Клеточное ядро

1. Клеточный уровень организации

Клеточное ядро.
Строение и функции.

2.

Клеточное ядро. Строение и функции
Одним из наиболее крупных
компартментов
эукариотической клетки
является
ядро

3.

Клеточное ядро. Строение и функции
Роберт Броун в
1831 г. первым
заявил о ядре как
постоянной
структуре клетки

4.

Клеточное ядро. Строение и функции
Зонтик (шляпка) средиземноморской
ацетабулярии A. mediterranea.

5.

Клеточное ядро. Строение и функции
Цитопласты
погибают
через 1-2
суток

6. Клеточное ядро

Клеточное ядро. Строение и функции
Ядро клетки может быть в двух состояниях:
в период деления и
в промежутке между делениями, в
период так называемой интерфазы.

7.

Клеточное ядро. Строение и функции
Схема строения
ядра и связанных с
ним структур.

8.

Клеточное ядро. Строение и функции
Функции ядра:
1) хранение наследственной информации и передача ее
дочерним клеткам в процессе деления;
2) регуляция жизнедеятельности клетки путем
регуляции синтеза различных белков;
3) место образования субъединиц рибосом.

9. В составе интерфазного ядра:

ВКлеточное
составе интерфазного
ядра:
ядро. Строение и функции
оболочка,
ядерная
ядерный сок,
хроматин,
ядрышко

10.

ДНК
Ядро
Хромосомы
Белок
Ядрышко
Наружная мембрана
Ядерный сок
(кариоплазма)
Ядерные поры
Внутренняя мембрана
Органические
вещества: белки
углеводы, РНК
Неорганические
вещества: вода,
минеральные соли
Клеточное ядро. Строение и функции
Ядерная оболочка

11. Клеточное ядро

Клеточное ядро. Строение и функции
Ядерная оболочка
образована двумя
типичными мембранами
из белков и липидов.

12. Клеточное ядро

Клеточное ядро. Строение и функции
Между мембранами находится
перинуклеарное пространство.

13. Клеточное ядро

Клеточное ядро. Строение и функции
Наружная ядерная
мембрана связана с
мембранами ЭПС.

14. Клеточное ядро

Клеточное ядро. Строение и функции
Внутренняя
ядерная
мембрана –
место
прикрепления
генетического
аппарата клетки.

15. Клеточное ядро

Клеточное ядро. Строение и функции
Ядерная оболочка
пронизана
многочисленными
порами, через которые
идёт транспорт
веществ в обоих
направлениях.

16.

Клеточное ядро. Строение и функции
Ядерные
поры

17. Клеточное ядро

Клеточное ядро. Строение и функции
Пора
оборудована
специальным
механизмом,
способным её
закрывать.

18. Клеточное ядро

Клеточное ядро. Строение и функции
Кариолимфа (ядерный
сок) – бесструктурная
часть ядра,
содержащая запас
мономеров для
биосинтезов.

19. Клеточное ядро

Клеточное ядро. Строение и функции
Ядрышки –
участки ядра,
богатые РНК.
В ядрышках
синтезируются
рибосомы.

20. Клеточное ядро

Клеточное ядро. Строение и функции
Фибриллярный компонент
ядрышка – гены, на которых
записана информация о синтезе
рибосом.
Гранулярный компонент –
рибосомы на разных стадиях
сборки.

21. Клеточное ядро

Клеточное ядро. Строение и функции
Хроматин – генетический материал в деконденсированном
состоянии в период интерфазы.
Перед началом деления хроматин будет собираться в
плотные структуры – хромосомы.

22.

Клеточное ядро. Хроматин
Строение и функции
эухроматин
Деспирализованные участки
хромосом, содержащие
активно экспрессирующиеся
гены
конститутивный
Присутствует в течение
всего клеточного цикла
гетерохроматин
Конденсированный,
транскрипционно неактивный
хроматин
факультативный
Способен переходить в
эухроматин

23.

Клеточное ядро. Строение и функции
Хромосомы образованы хроматином.
Хроматин
ДНК
Белки
Структурные
Гистоновые
• Н2А
• Н2В
• Н1
• Н3
• Н4
Негистоновые
Функциональные

24.

