Jądro komórkowe – struktura i funkcje
1. 1.Morfologia jądra – rozmiary liczba umiejscowienie
Wielkość i kształt jądra oraz organizacja materiału genetycznego zależą przede wszystkim od stanu czynnościowego i typu komórki:
· w młodych, intensywnie proliferujących o dużej aktywności metabolicznej à jądra duże, kuliste, z wyraźnym jąderkiem i chromatyną rozproszoną
· w dojrzałych à mniej regularne kształty
· stare, o małej aktywności metabolicznej à zmianom kształtu jądra towarzyszy kondensacja(karyopyknosis) lub fragmentacja (karyorhexis) chromatyny
Kształt i wielkość jądra zmienia się również w poszczególnych fazach cyklu komórkowego:
· G1 à kuliste, niewielkie
· G2 à większe, mniej regularne
Średnia wielkość jąder mieści się w przedziale 3,5 – 20 mikrometrów(Mm). Jądro jest stałym elementem wszystkich komórek organizmu (wyj. – dojrzałe erytrocyty ssaków, warstwa rogowa naskórka). Większość komórek jest jednojądrzaste (monokariocyty), rzadziej dwujądrzaste (bikariocyty – np hepatocyty) i wielojądrzaste (polikariocyty, np osteoklasty)
W ultrastrukturze jądra (w interfazie) można wyróżnić strefy (domeny), którym przypisywane są określone funkcje, są to: otoczka jądrowa, macierz jądrowa, chromatyna skondensowana (heterochromatyna), chromatyna rozproszona (euchromatyna), jąderka, strefa perychromatyny : ziarna i włókna perychromatyny, strefa internchromatyny: ziarna i włókna interchromatyny, ciałka jądrowe
Nukleoplazma = macierz jądrowa = matriks jądrowa à pozachromatynowa struktura pozostała po trawieniu jądra komórkowego buforami o wysokiej sile jonowej, niejonowymi detergentami i nukleazami.
Strukturę białkowej macierzy jądrowej tworzą 3 elementy odpowiadające określonym domenom jądra komórkowego:
Macierz jądrową tworzą włókienka o średnicy 3-5 nm, składające się z charakterystycznych białek zwanych matrynami. Wśród niehistonowych białek macierzy wyizolowano: laminy, białka Ag-NOR, aktynę, białka rybonukleoprotein jądrowych.
Perychromatyna = okołochromatyna – pozachromatynowy składnik jądra składa się z włókien (hnRNA) i ziaren
ryboprotein (mRNA) i białka. Jest zatem miejscem przejściowego przechowywania mRNA i
hnRNA oraz jednym z miejsc obróbki hnRNA. ;
ziarna perychromatyny: regularne, kuliste, 40-50nm średnicy, w strefie brzeznej skupień chromatyny skondensowanej, skł. się z cienkich włókien rybonukleoproteidów
Interchromatyna = przestrzeń międzychromatynowa – występuje w postaci wysepek w różnych częściach jądra. Zbudowana z włókienek i ziaren i z rybonukleoprotein. Jest zgrupowaniem podjednostek rybosomów, które w
postaci interchromatyny są przechowywane przed transportem do cytoplazmy.
ziarna interchromatyny: w większych/mniejszych skupieniach, nieregularny kształt, 20-25nm średnicy, połączone między sobą włóknami à sprawiają wrażenie sieci; zaw. snRNA i rybocharynę; związek z macierzą jądrową i znaczenie w tworzeniu struktury interchromatyny
Heterochromatyna – odpowiada skondensowanej formie chromatyny - gęstych obszarów. Widoczna
jest zwykle na obwodzie jądra interfazowego, a w chromosomach metafazowych zlokalizowana jest
w pobliżu centromerów. Wyróżnia się w niej heterochromatynę konstytutywną oraz fakultatywną.
