d) Chromatyna

• Bardzo dobrze się wybarwia, więc można ją z powodzeniem obserwować.

• Składa się z DNA, RNA, histonów i białek niehistonowych.

• Histony to białka zasadowe (ponad 20% aminokwasów zasadowych) o małej masie cząsteczkowej (11 000 - 22 000 Daltonów) i powszechnym występowaniu.

• H1, H2A, H2B, H3, H4 to histony dobrze poznane.

• H3 i H4 należą do histonów konserwatywnych ewolucyjnie (skład aminokwasowy podobny u różnych zwierząt; czyli nie zmieniają się wraz z ewolucją organizmów).

• H5 znajduje się np. w jądrzastych erytrocytach; zawiera dużo lizyny; w erytrocytach kury i gęsi znana jest sekwencja 189 aminokwasów tego histonu.

• H4 jest najmniejszym z histonów, budują go zaledwie 102 aminokwasy; nie jest specyficzny gatunkowo (skład aminokwasowy niezależny od gatunku organizmu).

• H1 jest dużym histonem, jest słabo związany z chromatyną; posiada unikalny skład aminokwasowy.

• Histony łatwo ulegają odwracalnym, potranslacyjnym modyfikacjom: metylacji, fosforylacji, acetylacji; jest to cecha przydatna podczas aktywacji chromatyny.

• Białka niehistonowe to duża grupa białek niejednorodnych, niezasadowych. Nie stwierdzono korelacji pomiędzy ilością tych białek, a ilością chromatyny.

• Białka niehistonowe odgrywają dużą rolę przy tworzeniu pętli chromatynowych i chromosomów.

• Białka strukturalne HMG (High Mobility Group); HMG1 i HMG2 są charakterystyczne dla ssaków; mają zdolność interakcji z histonami i DNA.

Organizacja strukturalna chromatyny:

• Diploidalny genom człowieka zawiera około 2,3 metra DNA, które upakowane jest w jądrze komórkowym; możliwe jest to dzięki skręceniu i pofałdowaniu nici:

wolna nić DNA włókno nukleosomalne (sznur koralików) solenoid (włókno chromatynowe o średnicy 30 nm) pętle (domeny) chromatynowe chromosom metafazowy (najbardziej skondensowana chromatyna).

• Podstawową jednostką strukturalną chromatyny jest nukleosom, który zawiera:

• dwuniciowy fragment DNA o długości około 200 pnt (par nukleotydów); długość nukleosomalnego DNA może być różna; 200 to średnia wartość;

• oktamer histonów rdzeniowych (8 cząsteczek histonów; po dwa histony H2A, H2B, H3 i H4);

• histon H1.

• Histony rdzeniowe (H2A, H2B, H3 i H4) oddziaływują ze sobą C-końcami (globularne fragmenty o konserwatywnej sekwencji aminokwasowej); w wyniku specyficznych oddziaływań pomiędzy parami histonów H2A i H2B oraz H3 i H4 powstaje oktamer.

• Z około 200 par zasad nukleosomalnego DNA tylko 146 oddziałuje z histonami rdzeniowymi (tylko 146 łączy się z oktamerem).

• Na jeden nukleosom przypada około 1,7 zwoju DNA.

• Histon H1 łączy się z łącznikowym DNA i stabilizuje skręty DNA wokół oktameru histonów.

• Cząsteczki rdzeniowe łączą się za pomocą łącznikowego DNA (linker); długość łącznikowego DNA waha się (10 - 95 par zasad).

• Nukleosomy tworzą włókno nukleosomalne (sznur koralików), które pozwala na pozorne skrócenie DNA 6 - 7 X. Włókno nukleosomalne ma średnicę około 10 nm.

• Włókno chromatynowe (solenoid) to skręcone włókno nukleosomalne o średnicy 30 nm. W tworzeniu struktury solenoidu bierze udział histon H1.

• Na jeden skręt solenoidu przypada 6 nikleosomów, co pozwala na pozorne skrócenie DNA około 40 X.

• Włókno chromatynowe pofałdowane jest w pętle (domeny) o średnicy około 300 nm. Pętle te są podstawą budowy chromosomu.

• Obecnie przyjętym modelem budowy chromosomu jest „model promienistych pętli”; chromosom zbudowany jest z pojedynczej, liniowej cząsteczki DNA, połączoną w kompleks z histonami (włókno nuleosomalne a później chromatynowe); włókno ulega pofałdowaniu (dzięki interakcjom podstaw pętli chromatynowych z białkami niehistonowymi, tworzącymi szkielet chromosomu).

• Chromosom pozwala skrócić DNA 10 000 X.

• Według Waldeyer'a (1888 r.) chromosom zbudowany jest z konstruktywnej heterochromatyny (skondensowanej), przewężenia pierwotnego (centromer), przewężenia wtórnego (NOR) i tleomerów.

• Jeśli przewężenie wtórne usytuowane jest terminalnie, chromosom posiada trabant (satelitę).

• Położenie przewężenia pierwotnego (centromeru) w chromosomie metafazowym może być:

• akrocentryczne (gdy centromer jest blisko skraju)

• metacentryczne (gdy ramiona chromosomu są mniej-więcej równe)

• submetacentryczne (model pośredni)

• Przewężenie pierwotne zawiera kinetochor niezbędny do rozejścia się połówek chromosomu.

