jadierko- guľovitý útvar (1-5 mikrónov v priemere), prítomný takmer vo všetkých živých bunkách eukaryotických organizmov. V jadre je viditeľné jedno alebo viac zvyčajne zaoblených teliesok, ktoré silne lámu svetlo - ide o jadierko, čiže jadierko (jadierko). Jadierko dobre vníma hlavné farbivá a nachádza sa medzi chromatínom. Bazofília jadierka je určená skutočnosťou, že jadierka sú bohaté na RNA. Jadierko, najhustejšia štruktúra jadra, je derivátom chromozómu, jedným z jeho lokusov s najvyššou koncentráciou a aktivitou syntézy RNA v interfáze. Tvorba jadierok a ich počet sú spojené s aktivitou a počtom určitých úsekov chromozómov - nukleárnych organizátorov, ktoré sa nachádzajú väčšinou v zónach sekundárnych zúžení, nejde o samostatnú štruktúru ani organelu. U ľudí sú takéto miesta v 13., 14., 15., 21. a 22. páre chromozómov.
Funkciou jadierok je syntéza rRNA a tvorba ribozómových podjednotiek.
Jadierko je vo svojej štruktúre heterogénne: vo svetelnom mikroskope je možné vidieť jeho jemnovláknitú organizáciu. V elektrónovom mikroskope sú odhalené dve hlavné zložky: granulárne a fibrilárne. Priemer granúl je asi 15-20 nm, hrúbka fibríl je 6-8 nm. Granule sú zrejúce podjednotky ribozómov.
Granulovaná zložka lokalizovaný v periférnej časti jadierka a je akumuláciou ribozómových podjednotiek.
fibrilárna zložka je lokalizovaný v centrálnej časti jadierka a je vláknom ribonukleoproteínových prekurzorov ribozómov.
Ultraštruktúra jadierok závisí od aktivity syntézy RNA: pri vysokej úrovni syntézy rRNA sa v jadierku deteguje veľké množstvo granúl, keď sa syntéza zastaví, počet granúl klesá a jadierka sa menia na husté fibrilárne telieska bazofilnej povahy.
Schéma účasti jadier na syntéze cytoplazmatických proteínov môže byť znázornená takto:
obrázok? - SCHÉMA SYNTÉZY RIBOZÓMOV V EUKARYOTICKÝCH BUNKÁCH
Schéma syntézy ribozómov v eukaryotických bunkách.
1. Syntéza mRNA ribozomálnych proteínov pomocou RNA polymerázy II. 2. Export mRNA z jadra. 3. Rozpoznanie mRNA ribozómom a 4. syntéza ribozomálnych proteínov. 5. Syntéza prekurzora rRNA (45S - prekurzor) pomocou RNA polymerázy I. 6. Syntéza 5S pRNA pomocou RNA polymerázy III. 7. Zostavenie veľkej častice ribonukleoproteínu vrátane prekurzora 45S, ribozomálnych proteínov importovaných z cytoplazmy, ako aj špeciálnych nukleárnych proteínov a RNA podieľajúcich sa na dozrievaní ribozomálnych subčastíc. 8. Pripojenie 5S rRNA, odrezanie prekurzora a oddelenie malej ribozomálnej podjednotky. 9. Zrenie veľkej podjednotky, uvoľnenie nukleárnych proteínov a RNA. 10. Uvoľnenie ribozomálnych subčastíc z jadra. 11. Ich zapojenie do vysielania.
Mikrofotografie jadierka (podľa elektrónovej mikroskopie) 
obrázok? – Elektrónový mikrosnímok jadra s jadierkom
1- Fibrilárny komponent; 2- granulovaná zložka; 3 - perinukleárny heterochromatín; 4-karyoplazma; 5-nukleárna membrána.
obrázok? – RNA v cytoplazme a jadierkach buniek submandibulárnych žliaz.
Sfarbenie podľa Brachet, X400
1 – cytoplazma; 2 – jadierka. Obe tieto štruktúry sú bohaté na RNA (hlavne vďaka rRNA – bez alebo ako súčasť ribozómov) a preto pri farbení podľa Bracheta sú zafarbené karmínovo.
Typicky ho má eukaryotická bunka jadro, ale existujú dvojjadrové (ciliáty) a viacjadrové bunky (opalín). Niektoré vysoko špecializované bunky už druhýkrát strácajú jadro (erytrocyty cicavcov, sitkové trubice krytosemenných rastlín).
Tvar jadra je guľovitý, eliptický, menej často laločnatý, fazuľovitý atď. Priemer jadra je zvyčajne od 3 do 10 mikrónov.
Štruktúra jadra:
1 - vonkajšia membrána; 2 - vnútorná membrána; 3 - póry; 4 - jadierko; 5 - heterochromatín; 6 - euchromatín.
Jadro je od cytoplazmy ohraničené dvoma membránami (každá z nich má typickú štruktúru). Medzi membránami je úzka medzera vyplnená polotekutou látkou. Membrány na niektorých miestach navzájom splývajú a vytvárajú póry (3), cez ktoré prebieha výmena látok medzi jadrom a cytoplazmou. Vonkajšia jadrová (1) membrána zo strany privrátenej k cytoplazme je pokrytá ribozómami, čo jej dodáva drsnosť, vnútorná (2) membrána je hladká. Jadrové membrány sú súčasťou systému bunkovej membrány: výrastky vonkajšej jadrovej membrány sú spojené s kanálmi endoplazmatického retikula a tvoria jeden systém komunikačných kanálov.
karyoplazma (jadrová miazga, nukleoplazma)- vnútorný obsah jadra, v ktorom sa nachádza chromatín a jedno alebo viac jadierok. Zloženie jadrovej šťavy zahŕňa rôzne proteíny (vrátane jadrových enzýmov), voľné nukleotidy.
jadierko(4) je zaoblené husté teleso ponorené do jadrovej šťavy. Počet jadierok závisí od funkčného stavu jadra a pohybuje sa od 1 do 7 alebo viac. Jadierka sa nachádzajú iba v nedeliacich sa jadrách, počas mitózy zanikajú. Jadierko sa tvorí na určitých oblastiach chromozómov, ktoré nesú informácie o štruktúre rRNA. Takéto oblasti sa nazývajú nukleárny organizátor a obsahujú početné kópie génov kódujúcich rRNA. Ribozómové podjednotky sa tvoria z rRNA a proteínov pochádzajúcich z cytoplazmy. Jadierko je teda akumuláciou rRNA a ribozomálnych podjednotiek v rôznych štádiách ich tvorby.
Chromatin- vnútorné nukleoproteínové štruktúry jadra, zafarbené niektorými farbivami a líšiace sa tvarom od jadierka. Chromatín má formu hrudiek, granúl a vlákien. Chemické zloženie chromatínu: 1) DNA (30–45 %), 2) histónové proteíny (30–50 %), 3) nehistónové proteíny (4–33 %), preto je chromatín deoxyribonukleoproteínový komplex (DNP) . V závislosti od funkčného stavu chromatínu existujú: heterochromatín(5) a euchromatínu(6). Euchromatín – geneticky aktívny, heterochromatín – geneticky neaktívne úseky chromatínu. Euchromatín nie je rozlíšiteľný pod svetelnou mikroskopiou, je slabo zafarbený a predstavuje dekondenzované (despiralizované, neskrútené) časti chromatínu. Pod svetelným mikroskopom vyzerá heterochromatín ako hrudky alebo granule, je intenzívne zafarbený a ide o kondenzované (špiralizované, zhutnené) časti chromatínu. Chromatín je forma existencie genetického materiálu v interfázových bunkách. Pri delení buniek (mitóza, meióza) sa chromatín mení na chromozómy.
Funkcie jadra: 1) ukladanie dedičnej informácie a jej prenos do dcérskych buniek v procese delenia, 2) regulácia vitálnej aktivity buniek reguláciou syntézy rôznych proteínov, 3) miesto tvorby ribozómových podjednotiek.
Reklamy Yandex.DirectAll
Chromozómy
Chromozómy- Sú to cytologické tyčinkovité štruktúry, ktoré sú kondenzovaným chromatínom a objavujú sa v bunke počas mitózy alebo meiózy. Chromozómy a chromatín sú rôzne formy priestorovej organizácie deoxyribonukleoproteínového komplexu zodpovedajúce rôznym fázam bunkového životného cyklu. Chemické zloženie chromozómov je rovnaké ako u chromatínu: 1) DNA (30 – 45 %), 2) histónové proteíny (30 – 50 %), 3) nehistónové proteíny (4 – 33 %).
