Лекция по биологии. Лекция ядро,строение и функции соловых Галина Николаевна зав,каф.,доктор биолог наук, профессор,заслуженный работник высшей школы
 Скачать 1.74 Mb.
|
|
Лекция 1. ЯДРО,СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИИ Соловых Галина Николаевна – зав,каф.,доктор биолог.наук, профессор,заслуженный работник высшей школы ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕМЫОсновные вопросы темыРоль ядра и цитоплазмы в передаче наследственной информации. 2. Характеристика ядра как генетического центра. 3. Роль хромосом в передаче наследственной информации. 4. Правила хромосом. 5. Цитоплазматическая (внеядерная) наследственность: плазмиды, эписомы, их значение в медицине. 6. Основные компоненты ядра, их структурно-функциональная характеристика. 7. Современные представления о строении хромосом: нуклеосомная модель хромосом, уровни организации ДНК в хромосомах. Хроматин как форма существования хромосом (гетеро- и эухроматин): строение, химический состав. Кариотип. Классификация хромосом (Денверская и Парижская). Типы хромосом Современное представление о геноме Основные структурные компоненты эукариотических клеток.
Ядро клетки было открыто в 1831 г. английским ботаником Робертом Брауном. Он открыл его в клетках кожицы орхидных опыты подтверждающие функции ядра: пересадка ядер яйцеклетокОпыты Геммерлинга Доказательства роли ядра в передаче наследственной информации: одноклеточная водоросль (Acetabularia), имеющая форму гриба (шляпка, стебелек, корни). Ядро располагается в основании «стебелька».Если перерезать ножку, то нижняя часть продолжает жить, регенерирует шляпку и полностью восстанавливается после операции. Верхняя же часть, лишенная ядра, живет в течение некоторого времени, но, в конце концов, погибает, не будучи в состоянии восстановить нижнюю часть. Следовательно, ядро необходимо для метаболических процессов, лежащих в основе регенерации и соответственно роста.Опыты Астаурова с тутовым шелкопрядом Астауров Борис Львович Объект: два подвида тутового шелкопряда. У одного подвида берут сперматозоиды, у другого яйцеклетку. После разрушения ядра яйцеклетки, ее оплодотворяют сперматозоидами. Т.к. у шелкопряда имеет место полиспермия (несколько сперматозоидов могут оплодотворять яйцеклетку) в цитоплазме одного подвида формируется ядро с генетическим набором второго подвида. Из такой яйцеклетки развиваются только самцы того подвида, у которых брали сперматозоиды. Роль ядра в жизнедеятельности клеткиХранение генетической информации. Передача генетической информации. Реализация генетической информации. Прямые и косвенные доказательства функции ядра хромосом:Прямыми доказательствами роли ядра являются наследственные болезни, связанные с нарушением числа и структуры хромосом Косвенные: Правило постоянства числа хромосом. Число хромосом и особенности их строения – видовой признак. Правило парности хромосом. Число хромосом в соматических клетках всегда четное, это связано с тем, что хромосомы составляют пары. Правило индивидуальности хромосом. Каждая пара хромосом характеризуется своими особенностями. Хромосомы, относящиеся к одной паре, одинаковые по величине, форме и расположению центромер называются гомологичными. Негомологичные хромосомы всегда имеют ряд отличий. Правило непрерывности хромосом. Хромосомы способны к авторепродукции. Каков механизм выполнения этих функций?Хранение генетической информации – заключается в поддержании в неизменном состоянии структуры ДНК. Это достигается за счет процессов репарации, репликации и рекомбинации (кроссинговер). Передача генетической информации – реализуется в ходе митоза и мейоза. Реализация генетической информации – осуществляется через синтез белков в ходе транскрипции и трансляции. Строение ядра ядерной оболочки (кариолемы), ядерного сока (или кариоплазмы), ядрышка и хроматина. Функция ядерной оболочки:защитная барьерная регуляторная транспортная фиксирующая Строение ядерной оболочки1.внешняя мембрана ядерной оболочки; 2.перинуклеарное пространство (10-30 нм) 3.Внутренняя мембрана ядерной оболочки; 4.ядерные поры; 5.ламины; 6.хроматин; 7.Мембраны цитоплазмы Строение ядерной оболочкивнешняя мембрана ядерной оболочки; перинуклеарное пространство; внутренняя мембрана ядерной оболочки; ядерные поры; ламины; хроматин; мембраны цитоплазмы Ядерная ламинаВнутренняя мембрана связана с ядерной ламиной, которая состоит из трех типов белков A, B, and C. Именно с ней контактируют нити хроматина nuclear lamina ядерная пора.Наиболее характерной структурой ядерной оболочки является ядерная пора. Поры в оболочке образуются за счет слияния двух ядерных мембран и имеют вид округлых сквозных отверстий, или перфораций, с диаметром около 100 нм. Число ядерных пор зависит от метаболической активности клеток: чем выше синтетические процессы в клетках, тем больше пор. Ядерные порыПоровый комплекс образован 3 рядами (слоями) глобулярных белков, в каждом ряду их 8, в центре большая центральная глобула. Т.