Дезоксирибонуклеиновая (днк)

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 44Следующая ⇒

Молекула ДНК построена из двух антипараллельных цепей с комплементарной последовательностью нуклеотидов. (рис. 7)

1. Нуклеозиды – N- гликозильные производные (N - гликозиды) разных азотистых оснований (пурины, пиримидины), содержащих соответственно рибозу или дезоксирибозу.

Пуриновые основания – аденин (А) и гуанин (G).

Пиримидиновые основания – цитозин (С), тимин (Т), урацил (U).

2. Нуклеотид – фосфатный эфир нуклеозида. Нуклеотиды при помощи фосфодиэфирных связей образуют полинуклеотид.

3. Спираль ДНК (правая) – две комплементарные цепи полинуклеотидов, соединенные водородными связями в парах А-Е и G-С. На один виток приходится приблизительно 10 пар оснований.

Экзон – кодирующая последовательность нуклеотидов, определяющая последовательность аминокислот в белке.

Интрон – некодирующая последовательность между экзонами. После синтеза РНК на ДНК- матрице (транскрипция) последовательности РНК, комплементарные последовательностям интронов, удаляются при помощи специальных ферментов, а оставшиеся последовательности сближаются (сплайсинг).

Кодон – последовательность из трех смежных нуклеотидов, кодирующая какую-либо аминокислоту или терминацию полипептидной цепи.

4. Ген – участок молекулы ДНК, кодирующий последовательность аминокислот в полипептидной цепи.

Экспрессия гена – протекает по схеме:

1. Транскрипция (синтез первичного транскрипта на матрице ДНК);

2. Процессинг (образование М РНК);

3. Трансляция (считывание информации с мРНК);

4. Сборка полипептидной цепи (включение аминокислот в полипептидную цепь на рибосомах);

5. Посттрансляционная модификация (добавление к полипептиду разных химических группировок, например фосфатных (фосфорилирование), карбоксильных (карбоксилирование) и т.д.).

ЭТАПЫ СЧИТЫВАНИЯ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ

В ходе транскрипции на ДНК-матрице синтезируется длинная молекула РНК (первичный транскрипт), содержащая последовательности экзонов и интронов. По завершении синтеза РНК- транскрипта последовательности интронов удаляются, что делает молекулу РНК значительно короче. Эта мРНК выходит из ядра в цитоплазму и соединяется с рибосомами. Молекула мРНК продвигается сквозь рибосому, и ее нуклеоидная последовательность транслируется в соответствующую последовательность аминокислот создаваемой белковой цепи.

РИБОНУКЛЕИНОВАЯ (Р Н К)

РНК – полинуклеотид, сходный по химическому составу с ДНК, но содержащий в нуклеотидах рибозу вместо дезоксирибозы и азотистое основание урацил (U) вместо тимина (Т).

Различают: 1. мРНК – матричная;

2. тРНК – транспортная;

3. рРНК- рибосомная.

Матричная (информационная) РНК (мРНК – матричная), состоит из сотен и тысяч нуклеотидов. мРНК переносит генетическую информацию из ядра в цитоплазму и непосредственно участвует в сборке молекулы полипептида на рибосрмах.

Транскрипция и процессинг

В ходе транкрипции РНК- полимераза II присоединяется к промотору – специфическому сайту молекулы ДНК, с которого начинается синтез полимера. РНК- полимераза II раскручивает участок двойной спирали ДНК, обнажая матрицу для комплементарного спаривания оснований. Когда РНК- полимераза встречает сигнал термиеации транскрипции, синтез полимера прекращается. Фактически на этом этапе с ДНК снята РНК – копия, но она еще не готова к участию в синтезе белка. Пока это только первичный транскрипт. В дальнейшем, он процессируется, в результате образуется мРНК, выходящая из ядра в цитоплазму.

Синтез полимеров рРНК и тРНК катализируют соответственно РНК- полимераза I и III.

Трансляция. Сборку полипептидной цепи инициирует стартовый кодон AUG, а терминирующие кодоны UAA, UAG и UGA ее прекращают.

Транспортная РНК (тРНК) содержит около 80 нуклеотидов и доставляет аминокислоты к рибосоме, где они присоединяются к растущей полипептидной цепи. Существует минимально одна тРНК для каждой из 20 аминокислот. Один конец тРНК (акцептор) присоединяется к аминокислоте, а другой конец содержит антикодон из трех нуклетидов, который узнает соответствующий кодон мРНК и спаривается с ним. Так тРНК переводит последовательность нуклеотидов в последовательность аминокислот.