Základom chromozómu je jedna súvislá dvojvláknová molekula DNA; dĺžka DNA jedného chromozómu môže dosiahnuť niekoľko centimetrov. Je jasné, že molekula tejto dĺžky nemôže byť umiestnená v bunke v predĺženej forme, ale je zložená, čím získava určitú trojrozmernú štruktúru alebo konformáciu. Je možné rozlíšiť nasledujúce úrovne priestorového balenia DNA a DNP: 1) nukleozomálne (obalenie DNA okolo proteínových globúl), 2) nukleomérne, 3) chromomérne, 4) chromonemické, 5) chromozomálne.
V procese transformácie chromatínu na chromozómy tvorí DNP nielen špirály a supercoils, ale aj slučky a superslučky. Preto proces tvorby chromozómov, ktorý sa vyskytuje v profáze mitózy alebo profáze 1 meiózy, sa lepšie nazýva nie špirála, ale kondenzácia chromozómov.
Chromozómy: 1 - metacentrický; 2 - submetacentrický; 3, 4 - akrocentrické. Štruktúra chromozómu: 5 - centroméra; 6 - sekundárne zúženie; 7 - satelit; 8 - chromatidy; 9 - teloméry.
Metafázový chromozóm (chromozómy sa študujú v metafáze mitózy) pozostáva z dvoch chromatíd (8). Každý chromozóm má primárne zúženie (centroméra)(5), ktorá delí chromozóm na ramená. Niektoré chromozómy majú sekundárne zúženie(6) a satelit(7). Satelit - časť krátkeho ramena oddelená sekundárnym zúžením. Chromozómy, ktoré majú satelit, sa nazývajú satelit (3). Konce chromozómov sa nazývajú teloméry(9). V závislosti od polohy centroméry existujú: a) metacentrický(rovnostranný) (1), b) submetacentrické(mierne nerovnaké) (2), c) akrocentrický(ostro nerovnaké) chromozómy (3, 4).
Somatické bunky obsahujú diploidný(dvojitý - 2n) súbor chromozómov, pohlavné bunky - haploidný(slobodný - n). Diploidná sada okrúhlych červov je 2, Drosophila - 8, šimpanz - 48, rak - 196. Chromozómy diploidnej sady sú rozdelené do párov; chromozómy jedného páru majú rovnakú štruktúru, veľkosť, sadu génov a sú tzv homológne.
karyotyp- súbor informácií o počte, veľkosti a štruktúre metafázových chromozómov. Idiogram je grafické znázornenie karyotypu. Zástupcovia rôznych druhov majú rôzne karyotypy, rovnaké druhy sú rovnaké. autozómy- chromozómy sú rovnaké pre mužský a ženský karyotyp. pohlavné chromozómy Chromozómy, v ktorých sa mužský karyotyp líši od ženského.
Sada ľudských chromozómov (2n = 46, n = 23) obsahuje 22 párov autozómov a 1 pár pohlavných chromozómov. Autozómy sú zoskupené a očíslované:
Pohlavné chromozómy nepatria do žiadnej zo skupín a nemajú číslo. Pohlavné chromozómy ženy - XX, muži - XY. Chromozóm X je stredne submetacentrický, chromozóm Y je malý akrocentrický.
V oblasti sekundárnych zúžení chromozómov skupín D a G existujú kópie génov, ktoré nesú informácie o štruktúre rRNA, preto sa chromozómy skupín D a G nazývajú tvorba jadierok.
Funkcie chromozómov: 1) uchovávanie dedičnej informácie, 2) prenos genetického materiálu z materskej bunky do dcérskych buniek.
Prednáška číslo 9.
Štruktúra prokaryotickej bunky. Vírusy
Prokaryoty zahŕňajú archebaktérie, baktérie a modrozelené riasy. prokaryoty- jednobunkové organizmy, ktorým chýba štruktúrne vytvorené jadro, membránové organely a mitóza.
Biológia 5,6,7,8,9,10,11 trieda, USE, GIA
vytlačiť
Nucleus je dôležitou štruktúrou zložka eukaryotickej bunky, ktorý obsahuje molekuly DNA- genetická informácia. Má okrúhly alebo oválny tvar. Jadro uchováva, prenáša a implementuje dedičné informácie a tiež zabezpečuje syntézu bielkovín. Viac o bunková organizácia, zloženie a funkcie jadra živočíšnej alebo rastlinnej bunky, zvážte nižšie uvedenú tabuľku.
|
jadrového obalu. Má poréznu dvojmembránovú štruktúru. |
|
|
Chromozómy. Husté predĺžené alebo vláknité útvary, ktoré je možné vidieť iba s bunkové delenie. |
|
|
Nucleoli. Majú guľovitý alebo nepravidelný tvar. |
Zúčastnite sa procesu syntézy RNA, ktorý je súčasťou ribozómy. |
|
jadrová šťava (karyoplazma). Polotekuté médium umiestnené vo vnútri jadra. |
Látka, ktorá obsahuje jadierka a chromozómy. |
Napriek rozdielom v štruktúre a funkcii, všetky časti buniek neustále navzájom interagujú, sú zjednotené jednou hlavnou funkciou - včasné zabezpečenie vitálnej aktivity bunky bunkové delenie a správny metabolizmus v ňom.
Iba eukaryotické bunky majú jadro. Zároveň ho niektoré strácajú v procese diferenciácie (zrelé segmenty sitových trubíc, erytrocyty). Nálevníky majú dve jadrá: makronukleus a mikronukleus. Existujú viacjadrové bunky, ktoré vznikli spojením viacerých buniek.
Vo väčšine prípadov je však v každej bunke len jedno jadro.
Bunkové jadro je jeho najväčšou organelou (okrem centrálnych vakuol rastlinných buniek). Je to úplne prvá z bunkových štruktúr, ktorú vedci opísali. Bunkové jadrá majú zvyčajne guľovitý alebo vajcovitý tvar.
Jadro reguluje všetku bunkovú aktivitu. Obsahuje chromatidy- vláknité komplexy molekúl DNA s histónovými proteínmi (ktorých črtou je obsah veľkého množstva aminokyselín lyzínu a arginínu v nich).
DNA jadra uchováva informácie o takmer všetkých dedičných znakoch a vlastnostiach bunky a organizmu. Pri delení buniek sa chromatidy špirálovito rozbiehajú, v tomto stave sú viditeľné pod svetelným mikroskopom a sú tzv chromozómov.
Chromatidy v nedeliacej sa bunke (počas interfázy) nie sú úplne despiralizované.
Pevne stočené časti chromozómov sa nazývajú heterochromatín. Nachádza sa bližšie k plášťu jadra. Do stredu jadra je euchromatínu- viac despiralizovaná časť chromozómov.
Prebieha na ňom syntéza RNA, teda načítava sa genetická informácia, prejavujú sa gény.
Replikácia DNA predchádza jadrovému deleniu, ktoré zase predchádza deleniu buniek. Dcérske jadrá teda dostanú hotovú DNA a dcérske bunky hotové jadrá.
Vnútorný obsah jadra je oddelený od cytoplazmy jadrového obalu, pozostávajúce z dvoch membrán (vonkajšia a vnútorná).
Bunkové jadro teda označuje dvojmembránové organely. Priestor medzi membránami sa nazýva perinukleárny priestor.
Vonkajšia membrána na určitých miestach prechádza do endoplazmatického retikula (ER).
Ak sú ribozómy umiestnené na ER, potom sa to nazýva drsné. Ribozómy môžu byť umiestnené aj na vonkajšej jadrovej membráne.
Na mnohých miestach sa vonkajšie a vnútorné membrány navzájom spájajú a vytvárajú sa jadrové póry.
Ich počet nie je konštantný (v priemere sa ráta na tisíce) a závisí od aktivity biosyntézy v bunke. Prostredníctvom pórov si jadro a cytoplazma vymieňajú rôzne molekuly a štruktúry. Póry nie sú len diery, sú zložité na selektívny transport. Ich štruktúra je určená rôznymi nukleoporínovými proteínmi.
Z jadra vychádzajú molekuly mRNA, tRNA, subčastice ribozómov.
Cez póry vstupujú do jadra rôzne proteíny, nukleotidy, ióny atď.
Ribozómové podjednotky sú zostavené z rRNA a ribozomálnych proteínov jadierko(môže ich byť niekoľko).
Centrálnu časť jadierka tvoria špeciálne úseky chromozómov (nukleárne organizéry), ktoré sú umiestnené vedľa seba. Nukleárne organizátory obsahujú veľké množstvo kópií génov kódujúcich rRNA. Pred delením buniek jadierko zaniká a znovu sa vytvára už počas telofázy.
Tekutý (gélovitý) obsah bunkového jadra je tzv jadrová šťava (karyoplazma, nukleoplazma).
Jeho viskozita je takmer rovnaká ako viskozita hyaloplazmy (tekutý obsah cytoplazmy), ale kyslosť je vyššia (napokon, DNA a RNA, ktoré sú v jadre bohaté, sú kyseliny). V jadrovej šťave plávajú proteíny, rôzne RNA, ribozómy.
