Wykład # 2
d) Chromatyna
§ Bardzo dobrze się wybarwia, więc można ją z powodzeniem obserwować.
§ Składa się z DNA, RNA, histonów i białek niehistonowych.
§ Histony to białka zasadowe (ponad 20% aminokwasów zasadowych) o małej masie cząsteczkowej (11 000 – 22 000 Daltonów) i powszechnym występowaniu.
o H1, H2A, H2B, H3, H4 to histony dobrze poznane.
o H3 i H4 należą do histonów konserwatywnych ewolucyjnie (skład aminokwasowy podobny u różnych zwierząt; czyli nie zmieniają się wraz z ewolucją organizmów).
o H5 znajduje się np. w jądrzastych erytrocytach; zawiera dużo lizyny; w erytrocytach kury i gęsi znana jest sekwencja 189 aminokwasów tego histonu.
o H4 jest najmniejszym z histonów, budują go zaledwie 102 aminokwasy; nie jest specyficzny gatunkowo (skład aminokwasowy niezależny od gatunku organizmu).
o H1 jest dużym histonem, jest słabo związany z chromatyną; posiada unikalny skład aminokwasowy.
§ Histony łatwo ulegają odwracalnym, potranslacyjnym modyfikacjom: metylacji, fosforylacji, acetylacji; jest to cecha przydatna podczas aktywacji chromatyny.
§ Białka niehistonowe to duża grupa białek niejednorodnych, niezasadowych. Nie stwierdzono korelacji pomiędzy ilością tych białek, a ilością chromatyny.
§ Białka niehistonowe odgrywają dużą rolę przy tworzeniu pętli chromatynowych i chromosomów.
§ Białka strukturalne HMG (High Mobility Group); HMG1 i HMG2 są charakterystyczne dla ssaków; mają zdolność interakcji z histonami i DNA.
Organizacja strukturalna chromatyny:
§ Diploidalny genom człowieka zawiera około 2,3 metra DNA, które upakowane jest w jądrze komórkowym; możliwe jest to dzięki skręceniu i pofałdowaniu nici:
wolna nić DNA à włókno nukleosomalne (sznur koralików) à solenoid (włókno chromatynowe o średnicy 30 nm) à pętle (domeny) chromatynowe à chromosom metafazowy (najbardziej skondensowana chromatyna).
§ Podstawową jednostką strukturalną chromatyny jest nukleosom, który zawiera:
§ dwuniciowy fragment DNA o długości około 200 pnt (par nukleotydów); długość nukleosomalnego DNA może być różna; 200 to średnia wartość;
§ oktamer histonów rdzeniowych (8 cząsteczek histonów; po dwa histony H2A, H2B, H3 i H4);
§ histon H1.
§ Histony rdzeniowe (H2A, H2B, H3 i H4) oddziaływują ze sobą C-końcami (globularne fragmenty o konserwatywnej sekwencji aminokwasowej); w wyniku specyficznych oddziaływań pomiędzy parami histonów H2A i H2B oraz H3 i H4 powstaje oktamer.
§ Z około 200 par zasad nukleosomalnego DNA tylko 146 oddziałuje z histonami rdzeniowymi (tylko 146 łączy się z oktamerem).
§ Na jeden nukleosom przypada około 1,7 zwoju DNA.
§ Histon H1 łączy się z łącznikowym DNA i stabilizuje skręty DNA wokół oktameru histonów.
§ Cząsteczki rdzeniowe łączą się za pomocą łącznikowego DNA (linker); długość łącznikowego DNA waha się (10 – 95 par zasad).
§ Nukleosomy tworzą włókno nukleosomalne (sznur koralików), które pozwala na pozorne skrócenie DNA 6 – 7 X. Włókno nukleosomalne ma średnicę około 10 nm.
§ Włókno chromatynowe (solenoid) to skręcone włókno nukleosomalne o średnicy 30 nm. W tworzeniu struktury solenoidu bierze udział histon H1.
§ Na jeden skręt solenoidu przypada 6 nikleosomów, co pozwala na pozorne skrócenie DNA około 40 X.
§ Włókno chromatynowe pofałdowane jest w pętle (domeny) o średnicy około 300 nm. Pętle te są podstawą budowy chromosomu.
§ Obecnie przyjętym modelem budowy chromosomu jest „model promienistych pętli”; chromosom zbudowany jest z pojedynczej, liniowej cząsteczki DNA, połączoną w kompleks z histonami (włókno nuleosomalne a później chromatynowe); włókno ulega pofałdowaniu (dzięki interakcjom podstaw pętli chromatynowych z białkami niehistonowymi, tworzącymi szkielet chromosomu).
§ Chromosom pozwala skrócić DNA 10 000 X.
§ Według Waldeyer’a (1888 r.) chromosom zbudowany jest z konstruktywnej heterochromatyny (skondensowanej), przewężenia pierwotnego (centromer), przewężenia wtórnego (NOR) i tleomerów.
§ Jeśli przewężenie wtórne usytuowane jest terminalnie, chromosom posiada trabant (satelitę).
§ Położenie przewężenia pierwotnego (centromeru) w chromosomie metafazowym może być:
o akrocentryczne (gdy centromer jest blisko skraju)
o metacentryczne (gdy ramiona chromosomu są mniej-więcej równe)
o submetacentryczne (model pośredni)
§ Przewężenie pierwotne zawiera kinetochor niezbędny do rozejścia się połówek chromosomu.
