Хроматин представляет собой массу генетического вещества, состоящего из ДНК и белков, которые конденсируются с образованием хромосом во время деления эукариотических . Хроматин содержится в наших клеток.
Основная функция хроматина состоит в том, чтобы сжать ДНК в компактную единицу, которая будет менее объемной и сможет войти в ядро. Хроматин состоит из комплексов небольших белков, известных как гистоны и ДНК.
Гистоны помогают организовать ДНК в структуры, называемые нуклеосомами, обеспечивая фундамент для обертывания ДНК. Нуклеосома состоит из последовательности нитей ДНК, которые обертываются вокруг набора из восьми гистонов, называемых октомерами. Нуклеосома дополнительно складывается с получением хроматинового волокна. Хроматиновые волокна свертываются и конденсируются с образованием хромосом. Хроматин позволяет осуществить ряд клеточных процессов, включая репликацию ДНК, транскрипцию, восстановление ДНК, генетическую рекомбинацию и деление клеток.
Эухроматин и гетерохроматин
Хроматин внутри клетки может быть уплотнен в различной степени в зависимости от стадии клетки в . Хроматин в ядре содержится в виде эухроматина или гетерохроматина. Во время интерфазы, клетка не делится, а подвергается периоду роста. Большая часть хроматина находится в менее компактной форме, известной как эухроматин.
ДНК подвергается воздействию эухроматина, что позволяет проводить репликацию и транскрипцию ДНК. Во время транскрипции двойная спираль ДНК разматывается и открывается, чтобы можно было скопировать , кодирующие белки. Репликация и транскрипция ДНК необходимы для того, чтобы клетка синтезировала ДНК, белки и при подготовке к делению клеток ( или ).
Небольшой процент хроматина существует как гетерохроматин во время интерфазы. Этот хроматин плотно упакован, что не позволяет проводить транскрипцию гена. Гетерохроматин окрашивается красителями в более темный цвет, чем эухроматин.
Хроматин в митозе:
Профаза
Во время профазы митоза волокна хроматина превращаются в хромосомы. Каждая реплицированная хромосома состоит из двух хроматид, соединенных в .
Метафаза
Во время метафазы хроматин становится чрезвычайно сжатым. Хромосомы выровнены на метафазной пластинке.
Анафаза
Во время анафазы парные хромосомы () отделяются и вытягиваются микротрубочками веретена деления на противоположные полюса клетки.
Телофаза
В телофазе каждая новая перемещается в свое собственное ядро. Хроматиновые волокна разматываются и становятся менее уплотненными. После цитокинеза образуются две генетически идентичные . Каждая клетка имеет одинаковое количество хромосом. Хромосомы продолжают разматывать и удлинять образующий хроматин.
Хроматин, хромосома и хроматида
У людей часто возникают проблемы с различием терминов: хроматин, хромосома и хроматида. Хотя все три структуры состоят из ДНК и находятся внутри ядра, каждый из них определяется отдельно.
Хроматин состоит из ДНК и гистонов, которые упакованы в тонкие волокна. Эти волокна хроматина не конденсируются, но могут существовать либо в компактной форме (гетерохроматин), либо менее компактной форме (эухроматин). Процессы, включая репликацию ДНК, транскрипцию и рекомбинацию, встречаются в эухроматине. При делении клеток хроматин конденсируется с образованием хромосом.
Представляют собой одноцепочечные структуры конденсированного хроматина. Во время процессов деления клеток через митоз и мейоз, хромосомы реплицируются, чтобы гарантировать, что каждая новая дочерняя клетка получает правильное количество хромосом. Дублицированная хромосома является двухцепочечной и имеет привычную форму X. Две нити идентичны и связаны в центральной области, называемой центромером.
Является одна из двух нитей реплицированных хромосом. Хроматиды, соединенные центромером, называются сестринскими хроматидами. В конце клеточного деления сестринские хроматиды отделяются от дочерних хромосом в новообразованных дочерних клетках.
Химический состав хроматина (хромосом)
Изучение химической организации хромосом эукариотических клеток показало, что они состоят в основном из ДНК и белков, которые образуют нуклеопротеиновый комплекс.
ДНК является материальным носителем свойств наследственности и изменчивости и заключает в себе генетическую информацию, записанную с помощью особого кода. Количество ДНК в ядрах клеток организма данного вида постоянно и пропорционально их плоидности. В соматических клетках организма ДНК вдвое больше, чем в гаметах. Значительную часть вещества хромосом составляют белки, на их долю приходится около 65 % массы.