Štrukturálne prvky jadra sú jasne vyjadrené iba v určitom období bunkového cyklu v interfáze. Počas delenia buniek (pri mitóze alebo meióze) niektoré štruktúrne prvky zanikajú, zatiaľ čo iné sa výrazne transformujú.
Klasifikácia konštrukčných prvkov medzifázového jadra:
chromatín;
Nucleolus;
karyoplazma;
Karyolemma.
Chromatín je látka prijímajúca farbivo (chromos), odtiaľ pochádza jeho názov.
Chromatín pozostáva z chromatínových fibríl s hrúbkou 20-25 nm, ktoré môžu byť voľne alebo kompaktne umiestnené v jadre. Na tomto základe sa rozlišujú dva typy chromatínu:
Euchromatín - voľný alebo dekondenzovaný chromatín, slabo zafarbený zásaditými farbivami;
Heterochromatín je kompaktný alebo kondenzovaný chromatín, ktorý sa dobre farbí rovnakými farbivami.
Pri príprave bunky na delenie v jadre sa fibrily chromatínu spiralizujú a chromatín sa premieňa na chromozómy.
Po rozdelení v jadrách dcérskych buniek dochádza k despiralizácii chromatínových fibríl a chromozómy sa opäť menia na chromatín. Preto sú chromatín a chromozómy rôzne fázy tej istej látky.
Podľa chemickej štruktúry sa chromatín skladá z:
kyselina deoxyribonukleová (DNA) 40 %;
Bielkoviny asi 60 %;
Kyselina ribonukleová (RNA) 1 %.
Jadrové proteíny sú reprezentované formami:
Alkalické alebo histónové proteíny 80-85%;
Kyslé bielkoviny 15-20%.
Histónové proteíny sú spojené s DNA a tvoria polymérne reťazce deoxyribonukleoproteínu (DNP), čo sú chromatínové fibrily, jasne viditeľné pod elektrónovou mikroskopiou.
Na určitých miestach chromatínových fibríl sa z DNA uskutočňuje transkripcia rôznych RNA, pomocou ktorej sa potom uskutočňuje syntéza proteínových molekúl. Transkripčné procesy v jadre sa vykonávajú iba na voľných chromozomálnych fibrilách, to znamená v euchromatíne.
V kondenzovanom chromatíne sa tieto procesy neuskutočňujú, a preto je heterochromatín neaktívnym chromatínom. Pomer euchromatínu a heterochromatínu v jadre je indikátorom aktivity syntetických procesov v danej bunke. Na chromatínových fibrilách v S-perióde interfázy sa uskutočňujú aj procesy replikácie DNA. Tieto procesy sa vyskytujú v euchromatíne aj v heterochromatíne, ale v heterochromatíne sa vyskytujú oveľa neskôr.
Jadierko je sférický útvar (1-5 mikrónov v priemere), ktorý dobre vníma základné farbivá a nachádza sa medzi chromatínom.
Jedno jadro môže obsahovať 1 až 4 alebo dokonca viac jadier. V mladých a často sa deliacich bunkách sa zväčšuje veľkosť jadierok a ich počet.
Jadierko nie je nezávislou štruktúrou. Vzniká len v interfáze v určitých oblastiach niektorých chromozómov – nukleárnych organizátorov, ktoré obsahujú gény kódujúce molekulu ribozomálnej RNA. V oblasti nukleárneho analyzátora sa uskutočňuje transkripcia z DNA na ribozomálnu RNA.
V jadierku sa ribozomálna RNA spája s proteínom a vytvára sa ribozomálne podjednotky.
Mikroskopicky v jadierku rozlišujte:
Fibrilárny komponent - lokalizovaný v centrálnej časti jadierka a je vláknom ribonukleoproteínu (RNP);
Granulovaná zložka je lokalizovaná v periférnej časti jadierka a predstavuje akumuláciu ribozómových podjednotiek.
V profáze mitózy, kedy dochádza k spiralizácii chromatínových fibríl a tvorbe chromozómov, ustávajú procesy transkripcie RNA a syntézy ribozómových podjednotiek a zaniká jadierko.
Na konci mitózy dochádza v jadrách novovytvorených buniek k dekondenzácii chromozómov a vzniká jadierko.
Karyoplazma (nukleoplazma) alebo jadrová šťava pozostáva z vody, bielkovín a proteínových komplexov (nukleoproteíny, glykoproteíny), aminokyselín, nukleotidov, cukrov. Pod svetelným mikroskopom je karyoplazma bezštruktúrna, ale pomocou elektrónovej mikroskopie sa v nej detegujú granuly (15 nm) pozostávajúce z ribonukleoproteínov.
Karyoplazmatické proteíny sú hlavne enzýmové proteíny, vrátane enzýmov glykolýzy, ktoré štiepia sacharidy a tvoria ATP.
Nehistónové (kyslé) proteíny tvoria štrukturálnu sieť v jadre (matrica jadrového proteínu), ktorá sa spolu s jadrovým obalom podieľa na vytváraní vnútorného poriadku predovšetkým v určitej lokalizácii chromatínu.
Za účasti karyoplazmy sa uskutočňuje metabolizmus v jadre, interakcia jadra a cytoplazmy.
Karyolemma (nukleolema) - jadrová membrána oddeľuje obsah jadra od cytoplazmy (bariérová funkcia), zároveň zabezpečuje regulovaný metabolizmus medzi jadrom a cytoplazmou. Jadrový obal sa podieľa na fixácii chromatínu.
Karyolema pozostáva z dvoch bilipidových membrán – vonkajšej a vnútornej jadrovej membrány, oddelených perinukleárnym priestorom, širokým 25 až 100 nm.
V karyolemme sú póry s priemerom 80-90 nm. V oblasti pórov prechádzajú vonkajšia a vnútorná jadrová membrána do seba a perinukleárny priestor je uzavretý.
Lumen póru je uzavretý špeciálnou štruktúrnou formáciou - komplexom pórov, ktorý pozostáva z fibrilárnej a granulárnej zložky. Granulovanú zložku predstavujú proteínové granuly s priemerom 25 nm, usporiadané pozdĺž okraja póru v troch radoch.
Fibrily odchádzajú z každej granule a spájajú sa do centrálnej granuly umiestnenej v strede póru. Pórový komplex zohráva úlohu membrány, ktorá reguluje jeho priepustnosť. Veľkosti pórov sú stabilné pre daný typ buniek, ale počet pórov sa môže počas bunkovej diferenciácie meniť. V jadrách spermií nie sú žiadne jadrové póry. Pripojené ribozómy môžu byť lokalizované na vonkajšej jadrovej membráne. Okrem toho môže vonkajšia jadrová membrána pokračovať do tubulov endoplazmatického retikula.
Heterochromatín - úseky chromatínu, ktoré sú počas bunkového cyklu v kondenzovanom (kompaktnom) stave. Charakteristickým znakom heterochromatínovej DNA je jej extrémne nízka transkribovateľnosť. HETEROCHROMATÍN
(z hetero... a chromatínu), úseky chromatínu, ktoré sú v kondenzovanom (husto zhustenom) stave počas celého bunkového cyklu. Sú intenzívne zafarbené jadrovými farbivami a sú dobre viditeľné pod svetelným mikroskopom aj počas medzifázy.
Heterochromatický oblasti chromozómov sa spravidla replikujú neskôr ako euchromatické a neprepisujú sa, to znamená, že sú geneticky veľmi inertné. Jadrá aktívnych tkanív a embryonálnych buniek sú väčšinou chudobné na G. Existujú fakultatívne a konštitutívne (štrukturálne) G. Fakultatívne G. je prítomný len v jednom z homológnych chromozómov. Príkladom G. tohto typu je druhý X-chromozóm u samíc cicavcov, ktorý je inaktivovaný počas skorej embryogenézy v dôsledku jeho ireverzibilnej kondenzácie.
Štrukturálny G. je obsiahnutý v oboch homológnych chromozómoch, lokalizovaných prevažne. v exponovaných oblastiach chromozómu - v centromére, telomére, nukleárnom organizátore (počas interfázy sa nachádza v blízkosti jadrového obalu), je ochudobnený o gény, obohatený o satelitnú DNA a môže inaktivovať susedné gény (t.j.
n. pozičný efekt). Tento typ G. je veľmi variabilný tak v rámci toho istého druhu, ako aj v rámci blízko príbuzných druhov. Môže ovplyvniť chromozómovú synapsiu, frekvenciu indukovaných zlomov a rekombináciu. Štrukturálne G. miesta sú charakterizované adhéziou (adhéziou) sesterských chromatidov.
