К практическим занятиям по курсу

Факультет стоматологии и медицинских технологий

 

Методическое пособие

К практическим занятиям по курсу

Цитология, гистология, эмбриология

Цитология

ЗАНЯТИЕ № 3

Санкт-Петербург

 

Ядро – важнейшая часть эукариотической клетки, содержащая ее генетический аппарат. В ядре содержатся молекулы ДНК, в структуре которых записаны все наследственные свойства организма.

Функции ядра:

- хранение генетической информации

- передача наследственной информации в ряду поколений посредством процесса репликации (удвоения) молекул ДНК

- синтез компонентов и сборка рибосом

- регуляция деятельности клетки посредством процесса транскрипции (считывание) - синтеза молекул РНК разного типа с последующим их транспортом в цитоплазму.

Поровые комплексы на ядерной мембране ооцита тритона.

Скан.Эл микр. Напыление металлом в вакууме.

Видны: наружное кольцо из 8 белковых глобул, центральная глобула

 

Вид на поверхность ядра изнутри. Видны розетки поровых комплексов

И фрагменты ядерной пластинки (ламины), имеющей вид сеточки.

Скан.эл.микр. Напыление в вакууме.

 

Вся оболочка ядра пронизана большим количеством пор (в среднем от 2-х до 4-х тясяч на ядро). Их количество может меняться в зависимости от активности ядра в данный момент жизни клетки и от типа клетки.

Ядерная пора – это двусторонний транспортный коридор, связывающий ядро с цитоплазмой.

 

Ядерные поры. Обозначения: стрелки – поровый комплекс, N – нуклеоплазма, C –цитоплазма, СH – хроматин, NE – ядерная пора,

белые стрелки – ядерная пластинка (ламина)

 

 

Прохождение через ядерные поры частиц коллоидного золота.

 

Видно, что они сосредоточены в районе поровых комплексов.

Ядрышко – участок ядра, где происходит синтез р-РНК и формирование субъединиц рибосом. Участок хромосомы (ген), в котором закодирована структура р-РНК, называется ядрышковым организатором. Размеры и количество ядрышек в ядре клеток колеблется в зависимости от типа клеток и активности ядра. В ядрышке выделяют два компонента: фибриллярный и гранулярный

Фибриллярный компонент - это наиболее активная часть ядрышка, где происходит первичная транскрипция рибосомальных генов и синтез предшественника р-РНК в виде тонких фибрилл диаметром 5-8 нм.

В гранулярном компоненте происходит упаковка этих фибрилл в гранулы. Здесь происходит созревание р-РНК и сборка частиц рибосом.

 

Фотография ядрышка эукариотической клетки

Справа ядрышко при большем увеличении:

Толстая стрелка – гранулярный (плотный)компонент ядрышка

Тонкие стрелки – фибриллярный(светлый) компонент ядрышка

Последние данные показывают, что кроме синтеза рРНК, ядрышко участвует во многих других аспектах экспрессии генов. В ядрышках обнаруживаются РНК, входящие в SRP-частицы, участвующие в синтезе белков в эндоплазматическом ретикулуме. С ядрышком оказалась ассоциирована РНК теломеразы - (обратная транскриптаза).

Схема процесса синтеза компонентов и сборки рибосом на ядрышке

1 – ядро, 2 – зона ядрышка, 3 – мембрана клетки, 4 – синтез рибосомальных РНК, 5 – комплекс рРНК, 6 – большая субъединица рибосомы, 7 – малая субъединица рибосомы, 8 =- белки рибосом, 9 – сборка рибосом в цитоплазме при рансляции, 10 – трансляция, пунктир – поступление в ядро из цитоплазмы компонентов рибосом.

Морфологические типы ядрышек в клетках. Темные участки – гранулярный компонент, светлые - фибриллярный

Строение хромосом.

Хромосома – структурно-функциональная единица наследственности. В интерфазном ядре без специальных методов окраски хромосомы не видны, и только в период митоза они конденсируются и становятся видимыми. Поэтому морфологию хромосом описывают на примере метафазных хромосом.