Клеточное ядро. Строение и функции
Хроматин состоит из
ДНК и белков,
которые необходимы
при укладке ДНК в
более крупные
структуры.

25.

Клеточное ядро. Строение и функции
Эухроматин имеет
наименьшую
степень
конденсации.
Это гены в рабочем
состоянии, с
которых активно
считывается
информация.

26.

Клеточное ядро. Строение и функции
Гетерохроматин более
конденсирован.
Это гены в нерабочем,
заблокированном
состоянии.
Гетерохроматин выглядит
как зерна, нити, глыбки
различной формы и
размеров, разбросанные
по ядру.

27.

Клеточное ядро. Строение и функции
Факультативный
гетерохроматин
содержит гены, не
работающие в
данной клетке в
силу её
специализации.

28.

Клеточное ядро. Строение и функции
Исторический
гетерохроматин
содержит гены,
доставшиеся от
далёких предков.
Они работают только
на ранних стадиях
развития.
Иначе появляются
атавизмы.

29.

Клеточное ядро. Строение и функции

30.

Клеточное ядро. Строение и функции

31.

Клеточное ядро. Строение и функции
Порядок
укладки ДНК
в хромосоме
эукариота

32.

Клеточное ядро. Строение и функции
Нуклеосомный уровень
организации хроматина обеспечивается
четырьмя видами нуклеосомных
белков-гистонов. Они образуют
белковые тела - коры, состоящие из
восьми молекул.

33. Нуклеосома

Клеточное ядро. Строение и функции
Нуклеосомный кор
(Н2А, Н2В, Н3, Н4)×2
ДНК (146 п.н.)

34.

Клеточное ядро. Строение и функции
В контакте с
каждым кором
оказывается
участок ДНК из 146
пар нуклеотидов.
Свободные от
контакта с
белковыми телами
участки ДНК
называются
линкерными.

35.

Клеточное ядро. Строение и функции
Линкерные участки
включают от 15 до 100 баз
(в среднем, около 60)
в зависимости от типа клетки.
Отрезок молекулы ДНК около 200 баз
вместе с белковым кором составляет
нуклеосому.

36. Нуклеосомная нить

Клеточное ядро. Строение и функции

37.

Клеточное ядро. Строение и функции
В результате нуклеосомной организации
хроматина двойная спираль ДНК
диаметром 2 нм
со средней длиной 5 см приобретает
диаметр 10-11 нм и
длину 2 см

38. Нуклеомерная фибрилла

Клеточное ядро. Строение и функции

39. Метафазная хромосома

Клеточное ядро. Строение и функции
плечи
центромера

40.

Клеточное ядро. Строение и функции
Свое название
хромосомы получили
благодаря способности
интенсивно
окрашиваться
основными красителями.
Сам термин “хромосома” предложил B1888ro/ryW.
Waldeyer.

41. Уровни компактизации ДНК

Уровни
компактизации
Клеточное ядро. Строение и функции
ДНК
ДНК
Нуклеосомная нить
Нуклеомерная фибрилла
Петли (домены)
Метафазная хромосома

42.

Клеточное ядро. Строение и функции
Дальнейшая компактизация
нуклеосомной нити обеспечивается
гистоном Н1, который соединяясь с
линкерной ДНК и двумя соседними
белковыми телами, сближает их
друг с другом

43.

Клеточное ядро. Строение и функции
В результате
образуется
хроматиновая
фибрилла
(диаметр 20-30 нм,
длина 1,2 мм)

44.

Клеточное ядро. Строение и функции
В организации интерфазной
хромонемы принимают участие
негистоновые белки. Отдельные
участки интерфазной хромонемы
при дальнейшей компактизации
образуют структурные блоки.

45.

Клеточное ядро. Строение и функции
Структурные блоки
выявляются в интерфазном ядре
в виде
глыбок хроматина

46.

Клеточное ядро. Строение и функции
Петельная
структура
хроматина
Дальнейшая
конденсация
хроматиновых
петель
Объединение
петель в блоки

47.