о. образуется воронка, в которой ряды соединяются между собой фибриллярными нитями. За счет этих нитей, при их сокращении, происходит увеличение или уменьшение поры. Глобулы белков – это ферменты и поэтому это ферментативная воронка, которая пропускает не все вещества. Функция ядерной поры: барьерная, регуляторная, транспортная, фиксирующая (для хроматина). В то же время ядерные поры осуществляют избирательный транспорт. Ядерный сокЯдерный сок (кариоплазма) - внутренняя среда ядра, представляющая собой коллоидное (гелеобразное) вязкое вещество, в котором находятся структуры ядра, а также ферменты и нуклеотиды, необходимые для репликации, транскрипции. Функция ядерного сока: осуществление взаимосвязи ядерных структур и обмен с цитоплазмой клетки. ЯДРЫШКОЯдрышки – это мелкие, обычно шаровидные тельца, являющиеся непостоянными компонентами ядра - они исчезают в начале деления клетки (профаза) и восстанавливаются после его окончания (телофаза). Впервые ядрышки были обнаружены Фонтана в 1774 г. Еще в 1930-х годах рядом исследователей (МакКлинток, Хейтц, С.Г. Навашин) было показано, что возникновение ядрышек связано с ядрышковыми организаторами, расположенными в области вторичных перетяжек спутничных хромосом (13, 14, 15, 21 и 22 пары). В области вторичных перетяжек локализованы гены, кодирующие синтез рибосомальных РНК. Электронная микрофотография - ядрышкоФункция: синтез р-РНК, из которых на 80% состоят рибосомы Состав ядрышкаОсновным компонентом ядрышка является белок: на его долю приходится до 70—80% от сухой массы. Такое большое содержание белка и определяет высокую плотность ядрышек. Кроме белка в составе ядрышка обнаружены нуклеиновые кислоты: РНК (5—14%) и ДНК (2-12%). В структуре ядрышка выделяют гранулярный и фибриллярный компоненты. Функция: синтез р-РНК, из которых на 80% состоят рибосомы. Число ядрышек может быть различным – 1-5 ядрышек на гаплоидный набор и до 10 на диплоидный набор, причем их количество не строго постоянно даже у одного и того же типа клеток. При новообразовании ядрышек они могут сливаться друг с другом в одну общую структуру, т.е. в пространстве интерфазного ядра отдельные ядрышковые организаторы разных хромосом могут объединяться. Так, в тканях человека могут встречаться клетки с одним ядрышком. Это значит, что они слились. Хроматин -это сложный химический комплекс и одно из возможных структурно-функциональных состояний наследственного материала клетки, т.е. ДНК.Хроматин состоит из :ДНК(40%) в комплексе с гистоновыми(Н1,Н2а, H2в, НЗ, Н4.) (40%) и негистоновыми (20%) белками, а так же встречаются следы РНК. Хроматин хорошо окрашивается основными красителями, что объясняет его кислотные свойства. При наблюдении в световой микроскоп хроматин интерфазного ядра виден в виде тонких нитей, глыбок, гранул. В зависимости от локализации в ядре хроматин может быть пристеночным (обнаруживается около ядерной мембраны) и диффузным (распределенный по всему объему ядра). Типы хроматина
Конститутивный – ДНК в нём находится в конденсированном состоянии. Конститутивный гетерохроматин генетически не активен; он не транскрибируется, реплицируется позже всего остального хроматина, в его состав входит особая (сателлитная) ДНК, обогащенная высокоповторяющимися последовательностями нуклеотидов; он локализован в центромерных, теломерных зонах митотических хромосом. Доля конститутивного хроматина может быть неодинаковой у разных объектов. Так, у млекопитающих на его долю приходится 10—15% всего генома, а у некоторых амфибий — даже до 60%. Факультативный хроматин:Это хроматин– ДНК которого может транскрибироваться, большая его часть не конденсирована, а в конденсированном состоянии находится лишь в некоторых клетках в определенные периоды онтогенеза организма. Примером служит тельце Барра. Функция хроматина: это на 98-99% наследственный материал клетки. Хроматин в ядре может быть структурно не оформлен, находясь в дисперсном(распылённом ) состоянии и распределён по всему ядру, но может быть и в пристеночном состоянии (сосредоточен у ядерной мембраны),. Однако на определенном этапе жизни клетки из него формируются четкие структуры!!!- хромосомы( из ДНК и БЕЛКОВ хроматина) . Уровни укладки: Упаковка нитей ДНК-это функция белковНуклеосомный Хроматиновые фибриллы (соленоид) 30 нм (нуклеомерный) Хроматиновые филаменты (Хроматиновые петли-домены) (хромомерный) Суперспирализованные филаменты (минибенд) (хромонемный) Хроматидный Хромосомный (Метафазная хромосома) За счет этих уровней ДНК утолщается и укорачивается: 1 ДНК – это 1 хромосома. Этапы упаковки ДНК хроматина в хромосому:нуклеосомный нуклеомерный хромомерный Хромонемный хроматидный хромосомный 1.Молекула ДНК1.Молекула ДНК 2.Хроматин в форме нуклеосом 3.Хроматиновая фибрилла 30 нм(нуклеомерный): А) Соленоидный тип укладки Б) Нуклеомерный тип укладки 4.Петельная структура (хромомерный) 5.Хромонема 6.Хроматида 7.Хромосома H1 Нуклеосома - наименьшая единица хроматина и хромосомы Нуклеосомный кор Линкерный участлк H2A, H2B, H3, and H4 Гистоновый октамер Нуклеосомный уровень Двуцепочечная ДНК накручивается вокруг гистоновых белков. |