Все хромосомные белки разделяются на 2 группы: гистоны и негистоновые белки. Гистоны - положительно заряженные основные белки, играющие роль в упаковке хромосомной ДНК и в регуляции транскрипции. Гистоны представлены 5 фракциями: Н1, Н2А, Н2В, НЗ, Н4. В хроматине все фракции гистонов обнаруживаются в приблизительно равных количествах, кроме Н1, которого примерно в два раза меньше любой из других фракций. Число фракций негистоновых белков превышает 100, многие из них являются ферментами синтеза и процессинга РНК, редупликации и репарации ДНК. Они выполняют структурную и регуляторную роль. РНК хромосом представлена частично продуктами транскрипции, которые ещё не покинули место синтеза. Некоторым фракциям РНК свойственна регуляторная функция. Помимо ДНК. белков и РНК в составе хромосом обнаруживаются липиды, полисахариды, ионы металлов: Ca, Mg, Fe. Массовые соотношения равны: ДНК: гистоны:негистоновые белки: РНК: липиды (1: 1: (0,2-0,5) : (0,1-0,15): (0,01-0,03)). Другие компоненты встречаются в незначительном количестве.
Лекция №2.13.9.11. «Этапы становления клеточной теории. Клетка как структурная единица живого»
Этапы становления клеточной теории:
1)1665 г. – Р.Гук дал название клетки – «cellula»
2)1839 г. – Шлейден и Шванн предложили новую клет. теорию
Клетка – структурная единица растений и животных
Процесс образования клеток обуславливает их рост и развитие
1858 г. – Вирхов дополнил клет. теорию
«Каждая клетка из клетки»
3)современная клет. теория
Клетка – основная структурно-функциональная единица всего живого
Клетки одного многоклеточного организма сходны по строению, составу и важным проявлениям жизнедеятельности
Размножение – деление исходной материнской клетки
Клетки многоклеточного организма по функциям и образуют ткани → органы→ системы органов→ организм
Общий план строения эукариотической клетки.
Три основных компонента клетки:
1)цитоплазматическая мембрана (плазмалемма)
Бислой липидов и один слой белков, кт.сидят на поверхности липидного слоя, либо погружены в него.
Функции:
Разграничительная
Транспортная
Защитная
Рецепторная (сигнальная)
2)цитоплазма:
а) гиалоплазма (коллоидный раствор белков, фосфолипидов и др. веществ. Может быть гелем и золь)
Функции гиалоплазмы:
Транспортная
Гомеостатическая
Обмен веществ
Создание оптимальных условий для функционирования органелл
б) Органеллы – постоянные компоненты цитоплазмы, имеющие опред. строение и выполн. опред. функции.
Классификация органелл:
○ по локализации:
Ядерные (ядрышки и хромосомы)
Цитоплазматические (ЭПС, рибосомы)
○ по строению:
Мембранные:
а)одномембранные (лизосомы, ЭПС, аппарат Гольджи, вакуоли, пероксисомы, сферосомы)
б)двумембранные (пластиды, митохондрии)
Немембранные (рибосомы, микротрубочки, миофибриллы, микрофиламенты)
○ по назначению:
Общего (есть во всех клетках)
Специального (есть в опред. клетках – пластиды, реснички, жгутики)
○ по размерам:
Видимые в световой микроскоп (ЭПС, аппарат Гольджи)
Невидимые в световой микроскоп (рибосомы)
Включения – непостоянные компоненты клетки,имеющие опред. строение и выполн. опред. функции.
3)ядро
Одномембранные.
ЭПС (Эндоплазматическая сеть, ретикулум).
Система связанных между собой полостей и канальцев, соединенных с наружной ядерной мембраной.
Шероховатая (гранулярная). Есть рибосомы→ синтез белка
Гладкая (агранулярная). Синтез жиров и углеводов.
Функции:
1)разграничительная
2)транспортная
3)выведение из клетки ядовитых веществ
4)синтез стероидов
Аппарат Гольджи (пластинчатый комплекс).
Стопки уплощенных канальцев и цистерн, кт.называются диктосомами .
Диктосома – стопка из 3-12 уплощенных дисков, называемых цистернами (до 20 диктосом)
Функции:
1)концентрация, освобождение и уплотнение межклеточного секрета
2)накопление глико- и липопротеидов
3)накопление и вывод из клетки веществ
4)образование борозды деления при митозе
5)образование первичных лизосом
Лизсома.