Heterochromatyna konstytutywna lokalizuje się głównie w okolicy przewężeń pierwotnych
chromosomów i zawiera DNA o bardziej monotonnej strukturze, a w szczególności całą pulę
satelitarnego DNA. Heterochromatyna fakultatywna występuje tylko w określonych populacjach
komórek i stanowi wynik “wyłączania” pewnych odcinków genomu w trakcie różnicowania
(specjalizacji) komórek. Zlokalizowana bywa w różnych obszarach chromosomów, ale głównie
znanym jej przykładem są tzw ciałka Barra.
Ciałka zwinięte (ciałka Cajala) - sferyczne ziarnistości dostrzegane w jądrach komórkowych komórek proliferujących (np komórki nowotworowe), czy komórek wysoce aktywnych metabolicznie (np neurony)
Nazywane dawniej"jąderkowymi ciałkami towarzyszącymi" (ang. nucleolar accessory bodies) w związku z ich współlokalizacją z jąderkami komórek nerwowych do którego są związane za pośrednictwem coiliny à organizacja ciałek zwiniętych, biochemiczny marker tych struktur (znakowanie przeciwciałami). Ciałka zwinięte są wielkości 0,1-0,2 Mm i przeciętnie są obserwowane w ilości od jednego do pięciu ciałek na jądro komórkowe. Ich liczba jest zmienna w różnych typach komórek i zmienia się także w trakcie cyklu komórkowego. W ciałkach Cajala zachodzi prawdopodobnie składanie i/lub modyfikacja maszynerii transkrypcyjnej.
3. Elementy strukturalne otoczki jądrowej: pory , kompleksy porowe, blaszka jądrowa.Skłąd chemiczny błon otoczki. Udział otoczki jądrowej w wymianie jądrowo-cytoplazmatycznej
Otoczka jądrowa – to dynamiczna i asymetryczna struktura oddzielająca zawartość nukleoplazmy jądra od cytoplazmy; w przeciwieństwie do błony kom., przekazywanie i wymiana jądrowo – cytoplazmatyczna odbywa się w ściśle określonych miejscach – porach jądrowych (nukleoporach) z udziałem jądrowych kompleksów porowych
W obrębie otoczki jądrowej wyróżnia się:
1. wewnętrzną błonę jądrową od strony nukleoplazmy
2. zewnętrzną (cytoplazmatyczną) błonę jądrową
3. przestrzeń okołojądrową (perynuklearną) zawartą między obiema błonami, szerokości ok 40 nm
4. pory jądrowe z kompleksami porowymi
5. blaszkę jądrową (lamina) przylegającą do wewnętrznej powierzchni błony strukturę białkową wchodzącą w skład macierzy jądrowej
Błony wewnętrzna i zewnętrzna otoczki jądrowej wykazują asymetrię strukturalną i czynnościową:
· błona zewn. à obecne rybosomy, bezpośredni kontakt z RER, znajdują się tam także białka enzymatyczne (występujące także w ERg): cytochromy P450 i B5
· błona wewn. à związek z blaszką jądrową; zawiera białka LAP (Lamin Associated Proteins): LAP 1A, 1B, 1C, 2, które wiążą błonę otoczki z laminą (blaszką podstawną)
Otoczka jądrowa wybiórczo i aktywnie uczestniczy w transporcie RNA do cytoplazmy oraz białek strukturalnych i czynnościowych (polimerazy, czynniki transkrypcyjne, małocząsteczkowe RNA) z cytoplazmy do jądra.