EUCHROMATIN
(z gréc. eu - dobre, úplne a chromatín), úseky chromozómov, ktoré si zachovávajú despiralizovaný stav v pokojovom jadre (v interfáze) a počas delenia buniek (v profáze) sa spiralizujú; obsahujú väčšinu génov a sú potenciálne schopné transkripcie.
E. sa od heterochromatínu líši nižším obsahom metylovaných báz a blokov repetitívnych sekvencií DNA, veľkým počtom nehistónových proteínov a acetylovaných histónových molekúl, menej hustým zhlukom chromozomálneho materiálu, o ktorom sa predpokladá, že je obzvlášť dôležitý pre aktivitu E. a robí ho potenciálne dostupnejším pre enzýmy, poskytujúce transkripciu.
E. môže nadobudnúť vlastnosti fakultatívneho heterochromatínu – inaktivovať, čo je jeden zo spôsobov regulácie génovej aktivity.
Dátum zverejnenia: 18.02.2015; Prečítané: 229 | Porušenie autorských práv stránky
studopedia.org – Studopedia.Org – 2014 – 2018. (0,002 s) ...
Štruktúra a funkcie bunkového jadra.
Jadro je nevyhnutnou súčasťou eukaryotickej bunky. Hlavnou funkciou jadra je uchovávanie genetického materiálu vo forme DNA a jeho prenos do dcérskych buniek počas delenia buniek. Okrem toho jadro riadi syntézu bielkovín, riadi všetky životné procesy bunky.
(v rastlinnej bunke jadro opísal R. Brown v roku 1831, v živočíšnej bunke T. Schwann v roku 1838)
Väčšina buniek má jedno jadro, zvyčajne zaoblené, menej často nepravidelné.
Veľkosť jadra sa pohybuje od 1 μm (u niektorých prvokov) do 1 mm (u vajíčok rýb, obojživelníkov).
Existujú dvojjadrové bunky (pečeňové bunky, nálevníky) a viacjadrové bunky (v bunkách priečne pruhovaných svalových vlákien, ako aj v bunkách mnohých druhov húb a rias).
Niektoré bunky (erytrocyty) sú nejadrové, je to zriedkavý jav, je sekundárny.
Jadro zahŕňa:
1) jadrový obal;
2) karyoplazma;
3) jadierka;
4) chromatín alebo chromozómy.
Chromatín je v nedeliacom sa jadre, chromozómy sú v mitotickom jadre.
Obal jadra pozostáva z dvoch membrán (vonkajšia a vnútorná). Vonkajšia jadrová membrána sa pripája k membránovým kanálom EPS. Obsahuje ribozómy.
Membrány jadra majú póry (3000-4000). Cez jadrové póry dochádza k výmene rôznych látok medzi jadrom a cytoplazmou.
Karyoplazma (nukleoplazma) je rôsolovitý roztok, ktorý vypĺňa priestor medzi štruktúrami jadra (chromatín a jadierka).
Obsahuje ióny, nukleotidy, enzýmy.
Jadierko, zvyčajne guľovitého tvaru (jedno alebo viac), nie je obklopené membránou, obsahuje fibrilárne proteínové vlákna a RNA.
Jadierka nie sú trvalé útvary, miznú na začiatku bunkového delenia a po jeho ukončení sa obnovujú. Jadierka sa nachádzajú iba v nedeliacich sa bunkách.
V jadierku dochádza k tvorbe ribozómov, syntéze jadrových proteínov. Samotné jadierka sa tvoria v oblastiach sekundárnych chromozómových zúžení (nukleárne organizéry). U ľudí sú nukleárne organizátory umiestnené na chromozómoch 13, 14, 15, 21 a 22.
Predchádzajúci12345678910111213141516Ďalší
VIDIEŤ VIAC:
Bunkové jadro vo svojej štruktúre patrí do skupiny dvojmembránových organel. Jadro je však pre život eukaryotickej bunky natoľko dôležité, že sa o ňom zvyčajne uvažuje samostatne. Bunkové jadro obsahuje chromatín (despiralizované chromozómy), ktorý je zodpovedný za ukladanie a prenos dedičných informácií.
V štruktúre bunkového jadra sa rozlišujú tieto kľúčové štruktúry:
- jadrový obal, ktorý pozostáva z vonkajšej a vnútornej membrány
- jadrová matrica - všetko, čo je obsiahnuté vo vnútri bunkového jadra,
- karyoplazma (jadrová šťava) - tekutý obsah podobný zložením ako hyaloplazma,
- jadierko,
- chromatín.
Okrem vyššie uvedeného obsahuje jadro rôzne látky, podjednotky ribozómov, RNA.
Štruktúra vonkajšej membrány bunkového jadra je podobná endoplazmatickému retikulu.
Vonkajšia membrána často jednoducho prechádza do ER (druhá, ako keby sa z nej rozvetvovala, je jej výrastok).
Ribozómy sú umiestnené na vonkajšej strane jadra.
Vnútorná membrána je odolnejšia vďaka vrstvenej vrstve.
Okrem podpornej funkcie je k tejto jadrovej výstelke pripojený chromatín.
Priestor medzi dvoma jadrovými membránami sa nazýva perinukleárny priestor.
Membrána bunkového jadra je prestúpená mnohými pórmi spájajúcimi cytoplazmu s karyoplazmou. Z hľadiska ich štruktúry však póry bunkového jadra nie sú len diery v membráne. Obsahujú proteínové štruktúry (pórový komplex proteínov) zodpovedné za selektívny transport látok a štruktúr. Len malé molekuly (cukry, ióny) môžu pasívne prechádzať cez pór.
Chromatín bunkového jadra pozostáva z chromatínových filamentov. Každé chromatínové vlákno zodpovedá jednému chromozómu, ktorý z neho vznikne špirálovitým pohybom.
Čím silnejší je chromozóm skrútený (premenený na chromatínové vlákno), tým viac sa podieľa na procesoch syntézy na ňom.
Ten istý chromozóm môže byť v niektorých oblastiach špirálovitý a v iných despiralizovaný.
Každé chromatínové vlákno bunkového jadra je štruktúrne komplexom DNA a rôznych proteínov, ktoré okrem iného plnia aj funkciu krútenia a odvíjania chromatínu.
Bunkové jadrá môžu obsahovať jedno alebo viac jadierka. Jadierka sú zložené z ribonukleoproteínov, z ktorých sa následne tvoria ribozómové podjednotky.
Tu sa syntetizuje rRNA (ribozomálna RNA).
Jadierka, ktoré tvoria jadro, prvýkrát opísal Fontana v roku 1774. Jadierka sa nachádzajú takmer vo všetkých jadrách eukaryotických buniek. Ide o hustejšiu štruktúru na pozadí difúznej organizácie chromatínu. Hlavnou zložkou jadierka je proteín. Tvorí až 80 %. Jadierko okrem bielkovín obsahuje nukleové kyseliny. RNA 5-14 % a DNA 2-12 %. V 30. rokoch 20. storočia sa ukázalo, že vznik jadierok je vždy viazaný na určité zóny. Vedci McClinton, Nates a Navashin nazvali tieto zóny nukleárne organizátory. Inými slovami, je to umiestnenie ribozómových génov. Nukleárne organizátory nie sú nejakým bodovým lokusom, ide o štruktúrno-mnohopočetnú formáciu, ktorá obsahuje niekoľko identických génových oblastí, z ktorých každá je zodpovedná za tvorbu jadierka. V genómoch eukaryotov sú ribozomálne gény zastúpené tisíckami jednotiek. Patria k stredne sa opakujúcim sekvenciám DNA. Nukleárne organizátory sú často lokalizované v sekundárnych chromozómových zúženiach. U ľudí sú nukleárne organizátory umiestnené na krátkych ramenách niektorých chromozómov. Ale jadierko je vytvorené jedno.
Maximálny počet jadierok je určený aj počtom nukleárnych organizátorov. Zvyšuje sa podľa ploidie jadra.
Je charakteristické, že v bunkách rôznych tkanív a taxonomickej príslušnosti prevláda malý počet jadierok. Najčastejšie je počet jadierok menší ako počet organizátorov. Je to spôsobené tým, že počas novotvaru jadierka sa nukleárne organizátory spájajú do jednej spoločnej štruktúry. Zjednocujú sa v priestore medzifázového jadra, pričom z rôznych chromozómov vytvoria jedno jadierko.
V oocytoch dosahuje počet jadier niekoľko stoviek. Ide o fenomén amplifikácie génu ribozomálnej RNA. Preľudnenie. Zvyčajne v somatických bunkách je počet génov v ribozomálnej RNA konštantný. V závislosti od úrovne transkripcie týchto génov sa nemení. Počas replikácie DNA v S-perióde sa tiež zdvojnásobí počet ribozomálnych RNA génov a v zárodočných bunkách tieto gény podliehajú nadmernej replikácii s cieľom poskytnúť veľké množstvo ribozómov. V dôsledku nadmernej syntézy ribozomálnych RNA génov sa ich kópie stávajú voľnými kruhovými molekulami alebo extrachromozomálnymi. Môžu fungovať nezávisle a v dôsledku toho sa vytvorí množstvo voľných ďalších jadierok, ktoré už nie sú štruktúrne spojené s chromozómami tvoriacimi jadierko. A počet génov ribozomálnej RNA je takmer 3000-krát väčší ako množstvo haploidnej ribozomálnej RNA.