Метафазные хромосомы имеют вид палочковидных структур, разделенных специальным участком – перетяжкой (центромерой) на плечи разной длины. В зависимости от расположения центромеры хромосомы разделяются на несколько групп:

- акроцентрические (центромер расположен на конце хромосомы или одно из плеч очень мало)

- субметацентрические (с плечами разной длины)

- метацентрические (с плечами равной или почти равной длины).

Количество и тип хромосом является характерной чертой каждого вида организмов и называется – кариотипом.

В соматических клетках число хромосом диплоидное (парное) – каждая клетка содержит по две копии каждой хромосомы: одна от отца, другая от матери.

Хромосомы, одинаковые по форме, размеру и несущие одинаковые гены называются гомологичными. Одна пара хромосом несет признаки пола – половые хромосомы Х и Y и являются негомологичными.

Кариотип человека. Отметить, что хромосомы человека относятся к разным морфологическим типам.

Строение типичной субметацентрической метафазной хромосомы.

Нуклеосомы (первый уровень)

Хиазмы Нуклеомер(второй уровень)

Петлевой и хромомерный уровень упаковки ДНК.(третий и четвертый уровни) Видны петли ДНК и плотные (хромомерные) участки между ними

(гигантская интерфазная хромосома в яйцеклетке птиц- типа «ламповой щетки») Стрелки указывают на участки перекреста (кроссинговера) гомологичных хромосом (хиазмы)

Промотор – это небольшой участок ДНК, расположенный перед структурной частью гена и предназначенный для связывания РНК-полимеразы и белков-регуляторов перед началом синтеза РНК. У высших эукариот в состав промотора входят многократно повторяющиеся последовательности нуклеотидов: ТАТА, ЦААТ, ГЦ

Регуляторные участки гена эукариот, с которыми связываются факторы транскрипции, располагаются за сотни пар нуклеотидов от участка промотора активируемого гена- они получили название - энхансеры.

Каждый ген или группа генов отделены друг от друга специальным участками ДНК, называемые спейсерами.

Схема организации типичного гена эукариот и его регуляторные элементы:

1 – экзоны; 2 – интроны; 3 – промотор; 4 – РНК-полимераза II; 5 – главные факторы транскрипции; 6 – регуляторные белки; 7 – энхансеры (регуляторные участки гена); 8 – спейсерные участки; 9 – ТАТА блок – инициирующая часть промотора; стрелка – начало процесса транскрипции

 

G0 – период покоя.

В тканях организмов всегда есть клетки, которые перестали размножаться. Такие клетки получили название – покоящиеся клетки. У многоклеточных организмов большая часть клеток находится именно в фазе G0!

Репликация – процесс самовоспроизведения молекул нуклеиновых кислот (ДНК или РНК) с целью обеспечения точного копирования генетического, наследственного материала клеток организма и передачу его последующим поколениям.

I. Молекула ДНК в интерфазном ядре находится в спирализованном состоянии и для начала репликации необходимо деспирализовать хроматин и «расплести» двойную спираль ДНК. Двойную цепь ДНК «расплетают» специальные белки-ферменты топоизомеразы и хеликазы. Топоизомераза раскручивает спираль ДНК и образуется участок - «пузырь», где две соседние цепи ДНК разъединены. На каждом конце такого «пузыря» образуется точка начала репликации – репликативная вилка. Участок ДНК, где начинается и идет репликация называется – репликон.

II. Теперь на расплетенных нитях «родительской» ДНК начинают синтезироваться «дочерние» нити, подчиняясь закону комплементарности пар нуклеотидов. В настоящее время доказана схема «полуконсервативного» синтеза ДНК. По этой схеме на каждой из расплетенных цепей ДНК достраивается новая цепь.

III. Следующим этапом синтеза ДНК является «проверка» правильности синтеза новой цепи ДНК. Это делают также ферменты ДНК-полимеразы I и III.