Рибосомная РНК (рРНК) взаимодействует с иРНК и тРНК в ходе сборки полипептида, в комплексе с белками (в т. ч. ферментами) образуют рибосому.

Хроматин

Хроматин – комплекс ядерной ДНК с белками (гистоны, негистоновые белки).

Гетерохроматин (транкрипционно неактивный, конденсированный хроматин) интерфазного ядра. В СМ (видны в световой микроскоп)– базофильные глыбки, в ЭМ (видно в электронный микроскоп) – скопления плотных гранул. Располагается преимущественно по периферии ядра и вокруг ядрышек. Типичный пример гетерохроматина - тельце Барра.

Тельце Барра

Во всех соматических клетках генетически женского организма одна из Х –хромосом инактивирована и известна как половой хроматин (тельце Барра). Инактивация Х-хромосомы известна как лайонизация.

Лайонизация – механизм компенсации дозы генов Х-хромосомы у женщин объясняет гипотиза Мэри Лайон.

Согласно гипотезе, инактивация Х-хромосомы происходит в раннем эмриогенезе, осуществляеися случайным образом (инактивированной может быть либо отцовская, либо материнская Х-хромосома), затрагивает целиком всю Х-хромосому и характеризуется устойчивостью, передаваясь клеточным потомкам. Клетки женского организма по экспрессии генов Х-хромосомы мозаичны.

Эухроматин – транскрипционно активная и менее конденсированная часть хроматина, локализуется в более светлых участках ядра между гетерохроматином.

ХРОМОСОМА

Хромосомы видны при митозе или мейозе, когда хроматин конденсирован полностью.

ДНК

Рис. 8. Организация хроматина в хромосоме. Хроматин состоит из структурных единиц — нуклеосом, разделённых интервалами в 200 пар оснований. Во время митоза в результате плотной упаковки нуклеосом хроматин полностью конденсируется, формируя видимые хромосомы (из Widneil СС, Pfeninger КН, 1990)

ОРГАНИЗАЦИЯ ХРОМАТИНА В ХРОМОСОМЕ

Хроматин состоит из структурных единиц – нуклеосом, разделенных интервалами в 200 пар оснований. Во время митоза в результате плотной упаковки нуклеосом хроматин полностью конденсируется, формируя видимые хромосомы. (рис. 8)

Состав хромосом

Каждая хромосома содержит одну молекулу ДНК и ДНК- связывающие белки; хроматин в составе хромосомы образует многочисленные петли. Хромосома состоит из структурных единиц – нуклеосом. (рис. 9, 10)

Рис.9. Нуклеосома в неконденсирован­ном хроматине содержит по две копии гистонов Н2А, Н2В, НЗ и Н4. Двойная спираль ДНК лежит на поверхности октамера гистонов и накручена на него. В конденсированном хроматине дополни­тельно присутствует гистон H1, соединя­ющий нуклеосомы [из Trifonov EN, 1981|

Нуклеосомы – сферические структуры диаметром 10 нм.

I

II

III

IV

V

Рис. 10. Уровни упаковки ДНК в хромосоме I – нуклеиновая нить, II – хроматиновая фибрилла, III – серия петельных доменов, IV – конденсированный хроматин в составе петельного домена, V – метафазная хромосома; 1 – гистон Н1, 2 – ДНК, 3 – прочие гистоны, 4 – микротрубочки ахроматинового веретена, 5 – кинетохор, 6 – центромера, 7 – хроматиды (по Б. Албертсу и соавт., с изменениями и дополнениями).

ГЕНОМ

Геном – полный комплект генов в хромосомах. Кариотип – описывает количество и структуру хромосом. Гаплоидный набор – 23 хромосомы – характерен для гамет. Диплоидный набор - стандарт хромосом (23 х 2) – для соматических клеток.

ЯДЕРНАЯ ОБОЛОЧКА

Состав: 1. Наружная ядерная мембрана. На ее поверхности расположены рибосомы, где синтезируются белки, поступающие в перинуклеарные цистерны.

2. Внутренняя ядерная мембрана отделена от содержимого ядра ядерной пластинкой.

3. Перинуклеарные цистерны. Часть околоядерных цистерн связана с гранулярной эндоплазматической сетью.

4. Ядерная пластинка толщиной 80-300 нм участвует в организации ядерной оболочки и перинуклеарного хроматина, содержит белки промежуточных филаментов – ламины А, В и С.