Пузырек, окруженный одинарной мембраной и содержащие гидролитические ферменты.
Функции:
1)переваривание поглощенного материала
2)разрушение бактерий и вирусов
3)автолиз (разрушение частей клетки и отмерших органелл)
4)удаление целых клеток и межклеточного вещества
Пероксисома.
Пузырьки, окруженные одной мембраной, содержащие пероксидазу.
Функции - окисление орг. вещества
Сферосома.
Овальные органеллы, окруженные одинарной мембраной, содержащие жир.
Функции – синтез и накопление липидов.
Вакуоли.
Полости в цитоплазме клеток, ограниченные одинарной мембраной.
У растений (клеточный сок – растворение орг. и неорг. веществ) и одноклет. животных (пищеварительные, сократительные – осморегуляция и выделение)
Двумембранные.
Ядро.
1)оболочка (кариолемма):
Две мембраны, пронизанные порами
Между мембранами находится перенуклеарное пространство
Наружная мембоана связана с ЭПС
Функции - защитная и транспортная
2)ядерные поры
3)ядерный сок:
По физ. состоянию близок к гиалоплазме
По химическому состоянию содержит больше нуклеиновых кислот
4)ядрышки:
Немембранные компоненты ядра
Может быть одно или несколько
Образуются наопределенных участками хромосом (ядрышковые организаторы)
Функции:
Синтез рРНК
Синтез тРНК
Образование рибосом
5)хроматин – нити ДНК+белок
6)хромосома – сильно спирализованный хроматин, кт.содержит гены
7)вязкая кариоплазма
Ультраструктура хромосом.
Хромосома → 2 хроматиды(соед. в области центромеры) → 2 полухроматиды → хромонемы →микрофибриллы (30-45% ДНК+белок)
Спутник – участок хромосомы, отделенный вторичной перетяжкой.
Теломера – концевой участок хромосомы
Виды хромосом в зависимости от положения центромеры:
1)равноплечие (метоцентрический)
2)неравноплечие (субметацентрические)
3)палочковидные (акроцентрические)
Каротип – совокупность данных о числе, форме и размерах хромосом.
Идиограмма – графическое построение кариотипа
Свойства хромосом:
1)постоянство числа
У одного вида число хромосом постоянно всегда.
2)парность – в соматических клетках каждая хромосома имеет свою пару (гомологичные хромосомы)
3)индивидуальность – каждая хромосома имеет свои особенности (размер, форма…)
4)непрерывность – каждая хромосома из хромосомы
Функции хромосом:
1)хранение наследственной информации
2)передача наследственной информации
3)реализация наследственной информации
Митохондрии.
1)состоит из 2-х мембран:
Наружная (гладкая, внутри имеет выпячивания - кристы)
Внешняя (шероховатая)
2)Внутри пространство заполнено матриксом в кт.находятся:
Рибосомы
Белки – ферменты
Функции:
1)синтез АТФ
2)синтез митохондриальных белков
3)синтез нукл. кислот
4)синтез углеводов и липидов
5)образование митохондриальных рибосом
Пластиды.
1)двумембранные органеллы
2)внутри строма,в кт. расположены тиллакойды → граны
3)в строме:
Рибосомы
Углеводы
По окраске делятся на:
1)хлоропласты (зеленые,хлорофилл).Фотосинтез.
2)хромопласты:
Желтые (ксантофилл)
Красные (ликопектин)
Оранжевые (каротин)
Окраска плодов, листьев и корнеплодов.
3)лейкопласты (бесцветные, не содержат пигменты). Запас белков, жиров и углеводов.
Немембранные.
Рибосома
1)состоит из рРНК, белка и магния
2)две субъединицы: большая и малая
Функция - синтез белка
Ядро -органоид, в котором сосредоточена почти вся наследственная информация клетки.лишенные ядра прокариоты и имеющие ядро эукариоты. имеет диаметр 48 мкм, округлую форму и находится в центральной части цитоплазмы, занимая от 10 до 40 % ее объема.
состоит из:ядерной оболочки, или нуклеолеммы;хроматина, представляющего собой комплекс ДНК с белками;белкового матрикса;одного или нескольких ядрышек; ядерного сока (кариолимфы, нуклеоплазмы). нуклеолемма изолирует его содержимое от цитоплазмы.