Jądrowy kompleks porowy jest wyspecjalizowaną strukturą osadzoną w obrębie poru jądrowego o średnicy 120-150 nm. Liczba kompleksów porowych zależy od wieku, akt. metabolicznej oraz typu kom. Przeciętnie w kom. eukariotycznych 10-20 porów/mm2 (np hepatocyt – 3000-7000porów), w kom. o wysokiej aktywności metabolicznej nawet do 50 mln.
budowa: kompleks porowy jest złożoną cylindryczną strukturą o kształcie oktagonalnym, cylinder utworzony przez 3 współosiowo ułożone pierścienie:
Jądrowy kompleks porowy jest zakotwiczony w otoczce jądrowej przez jedną z 4 podjednostek, z których jest zbudowana każda ze szprych zrębu podstawowego. (w obydwu błonach otoczki za pośrednictwem integralnych białek błonowych: POM121 i GP210.) Między leżącymi obok siebie szprychami a błoną otoczki jądrowej powstaje 8 kanałów peryferycznych ( średnica 10nm), które są miejscem dyfuzji biernej jonów i cząsteczek o niewielkiej średnicy. W pierścieniu cytoplazmatycznym à 8 filamentów białkowych (do 100nm dł.); pierścień wewnętrzny à filamenty biegnące promieniście w kierunku pierścienia końcowego tworząc strukturę koszyka
Białka jądrowego kompleksu porowego: zidentyfikowano ok. 100 polipeptydów – nukleoporyn, które odgrywają istotną rolę w przekaźnictwie.
blaszka jądrowa: jest stałą strukturą o grubości 10-100nm przylegającą do nukleoplazmatycznej pow. otoczki jądrowej; składa się z sieci delikatnych włókienek białkowych
Fibryle blaszki jądrowej sa utworzone przez białka klasy lamin (25-50% białek otoczki). U ssaków wyróżnia się 3 laminy: A,B,C. Ze względu na duze prawdopodobieństwo skł. aminokwasowego oraz struktury lamin do filamentó pośrednich, są one zaliczane do białek szkieletu jądra. Białka blaszki jądrowej à zrąb dla otoczki jądrowej i porowego kompleksu jądrowego à nadają odpowiedni kształt jądru kom. Laminy à proces fragmentacji i odbudowy otoczki w czasie podziału mitotycznego
Blaszka jądrowa uczestniczy w organizacji strukturalnej chromatyny, będąc miejscem umocowania pętli chromatynowych.
4. Chromatyna
1. definicja i nazewnictwo histonów
Histony – białka zasadowe bogate w Lizynę (H1, H2A, H2B) i Argininę (H3, H4). Ich wypadkowy ładunek jest dodatni (przyciąganie elektrostatyczne z ujemnie naładowanym DNA). Histony są syntetyzowane w fazie S, są konserwatywne ewolucyjnie, najbardziej zmienny jest histon H1. Dodatnie ładunki histonów umożliwiają ich silne wiązanie z ujemnymi resztami kwasu fosforowego szkieletu DNA.
5 klas histonów (wyróżnione na podstawie zawartości aminokwasów)
H2A, H2B, H3, H4 – tzw rdzeniowe , występują w chromatynie w podobnych ilościach, pełnią funkcję strukturalną
H1 – największa masa cząsteczkowa (23 kDa), duża różnorodność sekwencji, można go najłatwiej wyizolować z chromatyny
2. białka niehistonowe – NHC
Oprócz białek histonowych chromatynę współtworzą białka niehistonowe, które tworzą pętle oparte o rusztowanie chromatydy . Pętle mogą mieć od 30 - 100 par zasad. Przypuszcza się że w obrębie jednej pętli zlokalizowane są geny powiązane fizjologicznie, aby podczas aktywacji jednej pętli dawała dostęp do wszystkich genów związanych z procesem który “aktywuje” pętle. Białka, które spinają pętle to białka grupy HMG (High Mobility Group - o niskiej ,lub wysokiej masie cząsteczkowej (14, 17 lub 100, 200 kD). Głównym białkiem rusztowania chromatydy jest enzym odpowiadający za rozkręcanie DNA - topoizomeraza II.