Клеточное ядро. Строение и функции
Хромосомы - это
нуклеопротеиновые
тела, в которых
хранится, передается
потомству и реализуется
наследственная
информация.

48.

Клеточное ядро. Строение и функции
Схема строения
хромосомы в
поздней профазе
— метафазе
митоза:
1—хроматида;
2—центромера;
3—короткое плечо;
4—длинное плечо

49.

Клеточное ядро. Строение и функции
Индивидуальные хромосомы
составляют кариотип - хромосомный
комплекс вида со всеми его
особенностями: числом хромосом, их
морфологией, наличием видимых под
световым микроскопом деталей
строения

50.

Клеточное ядро. Строение и функции
Кариотип изучают в
период метафазы.
На этой стадии клетку
задерживают с помощью
колхицина.

51.

Клеточное ядро. Строение и функции
Сергей
Гаврилович
Навашин
предложил
идею
идиограммы
при анализе
кариотипа

52.

Клеточное ядро. Строение и функции
В 1971 году на Парижской
конференции была принята единая
номенклатура окраски каждой
хромосомы человека (Парижская
номенклатура). Эта окраска
получила название Q-окраска или Qbanding.

53.

Клеточное ядро. Строение и функции
Хромосомы
располагаются по
убыванию
размеров по
парам;
последними половые
хромосомы

54.

Клеточное ядро. Строение и функции
Изобретение
дифференциальной
окраски позволило
четко различать
хромосомы
разных пар

55.

Клеточное ядро. Строение и функции
Хромосомы
человека
окрашены
FISHметодом
(метафазная
пластинка)

56.

Клеточное ядро. Строение и функции
Кариотип
человека
(идиограмма)
46,ХХ

57.

Клеточное ядро. Строение и функции
Кариотип
человека
(идиограмма)
46,ХУ

58.

Клеточное ядро. Строение и функции
Х- и Ухромосомы
человека на
стадии
метафазы

59.

Клеточное ядро. Строение и функции

60.

Клеточное ядро. Строение и функции

61.

Клеточное ядро. Строение и функции
В 1971 году
отечественный учёный
А.М. Оловников в своей
"теории маргинотомии"
(от латин. marginalis краевой, tome - сечение)
предположил, что
причина - постепенное
укорочение ДНК
хромосом с каждым
раундом репликации.

62. .

Клеточное ядро. Строение
и функции
Теломеры не
реплицируются
полностью с помощью
ДНК полимераз и
постепенно
укорачиваются с
каждым клеточным
делением

63.

Клеточное ядро. Строение и функции

64.

Клеточное ядро. Строение и функции

65.

Клеточное ядро. Строение и функции

66.

Клеточное ядро. Строение и функции

67.

Клеточное ядро. Строение и функции
Число хромосом в кариотипе не
коррелирует с эволюционной
продвинутостью вида

68.

Клеточное ядро. Строение и функции
Аскарида – 2
Человек – 46
Речной рак – 196
Папоротник – около 500
Радиолярия – 1000-1600 хромосом!!!

69. Диплоидный набор хромосом у животных.

Клеточное ядро. Строение и функции
Диплоидный набор хромосом у
животных.
КОМАР – 6
ОКУНЬ – 28
ПЧЕЛА – 32
СВИНЬЯ – 38
МАКАК-РЕЗУС – 42
КРОЛИК - 44
ШИМПАНЗЕ – 48
БАРАН – 54
ОСЕЛ – 62
ЛОШАДЬ – 64
КУРИЦА - 78

70.

Клеточное ядро. Строение и функции
Интерфазное
ядро под
фазовоконтрастным
микроскопом

71.

Клеточное ядро. Строение и функции
Срезы
интерфазных
ядер под
электронным
микроскопом

72.

Клеточное ядро. Строение и функции
Увеличенное
изображение
предыдущего
фрагмента

73.

Клеточное ядро. Строение и функции
В ядрах клеток
злокачественной
меланомы
отчетливо видны
глыбки
Х-хроматина

74.

