7. 01. 2008r.

Jądro komórkowe- ćwiczenia

Jądro komórkowe- struktura obłoniona, w błonie komórkowej znajdują się pory jądrowe (widoczne na elektronogramie). Zewnętrzna błona komórkowa łączy się z siateczką śródplazmatyczną.

Jaderko jest odpowiedzialne za syntezę RNA, głównie rybosomalnego. W jąderku odbywa się transkrypcja r-RNA. Przebiega ona na matrycy robosomalnego DNA. Następnie "pakowanie" w tzw. kompleks rybonukleoproteinowy. Kompleksy tworzą podjednostki rybosomowe. Jaderko jest nieobłonione, stanowi zagęszczenie chromatyny.

Jaderka zanikają w profazie podziału komórkowego, a następnie są odtwarzane w telofazie. Powstaja one na odpowiednich regionach chormosomów tzw. okolicach jąderkotwórczych (NOR).

U człowieka NORy związane są z 5 parami chromosomów akrocentrycznych (13,14,15,21,22)-10 NORów; u psa 18, u świni 4.

Składniki jąderka:

0. ośrodki włókniste FC (interfazowe odpowiedniki NORów)

1. gęsty składnik wlóknisty DFC

2. składnik ziarnisty GC

3. chromatyna związana z jąderkiem NAC

4. wakuole jąderkowe NV

Typy strukturalno- czynnościowe jąderek:

1. Uformowane w nukleoplazmę (gąbczaste)- aktywne transkrypcyjnie. Ich rybonukleoproteiny tworzą luźną, gąbczastą strukturę.

2. Zwarte- zawierają ciasno ułożone struktury włókniste i ziarniste. Są to jąderka aktywne transkrypcyjnie. Najłatwiej je uwidocznić w jądrach młodych.

3. Zwarte z segregacją składników- rybonukleoproteiny (RNP) tworzą wyraźnie oddzielone od siebie strefy. Sa morfologicznym wyrazem zahamowania syntezy RNA..

4. Pierścieniowate- RNP rozmieszczone są obwodowo. W tych jąderkach synteza RNA jest bardzo spowolniona lub zupelnie zahamowana (proces odwracalny).

5. Mikrojąderka (jąderka resztkowe)- morfologiczny wyraz zahamowania syntezy RNA. Najczęściej występuja w komórkach starych.

Budowa jądra

0. otoczka jądrowa składająca się z wewnętrznej błony jądrowej , zewnętrznej błony jądrowej, z którą stykają się robosomy i siateczka śródplazmatyczna. Pomiędzy błoną wewnętrzną i zewnętrzną występuje

1. przestrzeń okołojądrowa (przestrzeń perynuklearna), mająca ok. 40nm grubości.

2. pory jądrowe (nukleopory)- poprzez które odbywa się transport różnych cząsteczek.

3. blaszka jądrowa (lamina)- zbudowana z białek zw. laminami. Jest to warstwa zaliczana do szkieletu jądra, ale przylega do błony wewnętrznej. Ma grubość od 1- 100 nm.

Otoczka jądrowa- występują w niej pory jądrowe (zw. jądrowymi kompleksami porowymi, nukleoporami)- nie występuja w plemnikach i erytrocytach. Kompleks taki ma ponad 100nm średnicy. Liczba porów zależy od wieku, aktywności metabolicznej i typu komórki. Średnia liczba porów 10-20/ mm2.

Budowa JKP:

3 pierścienie:

zewnetrzny- cytoplazmatyczny do ktorego przylegają mikrofilamenty

wewnętrzny

terminalny

Pomiędzy pierścieniem wewnętrznym i terminalnym występuje białkowy kosz jądrowego kompleksu porowego. Występuje również białkowy kompleks białek zw. transporterem.

Przez nukleopor przechodzą różne cząsteczki.