Białka niehistonowe:
- enzymatyczne - synteza i modyfikacja kwasów nukleinowych, przemiany składników białkowych jądra, podział jądra komórkowego w cyklu komórkowym; cytokininy, cytokiny, CTK
- regulatorowe - odpowiedzialne za regulację aktywności genów
- strukturalne - związane z przestrzenną organizacją chromatyny
à dziubki, to jest jedyne co znalazłam, więcej ni ch... L
pięć poziomów struktury chromatyny: heliks DNA, włókno nukleosomowe (10nm) nukleofilament, włókno solenoidowe (30 nm), chromatyna interfazowa, chromosom metafazowy.
nukleosomy – kompleksy DNA i histonów rdzeniowych
DNA łącznikowy – fragment helisy między poszczególnymi nukleosomami – krótkie odcinki podwójnego łańcucha DNA (1,5 nm grubości, 20-95 polinukleotydów), długość jest swoista dla różnych organizmów/typów kom.
solenoid – powst. w wyniku superspiralizacji nukleofilamentu; włókno nukleosomowe zwinięte w lewoskrętną helisę, histon H1 à umożliwia odpowiednie zwinięcie chromatyny w regularną strukturę solenoidu
chromatyna interfazowa , heterochromatyna i euchromatyna
nie jest w tym samym stadium upakowania wzdłuż całego chromosomu, szczegółowa struktura chromosomu interfazowego jest odmienna w różnych typach komórek, bowiem zależy od tego, jakie geny ulegają ekspresji:
euchromatyna stanowi jaśniejsze(mniej gęste elektronowo) obszary chromatyny. W jej obrębie
można wyróżnić euchromatynę luźną i zwartą. Ich stopień organizacji odpowiada
nukleofilamentom i włóknom chromatynowym
heterochromatyna – odpowiada skondensowanej formie chromatyny - gęstych obszarów. Widoczna
znanym jej przykładem są tzw ciałka Barra
morfologia chromosomu metafazowego i struktura molekularna
Chromosom metafazowy - silnie skondensowana postać chromatyny w postaci pałeczkowatych ciał widocznych w metafazie podziału komórkowego
· Chromosom składa się z dwóch jednakowych części (rezultat replikacji DNA) zwanych chromatydami siostrzanymi.
· Chromatydy połączone są ze sobą za pośrednictwem centromeru zlokalizowanego na obszarze chromosomu zw. przewężeniem pierwotnym.
· Z centromerem związane są 2 kinetochory, które za pomocą mikrotubul kinetochorowych łączą chromosom z biegunami wrzeciona podziałowego.
· Zespół chromosomów komórki somatycznej określonego organizmu nazywa się kariotypem
wyjaśnij termin telomer, czego dotyczy tzw. limit Hayflicka
Telomer – fragment chromosomu, zlokalizowany na jego końcu, który zabezpiecza go przed uszkodzeniem podczas kopiowania. Telomer skraca się podczas każdego podziału komórki. Proces ten, będący "licznikiem podziałów" chroni komórki przed nowotworzeniem, ale przekłada się na proces starzenia się.
Telomer to element strukturalny chromosomu zapewniający mu stabilność. Każdy chromosom ma dwa telomery umiejscowione na jego końcach. W każdej komórce człowieka występują w sumie 92 telomery. Telomer zbudowany jest z kilku tysięcy zasad nukleinowych i związanych z nimi białek. Sekwencja składająca się na telomer człowieka zbudowana jest z nukleotydów: TTAGGG (gdzie T=tymina, A=adenina, G=guanina). Telomer nie zawiera żadnych genów i nie koduje żadnych białek. Zasady nukleinowe na końcu telomeru ułożone są na kształt "koniczyny", zawierającej dużą liczbę guaniny. Sekwencja nukleotydów w telomerze jest niezmienna i powtarzalna. U ludzi i innych kręgowców sekwencja ta jest taka sama. W miarę posuwania się w stronę geometrycznego środka chromosomu sekwencja zaczyna ulegać subtelnym zmianom – jest to tak zwany obszar subtelomerowy. Jest to obsz...
anetushek