Biologickým významom je poskytnúť veľké množstvo rezervných produktov, ktoré sa používajú v skorých štádiách embryogenézy a ktoré je možné syntetizovať v bunke iba na ďalších matriciach amplifikovaných jadierok, pretože embryo nemá vlastnú syntézu ribozomálnych génov.
Po období dozrievania oocytov sú ďalšie jadierka zničené. Preto je replikácia ribozomálnych génov dočasným javom.
V štruktúre jadra sa rozlišujú tieto zložky:
1) granulovaná zložka;
2) Fibrilárna zložka (reprezentovaná fibrilárnym centrom a hustou zložkou);
3) chromatín;
4) Proteínová matrica.
Jadierka sú postavené z granulárnej a fibrilárnej zložky a ich vzájomné usporiadanie sa líši. Najčastejšie sa granulárna zložka nachádza pozdĺž periférie jadierka a fibrilárna zložka tvorí nukleárne filamenty s hrúbkou asi 100–200 nm. Niekedy sa nazývajú nukleolonémy. Vo svojej štruktúre nie sú homogénne, obsahujú okrem granúl aj mnoho nových fibríl, ktoré tvoria samostatné zhrubnutia v nukleolémach.
Ukázalo sa, že štruktúra difúznej fibrilárnej zložky je tiež heterogénna. Zistilo sa, že fibrilárne centrá sa vyskytujú v jadierkach. Sú to oblasti akumulácie fibríl s nízkou hustotou elektrónov, ktoré sú obklopené zónou fibríl s vyššou hustotou elektrónov. Táto zóna sa nazýva hustá zložka.
Nukleolárny chromatín je perinukleolárny chromatín, ktorý môže priliehať k jadierku a dokonca ho úplne obklopovať. Medzi nukleolonemálnymi oblasťami sa často rozprestierajú 30nm chromatínové fibrily.
Na rezoch nemôžeme izolovať proteínovú matricu ako samostatnú zložku.
Okrem rôznych stupňov závažnosti existujú aj iné varianty štruktúrnej organizácie jadierka.
Niekoľko typov jadierka: 1) retikulárne alebo nukleolonemálne 2) kompaktné 3) prstencové 4) reziduálne alebo pokojové 5) segregované.
Retikulárne charakteristické pre väčšinu buniek. Má typickú nukleolonemickú štruktúru. Fibrilárne centrá vyzerajú zle, pretože úroveň transkripcie je veľmi vysoká. Tento typ jadierok sa nachádza v živočíšnych a rastlinných bunkách a je typický pre polyténové chromozómy dvojkrídlovcov.
Kompaktný typ je charakterizovaný menšou závažnosťou nukleolómu, väčšou frekvenciou výskytu vo fibrilárnych centrách. Vyskytuje sa v aktívne proliferujúcich bunkách, v rastlinných meristémových bunkách, v bunkách tkanivových kultúr. Predpokladá sa, že prvý typ je možné preniesť a naopak.
prstencový jadierka sú charakteristické pre zvieratá. Majú tvar prstenca, čo je fibrilárne centrum obklopené fibrilami a granami. Veľkosť takýchto jadierok je približne 1 um. Typické prstencové jadierka sú charakteristické pre endocyty, endoeleocyty, t.j. pre bunky s nízkou úrovňou transkripcie.
Reziduálny– charakteristika buniek, ktoré stratili schopnosť syntetizovať rRNA.
Segregované jadierka sú bunky, ktoré sú vystavené rôznym chemikáliám, ktoré spôsobujú zastavenie syntézy rRNA.
Tento termín sa používa v súvislosti so skutočnosťou, že dochádza k oddeľovaniu rôznych zložiek jadierok, ktoré je sprevádzané progresívnym zmenšovaním ich objemu. V neaktívnej forme je nukleárny organizátor chromozómov prezentovaný ako jedno veľké fibrilárne centrum, ktoré zahŕňa kompaktne zloženú časť chromozomálnej DNA, v ktorej sú umiestnené nasledujúce ribozomálne gény jeden po druhom. Na začiatku aktivácie jadierka dochádza na periférii fibrilárneho centra k dekondenzácii ribozomálnych génov. Tieto gény sa začnú prepisovať a tvoria sa na nich prepisy RNP. Tieto transkripty po dozrievaní vedú k vzniku ribozómových prekurzorov, ktoré sa hromadia okolo periférie aktivovaného jadierka. Keď sa transkripcia zintenzívni, jediné fibrilárne centrum sa rozpadne na množstvo menších štruktúr spojených navzájom úplne dekondenzovanými oblasťami DNA. Čím vyššia je transkripčná aktivita jadierka, tým väčší je počet malých vzájomne prepojených fibrilárnych štruktúr obklopených hustou fibrilárnou zložkou obsahujúcou prekurzory ribozomálnych génov 45 S. Keď je jadierko plne aktivované, všetky malé fibrilárne centrá dekondenzujú a v tomto prípade zóny hustej zložky obsahujú všetku ribozomálnu RNA, ktorá je aktívna. V prípade inaktivácie jadierka dochádza k postupnej kondenzácii ribozomálnej DNA, vznikajú opäť fibrilárne centrá. Vzájomne sa kombinujú a ich hodnota rastie súbežne s úbytkom frakcií hustej zložky. Tento inaktivovaný stav jadierka je štrukturálne podobný nukleárnemu organizátoru mitotických chromozómov.
Jadierko je nestála štruktúra v bunke. V priebehu bunkového cyklu mení svoje vlastnosti a štruktúru. Na začiatku mitózy sú štruktúry jadierka mierne zhutnené a po pretrhnutí jadrovej membrány naopak strácajú svoju hustotu, uvoľňujú sa, rozpadajú sa na svoje štruktúrne zložky a šíria sa medzi kondenzovanými chromozómami vo forme tzv. nukleárny materiál. A preto v metafáze a anafáze jadierka ako také v bunke chýbajú. Sú vo forme matrice mitotických chromozómov. Prvé známky nových jadierok sa objavujú v strednej telofáze súčasne s takmer dekondenzovanými chromozómami a s bunkami, ktoré majú novú jadrovú membránu, vo forme hustých prstencov, ktoré sa nazývajú prenukleoly. Ich počet je zvyčajne veľký. V období G1 bunkového cyklu prenukleoly rastú, navzájom sa spájajú, ich celkový počet klesá a celkový objem sa zvyšuje. V periódach G2 a S sa celkový objem jadierka zdvojnásobí.
Po štiepení sa teda proteínové zložky a enzýmy prenesú do nových dcérskych jadier, čím sa vytvoria podmienky potrebné na obnovenie syntézy a dozrievania ako ribozómov, tak aj syntézy rRNA. Mitotický chromozóm prenáša do dcérskeho jadra nielen genetickú informáciu vo forme DNA chromatínu, ale aj potrebné množstvo syntetického aparátu pripraveného aktivovať transkripciu v novom bunkovom cykle. A tieto potrebné zložky sú vo forme matrice na mitotických chromozómoch.
Funkcie jadierka:
1) syntéza rRNA;
2) Účasť na dozrievaní messenger RNA;
3) Účasť na dozrievaní transportných RNA;
4) V jadierkach sa tvoria typy RNA, ktoré sú súčasťou srp-častice ribozómov;
5) V jadierku sa uskutočňuje syntéza protónového nosiča nikotínamid adenín dinukleotidu.
Mikrosnímka jadierka
jadierko- chromozomálne oblasti, ktoré určujú syntézu rRNA a tvorbu bunkových ribozómov. V rastúcich oocytoch niekoľko stoviek jadierok - amplifikácia jadierok. Jadierka chýbajú v bunkách drviacich vajíčok a v dif. cl - krvinky
Počet jadierok závisí od počtu nukleárnych organizátorov - oblasti, na ktorých sa v telofáze tvoria jadierka interfázového jadra tvoria sekundárne zúženia x-m. U ľudí má yao 13, 14, 15, 21 a 22 chromozómov v krátkych ramenách (10 na diploidnú sadu). 82). Mačka má 2; u ošípaných - 2; myš - 4; krava má 8. Chladnokrvná. stavovce a vtáky zvyčajne 1pár yao x-m
Lokalizácia RAO sa zisťuje na mitotických x-maxoch farbením soľami striebra, asociovanými s RAO proteínmi, presnejšie stanovením RAO metódou FISH. Jadierka sa môžu navzájom spájať.
