Лекция 10 Ядро Структурная организация наследственного материала Клеточный

Лекция 10 Ядро Структурная организация наследственного материала Клеточный цикл Вольты Протеасома

Прокариотические клетки бактерий Ядра нет Геном замкнутый, циркулярный, организован в виде одной хромосомы

Эукариотическая клетка, интерфаза Есть ядро Геном линейный сегментированный и упакован в большое количество хромосом

цитоплазма ЭПР Ядерные поры Ядро внутренняя мембрана хроматин Ядерная пластинка наружная мембрана цитоплазма

Интерфазное ядро

Ядерная оболочка: внутренняя и внешняя мембраны, различаются по составу белков. Наружная мембрана – часть ЭПР, несет рибосомы. Внутренняя мембрана – производное ЭПР, взаимодействует с белками ядерной пластинки. Перинуклеарное пространство

Ядерная пластинка (ламина) ламины транс-мембранные белки связь с цитоскелетом Белки, формирующие пластинку, - ламины, - относятся к классу промежуточных филаментов. Пластинка служит местом прикрепления хроматина.

Ядерная пластинка ооцита морского ежа. Реплика, ядро было обработано тритоном Х-100

Ядерные поры (поровые комплексы) Диаметр около 120 нм Негативное контрастирование Сканирующая электронная микроскопия Реплика, замораживание-травление

50 нм

нуклеопорины экспериментально доказанные связи гипотетические связи

Ядерные поры Ультратонкие срезы

Кольчатые пластинки (цитоплазматические поры) (Annulated lamellae)

Ядрышко ГЗ ЯО Фибриллярная зона = ядрышковый организатор ПФЗ

Ядрышковый организатор – участки хромосом, где транскрибируются рибосомальные РНК, здесь локализованы гены р. РНК (около 400 генов у человека) ГЗ ПФЗ ЯО Фибриллярная зона – место транскрипции генов р. РНК Плотная ФЗ: процессинг и начало сборки рибосом Гранулярная зона - место сборки и накопления рибосом. Малая и большая субъединицы транспортируются в цитоплазму по отдельности, через поровые комплексы.

Структурная организация наследственного материала в клетках эукариот Деспирализованный хроматин Хроматин – комплекс ДНК и белков Длина ДНК человека около 2 м, упакована в ядро диаметром 5 -10 мкм Деспирализованный хроматин 4 -нм нити ДНК. Получаются при удалении белков из ядра

нуклеосома 200 пар оснований Хроматосома- 166 П. О. гистоны

2, 7 нм между стрелками 10 -нм нить – транскрипция 30 -нм нить Основная форма эухроматина в интерфазе 10 -нм нить – транскрипция

Максимальная спирализация хроматина – в период митоза и мейоза Центромера

Митотические хромосомы в электронном микроскопе Нейтрофил Лимфоцит Клетка гепатомы А-1

В интерфазе: Около 10% эухроматина находится в состоянии 10 -нм нитей – активная транскрипция Около 10% хроматина высококонденсировано – гетерохроматин Гетерохроматин: – конститутивный, или структурный никогда не транскрибируется (центромеры); - факультативный – не транскрибируется в момент исследования Главные принципы пространственной организации хромосом в интерфазном ядре: - полярное расположение центромеров и теломеров - контакты с ядерной оболочкой в определенных участках

Ядро с высоким содержанием эухроматина Ультратонкий срез Ядро с высоким содержанием гетерохроматина Ультратонкий срез

Ядра с различным содержанием гетерохроматина Клетки лимфоидной ткани

Клеточный цикл 4 стадии: рост клеток, дупликация ДНК, разделение хромосом по дочерним клеткам, деление клетки М – фаза митоза G 1 -период – подготовка к дупликации ДНК, высокая метаболическая активность, рост клетки S-период – фаза синтеза - репликация ДНК интерфаза G 2 -период – рост клетки и подготовка к митозу М – фаза митоза Продолжительность фаз клеточного цикла разных клеток сильно варьирует

Митоз – деление клеток с предшествующим удвоением хромосом, в результате которого образуется две идентичных клетки с полноценным набором органоидов «Открытый» и «закрытый» митозы Митоз: нет синтеза, все структуры клетки «сосредоточены» на распределении между дочерними клетками и разделении клеток Должны разделиться все органоиды Перед митозом: в период G 2 завершены репликация ДНК и удвоение ядерных пор, ЭПР представлен цистернами и трубочками При переходе к митозу цистерны ЭПР исчезают, остаются трубочки Спирализация хромосом

Фазы митоза интерфаза прометафаза з цитокинез телофаза анафаза

Начало митоза (профаза) Дезинтеграция ядерной оболочки: - распадаются ядерные поры, - внешняя мембрана остается в составе ЭПР, - фрагменты внутренней мембраны присоединяются к трубочкам ЭПР - Диссоциация ядерных пор Компоненты пор диспергированы в цитоплазме, 3 нуклеопорина встраиваются в ЭПР - Деполимеризация ядерной пластинки - Спирализация и компактизация хромосом Метафаза: максимально компактизированные хромосомы выстраиваются по экватору клетки.