• Euchromatyna to chromatyna ulegająca całkowitej dekondensacji w telofazie; zawiera DNA ulegające transkrypcji.

• Heterochromatyna - nie ulega dekondensacji w telofazie, nie jest aktywna transkrypcyjnie.

e) Jąderko (nucleus)

• Jest to struktura w jądrze komórkowycm; nie jest oddzielona od reszty karioplazmy.

• Stanowi morfologiczny obraz aktywności transkrypcyjnej oraz przemian posttranskypcyjnych pewnej części genomu (rDNA).

• Występuje we wszystkich komórkach eukariotycznych (w interfazie), w czasie podziału niewidoczne. W jądrach o bardzo skondensowanej chromatynie (np. plemniki) brak jąderek.

• Jest najlepiej widoczną strukturą w jądrze komórkowym (duża gęstość, mało wody); opisano je już w XVIII wieku.

• Składa się z RNA, białek i nieznacznej ilości DNA.

• Białka w jąderku możemy podzielić na strukturalne, enzymatyczne i regulatorowe.

• Liczba jąderek zdeterminowana jest przez liczbę chromosomów jąderkotwórczych. Liczba chromosomów jąderkotwórczych jest stała dla gatunku.

• W komórkach ludzkich występuje maksymalnie 10 jąderek; mamy 5 chromosomów jądrekotwórczych (13, 14, 15, 21, 22), ilość tą mnożymy prze 2, bo mamy diploidalny zestaw chromosomów.

• Jąderka często ulegają fuzji (czyli liczba jąderek nie świadczy o liczbie chromosomów jąderkotwórczych).

• Jąderko jest strukturą dynamiczną (mało stabilną); morfologia i ultrastruktura zmienia się wraz z typem komórki, stopniem jej zróżnicowania i etapem cyklu komórkowego.

• Wielkość jąderek zależna jest od aktywności metabolicznej komórek (od zapotrzebowania na rybosomy na syntezę białka); średnica jąderka wynosi około 1-5μm.

• Jąderko jest zlokalizowane przeważnie w części centralnej lub tuż pod otoczką jądrową.

• Miejscem powstawania jąderka jest przewężenie wtórne chromosomu (NOR - Nucleolus Organizing Region), czyli organizator jąderkowy, w którym stopień kondensacji włókna chromatynowego jest niewielki. Tą część DNA nazywamy rDNA. NOR występuje w chromosomach jąderkotwórczych.

Ultrastrukturalna budowa jąderka:

• cenrum włókniste (fibrylarne) FC

• gęsty składnik włóknisty (fibrylarny) DFC na powierzchni FC

• składnik ziarnicty (granularny) GC otacza DFC; składnik dominujący

• wakuole jąderkowe NI puste przestrzenie w GC

• chromatyna zasocjowana z jąderkiem NAC obkleja GC

• macierz jąderkowa

FC - centum włókniste (fibrylarne)

• Zmienna lokalizacja, wielkość oraz ilość (może być wiele centrów włóknistych).

• Niska gęstość elektronowa (jasne obszary na elektronogramie TEM).

• Zbudowane z włókienek o średnicy 2-3 nm; zawiera polimerazę RNA klasy I, lecz jest ona niekaktywna (brak transkrypcji).

• Zawiera rDNA, białko C23 (należące do grupy białek AgNOR)

Polimeraza I RNA występuje zarówno w FC, jak i w DFC, ale aktywna jest tylko w DFC; odpowiada ona za transkrypcję rDNA i syntezę rRNA; w czasie mitozy znajduje się w NOR.

Białko C23 (nukleolina) to fosfoproteina o masie cząsteczkowej około 100 000 D; w jądrze interfazowym znajduje się w FC i DFC, w czasie mitozy - w NOR. Większość tego białka zasocjowana jest z pre-RNA. Do jego funkcji należy: aktywacja transkrypcji rDNA (tworzenia rRNA), dekondensacja chromatyny jąderkowej.

Białko B23 (numatryna) to fosfoproteina o masie cząsteczkowej około 38 000 D; w jądrze interfazowym znajduje się w DFC i GC (brak w FC!!!), podczas mitozy zasocjowane z chromosomami; zaangażowane w dojrzewanie RNP (rybonukleoprotein).

Białko B23 i C23 należą do grupy AgNOR, ponieważ występują w NOR i są srebrochłonne (ich grupy karboksylowe reagują z solami srebra czarne zabarwienie).

DFC - gęsty składnik włóknisty (fibrylarny)

• Otacza centrum włókniste.

• Utworzony jest z gęsto upakowanych włókienek (ciemne miejsce na elektronogramie), które są nowymi cząsteczkami pre-rRNA, czyli prekursorami składnika ziarnistego.

• Zachodzi tu transkrypcja i synteza 45S pre-rRNA (pre-rybosomalnego RNA).

• Występuje tu fibrylaryna, białko B23, polimeraza I RNA (aktywna).

GC - składnik granularny

• Wrażliwy na trawienie proteolityczne i RNA-zę.

• Występują tu ziarnistości o średnicy 15-20 nm; są to kompleksy białek z RNA zwane rybonukleoproteinami (RNP), które stanowią cząstki prerybosomalne.

• Puste miejsca (o niższej gęstości elektronowej) w GC to wakuole jąderkowe tworzone w wyniku szybkiego transportu cząsteczek RNP do cytoplazmy

12.10.2005 Wykład # 2

1

---