Mnohopočetnosť ribozomálnych génov
pri ruptúre x-we v mieste sekundárneho zovretia jadierka môže
sa vyskytujú na každom z fragmentov xm - veľa kópií ribozomálnych génov - polycistróny - stredne veľké opakovania. E. coli má 6-7 identických rRNA operónov roztrúsených po celom genóme - ~1% z celkovej DNA. Počet rRNA génov je v bunke konštantný
Amplifikované nukleoly - mb rRNA gény sa nadmerne replikujú. Súčasne dochádza k ďalšej replikácii génov rRNA, aby sa zabezpečila produkcia veľkého počtu ribozómov. V dôsledku takejto nadmernej syntézy génov rRNA sa ich kópie môžu stať voľnými, extrachromozomálnymi. Tieto extrachromozomálne kópie génov rRNA môžu fungovať nezávisle, výsledkom čoho je množstvo voľných ďalších jadierok, ktoré však už nie sú štrukturálne spojené s chromozómami tvoriacimi jadierko. Tento jav sa nazýva amplifikácia génu rRNA. podrobne študované na rastúcich oocytoch obojživelníkov.
V X. laevis dochádza v profáze I k amplifikácii rDNA. V tomto prípade je množstvo amplifikovanej rDNA (alebo rRNA génov) 3000-krát väčšie ako množstvo
na haploidné množstvo rDNA a zodpovedá 1,5x106 rRNA génov. Tieto nadpočetné extrachromozomálne kópie tvoria stovky ďalších jadier v rastúcich oocytoch. V priemere jedno ďalšie jadro predstavuje niekoľko stoviek alebo tisícok génov rRNA.
Amplifikované jadierka sa nachádzajú aj v hmyzích oocytoch. V oocytoch plavca pruhovaného sa našlo 3x106 extrachromozomálnych kópií génov rRNA.
Po období dozrievania oocytu, počas jeho dvoch po sebe nasledujúcich delení, nie sú jadierka zahrnuté do mitotických chromozómov, sú oddelené od nových jadier a degradujú.
Tetrachymena pyriformis má jeden rRNA gén v haploidnom mikronukleovom genóme. V makronuklee je ~ 200 kópií.
V kvasinkách sú extrachromozomálne kópie génov rRNA cyklická DNA l ~ 3 μm, takže existuje jeden gén rRNA.
ŠTRUKTÚRA JADRA
V jadierku sa rozlišuje granulárna zložka (GC) a fibrilárna zložka (FC).
Granulovaná zložka predstavuje
granule 15-20 nm, zvyčajne lokalizované na periférii jadierka, aj keď HA a FA môžu byť distribuované rovnomerne.
FK a GK sú schopné vytvárať vláknité štruktúry - nukleolémy- nukleárne vlákna ~100-200 nm, ktoré môžu vytvárať samostatné zhluky.
fibrilárna zložka- predstavuje tenké (3-5 nm) fibrily - difúzna časť jadierok, v strede jadierka - 1 alebo 3-5 samostatných zón: fibrilárne centrá - časti akumulácie fibríl s nízkou hustotou, obklopené zónou z vysokohustotných fibríl - hustá fibrilárna zložka
chromatín - susediaci s jadierkom alebo obklopujúci jadierko. 30nm fibrily chromatínu pozdĺž periférie jadierka môžu vstúpiť do medzier, m-y nukleolomálnych oblastí.
proteínová sieťová matrica -
nc regresívna metóda farbenia - uranylové ióny spojené s DNA sa ľahšie vymývajú chelatónom EDTA ako štruktúrou sod RNA zafarbenou RNA: granule (silne), pfc (slabšie), chromatín (nezafarbené)
Pulzné značenie (3H-uridín), prvé stopy značenia boli detegované najskôr (po 1-15 min) v PFA a potom (do 30 min) sa ukázalo, že HA je označená. FC značka nebola detegovaná? 45S pre-rRNA sa syntetizuje v oblasti PFC a granulárna zložka jadierka zodpovedá preribozomálnym časticiam (55S-, 40S RNP).
farbenie osmium-amínom, DNáza značená zlatom, väzba značeného aktinomycínu, priama molekulárna hybridizácia so značenou rDNA - že fibrilárne centrá obsahujú DNA zodpovednú za syntézu rRNA. Zóny fibrilárnych centier sa líšia od zvyšku chromatínu tým, že pozostávajú z tenkých chromatínových fibríl, ktoré sú výrazne ochudobnené o histón H1 (ako je znázornené pomocou protilátok značených koloidným zlatom).
fts: neaktívne ribozomálne gény, oblasti medzerníka.
K transkripcii pre-rRNA dochádza na periférii fc, kde pfc je 45S pre-rRNA umiestnená vo forme „rybích kostí“ na dekondenzovaných oblastiach rDNA.
45S RNA pri transkripcii stráca spojenie s transkripčnou jednotkou na DNA v zóne hustej fibrilárnej zložky, nejakým dodnes nepochopiteľným spôsobom prechádza do granulárnej zóny, kde prebieha spracovanie rRNA, tvorba a dozrievanie ribozomálnych podjednotiek.
Fibrilárne centrum a nukleárny organizátor
Štruktúra a chemické charakteristiky PC sa ukázali byť takmer identické so štruktúrami a chemickými charakteristikami nukleárnych organizátorov mitotických chromozómov. Obidve sú postavené z tesne spojených fibríl s hrúbkou 6-10 nm; obe majú charakteristickú vlastnosť - farbia sa soľami striebra, čo závisí od prítomnosti špeciálnych nukleárnych proteínov, obsahujú RNA polymerázu I.
počet FC v interfázových jadierkach nezodpovedá počtu nukleárnych organizátorov v mitóze. V bunkách kultúry SPEV teda môže byť počet FC 2–4 krát vyšší ako počet nukleárnych organizátorov.
Okrem toho sa množstvo PC zvyšuje so zvyšujúcou sa ploiditou bunky (G2, 4n) a jej transkripčnou aktivitou.
To znižuje veľkosť každého jednotlivého fibrilárneho centra. Avšak celkové objemy FC, keď sú prepočítané pre sadu haploidných chromozómov, zostávajú konštantné v interfáze, ale prevyšujú toto číslo dvakrát v porovnaní s metafázou. Inými slovami, po aktivácii syntézy rRNA sa pozoruje taká zmena v počte PC a ich veľkostiach, čo môže naznačovať určitý druh fragmentácie pôvodných PC v relatívne neaktívnych jadierkach.
Opačný obraz je pozorovaný pri útlme syntetických procesov v diferencujúcich sa bunkách erytroidného radu myší (tabuľka 12). Je vidieť, že v proerytroblastoch proliferujúcich a aktívne syntetizujúcich hemoglobín závisí počet fibrilárnych centier od ploidie bunky (88 vo fáze G1, 118 vo fáze G2 bunkového cyklu), veľkosť jednotlivých FC sa mení len málo . Po zastavení reprodukcie týchto buniek a poklese ich syntetickej aktivity sa parametre jadierka dramaticky menia. Ich objem, už od štádia bazofilného erytroblastu
klesá 4-5 krát av konečnom štádiu diferenciácie (normoblast) - stokrát. Súčasne prudko klesá počet PC (10-40 krát) a objem sa zvyšuje takmer na 10-násobok veľkosti jednotlivého fibrilárneho centra.
Na základe týchto pozorovaní môžeme prezentovať všeobecnú schému aktivácie a inaktivácie jadierka (obr. 90) týmto spôsobom na príklade jedného nukleolárneho organizéra.
V neaktívnej forme je nukleárny organizátor prezentovaný ako jedno veľké fibrilárne centrum, ktoré zahŕňa kompaktne zloženú časť reťazca chromozomálnej DNA nesúcu tandemovo usporiadané ribozomálne gény (transkripčné jednotky). Na začiatku aktivácie jadierka sa na periférii takéhoto fibrilárneho centra dekondenzujú p-gény, tieto p-gény sa začnú prepisovať, tvoria sa na nich RNP transkripty, ktoré po dozrievaní dávajú vznik ribozomálnemu prekurzoru granule pozdĺž periférie aktivovaného jadierka. Ako sa transkripcia zintenzívňuje, zdá sa, že jediné fibrilárne centrum sa rozpadá
do množstva menších fibrilárnych centier spojených navzájom úplne dekompaktovanými oblasťami rDNA. Čím vyššia je transkripčná aktivita jadierka, tým väčší je počet malých vzájomne prepojených fibrilárnych centier obklopených hustou fibrilárnou zložkou (DFC) obsahujúcou 45S rRNA. Pri plnej aktivácii jadierka dochádza k dekondenzácii všetkých malých fibrilárnych centier; v tomto prípade zóny hustej fibrilárnej zložky obsahujú celú rDNA v aktívnom stave. Táto štruktúra je pozorovaná v amplifikovaných jadierkach rastúcich oocytov. V prípade inaktivácie jadierka dochádza k postupnej kondenzácii rDNA, opäť vznikajú fibrilárne centrá, navzájom sa kombinujú, ich veľkosť sa zväčšuje paralelne s poklesom podielu PFC. Pri úplnej inaktivácii, ako v prípade normoblastov, jadierko predstavuje jeden veľký (4-5 μm) sférický FC, bez súčasnej transkripcie PFC: je obklopený zónou kondenzovaného chromatínu. Takéto inaktivované jadierko je podobné vo svojich štruktúrnych znakoch
s nukleárnym organizátorom ako súčasťou mitotických chromozómov.
