетания этих пяти классов ЛДГ.

Рис. 4-15. Изменение распределения изофермептов ЛДГ в развивающейся сердечной мышце мыши.

Дни до рождения даны со знаком после рождения — со знаком 4-.

В — взрослое животное.

Так, например, ЛДГ ткани сердца взрослой мыши состоит в основном из молекул А\Вг (ЛДГ-2), молекул А0В4 (ЛДГ-1) меньше и молекул А2В2 (ЛДГ-3) совсем немного (рис. 4-15). В отличие от этого ЛДГ скелетной мышцы состоит главным образом из ААВ0 и содержит лишь немного других форм. Более того, популяция форм ЛДГ меняется в ходе развития ткани, что очень наглядно продемонстрировано в онтогенезе во время развития сердечной мышцы мыши (рис. 4-15).

В специальных экспериментах по реассоциации субъединиц А и В с образованием нативного тетрамера ЛДГ было показано, что они объединяются друг с другом случайным образом. Так, например, если в ткани имеются в основном А4В0 и A з#ь то это свидетельствует о преимущественном синтезе в ней субъединиц типа А и очень незначительном — субъединиц типа В. Все это

заставляет нас поставить вопрос, который будет возникать снова и снова: благодаря каким внешним сигналам и регуляторным процессам активность одного гепа проявляется полностью, а другого — очень ограниченно?

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Cahn R. D., Kaplan N. О., Levine L., Zwtiling E., Multiple Forms of Lactate

Dehydrogenase, Science, 136, 1 (1962). Epstein W,, Beckwith J. В., Enzyme Induction and Repression in Bacteria, Ann.

Rev. Biochem., 37, 411 (1968). Markert C. L., Ursprung H., Developmental Genetics, Englewood Cliffs, N. J.,

Prentice-Hall, Inc., 1971. (К. Маркерт, Г. Уршпрупг, Генетика развития,

изд-во «Мир», М., 1973.) Stadtman Е. R., The Strategy of Feedback Inhibition of Metabolic Networks,

Advances in Enzymology, 28, 41 (1966). Tomkins G. M., Gelehrter T. D,t Granner D., Martin D., Samuels H. H., Thompson E. В., Directed Synthesis of Tyrosine Transaminase in Animal Cell,

Science, 166, 1474 (1969).

ЧАСТЬ II

Глава 5

РОСТ КЛЕТОК И ДЕЛЕНИЕ: ПРОГРАММА РАЗВИТИЯ,

ОБЩАЯ ДЛЯ ВСЕХ КЛЕТОК

Как уже упоминалось в первой главе, жизненный цикл клетки начинается в момент ее возникновения из материнской й заканчивается, когда она в свою очередь образует дочерние клетки. Во время прохождения жизненного цикла клетка должна сформировать разнообразные структуры и вещества в таком количестве, чтобы возникшие из нее дочерние клетки смогли выжить и довести до конца свои циклы роста и репродукции. Необходимо также все запасы распределить между дочерними клетками поровну, чтобы возникло нормально функционирующее потомство. Весь процесс называется циклом роста и деления^летки.

Типы деления клеток

1. Деление клетки на две. В природе наиболее распространенным способом клеточного деления является деление клетки на две; материнская клетка растет, удваивая свой исходный размер, и делится на две дочерние клетки более или менее равного размера. Клетки, имеющие пластичные оболочки, — клетки Животных и простейших — просто перетягиваются посередине на две половины. Клетки с твердыми оболочками, характерными для клеток растений, водорослей и бактерий, делятся на две равные половины, формируя перегородку на экваторе.

2. Множественное деление. Некоторые клетки делятся более чем на две дочерние. Например, водоросль Chlorogonium. Эта клетка имеет форму эллипса, от одного конца которого отходят два кнутообразных жгутика. Обычно она достигает размеров, превышающих исходные приблизительно в четыре раза, а затем делится на четыре дочерние клетки. Возбудитель малярии — Plasmodium malariae — выглядит как обычная амеба; он растет внутри эритроцита в кровяном русле хозяина. Когда паразит вырастает, эритроцит погибает. Содержимое эритроцита исчезает, и наконец остается только одна оболочка. Тем временем ядро плазмодия последовательно делится на 24 дочерних ядра. Вокруг каждого из

Рост клеток и клеточных популяций

них собирается цитоплазма и образуется клеточная стенка, которая окружает цитоплазму. Эти образования называются мерозои-тами. Эритроцит хозяина окончательно разрушается, и освободившиеся мерозоиты проникают в другие эритроциты. (Хорошо известный озноб и лихорадка при малярии связаны с синхронным освобождением мерозоитов из многочисленных эритроцитов.)