состоит из наружной и внутренней мембран толщиной по 710 нм, между которыми имеется перинуклеарное пространство шириной 1530 нм.Наружная и внутренняя мембраны нуклеолеммы соединены между собой в ядерных порах.ядерные поры вместе с окружающими ее структурами формируют поровые комплексы.Ядерный матрикс состоит из ламины, белкового скелета ядрышек и фибриллярно-гранулярной сети. Основной компонент ядерного матрикса-гранулы диаметром 2530 нм, которые соединяются между собой в фибриллярные структуры. практически полностью построен из белков.это ламины A, B и C.Функции ламинов поддержание размеров и формы ядра.
Хроматин распределен неравномерно: более конденсированные участки гетерохроматина
чередуются с менее конденсированными эухроматина.различают конститутивный гетерохроматин, который всегда остается в конденсированном состоянии, и факультативный гетерохроматин, представляющий собой временно конденсированный эухроматин.гетерохроматиновые участки клеточного ядра формируют скопления – хромоцентры. Белки хроматина: основные белки – гистоны и кислые, или негистоновые белки.Гистоны-небольшие белки с повышенным содержанием основных аминокислот – аргинина, лизина и гистидина.Кислые, или негистоновые, белки хроматина образуют значительно более разнообразную и многочисленную группу, чем гистоны. Наиболее изученными негистоновыми белками является группа белков HMG.
Уровни структурной организации хроматина.
1)Первый уровень укладки обеспечивается нуклеосомами. округлые частицы диаметром 15 нм, которые связаны между собой участками ДНК длиной около 20 нм. Отдельная нуклеосома состоит их белковой сердцевины, на которую накручена молекула ДНК.Нуклеосомы укорачивают молекулу ДНК примерно в 7 раз.
2)Второй уровень обеспечивается взаимодействием линкерной ДНК с гистоном H1.В результате соседние нуклеосомы приближаются друг к другу, формируя группы из 68 частиц – нуклеомеры (супербусины).
3)Третий уровень представлен хроматиновыми фибриллами. Они имеют суперспиральную структуру и содержат максимально сближенные между собой нуклеомеры.
4)Четвертый уровень обеспечивается взаимодействием фибрилл диаметром 30 нм с ядерным матриксом. При этом формируются петлевые домены.Петлевые домены обеспечивают компактизацию молекулы ДНК в 700 раз.
5)Пятый уровень укладки ДНК связан с формированием групп из 1820 петлевых доменов, прикрепленных в виде розетки к общему центру из белков ядерного матрикса.
6)Шестой уровень укладки ДНК определяется формированием хромонемы – фибриллярной структуры диаметром 200300 нм, состоящей из плотно упакованных хромомеров. позволяют укоротить длину молекулы ДНК в 10 000 раз.
7)состоит в образовании хроматидиз хромонем. Хромосомный уровень укладки ДНК в большей степени, чем другие уровни, отражает видовые особенности организации генома эукариот.
Ядрышко округлое тельце диаметром 1-5 мкм. Основным химическим компонентом ядрышка являются белки, которые составляют до 90 % его массы.Кроме белков содержат также РНК и ДНК.
Ядрышко является местом синтеза рРНК и образования предшественников рибосом. В нем выделяют: ядрышковый организатор (фибриллярный центр);плотный фибриллярный компонент; гранулярный компонент;околоядрышковый гетерохроматин;белковый сетчатый матрикс.
Ядрышковый организатор-хроматин, в котором локализованы гены рРНК.Плотный фибриллярный компонент -окружает фибриллярные центры.Гранулярный компонент состоит из гранул размером 1520 нм, которые заполняют пространство вокруг фибрилл, занимая до 80 % объема ядрышка.
Околоядрышковый гетерохроматин окружает ядрышко по периферии.
Белковый сетчатый матрикс представлен рыхлой фибриллярной сетью, которая заполняет весь объем ядрышка.
Микрофиламенты – тонкие нитчатые структуры (5-7 нм), состоящие из сократительных белков: актина, миозина, тропомиозина. Локализуются преимущественно в кортикальном слое цитоплазмы. Микрофиламенты пронизывают всю клетку и составляют основу цитоскелета. К ним прикрепляются все органоиды клетки. Актин составляет до 10...15% от всех белков клетки. Глобулярный G–актин существует в виде отдельных молекул в форме коллоидного раствор. В присутствии АТФ и некоторых белковых факторов образуется нитчатая структура из последовательностей глобул актина (фибриллярный, или F–актин). Миозин всегда существует в виде толстых нитей. Оба белка с участием других белков образуют актин-миозиновый комплекс, способный к сокращению за счет скольжения актиновых и миозиновых микрофиламентов относительно друг друга (при этом затрачивается энергия за счет гидролиза АТФ на определенных участках молекул миозина). В совокупности микрофиламенты составляют сократительный аппарат клетки, обеспечивающий различные виды движений:
Перемещение органоидов;
Ток гиалоплазмы;
Изменение клеточной поверхности;
Образование псевдоподий и перемещение клетки.