Štrukturálne typy jadierok
Vyššie uvedené opisy poskytujú základ pre pochopenie diverzity štruktúry jadierok v bunkách s vhodnou úrovňou syntézy rRNA. Avšak okrem rôznych stupňov závažnosti granulárnych a fibrilárnych komponentov existujú aj iné varianty štruktúrnej organizácie jadier. Zvyčajne sa rozlišuje niekoľko štruktúrnych typov jadierok: retikulárne alebo nukleolonemické, kompaktné, prstencové, reziduálne (kľudové), segregované (obr. 91).
Retikulárny typ jadierka je najcharakteristickejší pre väčšinu buniek, vyznačuje sa nukleolonemickou štruktúrou, množstvom granúl a hustým fibrilárnym materiálom. V mnohých prípadoch sú fibrilárne centrá zle identifikované, pravdepodobne kvôli vysokej úrovni transkripcie. Tento typ jadierok sa nachádza v živočíšnych a rastlinných bunkách. Napríklad retikulárny typ jadierka, charakteristický pre obrovské polyténové chromozómy dvojkrídlového hmyzu, je veľmi podobný typu obrovských chromozómov.
antipodiálne bunky jačmeňa.
Kompaktný typ jadierka sa od predchádzajúceho líši menej výrazným nukleolonémom, vyššou frekvenciou výskytu fibrilárnych centier. Takéto jadierka sú charakteristické pre aktívne proliferujúce bunky (bunky rastlinného meristému, bunky tkanivových kultúr atď.). Je pravdepodobné, že oba tieto typy môžu do seba prechádzať, každopádne ich najčastejšie nájdeme v bunkách s vysokou úrovňou syntézy RNA a proteínov.
Prstencové jadierka sa nachádzajú v živočíšnych bunkách. Vo svetelnom mikroskope majú tvar prstenca s opticky svetlou centrálnou zónou – ide o fibrilárne centrum obklopené RNP fibrilami a granulami. Tieto jadierka majú veľkosť približne 1 µm. Typické prstencové jadierka sú charakteristické pre lymfocyty, endoteliocyty, t.j. pre bunky s relatívne nízkou úrovňou transkripcie.
Reziduálne jadierka sú charakteristické pre bunky, ktoré úplne stratili schopnosť syntetizovať rRNA (normoblasty, diferencované enterocyty, bunky pichľavej vrstvy kožného epitelu a pod.).
Často sú také malé a tak obklopené kondenzovaným chromatínom, že je ťažké ich odhaliť pod svetelným mikroskopom. V niektorých prípadoch môžu byť znova aktivované a prejsť do kompaktnej alebo retikulárnej formy.
Segregované jadierka sú charakteristické pre bunky ošetrené rôznymi antibiotikami alebo chemikáliami, ktoré spôsobujú zastavenie syntézy rRNA (aktinomycín D, amfotericín atď.), ako aj antibiotiká ovplyvňujúce syntézu DNA a proteínov (mitomycín, puromycín, mnohé karcinogény atď.). .). Pojem "segregácia" sa v tomto prípade používa z dôvodu, že dochádza k akejsi separácii, separácii rôznych zložiek jadierok, sprevádzanej progresívnym zmenšovaním ich objemu. Súčasne sú od seba oddelené veľké fibrilárne centrá a granulo-fibrilárna zložka.
Nukleárne proteíny
Až 60 % sušiny izolovaných jadierok tvoria bielkoviny, ktorých počet môže byť niekoľko stoviek rôznych typov. Okrem proteínov nukleárneho chromatínu,
Jadierko zahŕňa ribozómové proteíny a špecifické nukleárne proteíny spojené s transkripciou ribozomálnych génov, so spracovaním 45S rRNA, ako je RNA polymeráza I, transkripčné faktory, topoizomerázy, metylázy, nukleázy, proteínkinázy a fosfatázy. Časť nukleárnych proteínov má afinitu k striebru - argentofilné proteíny: RNA polymeráza I, transkripčný faktor UBF, nukleolín (C-23), nukleofosmín (newmatrin alebo B-23).
Argentofília je charakteristická pre proteíny obohatené sulfhydrylovými a disulfidovými väzbami. Ako už bolo spomenuté, interfázové jadierka a zóny nukleárnych organizátorov na mitotických chromozómoch majú jasnú argentofíliu.
Vlastné nukleárne proteíny sa nachádzajú na špecifických miestach ich aktivity. RNA polymeráza I a rRNA transkripčný faktor UBF sa teda nachádzajú vo fibrilárnych centrách (FC) a/alebo v hustom fibrilárnom komponente (PFC).
Ag-philic je tiež proteín s mólom. s hmotnosťou 195 kDa, čo je veľká podjednotka zapojenej RNA polymerázy I
pri syntéze rRNA. Tento proteín je lokalizovaný v zóne fibrilárnych centier pozdĺž ich periférie. Na planárnych preparátoch jadierok majú argentofíliu oblasti nad axiálnou časťou "rybích kostí", priamo nad umiestnením granúl RNA polymerázy I. Okrem toho sa imunomorfologickými metódami deteguje RNA polymeráza I v zóne nukleárnych organizátorov. mitotických chromozómov. Táto okolnosť nie je v rozpore s údajmi, že transkripcia sa počas mitózy úplne zastaví. Je pravdepodobné, že počas mitózy sa gény zaťažené neaktívnou RNA polymerázou I prenesú spolu s ňou v oblasti nukleárnych organizátorov z jednej bunkovej generácie do druhej.
Jadrovo špecifický proteín fibrillarín (B-36, m.w. 34 kDa) sa nachádza v PFC, kde spracováva pre-rRNA v komplexe s inými RNP, medzi ktoré patrí U3 snRNA, ktorá je nevyhnutná pre počiatočnú fázu spracovania 45S rRNA. . Fibrillarín sa nachádza aj v reziduálnych jadierkach – v „nukleárnej matrici“.
Proteín C23 (110 kDa) alebo „nukleolín“ je lokalizovaný v zóne hustej fibrilárnej zložky a vo fibrilárnych centrách jadierok, ale aj v zónach nukleárnych organizátorov mitotických chromozómov. Preto sa nachádza na transkribovaných aj neaktívnych oblastiach ribozomálnych génov. V prípravkoch rozprestretých jadierok sa nachádza nad transkripčnými jednotkami („rybie kosti“), nachádza sa vo frakciách obsahujúcich prekurzory ribozómov. Jeho funkcie nie sú úplne jasné, hoci je známe, že proteín C23 môže hrať dôležitú štrukturálnu úlohu v procese transkripcie: viaže sa na nukleárny chromatín svojim N-koncom, na ktorom sú umiestnené lyzínové skupiny, a jeho C-koncom. s transkribovaným spacerom (tsi) na 45S rRNA.
Zistilo sa, že tento proteín sa neviaže na DNA transkripčnej jednotky, ale na DNA s nukleozomálnou štruktúrou (pravdepodobne s oblasťami medzerníka).
Proteín B-23 (nukleofosín, m.v. 37 kDa) je lokalizovaný v oblasti PFC pomocou imunocytochemických metód a hlavne v
zóna granulovanej zložky. Predpokladá sa, že B-23 sa podieľa na medzistupňoch a terminálnych štádiách biogenézy ribozómov a na transporte pre-ribozómov.
