7
10/5/2009 1 Организация Организация генетического материала генетического материала у эукариот у эукариот Эукариотная Эукариотная ДНК ДНК Расположена Расположена: В ядре В ядре В митохондриях В митохондриях Ядерная ДНК Ядерная ДНК: Длинные линейные молекулы Длинные линейные молекулы; В виде хроматина В виде хроматина хромосом хромосом; Около 10% ДНК Около 10% ДНК – кодирующая, кодирующая, остальная остальная – некодирующая некодирующая; Активность ядерных генов зависит от Активность ядерных генов зависит от: Онтогенетического периода Онтогенетического периода; Типа клетки Типа клетки !!! !!! Необходим механизм сохранения Необходим механизм сохранения ГИ ГИ для для оптимальной пространственной и временной оптимальной пространственной и временной активности активности Ядро Ядро Ядерная оболочка Ядерная оболочка: Внешняя ядерная мембрана Внешняя ядерная мембрана Внутренняя ядерная мембрана Внутренняя ядерная мембрана • Перинуклеарное Перинуклеарное пространство пространство • Ядерная Ядерная ламина ламина Поровый комплекс Поровый комплекс Хроматин Хроматин • Эухроматин Эухроматин • Гетерохроматин Гетерохроматин Ядрышки Ядрышки Кариоплазма Кариоплазма Лабильная фаза Лабильная фаза Ядерный скелет Ядерный скелет Ядро Ядро Содержит Содержит ~ 98% 98% клеточной ДНК клеточной ДНК; Обеспечивает функциональную Обеспечивает функциональную компактизацию компактизацию ДНК ДНК: Эухроматин Эухроматин – активная активная ГИ ГИ; Гетерохроматин Гетерохроматин неактивная ДНК неактивная ДНК. Контроль жизнедеятельности клетки путем Контроль жизнедеятельности клетки путем дифференциальной экспрессии генов дифференциальной экспрессии генов: Транскрипция и Транскрипция и процессинг процессинг РНК РНК; Контроль клеточного деления и передачи Контроль клеточного деления и передачи ГИ ГИ от от клетки клетки – к клетке к клетке: Репликация ДНК и митоз Репликация ДНК и митоз Биогенез рибосом Биогенез рибосом

Nucleu Rus

Embed Size (px)

DESCRIPTION

nucleu celulei

Citation preview

Page 1: Nucleu Rus

10/5/2009

1

Организация Организация

генетического материала генетического материала

у эукариоту эукариот

ЭукариотнаяЭукариотная ДНКДНК

РасположенаРасположена::

•• В ядреВ ядре

•• В митохондрияхВ митохондриях

Ядерная ДНКЯдерная ДНК::

•• Длинные линейные молекулыДлинные линейные молекулы;;

•• В виде хроматинаВ виде хроматина ↔↔ хромосомхромосом;;

•• Около 10% ДНК Около 10% ДНК –– кодирующая, кодирующая, остальная остальная –– некодирующаянекодирующая;;

•• Активность ядерных генов зависит отАктивность ядерных генов зависит от::

•• Онтогенетического периодаОнтогенетического периода;;

•• Типа клеткиТипа клетки

!!! !!! Необходим механизм сохранения Необходим механизм сохранения ГИГИ для для оптимальной пространственной и временной оптимальной пространственной и временной активностиактивности

ЯдроЯдро•• Ядерная оболочкаЯдерная оболочка::

•• Внешняя ядерная мембранаВнешняя ядерная мембрана

•• Внутренняя ядерная мембранаВнутренняя ядерная мембрана

•• ПеринуклеарноеПеринуклеарное пространствопространство

•• Ядерная Ядерная ламиналамина

•• Поровый комплексПоровый комплекс

•• ХроматинХроматин

•• ЭухроматинЭухроматин

•• ГетерохроматинГетерохроматин

•• ЯдрышкиЯдрышки

•• КариоплазмаКариоплазма

•• Лабильная фазаЛабильная фаза

•• Ядерный скелетЯдерный скелет

ЯдроЯдро•• Содержит Содержит ~~ 98% 98% клеточной ДНКклеточной ДНК;;

•• Обеспечивает функциональную Обеспечивает функциональную компактизациюкомпактизацию

ДНКДНК::

•• ЭухроматинЭухроматин –– активная активная ГИГИ;;

•• ГетерохроматинГетерохроматин –– неактивная ДНКнеактивная ДНК..

