• Ядро

• Ядро План лекции 1. Особенности строения ядерного аппарата прокариот и эукариот 2. Строение интерфазного ядра эукариот 3. Строение и функции ядерной оболочки ( наружная ядерная мембрана, перинуклеарная полость, внутренняя ядерная мембрана, ламина, поровый комплекс) 4. Хроматин ( дифузный и конденсированный ), его химический состав 5. ДНК хроматина. Классы нуклеотидных последовательностей ДНК эукариотических клеток: сателитная ДНК, умеренноповторяющиеся последовательности, уникальные последовательности). 6. Белки хроматина: гистоновые и негистоновые; их роль в компактизации хроматина. 7. Уровни структурной организации хроматина : нуклеосомный, нуклеомерный, хромомерный. Хромонемный. Хроматидный

Нуклеоид (E. coli

грануламии мембранами. Нуклеоиды бактерий на 80%состоят из ДНК, остальные 20% приходятся на различные белки и РНК. У E. coli в большом количестве выделены белки (HU u H-NS) по аминокислотному составу напоминающие гистоны • Молекулярная масса ДНК 2, 8 х109 • ДНК бактерий имеет кольцевую структуру. У E. coli на клетку приходится одна гиганская циклическая молекула ДНK. У других бактерий может быть от двух до девяти одинаковых молекул ДНК и соответственно несколько нуклеоидов. • У Azotobacter vinelandii около 40 хромосом организованы в один нуклеоид • ДНК представляет собой один репликон (имеется одна точка начала репликации, где образуются две репликативные вилки, которые по мере синтеза ДНК движутся вдоль молекулы до терминальной точки. ДНК связана с плазматической мембраной через специфические мембранные белки в зоне старта ее синтеза. В нуклеоиде ДНК уложена в виде суперспирализованных многочисленных петель, отходящих от плотной центральной области. В одну петлю (домен) входит до 10 -15 мкм. ДНК(около 40000 п. н. )всего таких петельоколо 120. Компактизация нуклеоида связана с наличием связок, содержащих. РНК и некоторые белки. Предполагают , что центральная его часть представлена неактивной сверхспиралированной ДНк, а по периферии расположены деспирализованные петли, нам которых идет синтез различных РНК.

Схема укладки ДНК в нуклеоиде E. coli (по DE Petrijohn, , 1974)

• Клеточное ядро состоит из ядерной оболочки, хроматина, ядрышка, кариоплазмы и ядерного белкового матрикса

• ЯДЕРНАЯ ОБОЛОЧКА • Ядерная оболочка состоит из двух мембран – внешней и внутренней, между которыми находится перинуклеарное пространство. • Ядерная оболочка имеет многочисленные поры, в районе пор внутренняя и внешняя мембрана смыкаются. Внешняя мембрана ядерной оболочки может образовывать выпячивания и выросты переходящие в каналы ЭПС. На внешней мембране имеются многочисленные рибосомы, что подчеркивает структурную идентичность этих мембран. Рибосомы могут синтезировать как мембранные белки так и секретируемые белки. которые могут транспортироваться в перинуклеарное пространство, а оттуда в каналы ЭПС. Состав липидов и белков внешней мембраны похож на таковой у ЭПС • Внутренняя мембрана ядерной оболочки структурно связана с ламиной -фиброзным периферическим слоем ядерного белкового матрикса. Ламины представлены тремя белками (ламины А, В, С ). Ламин В является липопротеидом, липофильная группа встраивается в мембрану и как бы заякоревают ламину на мембране. К ламине крепятся нити хроматина. • .

• Ядерная пора • Диаметр ядерных пор 100 нм. В электронном микроскопе видно , что пора заполнена сложно организованными глобулярными и фибриллярными структурами белковой природы. Молекулярная масса ядерного поровый комплекса имеет молекулярную массу 125 х 106 Да и состоит из 1000 белков(нуклеопоринов). Внешний диаметр порового комплекса около 100 нм , а высота – 75 нм. В целом он представляет цилиндрическую фигуру с октогональной симметрией. На электронных фотографиях периферия ЯПК представлена восемью глобулами. , а на выделенных. ЯПК в первую очередь видны кольчатые структуры. От периферических компонентов ЯПК в сторону цитоплазмы простираютсяфибриллярные выросты. Со стороны ядра фибрилярные структуры образуют корзиноподобную структуру, связанную с терминальным кольцом В большинстве моделей центр цилиндрической фигуры ЯПК содержит «пробку» (центральную гранулу ини транспортер)

Различные модели строения комплекса ядерной поры. а-по Lodish и соав. (2000), б – по Korp(1999), в - по Аlberts и соавт. (1994). Слева –трехмерные модели, справа – пора в разрезе. 1 - ядерная оболочка, 2 - цитоплазматические филаменты; 3 - центральная гранула(транспортер); 4 –цитоплазматическое кольцо; 5 – цитоплазматическая субъединица; 6 – спица; 7 - ядерное кольцо 8 – фибриллы корзинки; 9 – терминальное кольцо; 10 – аннулярные субъединицы

Цветное изображение хромосомных территорий ядра фибробласта человека

• Промиелоцит (слева), моноцит (справа). Ув. 25000. • 1 - плазмалемма; 2 - ядро: оболочка ядра, ядрышко, гетерохроматин, эухроматин

Полисегментоядерный нейтрофил. 1 - плазмалемма; 2 - цитоплазма; 3 - ядро: оболочка ядра, гетерохроматин, эухроматин.

