Лекция 1. ЯДРО,СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИИ Соловых Галина Николаевна – зав,каф.,доктор биолог.наук, профессор,заслуженный работник высшей школы
Роль ядра и цитоплазмы в передаче наследственной информации. 2. Характеристика ядра как генетического центра. 3. Роль хромосом в передаче наследственной информации. 4. Правила хромосом. 5. Цитоплазматическая (внеядерная) наследственность: плазмиды, эписомы, их значение в медицине. 6. Основные компоненты ядра, их структурно-функциональная характеристика. 7. Современные представления о строении хромосом: нуклеосомная модель хромосом, уровни организации ДНК в хромосомах. Хроматин как форма существования хромосом (гетеро- и эухроматин): строение, химический состав. Кариотип. Классификация хромосом (Денверская и Парижская). Типы хромосом Современное представление о геноме
Ядро Цитоплазма Цитоплазматическая мембрана (Плазмолемма) Кариолема Гиалоплазма Гликокаликс (надмембранный комплекс) Кариоплазма Органеллы Элементарная биологическая мембрана Ядрышко Включения Подмембранный комплекс Хроматин
Ядро клетки было открыто в 1831 г. английским ботаником Робертом Брауном. Он открыл его в клетках кожицы орхидных
Опыты Астаурова с тутовым шелкопрядом Астауров Борис Львович Объект: два подвида тутового шелкопряда. У одного подвида берут сперматозоиды, у другого яйцеклетку. После разрушения ядра яйцеклетки, ее оплодотворяют сперматозоидами. Т.к. у шелкопряда имеет место полиспермия (несколько сперматозоидов могут оплодотворять яйцеклетку) в цитоплазме одного подвида формируется ядро с генетическим набором второго подвида. Из такой яйцеклетки развиваются только самцы того подвида, у которых брали сперматозоиды.
Хранение генетической информации. Передача генетической информации. Реализация генетической информации.
Прямыми доказательствами роли ядра являются наследственные болезни, связанные с нарушением числа и структуры хромосом Косвенные: Правило постоянства числа хромосом. Число хромосом и особенности их строения – видовой признак. Правило парности хромосом. Число хромосом в соматических клетках всегда четное, это связано с тем, что хромосомы составляют пары. Правило индивидуальности хромосом. Каждая пара хромосом характеризуется своими особенностями. Хромосомы, относящиеся к одной паре, одинаковые по величине, форме и расположению центромер называются гомологичными. Негомологичные хромосомы всегда имеют ряд отличий. Правило непрерывности хромосом. Хромосомы способны к авторепродукции.
Хранение генетической информации – заключается в поддержании в неизменном состоянии структуры ДНК. Это достигается за счет процессов репарации, репликации и рекомбинации (кроссинговер). Передача генетической информации – реализуется в ходе митоза и мейоза. Реализация генетической информации – осуществляется через синтез белков в ходе транскрипции и трансляции.
Строение ядра ядерной оболочки ( кариолемы ), ядерного сока (или кариоплазмы), ядрышка и хроматина.
защитная барьерная регуляторная транспортная фиксирующая
1.внешняя мембрана ядерной оболочки; 2.перинуклеарное пространство (10-30 нм ) 3.Внутренняя мембрана ядерной оболочки; 4.ядерные поры; 5.ламины ; 6.хроматин ; 7.Мембраны цитоплазмы
внешняя мембрана ядерной оболочки; перинуклеарное пространство; внутренняя мембрана ядерной оболочки; ядерные поры; ламины; хроматин; мембраны цитоплазмы
Внутренняя мембрана связана с ядерной ламиной, которая состоит из трех типов белков A, B, and C. Именно с ней контактируют нити хроматина nuclear lamina
Наиболее характерной структурой ядерной оболочки является ядерная пора. Поры в оболочке образуются за счет слияния двух ядерных мембран и имеют вид округлых сквозных отверстий, или перфораций, с диаметром около 100 нм. Число ядерных пор зависит от метаболической активности клеток: чем выше синтетические процессы в клетках, тем больше пор.
Поровый комплекс образован 3 рядами (слоями) глобулярных белков, в каждом ряду их 8, в центре большая центральная глобула. Т.о. образуется воронка, в которой ряды соединяются между собой фибриллярными нитями. За счет этих нитей, при их сокращении, происходит увеличение или уменьшение поры. Глобулы белков – это ферменты и поэтому это ферментативная воронка, которая пропускает не все вещества. Функция ядерной поры : барьерная, регуляторная, транспортная, фиксирующая (для хроматина). В то же время ядерные поры осуществляют избирательный транспорт.
Ядерный сок (кариоплазма) - внутренняя среда ядра, представляющая собой коллоидное (гелеобразное) вязкое вещество, в котором находятся структуры ядра, а также ферменты и нуклеотиды, необходимые для репликации, транскрипции. Функция ядерного сока: осуществление взаимосвязи ядерных структур и обмен с цитоплазмой клетки.