•• Контроль жизнедеятельности клетки путем Контроль жизнедеятельности клетки путем

дифференциальной экспрессии геновдифференциальной экспрессии генов::

•• Транскрипция и Транскрипция и процессингпроцессинг РНКРНК;;

•• Контроль клеточного деления и передачи Контроль клеточного деления и передачи ГИГИ от от

клетки клетки –– к клеткек клетке::

•• Репликация ДНК и митозРепликация ДНК и митоз

•• Биогенез рибосомБиогенез рибосом

Page 2: Nucleu Rus

10/5/2009

2

ХРОМАТИНХРОМАТИН ХРОМОСОМЫХРОМОСОМЫ

•• Хроматин Хроматин –– это частично упакованный это частично упакованный

генетический материал в интерфазегенетический материал в интерфазе;;

•• ХромосомаХромосома –– максимально упакованный максимально упакованный

генетический материал в митозегенетический материал в митозе..

•• Химический составХимический состав::

•• 30% 30% ДНКДНК ++ 40% 40% гистоныгистоны ++ 25% 25% негистоновыенегистоновые

белкибелки ++ 5% 5% РНКРНК

профаза

телофаза

ХроматинХроматин = = хромосомахромосома

Хромосомная ДНКХромосомная ДНК –– содержит, передает и содержит, передает и реализует реализует ГИГИ;;

•• Длинные, линейные молекулыДлинные, линейные молекулы;;

•• Гетерогенные молекулыГетерогенные молекулы::

•• Кодирующие последовательностиКодирующие последовательности ((геныгены):):

•• Активные Активные –– транскрибируемыетранскрибируемые;;

•• НеактивныеНеактивные –– нетранскрибируемыенетранскрибируемые..

•• НекодирующиеНекодирующие последовательностипоследовательности::

•• СтруктурныеСтруктурные –– теломерытеломеры, , центромерыцентромеры, , сателлитысателлиты;;

•• РегуляторныеРегуляторные

ГистоновыеГистоновые белкибелки::

•• ГлобулярныеГлобулярные

•• БогатыеБогатые Liz Liz ии ArgArg;;

•• 5 классов5 классов: : H1H1, , H2AH2A, , H2BH2B, , H3H3, , H4H4

•• ФункцияФункция::•• Упаковка ДНК на Упаковка ДНК на нуклеосомномнуклеосомном уровнеуровне

•• Неспецифичный контроль экспрессии Неспецифичный контроль экспрессии геновгенов

ХроматинХроматин = = хромосомахромосома

Тип гистоновХарактерные

аминокислоты

К-во

аминокислотКонформация белка

H1 Liz 215 NH2 COOH

H2A Leu, Liz 129 NH2 COOH

H2B Ser, Pro, Liz 125 NH2 COOH

H3 Arg, Cis 135 NH2 COOH

H4 Arg, Liz 102 NH2 COOH

ГистоновыеГистоновые белкибелки

ДНК + гистоны = нуклеосома

a. Нуклеосомное ядро:

2H2A

2H2B

2H3

2H4

b. 200 п.о. нуклеосомная ДНК

c. H1 – стабилизирует DNP

Гистоновый октамер

НегистоновыеНегистоновые белкибелки

•• Крайне гетерогенные белкиКрайне гетерогенные белки;;

•• Ядерные ферменты дляЯдерные ферменты для::

•• репликациирепликации ((праймазапраймаза, , ДНКДНК--полпол., ., ДНКДНК--лиг.лиг.););

•• репарациирепарации ((эндонуклеазыэндонуклеазы, , ДНКДНК--полпол););

•• транскрипциитранскрипции ((РНКРНК--полпол.., , факторы факторы транскртранскр..););

•• процессингапроцессинга РНКРНК ((рибозимырибозимы););

•• биогенеза рибосомбиогенеза рибосом ((рибосомальныерибосомальные Б.Б.))