Transport jądrowo- cytoplazmatyczny;

0. dojądrowy- przebiega przy udziale tzw. sekwencji lokalizujących jądro NLS. Są to krótkie sekwencje aminokwasów, dzięki którym mozliwy jest transport przez nukleopor

1. z jądra do cytoplazmy- przebiega przy udziale sekwencji eksportujących NES.

Białko importowane [aby mogło się dostać do jądra, musi nabyć sekwencję lokalizującą NLS], do sekwencji zostaje przyłączona importyna (alfa i beta). Kompleks ten zakotwicza się na porze jądrowym za pomocą importyn. Następnie przedostaje się kompleksu do wnętrza kanału JKP i przy udziale Ran-GTP, następuje transport przez kanał do nukleoplazmy. We wnętrzu jądra komórkowego następuje oddysocjowanie importyn i wracają one do cytoplazmy.

Macierz jądrowa- matrix jądrowa; w jej skład wchodzą:

0. blaszka jądrowa- lamina

1. jąderka resztkowe

2. pozająderkowa włóknisto- ziarnista sieć (macierz wewnętrzna)

Organizacja strukturalna chromatyny:

0. euchromatyna- luźna- aktywna transkrypcyjnie

1. heterochromatyna- skondensowana- nieaktywna transkrypcyjnie

Chromatyna= białka histonowe, niehistonowe + DNA

Jednostką strukturalną chromatyny jest nukleosom, który zawiera DNA oraz oktamer histonów, tworzący rdzeń nukleosomu.

histony- zasadowe białka wchodzace w skład chromatyny (masa czasteczkowa do 23 kDa), zawierają dużo aminkowsów zasadowych, głównie lizyny i argininy. Aminokwasy te nadają histonom właściwości polikationów, DNA natomiast jest w formie polianionu. Tworząc nukleoproteiny tworzy kompleks zobojetniający się (z jednej strony kation, z drugiej anion).

Typy histonów:

Bogate w lizynę:

H1- najbardziej zasadowy, największy, histon łącznikowy (łączy DNA wchodzące i wychodzace nukleosomu)

H2A, H2B

Bogate w argininę:

H3, H4

Histony wchodzące w skład chromatyny, ulegają modyfikacjom potranslacyjnym. Powodują one kondensację lub despiralizację chromatyny.

Modyfikacje potranslacyjne:

0. acetylacja i deacetylacja

1. fosforylacja i defosforylacja

2. metylacja i demetylacja

3. ADP- robozylacja

Poziomy orgaznizacji chromatyny:

0. podwójna helisa DNA

1. włókno chromatyny (nukleosomowe, włókno 10 nm)- DNA nawinięte na histony. Histon H1 spina ze sobą dwie nici nukleosomu- wchodzacą i wychodzącą- łączy się z 10 nukleotydami wchodzącymi i 10 wychodzacymi. Część rdzeniowa nukleosomu, histon H1 i nukleosomy wchodzace i wychodzące tworzą chromatosom.

2. solenoid- (30 nm) powstaje przez superspiralizację podstawowego włókna nukleosomowego. Tworzy lewoskrętną helisę. Na jeden obrót helisy przypada 6-8 nukleotydów. Skok spirali wynosi 10 nm.

3. petle wyższego rzędu zw. domenami. Mają ok. 300 nm srednicy. Są zakotwiczone w rusztowaniu macierzy jądrowej, poprzez połączenie się z odpowiednimi białkami. Zespół kilkudziesięciu domen tworzy grona I rzędu i grona II rzędu.

Domenowa organizacja chromatyny występuje rownież u bakterii.

Chromosomy metafazowe:

0. metacentryczne

1. submetacentryczne

2. akrocentryczne

3. telocentryczne

Locus- miejsce na chromosomie, gdzie zlokalizowany jest gen.

Telomer- powtarzające się sekwencje nukleotydów zlokalizowane na końcach chromosomów.. W wyniku podziałów komórkowych, następuje skracanie się telomerów. Skracaniu, towarzyszy starzenie się komórek. Im krótsze telomery, tym starsza komórka. Telomery chronią też geny okołotelomerowe. Chromosomy pozbawione telomeru zlepiają się ze sobą, ulegają nieprawidłowym podziałom, łaczą się z rożnymi białkami jądra komórkowego- wszystkie te procesy prowadzą do śmierci komórki.