Анафаза: расхождение хромосом к полюсам клетки при помощи митотического веретена. Трубочки ЭПР связываются с хроматином и нуклеопоринами, ассоциированными с хроматином. Из ЭПР к хроматину рекрутируются мембранные трубочки и белки ядерной оболочки, формируется ядрышковый организатор. Большинство белков ядерной оболочки покидает ЭПР. Поздняя анафаза/ранняя телофаза: формируется замкнутая ядерная оболочка с порами. Сначала восстанавливается внутренний листок ядерной оболочки, затем собираются поры. Телофаза: завершение расхождения хромосом, оформление ядер дочерних клеток. Цитокинез

Митоз Профаза Метафаза Прометафаза анафаза Телофаза

Период G 2: завершены репликация ДНК и удвоение ядерных пор, ЭПР представлен цистернами и трубочками. Митоз: ядерные поры «разобраны» , компоненты ядерной оболочки интегрированы в ЭПР, ЭПР представлен трубочками. Компоненты пор диспергированы в цитоплазме, три трансмембранных нуклеопорина вместе с белками оболочки ядра встраиваются в ЭПР. Центриоли локализуются у ядерной оболочки, микротрубочки участвуют в разрушении ядерной оболочки. Метафаза: часть компонентов ядерной пластинки связывается с кинетохором и формируется веретено. На этой стадии вокруг хромосом нет мембран.

Анафаза: трубочки ЭПР ассоциируют с хроматином и нуклеопоринами, связанными с хроматином. В эту стадию вовлечены мелкие ГТФазы Ran и фосфатазы. Из ЭПР рекрутируются мембранные трубочки и белки ядерной оболочки к хроматину, формируется ЯО. На этой стадии большинство белков ядерной оболочки покидает ЭПР. Поздняя анафаза/ранняя телофаза: формируется замкнутая ядерная оболочка с порами.

Цикл «размножения» есть у всех органоидов. Дупликация органелл - сложный процесс, он должен обеспечить удвоение митохондрий и пластид, окруженных двумя мембранами, и удвоение одномембранных органоидов, включая аппарат Гольджи и ЭПР. Митохондрии делятся перетяжкой, в них также происходит дупликация генома Аппарат Гольджи: разделение идет по центру от цис-стороны в сторону транс-стороны, образуется два дочерних аппарата Гольджи При «закрытом» митозе ЭПР делится вместе с ядром. Разделение ЭПР при «открытом» митозе пока не понято. Разделение органоидов между клетками происходит без «специальных» структур

Вольты - Vaults Вольты – красные Микротрубочки – зеленые

крио. ЭМ Вольты - Vault Размеры около 40 х 70 нм, толщина стенки – 20 А Самые крупные РНП-частицы Около 10 000 на клетку у млекопитающих

Вольты: Одна (? ) маленькая нетранслируемая РНК Три белка: основной белок (MVP) 110 к. Да, два минорных белка: 193 к. Да поли(АДФ-рибоза) полимераза (v. PARP), и белок 240 к. Да (TEP-1), связанный с теломеразой, идентичен белку теломеразного комплекса ТЕР 1. Связывает РНК вольтов, необходим для их стабильности. Вольты локализуются в цитоплазме клеток, перемещаются путем диффузии. Показана связь вольтов с поровыми комплексами ядра. Полагают, что центральная ядерных пробка пор представлена именно вольтами, но это не доказано. Возможные функции вольтов: участие в транспортных механизмах, передаче сигналов и развитии иммунного ответа, формирование множественной лекарственной устойчивости. Уровень экспрессии основного белка вольтов – прогностический маркер многих видов рака и устойчивости к радиотерапии.

ПРОТЕАСОМА В клетках существует две системы деградации белков: лизосомы и протеасомы, обеспечивающие расщепление (протеолиз) белковых макромолекул. Поздние эндосомы и лизосомы – деградация белков, связанных с мембранами Протеасомы – деградация немембранных белков В клетке находится несколько тысяч протеасом, расположенных в нуклеоплазме и цитоплазме Протеасомы в клетках He. La

Протеасома в электронном микроскопе

26 S – вся протеасома с каталитической активностью 20 S – сердцевина 1. Активация убиквитина в присутствии АТФ 2. Убиквитин связывается с молекулой, которую нужно уничтожить, но внутрь протеасомы не попадает

Протеасома: Треониновые протеазы, каталитические центры – внутри Центральный кор, состоящий из 14 белковых димеров, по 7 в кольцевой структуре, всего 4 кольца, расположенных друг над другом; Две регуляторные части с двух сторон от кора, 14 белков в каждой, 6 из которых ATP-азы. Сборка протеасомы

10 нм 20 S протеасома Thermoplasma