•• СайтСайт--специфичныеспецифичные белкибелки ((SAP, zincSAP, zinc--fingerfinger););

•• Белки Белки скаффолдаскаффолда –– хромосомной осихромосомной оси

Page 3: Nucleu Rus

10/5/2009

3

Хромосомная Хромосомная РНКРНК

•• Первичные Первичные транскриптытранскрипты

•• микроРНКмикроРНК в составе ядерных в составе ядерных

ферментовферментов

Ядро в разных этапах клеточного циклаЯдро в разных этапах клеточного цикла

Уровни Уровни компактизациикомпактизации ДНКДНК

•• I I уровеньуровень –– нуклеосомныйнуклеосомный = = нити нити

хроматинахроматина;;

•• II II уровеньуровень –– соленоид соленоид = = нити нити

хроматинахроматина;;

•• IIIIII уровеньуровень –– петлипетли

•• IVIV уровеньуровень –– метафазная хромосомаметафазная хромосома

-- Степенью укорачивания Степенью укорачивания

ДНКДНК;;

-- Толщиной Толщиной хроматиновойхроматиновой

нитинити;;

-- Механизмов образованияМеханизмов образования;;

-- Уровнем транскрипционной Уровнем транскрипционной

активностиактивности;;

-- Периодом клеточного циклаПериодом клеточного цикла..

Уровни Уровни компактизациикомпактизации

ГИГИ отличаютсяотличаются::

I I уровеньуровень-- нити хроматинанити хроматина::

•• ПолинуклеосомнаяПолинуклеосомная нитьнить 11nm11nm;;

•• Степень конденсацииСтепень конденсации –– xx 66 разраз;;

•• Механизм образованияМеханизм образования::

•• Взаимодействие Взаимодействие ДНКДНК-- с с гистоновымигистоновыми

основными белкамиосновными белками++

•• Транскрипция Транскрипция -- возможнавозможна..

I I уровеньуровень-- нити хроматина нити хроматина

10 nm10 nm

Page 4: Nucleu Rus

10/5/2009

4

Изменение гистоновИзменение гистонов: : •• МетилированиеМетилирование H3H3 ((Lys4Lys4) ) –– активная экспрессия активная экспрессия

генагена

•• МетилированиеМетилирование H3H3 ((Lys9Lys9) ) –– атенуацияатенуация

транскрипциитранскрипции

•• АцетилированиеАцетилирование гистонов гистонов –– распаковка хроматинараспаковка хроматина, ,

транскрипциятранскрипция

•• ДезацетилированиеДезацетилирование гистонов гистонов –– упаковка упаковка

хроматинахроматина, , инактивацияинактивация транскрипциитранскрипции

•• ФосфорилированиеФосфорилирование H1H1 –– сверхкондкнсациясверхкондкнсация ДНКДНК

•• ДефосфорилированиеДефосфорилирование H1H1 –– деконденсациядеконденсация

хроматинахроматина

II II уровень уровень –– соленоидсоленоид

•• Нить хроматина Нить хроматина 30 nm;30 nm;

•• Степень конденсации Степень конденсации –– x40x40 oriori;;

•• Механизм образованияМеханизм образования::

•• ФосфорилированиеФосфорилирование H1H1

сверхспирализациясверхспирализация полинуклеосомнойполинуклеосомной

нитинити –– по по 6 6 нуклеосомнуклеосом в виткев витке;;

•• Блокирование транскрипции ДНКБлокирование транскрипции ДНК..