3. Почкование. Всем любителям пива хорошо знакомы дрожжи — Saccharomyces cerevisiae, но, кроме этого широко известного

вида, имеется несколько сотен других видов дрожжей, и все они

размножаются почкованием. Почка на поверхности материнской

клетки появляется в виде небольшой выпуклости. Она быстро дорастает приблизительно до размеров материнской клетки, и затем

обе клетки отделяются друг от друга. Почка может полностью

отделиться от материнской клетки или остаться связанной с ней.

В последнем случае при последовательных почкованиях родительских и дочерних клеток может сформироваться целая цепочка

клеток. Обратите внимание на то, что, в отличие от деления клетки (на две или на несколько), родительская клетка при почковании сохраняется. Родительская и дочерняя клетки несколько отличаются друг от друга.

4. Верхушечный рост. Клетки грибов и некоторых водорослей

соединяются друг с другом, образуя тонкие волосовидные нити.

Для них характерен верхушечный рост. По мере того как удлиняется верхушка, сзади образуется поперечная стенка, отграничивающая очередную клетку, а впереди продолжает расти верхушка. При этом возможно ветвление — растущие верхушки часто

раздваиваются, и обе ветви удлиняются.

5. Неклеточный рост. Некоторые организмы могут расти без

деления клеток. Например, грибы фикомицеты растут, образуя ветвящиеся нити без поперечных перегородок. Такие нити образуют

непрерывные трубки, заполненные цитоплазмой с многочисленными ядрами. (Как и у других нитчатых грибов, рост происходит

только на верхушке.) Неклеточные плесневые грибы, или миксомицеты, представляют собой крупные амебоидные структуры,

содержащие несколько сотен ядер. Циркуляцию веществ у. такого

организма обеспечивают волнообразные потоки протоплазмы.

Организм растет, ядра делятся, по поперечные клеточные стенки

не образуются. Случайно, в результате механических напряжений,

такая аморфная масса может разделиться на фрагменты, каждый

из которых продолжает расти самостоятельно. Нечто подобное в

течение некоторого времени наблюдается в развивающихся яйцах насекомых. Сразу после оплодотворения ядра делятся, количество цитоплазмы увеличивается за счет использования желтка, а

клеточные мембраны не образуются. Затем наступает период

стремительного синтеза мембран, когда между окруженными цитоплазмой ядрами возникают клеточные перегородки.

Удвоение ядерного материала и распределение ядер между дочерними клетками

Наиболее распространенным способом деления ядра в клеточном цикле является митоз (рис. 5-1). Мы не будем рассматривать отдельные его стадии. Значение митоза состоит в том, что он почти наверняка гараптирует передачу в каждое дочернее ядро копии

Рис. 5-1. Стадии митоза у сига. А. Профаза начало образования веретена. Б. Метафаза. В. Анафаза. Г. Телофаза, борозда делит клетку на две дочерние.

каждой хромосомы, т. е. всего содержащегося в клетке генетического материала.

Клетки, имеющие ядра, называются эукариотами. Две группы микроорганизмов — бактерии и сипе-зеленые водоросли (которые выглядят подобно бактериям) — не имеют истинного ядра и называются прокариотами. У них ДНК открыта, т. е. не связана с белками, но, по-видимому, прикреплена в одном или нескольких местах к клеточной мембране. Нет никаких специализированных структур, подобных ядрышку и ядерной мембране (клетки не разделены на ядро и цитоплазму). Как выглядит примитивный митоз у прокариот, показано на рис. 5-2.

Г Д

Рис. 5-2. Схематическое изображение деления ядра у бактерий. Видно, что ДНК прикреплена к одной или нескольким мезосомам.

Деление митохондрий и хлоропластов

Митохондрии — органеллы, окруженные мембраной. Они содержат ДНК, РНК и широкий спектр ферментов, необходимых для окисления уксусной кислоты до СОг, восстановления кислорода до воды и использования избытка возникающей при этом энергии для образования богатых энергией фосфатпых связей. Конечный продукт аденозиптрифосфат (АТФ) — это энергетический банк клетки, из него клетка по мере необходимости черпает энергию для всех реакций, протекающих с затратой энергии. Хлоропласты — не менее сложные структуры, в состав которых входят ДНК, РНК, весь фотосинтетический аппарат с фоторецепторами, абсорбирующими солнечный свет, и ферментами для образования глюкозы из СОг и Ог. Обе эти органеллы самореплицируются, т. е. в клеточном цикле число их также удваивается и они распределяются между дочерними клетками. Было обнаружено, что у дрожжей по каким-либо случайным причинам почка может не получить митохондрий от материнской клетки. Эта потеря невосполнима. Родительские клетки дрожжей, содержащие митохондрии, относительно крупные с ненарушенной функцией дыхапия (в присутствии кислорода они окисляют глюкозу до СОг через уксусную кислоту). У повой разновидности дрожжей, возникшей из несчастливой почки, нет митохондрий, клетки мелкие, и растут они очень медленно, используя ферментативное окислепие глюкозы до GO2 и этилового спирта; этот процесс не требует кислорода.