§ Euchromatyna to chromatyna ulegająca całkowitej dekondensacji w telofazie; zawiera DNA ulegające transkrypcji.
§ Heterochromatyna – nie ulega dekondensacji w telofazie, nie jest aktywna transkrypcyjnie.
e) Jąderko (nucleus)
§ Jest to struktura w jądrze komórkowycm; nie jest oddzielona od reszty karioplazmy.
§ Stanowi morfologiczny obraz aktywności transkrypcyjnej oraz przemian posttranskypcyjnych pewnej części genomu (rDNA).
§ Występuje we wszystkich komórkach eukariotycznych (w interfazie), w czasie podziału niewidoczne. W jądrach o bardzo skondensowanej chromatynie (np. plemniki) brak jąderek.
§ Jest najlepiej widoczną strukturą w jądrze komórkowym (duża gęstość, mało wody); opisano je już w XVIII wieku.
§ Składa się z RNA, białek i nieznacznej ilości DNA.
§ Białka w jąderku możemy podzielić na strukturalne, enzymatyczne i regulatorowe.
§ Liczba jąderek zdeterminowana jest przez liczbę chromosomów jąderkotwórczych. Liczba chromosomów jąderkotwórczych jest stała dla gatunku.
§ W komórkach ludzkich występuje maksymalnie 10 jąderek; mamy 5 chromosomów jądrekotwórczych (13, 14, 15, 21, 22), ilość tą mnożymy prze 2, bo mamy diploidalny zestaw chromosomów.
§ Jąderka często ulegają fuzji (czyli liczba jąderek nie świadczy o liczbie chromosomów jąderkotwórczych).
§ Jąderko jest strukturą dynamiczną (mało stabilną); morfologia i ultrastruktura zmienia się wraz z typem komórki, stopniem jej zróżnicowania i etapem cyklu komórkowego.
§ Wielkość jąderek zależna jest od aktywności metabolicznej komórek (od zapotrzebowania na rybosomyà na syntezę białka); średnica jąderka wynosi około 1-5μm.
§ Jąderko jest zlokalizowane przeważnie w części centralnej lub tuż pod otoczką jądrową.
§ Miejscem powstawania jąderka jest przewężenie wtórne chromosomu (NOR – Nucleolus Organizing Region), czyli organizator jąderkowy, w którym stopień kondensacji włókna chromatynowego jest niewielki. Tą część DNA nazywamy rDNA. NOR występuje w chromosomach jąderkotwórczych.
Ultrastrukturalna budowa jąderka:
§ cenrum włókniste (fibrylarne) FC
§ gęsty składnik włóknisty (fibrylarny) DFC à na powierzchni FC
§ składnik ziarnicty (granularny) GC à otacza DFC; składnik dominujący
§ wakuole jąderkowe NI à puste przestrzenie w GC
§ chromatyna zasocjowana z jąderkiem NAC à obkleja GC
§ macierz jąderkowa
FC – centum włókniste (fibrylarne)
§ Zmienna lokalizacja, wielkość oraz ilość (może być wiele centrów włóknistych).
§ Niska gęstość elektronowa (jasne obszary na elektronogramie TEM).
§ Zbudowane z włókienek o średnicy 2-3 nm; zawiera polimerazę RNA klasy I, lecz jest ona niekaktywna (brak transkrypcji).
§ Zawiera rDNA, białko C23 (należące do grupy białek AgNOR)
Polimeraza I RNA występuje zarówno w FC, jak i w DFC, ale aktywna jest tylko w DFC; odpowiada ona za transkrypcję rDNA i syntezę rRNA; w czasie mitozy znajduje się w NOR.
Białko C23 (nukleolina) to fosfoproteina o masie cząsteczkowej około 100 000 D; w jądrze interfazowym znajduje się w FC i DFC, w czasie mitozy – w NOR. Większość tego białka zasocjowana jest z pre-RNA. Do jego funkcji należy: aktywacja transkrypcji rDNA (tworzenia rRNA), dekondensacja chromatyny jąderkowej.
Białko B23 (numatryna) to fosfoproteina o masie cząsteczkowej około 38 000 D; w jądrze interfazowym znajduje się w DFC i GC (brak w FC!!!), podczas mitozy zasocjowane z chromosomami; zaangażowane w dojrzewanie RNP (rybonukleoprotein).
Białko B23 i C23 należą do grupy AgNOR, ponieważ występują w NOR i są srebrochłonne (ich grupy karboksylowe reagują z solami srebra à czarne zabarwienie).
DFC – gęsty składnik włóknisty (fibrylarny)
§ Otacza centrum włókniste.
§ Utworzony jest z gęsto upakowanych włókienek (ciemne miejsce na elektronogramie), które są nowymi cząsteczkami pre-rRNA, czyli prekursorami składnika ziarnistego.
§ Zachodzi tu transkrypcja i synteza 45S pre-rRNA (pre-rybosomalnego RNA).
§ Występuje tu fibrylaryna, białko B23, polimeraza I RNA (aktywna).
GC – składnik granularny
§ Wrażliwy na trawienie proteolityczne i RNA-zę.
§ Występują tu ziarnistości o średnicy 15-20 nm; są to kompleksy białek z RNA zwane rybonukleoproteinami (RNP), które stanowią cząstki prerybosomalne.
§ Puste miejsca (o niższej gęstości elektronowej) w GC to wakuole jąderkowe tworzone w wyniku szybkiego transportu cząsteczek RNP do cytoplazmy
5
cyrylek12