Соленоид

Нить хроматинаНить хроматина

СоленоидСоленоид–– 30 nm30 nm

НуклеосомнаяНуклеосомная нитьнить

–– 110 nm0 nm

IIIIII уровеньуровень-- петлипетли

•• Петли большие и малыеПетли большие и малые, , диффузные или диффузные или

компактныекомпактные, , толщина толщина –– 300300 nm;nm;

•• Степень конденсацииСтепень конденсации –– x600x600--10001000;;

•• Механизм образованияМеханизм образования::

•• Прикрепление нити хроматина Прикрепление нити хроматина 30nm30nm к к

белковой осибелковой оси –– scaffoldscaffold;;

•• Взаимодействие Взаимодействие SAR SAR –– scaffoldscaffold

•• Транскрипция генов Транскрипция генов –– заблокированназаблокированна

Page 5: Nucleu Rus

10/5/2009

5

!!! SAR (MAR)!!! SAR (MAR) -- ((Scaffold /Matrix Associated Scaffold /Matrix Associated

RegionRegion)) –– специфические сайты ДНК специфические сайты ДНК

ответственные за присоединение к ответственные за присоединение к

scaffoldscaffold –– хромосомной осихромосомной оси;;

!!! !!! scaffoldscaffold –– хромосомная осьхромосомная ось –– сайт сайт

специфические белки взаимодействуют сспецифические белки взаимодействуют с::

-- нитями хроматинанитями хроматина;;

-- ламинойламиной lamina lamina fibrosafibrosa с поверхности с поверхности

внутренней мембраны ядерной оболочкивнутренней мембраны ядерной оболочки..

IVIV уровеньуровень ––

метафазная хромосомаметафазная хромосома

•• Наивысший уровень упаковки ДНК Наивысший уровень упаковки ДНК –– x10000x10000 разраз;;

•• Толщина хроматидыТолщина хроматиды ~~700nm700nm;;

•• Механизм образованияМеханизм образования::

•• ФосфорилированиеФосфорилирование ламиналамина ------ диссоциация диссоциация

ядерной оболочкиядерной оболочки;;

•• Полное Полное фосфорилированиефосфорилирование H1H1 –– конденсация конденсация

хроматинахроматина..

•• Транскрипция заблокированаТранскрипция заблокирована

2 nm

11 nm

30 nm

300 nm

700 nm

1400 nm

•• ЦентромераЦентромера = = первичная перетяжкапервичная перетяжка

•• ТеломераТеломера

Page 6: Nucleu Rus

10/5/2009

6

ЦентромераЦентромера

•• Повторяющиеся последовательности, Повторяющиеся последовательности,

богатыебогатые A/TA/T

•• Конститутивный Конститутивный гетерохроматингетерохроматин

•• H3H3 замещеназамещена CENPCENP--AA

•• Связывает хроматиды до анафазы Связывает хроматиды до анафазы

митозамитоза ((коэзинкоэзин))

•• Обеспечивает присоединение Обеспечивает присоединение кинетохоркинетохор

•• Обеспечивает взаимодействие с Обеспечивает взаимодействие с

веретеном деленияверетеном деления

ТеломераТеломера

ТеломераТеломера

•• Последовательности богатаяПоследовательности богатая G/C (G/C (уу H. H. sapienssapiens -- TTAGGGTTAGGG) ) длиной длиной 33--20 20 kbkb

•• Образует петли на концах хромосомОбразует петли на концах хромосом((TFR1TFR1, , TFR2TFR2))

•• Предотвращает укорачивание хромосом Предотвращает укорачивание хромосом как следствие репликации как следствие репликации

•• Предотвращает соединение хромосом Предотвращает соединение хромосом ((индивидуализация хромосоминдивидуализация хромосом))

•• Обеспечивает защиту хромосомОбеспечивает защиту хромосом

Период клеточного цикла и Период клеточного цикла и

степень конденсации хроматинастепень конденсации хроматина

•• ИнтерфазаИнтерфаза::

•• ПериодПериод G1G1;;

•• ПериодПериод S;S;

•• ПериодПериод G2G2;;

•• МитозМитоз::

•• ПрофазаПрофаза

•• МетафазаМетафаза

•• АнафазаАнафаза

•• ТелофазаТелофаза

I уровень

II уровень

III уровень

IV уровень

Функциональная Функциональная

классификация хроматинаклассификация хроматина::•• ЭухроматинЭухроматин::

-- Активные фрагменты ДНКАктивные фрагменты ДНК; ;

-- Содержит Содержит кодогеннуюкодогенную ДНКДНК..