IV. Синтез новых цепей ДНК идет одновременно с двух «материнских» цепей антипараллельно, в направлении 5’ ---- 3’ конец. По одной нити ДНК, называемой «главной», синтез идет непрерывно. По другой – антипараллельной, называемой «запаздывающей», синтез новой цепи ДНК идет отдельными фрагментами, каждый из которых запускается своим РНК-праймером. Эти фрагменты получили наименование по имени японского биолога – «фрагменты Оказаки». По мере синтеза фрагментов они сшиваются специальным ферментом – ДНК-лигазой в непрерывную цепь ДНК.

V – Процесс репликации ДНК надо остановить вовремя! Ферменты ДНК – полимеразы только добавляют в растущую цепь нуклеотиды и проверяют их правильное расположение. Кто же останавливает репликацию?

На конце эукариотических хромосом имеется специальный участок из 100 – 1000 многократно повторяющихся кусочков цепи из шести нуклеотидов (например: у человека: ТТАGGG). Он не несет в себе функции генов и служит сигналом к окончанию репликации и получил наименование - теломер. С каждым циклом репликации и деления теломерный участок уменьшается.

Теломеразы есть в половых клетках и клетках новорожденных. Во взрослом организме в соматических клетках теломераза (а точнее ген, который ее кодирует) неактивна, что является своеобразным ограничителем интенсивности деления клеток и жизни всего организма. К сожалению, при раковом перерождении клеток теломераза активизируется, что сопровождается бесконтрольным размножением клеток - «бессмертие раковых клеток». Вместе с процессом репликации ДНК в синтетическом периоде идет интенсивный синтез ядерных белков – гистонов, которые соединяются с вновь синтезируемыми нитями ДНК и формируют нормальную нуклеосомную структуру ДНК.

Теломеры на концах хромосом

Митоз

Митоз – стадия жизненного цикла клеток, в период которого происходит деление «материнской клетки» с образованием двух генетически идентичных «дочерних» клеток.

1) во время митоза происходит строго одинаковое распределение хромосом между дочерними клетками. Это обеспечивает образование генетически идентичных клеток;

2) митоз обеспечивает рост многоклеточного организма;

3) за счет деления клеток происходит регенерация поврежденных органов и тканей (репаративная регенерация) или сохранение структурной целостности клеточных популяций и всего организма (физиологическая регенерация);

4) на митозе основаны все формы бесполого размножения (почкование, спорообразование, вегетативное размножение, деление бактерий и протист).

1) профаза Переход от интерфазы к митозу. Хроматин в ядре, который был в интерфазе деконденсированный, начинает конденсироваться в хорошо видимые хромосомы. Каждая хромосома редуплицирована и состоит из двух сестринских хроматид. В каждой из хроматид есть специальный участок – центромер, к которому будут крепиться в дальнейшем микротрубочки веретена. Оболочка ядра начинает фрагментироваться.

2) метафаза Хромосомы, прикрепленные к кинетохорным микротрубочкам беспорядочно двигаются по клетке, постепенно концентрируясь в средней части клетки. Количество хромосом и количество ДНК в этой фазе митоза - 2n4c. Хромосомы концентрируются в средней части клетки, формируя экваториальную (метафазную) пластинку. Количество хромосом и ДНК остается пока прежним 2n 4c. Полностью сформировано веретено деления.

3) анафаза Начинается с внезапного разделения хромосом на сестринские хроматиды, которые начинают медленно двигаться к соответствующим полюсам клетки с помощью сократительных сил кинетохорных микротрубочек веретена. Остановить митоз практически невозможно! Анафаза длиться всего несколько минут. В результате в клетке количество хромосом увеличивается вдвое - 4n 4c!!.

4) телофаза Сестринские хроматиды (хромосомы дочерних клеток) подходят к полюсам и отсоединяются от микротрубочек веретена. Вокруг каждой группы хромосом начинает формироваться новая оболочка ядра. Конденсированный хроматин начинает разрыхляться, формируется ядрышко.

5) Веретено деления разрушается и начинается процесс деления цитоплазмы материнской клетки на две части – цитокенез.

Факультет стоматологии и медицинских технологий

 

Методическое пособие

к практическим занятиям по курсу