Problem replikacji końców James'a Watson'a:

Podczas duplikacji chromosomu, telomer powinien ulegać skróceniu.

Limit Hayflick'a:

Określa maksymalną ilość podziałów komórkowych. U człowieka wynosi 50 podziałów komórkowych. Dotyczy komórek zrożnicowanych, nie dotyczy macierzystych i nowotworowych.

Rodzaje chromosomów:

0. autosomy

1. heterosomy

2. chromosomy szczoteczkowe- posiadaja liczne boczne petle, które powstaja w wyniku miejscowej despiralizacji

3. politeniczne (olbrzymie)- tworza ścisle porzylegajace do siebie chromatydy siostrzane. Chromatydy siostrzane powstają w wyniku licznych endomitoz (zlepiając się ze sobą tworzą chromosomy politeniczne)

Replikacja DNA- wieloenzymatyczny i wieloetapowy proces powielania DNA

nukleozyd- połączenie zasady azotowej z cukrem

nukleozyd + reszta fosforanowa= nukleotyd

nukleotydy łączą się ze sobą tworząc nici DNA, nici łącza się ze sobą tworząc helisę.

średnica helisy: 2nm

na jeden skręt przypada: ok. 10 nukleotydów

odległość między nukleotydami: 0, 34 nm

skok spirali: 3,4 nm

BDNA- prawoskrętna helisa, ma dwie bruzdy tworzace rowek mniejeszy i rowek większy

ZDNA- lewoskrętna helisa, tworzy się gdy nukleotydy purynowe i pirymidynowe występują naprzemiennie

ssDNA- jednoniciowy DNA

[dwuniciowy może występować w różnych formach: A, B, C, E, H, P, Z]

Reguła Chargraffa:

A:T= 1:1= G:C

A+T/G+C- wartość stała, charakterystyczna dla danego gatunku (u czlowieka 1,4:1)

Replikacja DNA wymaga obecności substratów, takich jak:

0. matrycowy DNA

1. trifosforany deoksyrybonukleotydów (dNTP)

2. ATP

Aparat replikacyjny:

0. enzymy rozplatające DNA

1. białka stabilizujące jednoniciowy DNA

2. polimerazy DNA

Proces replikacji rozpoczyna się od tzw. miejsca Ori- miejsca inicjującego. Bierze tu udział helikaza, która rozrywa wiązania wodorowe pomiędzy zasadami azotowymi, powodując rozdzielenie nici.

Następnie, pojedyncze łańcuchy DNA są stabilizowane przez białka wiążące SSB- tworzą się widełki replikacyjne.

Replikacja odbywa się dwukierunkowo, z prędkością 50- 100 nt/sek

Polimeryzacja nukleotydów odbywa się od końca 5' do 3'- odbywa się dzięki polimerazie DNA

Białko ruchomej obręczy- umożliwia ruch ślizgowy polimerazy wzdłuż łańcucha DNA.

Prymaza- polimeryzuje na matrycy DNA starterowy RNA (ok.9 tys nukleotydów), dzięki któremu możliwe jest rozpoczęcie replikacji.

Na łańcuchu 5'-> 3' odbywa się synteza ciągła nukleotydów, tworzacy się łańcuch nosi nazwę nici wiodącej, natomiast na łańcuchu 3'-> 5' występuje synteza nieciągła, tworzone są krótkie fragmenty DNA (fragmenty Okazaki). Tworzacy się na tym łańcuch lańcuch potomny to nić opóźniona.

Nukleazy usuwają starterowy RNA i w to miejsce wstawiają DNA, a ligazy łącza poszczególne fragmenty DNA w jeden łańcuch.

Polimerazy naprawcze- likwidują fragmenty błędnie zsyntetyzowanego łańcucha.