Všeobecná schéma jadierka ako špeciálneho miesta syntézy ribozómov
Vytvorením syntézy rRNA v jadierkach na povrchu FC sa aktivujú transkripčné jednotky viažuce sa na transkripčné faktory a RNA_polymerázu I, ktorá začne čítať primárny transkript rRNA. Keď prvá RNA polymeráza I prechádza, ďalšia RNA polymeráza sedí na uvoľnenom mieste transkripčnej jednotky a začína sa syntéza novej rRNA. Súčasne a postupne môže jeden p-gén obsahovať až stovky RNA polymeráz I, z ktorých odchádzajú transkripty rôzneho stupňa úplnosti. Konečným produktom je pre-rRNA alebo 45S rRNA. Ako syntéza postupuje, rastúce reťazce rRNA sú obalené ribozomálnymi proteínmi, ktoré vstupujú do jadra z cytoplazmy, takže sa okamžite vytvárajú reťazce prekurzorov RNP. Súbor transkripčných produktov viacerých transkripcií
jednotky tvoria PFC zónu okolo FC. Konečným produktom tejto syntézy je ribonukleoproteínové vlákno alebo globula so sedimentačnou konštantou asi 80S, obsahujúca jednu molekulu 45S rRNA. Po oddelení 45S rRNA v terminálnom bode transkripčnej jednotky dochádza k štiepeniu - spracovaniu 45S rRNA, na konci ktorého vznikajú 40S a 60S ribozomálne podjednotky. Syntéza malých podjednotiek v jadierku trvá približne 30 min a veľkých podjednotiek - približne 1 hod. V jadierku sa nezrelá ribozomálna podjednotka 60S spolu s dvoma fragmentmi rRNA (28S a 5,8S) viaže na tretí (5S), ktorý bol syntetizovaný nezávisle od chromozómov s nukleárnymi organizátormi na iných chromozómoch. Takéto novovytvorené ribozomálne podjednotky opúšťajú jadro do cytoplazmy špeciálnym spôsobom cez jadrové póry. V cytoplazme sa takéto nezrelé ribozómy môžu viazať na ďalšie proteíny. Podjednotka 40S sa najskôr viaže na mRNA a až potom na veľkú podjednotku 60S, čím sa vytvorí kompletný 80S funkčný ribozóm (obr. 92).
Nové, nekanonické funkcie jadierok
Nedávne dôkazy naznačujú, že okrem syntézy rRNA sa nukleolus podieľa na mnohých ďalších aspektoch génovej expresie.
Prvé náznaky (1965) o znakoch polyfunkčnosti jadierok sa získali pri štúdiu heterokaryónov. Keď sa teda ľudské bunky HeLa spojili s kuracími erytrocytmi, získali sa heterokaryóny s pôvodne úplne odlišnými jadrami. Jadrá buniek HeLa boli funkčne aktívne, boli v nich syntetizované rôzne RNA. Počiatočné jadrá kuracích erytrocytov obsahovali superkondenzovaný chromatín, neobsahovali jadrá a neboli transkribované. V heterokaryóne po fúzii s HeLa bunkami v jadrách kuracích erytrocytov začal chromatín dekondenzovať, aktivovala sa transkripcia a objavili sa jadierka. Imunocytochemické metódy sa použili na štúdium výskytu proteínov charakteristických pre kuracie bunky v heterokaryónoch. Napriek tomu, že bunky HeLa mali pripravený systém na fungovanie ribozómov a tvorili sa jadierka, objavenie sa kuracích bielkovín sa dovtedy oneskorovalo.
kým sa v jadrách erytrocytov neobjavia jadierka. To znamenalo, že jadierko kuracieho erytrocytu sa musí nejakým spôsobom podieľať na tvorbe kuracích mRNA; nukleolus musí hrať určitú úlohu pri produkcii kuracích mRNA.
Nedávno sa nazhromaždili dôkazy na podporu tejto možnosti. Zistilo sa, že dozrievanie (zostrih, pozri nižšie) c-myc mRNA v cicavčích bunkách prebieha v jadierku. Spliceozomálne malé RNA (sn RNA) a pre-mRNA zostrihové faktory sa našli v jadierkach.
Ďalej sa v jadierkach nachádzajú RNA, ktoré sú súčasťou SRP častíc zapojených do syntézy proteínov v endoplazmatickom retikule. Telomerázová RNA, ribonukleoproteín (reverzná transkriptáza), bola spojená s jadierkom. Existuje mnoho údajov o lokalizácii spracovania malých jadrových RNA, ktoré tvoria spliceozómy, v jadierkach a dokonca aj o spracovaní tRNA.
Jadierko počas mitózy: periférny chromozomálny materiál
Pod svetelným mikroskopom sa jadierko odhalí počas interfázy,
v mitotických bunkách zaniká. Pri použití časozberného mikrofilmovania je možné v živých bunkách pozorovať, ako pri medzifázovej kondenzácii chromozómov mizne jadierko. Najprv je mierne zhutnený, ale potom, v čase prasknutia jadrovej membrány, začne rýchlo strácať hustotu, uvoľňuje sa a rýchlo mizne pred našimi očami, akoby sa topil. Je vidieť, že časť nukleárneho materiálu sa šíri medzi chromozómy. V metafáze a anafáze neexistujú žiadne jadierka ako také. Prvé známky nových jadierok sa objavujú po strednej telofáze, keď sa už dostatočne uvoľnili chromozómy dcérskych jadier, ktoré majú novú jadrovú membránu. V tomto čase sa v blízkosti dekondenzujúcich chromozómov objavujú husté telá, prenukleoly. Zvyčajne je ich počet vyšší ako počet jadierok v interfáze. Neskôr, už v období G1 bunkového cyklu, prenukleoly rastú, začínajú sa navzájom spájať, ich celkový počet klesá, ale celkový objem sa zvyšuje. Celkový objem jadierka sa vo fázach S-G2 zdvojnásobí. V niektorých prípadoch profázujte
(kultúry ľudských buniek) pri kondenzácii chromozómov sa veľké jadierka rozpadnú na menšie, ktoré v mitóze zanikajú.
V skutočnosti nedochádza k úplnému vymiznutiu alebo „rozpusteniu“ jadierka: dochádza k zmene jeho štruktúry, redukcii jednej časti jeho zložiek pri zachovaní druhej. Ukázalo sa teda, že argentofilné granuly v medzifázových jadierkach, detegované vo svetelnom mikroskope, sa začínajú profázne zlučovať, súčasne zmenšujú objem, v metafáze zaberajú minimálnu veľkosť a sú lokalizované v zónach nukleárnych organizátorov chromozómov. . V tejto forme existujú až do strednej telofázy, kedy sú detegované ako samostatné mnohopočetné "prenukleoly" rozptýlené medzi dekondenzovanými chromozómami. Už na konci telofázy začínajú rásť takéto argentofilné prenukleoly. Je teda vidieť, že počas mitózy vymizne iba časť nukleolárnej zložky, pričom argentofilná zložka je zachovaná, neustále existujúca počas mitózy.
a prenáša sa na chromozómoch do dcérskych jadier.
Rádioautografické štúdie ukázali, že vymiznutie jadierok sa časovo zhoduje so zastavením syntézy bunkovej (hlavne ribozomálnej) RNA, ktorá sa obnoví v neskorej telofáze, čo sa časovo zhoduje s objavením sa nových jadierok.
Okrem toho sa zistilo, že aktivita RNA polymerázy I mizne aj v stredných štádiách mitózy. To dáva dôvod domnievať sa, že nová tvorba jadierok je spojená s obnovením syntézy rRNA v dcérskych bunkách.
Ale na druhej strane existujú fakty poukazujúce na trvalú prítomnosť nukleárnych komponentov počas celého bunkového cyklu. Týka sa to predovšetkým Ag-filického materiálu jadierok.
Počas mitózy u zvierat a rastlín sú chromozómy obklopené matricou, ktorá je nahromadením voľne umiestnených fibríl a granúl ribonukleoproteínov, ktoré majú podobné zloženie ako zložky, ktoré tvoria medzifázové jadierka.
Počas kondenzácie chromozómov sa niektoré jadierka disociujú a prechádzajú do cytoplazmy (väčšina častíc RNP), zatiaľ čo iné sú úzko spojené s povrchom chromozómov a tvoria základ "matrice" alebo periférneho chromozomálneho materiálu (PCM).
Tento fibrilárno-granulárny materiál, syntetizovaný pred mitózou, je prenášaný chromozómami do dcérskych buniek. V skorej telofáze, dokonca aj v neprítomnosti syntézy RNA, keď chromozómy dekondenzujú, dochádza k štrukturálnej redistribúcii komponentov PCM. Jeho fibrilárne zložky sa začnú skladať do malých asociátov – prenukleol, ktoré sa môžu navzájom zlúčiť a zostaviť v zóne organizátora nukleárneho chromozómu v neskorej telofáze, kde sa obnoví transkripcia rRNA.
Nukleárne proteíny zapojené do transkripcie rRNA (RNA polymeráza I, topoizomeráza I, transkripčný iniciačný faktor UBF atď.) sa akumulujú v zóne nukleárneho organizátora, zatiaľ čo proteíny spojené so spracovaním pre-rRNA (fibrilarín,
nukleolín, B-23), ako aj niektoré pre-rRNA a malé nukleárne RNP, sú nesené povrchom chromozómov ako súčasť periférneho chromozomálneho materiálu.
Okrem toho môže PCM zahŕňať niektoré nehistónové proteíny z jadra jadrovej interfázy.