Скопление микрофиламентов в мышечных волокнах образует специальные органоидовы - миофибриллы.
Промежуточные филаменты представляют собой тонкие (10 нм) неветвящиеся нити, локализующиеся преимущественно в кортикальном (подмембранном) слое гиалоплазмы. Каждый промежуточный филамент образован 32 молекулвми фибриллярного белка (в эпителиальных клетках кератина, в фибробластах виментина, в мышечных клетках десмина). Функциональная роль промежуточных филаментов состоит в обеспечении клетке прочности на разрыв. В некоторых клетках (эпидермоциты кожи) промежуточные филаменты объединяются в пучки и образуют тонофибриллы, которые рассматриваются как специальные органоиды, выполняющие опорную роль.
24. Микротрубочки представляют собой полые цилиндры; внешний диаметр - 24 нм, внутренний - 15 нм, Стенка микротрубочки состоит из субъединиц глобулярного белка тубулина, каждая субъединица, имеющая вид округлых глобул,имеет диаметр 5 нм.. Большая часть микротрубочек участвует в формировании внутриклеточного каркаса, который поддерживает форму клетки, обуславливает определенное положение органоидов в цитоплазме, а также предопределяет направление внутриклеточных перемещений. Белки тубулины не обладают способностью к сокращению, а следовательно и микротрубочки не сокращаются. Однако в составе ресничек и жгутиков происходит взаимодействие между микротрубочками и их скольжением относительно друг друга, что и обеспечивает движение ресничек и жгутиков.
Микротрубочки сосредоточены в центре клетки и на ее периферии. Они входят в состав центриолей, органоидов движения, веретена деления, образуют цитоскелет в выступающих частях клеток (например, в аксонах нервных клеток). Вдоль микротрубочек могут перемещаться различные структуры (митохондрии и др.).
25. Реснички и жгутики.
У всех эукариот реснички и жгутики устроены сходным образом. Жгутики заметно длиннее ресничек, их длина достигает 150 мкм и более. Количество жгутиков на клетку обычно невелико, редко – несколько десятков или сотен, количество ресничек, как правило, значительно больше (до 10...15 тысяч, реже несколько сотен).
Типичный жгутик состоит из базального тела (или кинетосомы ), переходной зоны , главного стержня и кончика . Главный стержень и кончик жгутика покрыты мембраной, являющейся продолжением плазмалеммы.
Базальное тело представляет собой полый цилиндр, стенки которого образованы девятью триплетами микротрубочек. Таким образом, базальное тело и центриоль имеют одинаковое строение.
Переходная зона находится в области пересечения жгутика с плазмалеммой. В центре переходной зоны лежит аксиальная гранула, от которой отходит две одиночные микротрубочки, которые идут вдоль оси жгутика до самого конца. На периферии переходной зоны лежит базальный диск, в котором утрачивается одна из трех микротрубочек каждого триплета, и триплеты превращаются в дублеты.
В основе главного стержня жгутика лежит аксонема – система параллельно ориентированных микротрубочек. Типичная аксонема представлена цилиндром, стенки которого образованы девятью дублетами микротрубочек; вдоль оси аксонемы тянутся две одиночные микротрубочки.
По мере приближения к кончику дублеты постепенно утрачивают одну из двух микротрубочек, а затем исчезают полностью. Заканчивается жгутик двумя центральными микротрубочками, покрытыми мембраной.
Изгибание жгутика происходит за счет изменения расстояния между дублетами микротрубочек или между одиночными микротрубочками. При этом расходуется энергия АТФ.
У ряда организмов обнаружены некоторые отклонения от типичной организации жгутиков: центральные трубочки или отсутствуют, или имеется лишь одна. У некоторых групп эукариот жгутики и реснички отсутствуют (покрытосеменные растения, нематоды, членистоногие, часть одноклеточных гетеротрофных протистов, водорослей и большинство голосеменных растений).