5. Ядерные поры. Содержимое ядра сообщается с цитозолем через 3-4 тысячи специализированных коммуникаций – ядерных пор, осуществляющих транспорт (в т.ч. молекул РНК) между ядром и цитоплазмой. Ядерная пора имеет диаметр 80 нм, содержит канал поры и комплекс ядерной поры.(рис. 11)

Канал поры диаметром 9 нм беспрепятственно пропускает небольшие водорастворимые молекулы.

Комплекс ядерной поры содержит белок-рецептор, реагирующий на сигналы ядерного импорта (своего рода входной билет в ядро) – специальные последовательности из 4-8 аминокислотных остатков (например, в составе нуклеоплазмина или Т - Аг). Рецептор ядерной поры может увелтчивать диаметр канала поры и обеспечивать перенос в ядро больших макромолекул (например, ДНК- и РНК- полимеразы с М 100-200 кД).

Гранулы комплекса

ядерной поры

Рис. 11. Порыв оболочкеядра. Комплекс ядерной

Комплекс ядерной поры поры образован 8 большими белковыми гранулами, расположенными по окружности вблизи края поры и соединяющими обе ядерные мембраны (внутреннюю и наружную). Часто в центре поры присутствует большая центральная гранула. Она состоит из вновь синтезированной СЕ рибосомы, переносимой в цитоплазму [из SlevensA, Loewe J, 1992]

ЯДРЫШКО

Ядрышко – компактная структура в ядре интерфазных клеток. Основные функции ядрышка – синтез рРНК и образование субъединиц (СЕ) рибосом.

1.Транскрипция рРНК происходит в хромосомах 13, 14, 15, 21 и22. Петли ДНК этих хромосом, содержащие соответствующие гены, формируют ядрышковый организатор, получивший название в связи с тем, что восстановление ядрышка в фазу G клеточного цикла начинается с этой структуры.

Синтез белка

Образование субъединиц рибосом

Структура ядрышка

Фибриллярный компонент, где протекают ранние стадии образования предшественников рРНК; состоит из тонких (5 нм) рибонуклеопротеиновых фибрилл и транскрипционно активных участков ДНК. (рис. 12)

Гранулярный компонент содержит зрелые предшественники рибосомных СЕ (субъединиц), имеющих диаметр 15 нм.

Рис. 12. Строение ядрышка: I – схема, II –ядрышко в ядре клетке (электронно-

микроскопическая фотография); 1 – кариотека, 2 - ядерная ламина, 3 - ядрышковые организаторы хромосом, 4 – концы хромосом, связанные с ядерной ламиной (по Б. Албертсу и соавт., с изменениями).

НУКЛЕОПЛАЗМА

Нуклеоплазма содержит ядерный матрикс и ядерные частицы.

Ядерный матрикс содержит остатки ядрышек, сеть рибонуклеопротеинов, ядерные рецепторы и множество других молекул, часто образующих ассоциации – ядерные частицы. В матриксе происходит транскрипция и процессинг мРНК и р РНК. Ядерные рецепторы, онкогены, белки теплового шока, вирусные ДНК и белки (например, Т-Аг, разные факторы транскрипции) влияют на транскрипцию и процессинг РНК.

Ядерные частицы:

1.Интерхроматиновые гранулы – частицы диаметром 20-25 нм, содержащие рибонуклеопротеины и различные ферменты (АТФаза, ГТФаза, НАД- пирофосфатаза и др.).

2. Перихроматиновые гранулы диаметром 30-50 нм расположены по периферии гетерохроматина, окружены ореолом из менее плотного материала, содержат РНК и белки. Количество этих частиц увеличивается в ядрах клеток печени при онкогенезе или при воздействии температуры выше 37 градусов по Цельсию.

3. Гетерогенные ядерные рибонуклеопротеиновые частицы – комплекс предшественников мРНК и белков – участвуют в процессинге мРНК.

4. Малые ядерные рибонуклеопротеиновые частицы участвуют в процессинге мРНК, состоят из белков и небольших РНК.

6. Ядерные частицы.

ЯДРА ПОЛОВЫХ КЛЕТОК

Значение яйцеклетки: передает будущему организму материнские гены: обеспечивает питание (гистотрофное) зародыша на ранней стадии развития за счет желтка, содержащегося в цитоплазме. Желток состоит из белков, углеводов и жиров.

ПРЕПАРАТ: Яйцеклетка беззубки - анодонты (яйцеклетка моллюска).