Клеточное ядро. Строение и функции
Ядра
лимфоцитов
человека,
окрашенные
методом
Фельгена

75.

Клеточное ядро. Строение и функции
Метод оптико-структурного
машинного анализа
позволяет изучать
структуру хроматина
в интерфазном ядре

76.

Клеточное ядро. Строение и функции
Ядро лимфоцита на
экране компьютера
после
сканирования.
Слева гистограмма по
интенсивности
свечения

77.

Клеточное ядро. Строение и функции
Периметр ядра - дает представление о
площади мембраны - месте локализации
генов

78.

Клеточное ядро. Строение и функции
Площадь ядра - дает представление о
степени транскрипционной активности,
т.к. работающие гены нуждаются в
дополнительных площадях

79.

Клеточное ядро. Строение и функции
Интегральная оптическая плотность
отражает общее количество фельгенпозитивного материала в ядре

80.

Клеточное ядро. Строение и функции
Суммарный периметр
гетерохроматиновых структур показатель возрастает с увеличением
степени “мелкозернистости” ядра

81.

Клеточное ядро. Строение и функции
Коэффициент округлости ядра
и гетерохроматина - отражает
степень деформации структур

82.

Клеточное ядро. Строение и функции
Изменение числа хромосом, кратное
гаплоидному набору хромосом (n),
называется полиплоидией.

83.

Клеточное ядро. Строение и функции
Полиплоидия:
• печень мыши – до 32 с
• аскарида – до 260 с
• дрозофила – до 512 с
• трофобласт плаценты – до 4096 с

84.

Клеточное ядро. Строение и функции
Политения –
разновидность полиплоидизации.

85.

Клеточное ядро. Строение и функции
Политенные
хромосомы из
слюнных желез
Двукрылых

86.

Клеточное ядро. Строение и функции
Впервые политенные хромосомы были описаны Е. Бальбиани
в 1881 году в клетках слюнных желёз р. Chironimus. У D.
мelanogaster они описаны Эмилем Хайтцем и Хансом Бауэром
в начале 1930-х.
Политенные хромосомы были описаны у двукрылых (Diptera)
в ядрах клеток кишечника, мальпигиевых сосудов, а также у
некоторых растений в ядрах синергид (например, гороха
(Pisum).
Помимо увеличения размеров ядра и размеров клетки,
политенные хромосомы содержат большое число копий генов,
усиливают их экспрессию.

87.

Клеточное ядро. Строение и функции
Гомология в
хромосомах человека
и бурундука
(ДНК из 12-ой
хромосомы человека
красная, из 22-ой зеленая)

88.

Клеточное ядро. Строение и функции
У многих животных и растений
наряду с хромосомами основного
набора (А-хромосомами)
обнаруживаются добавочные, или
сверхчисленные хромосомы
(В-хромосомы).

89.

Клеточное ядро. Строение и функции
У азиатской лесной мыши Apodemus
peninsulae их число варьирует - от 0 до 17

90.

Клеточное ядро. Строение и функции
Выяснилось, что А-хромосомы животных
и растений насыщены паразитическими
элементами, а В-хромосомы
практически целиком состоят из них.
Поэтому
В-хромосомы можно рассматривать как
шайку геномных паразитов.

91.

Клеточное ядро. Строение и функции
B-хромосомы в
метафазной пластинке
сибирской косули
Capreolus pygargus

92.

Клеточное ядро. Строение и функции
Сейчас известно
около 500 видов
животных
с В-хромосомами.

93. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГЕНОМА ЧЕЛОВЕКА ОБЩИЕ ПОКАЗАТЕЛИ

Длина молекулы ДНК в каждой клетке 1,5-1,7м
Просеквенировано – 99% эухроматина
Несеквенировано - 10% (9%- гетерохроматина)
Число нуклеотидов в гаплоидном наборе :
всего
3. 164.7 х 10 6
в эухроматине –
2.900 х 10 6
в гетерохроматине – 0.3
х 10 6
Допустимая частота ошибок
1
х 10 4

94.

Клеточное ядро. Строение и функции