Химический состав хроматина • Хроматин- нуклеопротеидный комплекс, из которого состоят эукариотические хромосомы. • В интерфазном ядре хроматин может находиться в двух альтернативных состояниях – конденсированном и деконденсированном. Деконденсированные участки хроматина называются диффузным хроматином или эухроматином. Неполное разрыхление участков хромосом называют конденсированным хроматином или гетерохроматином. Гетерохроматин подраздекляется на конститутивный и факультативный. • Конститутивный гетерохроматин остается постоянно в конденсированном состоянии и деконденсируется только в период репликации хромосом. Он не транскрибируется и реплицируется после всего остального хроматина. • Факультативный гетерохроматин – это неактивное состояние участка хромосомы, которое при необходимости может перейти к активному (деконденсированному) состоянию, когда идет с этого участка транскрипция. В дифференцированных клетках всего лишь около 10% генов находится в активном состоянии, остальные гены инактивированы и представлены в виде факультативного гетерохроматина

• ДНК-хроматина • По химическому составу хроматин представляет собой комплекс ДНК и белков. В ДНК эукариот выделяют 3 фракции: • уникальные последовательности – у животных составляют 40 -90% от всей ядерной ДНК; у растений – 12 -60%. У человека около 50% ядерной ДНК представлено уникальными последовательностями длиной 1 -2 тпн. Эти фрагменты разделены между собой умеренно повторяющимися последовательностями длиной 0, 1 -0, 3 тпн. Большая часть уникальной ДНК является «некодирующей» , так, например, в геноме человека из 50% уникальной ДНК на кодирующие участки приходится только 5%. Умеренно повторяющиеся последовательности ДНК кодируют, как правило, т. РНК, р. РНК, гистоны. Пример, гены 18 S и 28 S р. РНК образуют тандемные пары (мономерные единицы расположены по типу «голова к хвосту» ). Спейсер тоже транскрибируется, в его состав входит ген 5, 8 S р. РНК. У человека и мыши гены р. РНК располагаются в нескольких кластерах в акроцентрических хромосомах. Каждый кластер генов р. РНК соответствует ядрышковому организатору. Сателлитная ДНК – высокоповторяющиеся последовательности ДНК. Располагаются в центромерных, теломерных районах и в участках интеркалярного гетерохроматина. У разных видов на долю сателлитной ДНК приходится от 0, 3% до 28% от всей ядерной ДНК (Беридзе, 1982). В сателлитной ДНК выделяют 2 типа последовательностей: - микросателлиты – единица повтора состоит из 1 -5 нуклеотидов. Общая длина кластера – несколько десятков нуклеотидов. Пример: (АТ)n; (AC)n. В кодирующей части генов чаще встречаются тринуклеотидные повторы. Ди-, тетра- и пентануклеотидные повторы редки в кодирующей части генома, так как увеличение их числа обязательно приведет к сдвигу рамки считывания (Геномика – медицине, 2005). Микросателлитные последовательности обнаружены в геноме как прокариот, так и эукариот. Из-за высокой скорости мутирования микросателлиты обеспечивают генетическое разнообразие геномов. • - минисателлиты – повтора состоит из 10 -100 пн. Общий размер кластера 0, 5 -100 тпн.

• Белки хроматина • Белки в составе хроматина подразделяются на гистоны (80%всех белков хроматина) и негистоновые белки. • Гистоны-белки , характерные только для хроматина. Это основные(щелочные)белки, свойства которых определяются высоким содержанием лизина и аргенина. • Н 1 –высокое содержание лизина мол. масса 23000 д • Н 2 А – умеренно обогащены лизином , мол. масса 13960 • Н 2 В - умеренно обогащен лизином, мол. масса 13770 • Н 3 - обогащены аргенином мол. масса 15340 • Н 4 - обогащены аргенином мол. масса 11280 • У нисших позвоноччных вместо Н 1, в эритроцитах находят гистон Н 5, который содержит больше аргегина и серина • Количественное и качественное содержание гистонов влияет на степень конденсации и активности хроматина.

• Уровни структурной организации хроматина 1. Нуклеосомный 2. Нуклеомерный 3. Хромомерный 4. Хромонемный 5 Хроматидный

• Схема различных уровней компактизации хроматина (по Ю. С. Ченцову)1 нуклеосомный, 2 - нуклеомерный, 3 - хромомернвый, петлевой домен, 4 -хромонема, 5 - хроматида