Препарат представляет собой гистологический срез яичника беззубки (анодонты), окрашенный гематоксилином и эозином. (рис. 13)

Рис. 13. Яйцеклетка моллюска. Яичник беззубки (анодонты) (А) 1 – небольшой просвет фолликулов, 2 – желточные клетки, 3 – маленькое ядро, 4 – поперечные и косые сечения клеток, 5 – яйцеклетки, 6 крупное бледно окрашенное ядро, 7 дойное ядрышко, 8 – яйцеклетки в фазе большого роста; (Б) 1 – большой просвет фолликулов, 2 - клетки кубической формы, 3 – мелкие компактные ядра, 4 – яйцеклетки, завершающие рост.

При малом увеличении необходимо найти такой участок препарата, где его розовый фон был бы наиболее однородным, его нужно поставить в центр поля зрения. Надо найти в яичнике фолликулы с крупными, шарообразной формы яйцеклетками и изучить строение яйцеклетки при большом увеличении. Большинство фолликулов имеют небольшой просвет и относительно толстую стенку, с образованную желточными клетками цилиндрической формы, с маленьким компактным ядром и цитоплазмой красноватого цвета. Поперечные и косые сечения клеток овальные или округлые. В зависимости от фазы роста они имеют различную величину и окраску. В начале роста яйцеклетки мелкие, с относительно крупным, бледно окрашенным ядром и двойным ядрышком.

Обозначения: 1. – ядро. 2. – ядрышко. 3.- цитоплазма.

ПРЕПАРАТ: Яйцеклетка лягушки.

Препарат представляет собой гистологический срез яйцеклеток лягушки, окрашенный гематоксилином и эозином. (рис. 14)

Рис. 14 Яйцеклетка лягушки. Яичник лягушки. 1- яйцеклетка небольшого роста, 2 – бледное ядро, 3 – ооцит в фазе «большого роста», 4 – крупное бледно окрашенное ядро, 5 – рибосомные гены в виде ядрышек, 6 – плоские фолликулярные клетки с ядрами.

При малом увеличении в соединительнотканной строме (основе) яичника видны яйцеклетки на разных этапах стадии роста, имеющие поэтому неодинаковую величину и окраску. В начале стадии роста яйцеклетка небольшого размера, с базофильной цитоплазмой и бледным ядром.

Обозначения: 1. – ядро. 2.- цитоплазма.

ПРЕПАРАТ: Яйцеклетка кошки.

Препарат представляет собой гистологический срез яйцеклеток кошки, окрашенный гематоксилином и эозином. (рисунки 15-18)

1

Рис. 15. Яйцеклетка млекопитающего (при малом увеличении). Яичник кошки. 1- однослойный эпителий, 2 – белочная оболочка, 3 – корковое вещество, 4, 5, 6 – фолликулы, 7 – мозговое вещество, 8 – рыхлая соединительная ткань, 9 – сосуды.

Рис. 16 Этапы развития фолликулы 1- цитоплазма, 2 ядро, 3 – ядрышко, 4 – фолликулярный эпителий, 5 - тека, 6 – двуконтурная оболочка

Рис. 17. Ооцит первого порядка (при большом увеличении) 1- цитоплазма, 2 – ядро, 3 – ядрышко, 4 двуконтурная оболочка, 5 – лучистый венец.

Рис. 18. Граафов пузырек: 1 – тека, 2 – зернистый слой, 3 – яйценосный бугорок, 4 – полость, 5 – ооцит первого порядка.

При малом увеличении под однослойным эпителием и белочной оболочкой в корковом веществе видны яркоокрашенные фолликулы, размеры и организация которых зависит от степени их зрелости, а также образования, развившиеся вследствие овуляции или гибели фолликулов. В светлоокрашенном мозговом веществе образованном рыхлой соединительной тканью, находятся сосуды и нервы. Надо просмотреть весь срез и выбрать удачно срезанные фолликулы, в которых видна яйцеклетка с ядром и другие структуры, последовательно иллюстрирующие этапы роста ооцита и перестройку окружающих оболочек. Самые мелкие первичные фолликулы в большом количестве располагаются в поверхностной зоне коркового вещества. Их надо изучить при большом увеличении. Внутри первичного фолликула находится ооцит первого порядка с мелкозернистой базофильной цитоплазмой и ядром с нежной сетью хроматина и ядрышком.

Обозначения: 1. – ядро. 2.- цитоплазма. 3. – ядрышко. 4- прозрачная оболочка. 5-хроматин.

Познавательные статьи:



Техника нижней прямой подачи мяча

Комплекс физических упражнений для развития мышц плечевого пояса

Стандарт Порядок надевания противочумного костюма

Общеразвивающие упражнения без предметов