•• ГетерохроматинГетерохроматин::

•• Неактивные фрагменты ДНКНеактивные фрагменты ДНК; ;

•• Содержит Содержит нене--кодогеннуюкодогенную ДНКДНК;;

•• Содержит Содержит кодогеннуюкодогенную ДНК, но неактивную в ДНК, но неактивную в данный моментданный момент;;

•• Может быть конститутивным и Может быть конститутивным и факультативнымфакультативным..

Page 7: Nucleu Rus

10/5/2009

7

ГетерохроматинГетерохроматин•• КонститутивныйКонститутивный::

•• НекодирующаяНекодирующая, , репетитивнаярепетитивная ДНКДНК;;

•• ЦенромерыЦенромеры, , теломерытеломеры, сателлиты, , сателлиты, спейсерыспейсеры..

•• ФакультативныйФакультативный::

•• Кодирующая, неактивная ДНККодирующая, неактивная ДНК;;

•• Может переходить в Может переходить в эухроматинэухроматин;;

•• Может быть Может быть аутосомнымаутосомным или половымили половым;;

•• ОпределяетОпределяет::•• Клеточную дифференциациюКлеточную дифференциацию;;

•• Половую дифференциациюПоловую дифференциацию;;

•• Контроль онтогенезаКонтроль онтогенеза

Ядрышко Ядрышко ––область биогенеза рибосомобласть биогенеза рибосом::

•• Транскрипция Транскрипция рибосомальныхрибосомальных генов и генов и

синтез синтез пропро--рРНКрРНК ((45S45S););

•• ПроцессингПроцессинг пропро--рРНКрРНК 45S45S с образование с образование

33--х фракции х фракции рРНКрРНК: 5,: 5,8S8S + + 18S18S + + 28S28S;;

•• Образование Образование RNP:RNP:

•• рРНКрРНК 18 S + 33 18 S + 33 рибосомальныхрибосомальных белковбелков = = 40S40S ––

малая малая рибосомальнаярибосомальная единицаединица;;

•• рРНКрРНК 28 S + 28 S + рРНКрРНК 5,8 S +5,8 S + рРНКрРНК 5 S 5 S + 49 + 49

рибосомальныхрибосомальных белковбелков = = 60S60S –– большая большая

рибосомальнаярибосомальная единицаединица

TTPP +1+1 18S18S 5,8S5,8S 28S28S

ТранскрипцияТранскрипция

ПроцессингПроцессинг

18S18S 5,8S5,8S 28S28S

ДНКДНК

ПроПро--рРНКрРНК

рРНКрРНК

Этапы экспрессии генов 1Этапы экспрессии генов 1--го классаго класса

Образование Образование 40S40S и и 60S60S

18S18S + 33 + 33 белков белков = = 40S40S 28S28S + 5,+ 5,8S8S ++ 5S5S + 49 + 49 белков белков = = 60S60S

Структура ядрышкаСтруктура ядрышка::•• ЯдрышковыйЯдрышковый организаторорганизатор –– фрагменты фрагменты

ДНК содержащие информация о ДНК содержащие информация о рРНКрРНК;;

•• рРНКрРНК: : первичные первичные транскриптытранскрипты 45S45S; ; рРНКрРНК

5S5S, , рРНКрРНК 5,5,8S8S, , рРНКрРНК 18S18S, , рРНКрРНК 28S28S;;

•• РибосомальныеРибосомальные белкибелки;;

•• Белки аппарата синтеза Белки аппарата синтеза рРНКрРНК;;

•• RNP RNP 40S40S ии 60S60S..