Ядрышки – это мелкие, обычно шаровидные тельца, являющиеся непостоянными компонентами ядра - они исчезают в начале деления клетки (профаза) и восстанавливаются после его окончания (телофаза). Впервые ядрышки были обнаружены Фонтана в 1774 г.
Еще в 1930-х годах рядом исследователей (МакКлинток, Хейтц, С.Г. Навашин) было показано, что возникновение ядрышек связано с ядрышковыми организаторами, расположенными в области вторичных перетяжек спутничных хромосом (13, 14, 15, 21 и 22 пары). В области вторичных перетяжек локализованы гены, кодирующие синтез рибосомальных РНК.
Функция: синтез р-РНК, из которых на 80% состоят рибосомы
Основным компонентом ядрышка является белок : на его долю приходится до 70—80% от сухой массы. Такое большое содержание белка и определяет высокую плотность ядрышек. Кроме белка в составе ядрышка обнаружены нуклеиновые кислоты: РНК ( 5—14%) и ДНК ( 2-12%). В структуре ядрышка выделяют гранулярный и фибриллярный компоненты. Функция: синтез р-РНК, из которых на 80% состоят рибосомы.
Число ядрышек может быть различным – 1-5 ядрышек на гаплоидный набор и до 10 на диплоидный набор, причем их количество не строго постоянно даже у одного и того же типа клеток. При новообразовании ядрышек они могут сливаться друг с другом в одну общую структуру, т.е. в пространстве интерфазного ядра отдельные ядрышковые организаторы разных хромосом могут объединяться. Так, в тканях человека могут встречаться клетки с одним ядрышком. Это значит, что они слились.
ДНК(40%) в комплексе с гистоновыми ( Н1,Н2а, H 2в, НЗ, Н4.) (40%) и негистоновыми (20%) белками, а так же встречаются следы РНК. Хроматин хорошо окрашивается основными красителями, что объясняет его кислотные свойства. При наблюдении в световой микроскоп хроматин интерфазного ядра виден в виде тонких нитей, глыбок, гранул. В зависимости от локализации в ядре хроматин может быть пристеночным (обнаруживается около ядерной мембраны) и диффузным (распределенный по всему объему ядра).
Эухроматин - деспирализованный, транскрибируемый, слабее окрашен Гетерохроматин – спирализованный, конденсированный, нетранскрибируемый, более интенсивно окрашен. РАЗЛИЧАЮТ: Конститутивный – ДНК которого находится в конденсированном состоянии постоянно во всех клетках организма. Факультативный – ДНК которого может транскрибироваться и находится в конденсированном состоянии лишь в некоторых клетках в определенные периоды онтогенеза организма. Примером служит тельце Бара.
Конститутивный – ДНК в нём находится в конденсированном состоянии. Конститутивный гетерохроматин генетически не активен ; он не транскрибируется, реплицируется позже всего остального хроматина, в его состав входит особая ( сателлитная ) ДНК, обогащенная высокоповторяющимися последовательностями нуклеотидов ; он локализован в центромерных, теломерных зонах митотических хромосом. Доля конститутивного хроматина может быть неодинаковой у разных объектов. Так, у млекопитающих на его долю приходится 10—15% всего генома, а у некоторых амфибий — даже до 60%.
Это хроматин– ДНК которого может транскрибироваться, большая его часть не конденсирована, а в конденсированном состоянии находится лишь в некоторых клетках в определенные периоды онтогенеза организма. Примером служит тельце Барра. Функция хроматина : это на 98-99% наследственный материал клетки.
Хроматин в ядре может быть структурно не оформлен, находясь в дисперсном(распылённом ) состоянии и распределён по всему ядру, но может быть и в пристеночном состоянии (сосредоточен у ядерной мембраны),. Однако на определенном этапе жизни клетки из него формируются четкие структуры!!!- хромосомы ( из ДНК и БЕЛКОВ хроматина).
Нуклеосомный Хроматиновые фибриллы (соленоид) 30 нм ( нуклеомерный) Хроматиновые филаменты (Хроматиновые петли-домены) ( хромомерный) Суперспирализованные филаменты ( минибенд ) ( хромонемный ) Хроматидный Хромосомный (Метафазная хромосома) За счет этих уровней ДНК утолщается и укорачивается: 1 ДНК – это 1 хромосома.
нуклеосомный нуклеомерный хромомерный Хромонемный хроматидный хромосомный
1.Молекула ДНК 2.Хроматин в форме нуклеосом 3.Хроматиновая фибрилла 30 нм(нуклеомерный ): А) Соленоидный тип укладки Б) Нуклеомерный тип укладки 4.Петельная структура ( хромомерный) 5.Хромонема 6.Хроматида 7.Хромосома
H1 Нуклеосома - наименьшая единица хроматина и хромосомы Нуклеосомный кор Линкерный участлк H2A, H2B, H3, and H4 Гистоновый октамер Нуклеосомный уровень Двуцепочечная ДНК накручивается вокруг гистоновых белков.
