Jądro komórkowe

2014-04-05
Komórka
eukariotyczna
http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Plik:HeLa_cells_stained_with_Hoechst_33258.jpg
cytoplazma + jądro komórkowe = protoplazma
W cytoplazmie odbywa się:
• cała przemiana materii, dzięki
której organizm uzyskuje energię
• biosynteza białka
• biosynteza innych związków
Rola jądra komórkowego:
• przechowywanie informacji zawartej w DNA
• jej powielanie w procesie podziału komórki
• kontrolowanie całości metabolizmu komórki
Jądro komórkowe
Liczba:
1- kilkaset
monokariocyty, bikariocyty, polikariotycy
w komórkach ssaków -10% wielkości komórki
brak – erytrocyty ssaków; komórki warstwy rogowej naskórka
Wielkość i kształt:
ok. 1- 100 µm (5 – 25 µm)
zależy od typu komórki, wieku i stanu funkcjonalnego
kuliste, elipsoidalne, pofragmentowane
(kondensacja i fragmentacja chromatyny)
Położenie: w środku komórki lub przy błonie
1
2014-04-05
Stany jądra komórkowego
• jądro interfazowe – występuje w komórkach znajdujących się
między dwoma następującymi po sobie podziałami
• jądro mitotyczne – występuje w komórkach dzielących się
( jądro metaboliczne – występuje w komórkach wyrośniętych,
kieruje procesami przemiany materii)
Ultrastruktura jądra interfazowego
Domeny jądra interfazowego
• otoczka jądrowa
• macierz jądrowa
• chromatyna
skondensowana
(heterochromatyna)
rozproszona
(euchromatyna)
jąderko (a)
2
2014-04-05
Budowa jądra komórkowego
nukleoplazma
(blaszka)
Otoczka jądrowa –pory jądrowe
kompleksy porowe
10 nm
120-150nm
kształt
oktagonalny
białka
nukleoporyny
(100)
Liczba zależy od typu komórki, fazy cyklu
3 tys –50 mln /jądro ; średnio 10-20 porów/mm²
3
2014-04-05
Otoczka jądrowa
kompleks
porowy
bł zew
bł wew
lamina
10-100nm
20-40nm
chromatyna
Kompleksy porowe przyłączone są do błon
osłonki przez glikoproteiny (gp62, gp190, gp210)
asymetria strukturalna i
czynnościowa błon
Kompleks poru jądrowego
kanały peryferyczne
kanał centralny
pierścień
cytoplazmatyczny
kompleks kanału
centralnego (8)
pierścień jądrowy
pierścień końcowy
do 50 kDa
4
2014-04-05
Transport przez pory jądrowe
• związki małocząsteczkowe , jony
• makrocząsteczki, które nie wchodzą w interakcje z białkami porów
zależy od wielkości cząsteczek – do 50 kDa
• makrocząsteczki, które wchodzą bezpośrednio w interakcje
ze składnikami kompleksu porowego
• makrocząsteczki, które wchodzą w interakcje ze składnikami
kompleksu porowego za pośrednictwem innych białek
transport z udziałem specyficznych białek (karioferyny)
i energii
film
Transport przez pory jądrowe - import
NLS –sekwencja sygnałowa
NLS –sygnał lokalizacji jądrowej
białka adaptorowe (importyny a)
(importyny b)
nukleoporyny
ATP lub
GTP
5
2014-04-05
Transport przez pory jądrowe
Nadrodzina RAS
NLS- sygnał lokalizacji
jądrowej
Ras, Rho, Rab, Sar, Arf, Ran
NSL
Ran
Ran
Ran
Ran
małych białek G
Transport przez pory jądrowe
receptor importu jądrowego
cargo z
sekwencją
sygnalizacji
jądrowej
receptor eksportu jądrowego
dysocjacja Ran-GDP
cargo
przeniesione
do
cytoplazmy
cargo z
sekwencją
eksportu z
jądra
cargo
przeniesione
do jądra
wiązanie Ran-GTP
film
6
2014-04-05
Nukleoplazma
Składniki:
10%
ok. 9-20% suchej masy, 6 pg (człowiek)
3,2 x 109 nukleotydów – 24 chromosomy
RNA (różne klasy)
ok. 1- 8% suchej masy
białka: 70-75%
histony – białka zasadowe (konserwatywne)
DNA
5 klas: H1, H2A, H2B, H3, H4 (masa cząsteczkowa; stosunek Arg :Liz)
białka niehistonowe
Chromatyna
kompleks DNA, histonów i białek niehistonowychróżny poziom kondensacji
Macierz jądrowa
laminy
białka nielaminowe (matryny) (200, różnorodne)
białka komórkowo-specyficzne macierzy
DNA, RNA macierzy
lipidy: 2-4%
substancje nieorganiczne
7
2014-04-05
Budowa chromatyny
nić nukleosomowa
DNA ok. 2m; jądro 5-8 mm
3,2 x 109 nukleotydów, 24 chromosomy (człowiek)
30 nm – włókno
2 nm –2 nici DNA
10 nm -nukleosomy
upakowanie DNA
ok. 7x
Mikrografia elektronowa -chromatyna
(łagodna izolacja -trawienie nukleazami)
rdzeń nukleosomu
Film 5.2
oktamer histonowy
146-nukleotydowy odcinek DNA
wysoce konserwatywny
H2B
H2A
H4
H3
DNA
8
2014-04-05
nukleosomy (DNA łącznikowy)
20-95
polinukleotydów
H1- swoistość tkankowa
Włókno chromatynowe 30 nm
solenoid
solenoid
upakowanie DNA
ok. 40x
lewoskrętne zwinięcie nici nukleosomowej – nić 30nm –
modele zygzaka
9
2014-04-05
Jądro komórkowe
chromosom metafazowy
upakowanie DNA: 10 000 –50 000x
Jądro komórkowe
10
2014-04-05
chromatyna w różnej formie skondensowania:
euchromatyna
heterochromatyna
jąderko (jąderka)
Liczba, wielkość, kształt zależą od:
typu komórki
zaangażowania w syntezę białek
plemniki, erytrocyty ptaków;
oocyty płazów;
25% objętości jądra;
Jąderko
w formowaniu jąderka
uczestniczą pętle
chromatyny zawierające
fragmenty rDNA (geny
rRNA) z różnych
chromosomów
interfazowych (10)
otoczka jądrowa
jąderko
synteza prekursorowego rRNA
formowanie podjednostek
tworzących rybosomy
Organizator jąderka (NOR- nucleolus organizer region)
to fragment genomu zawierający powtarzające się sekwencje kodujące
cząsteczki 18S i 28S rRNA, podzielone intronami.
11
2014-04-05
chromatyna w różnej formie skondensowania
pofałdowanie włókna
chromatynowego w pętle
(domeny)–300 nm
i kondensacja - włókna 700nm
euchromatyna
Dynamika upakowania DNA
dostęp do DNA - ekspresja
genów, replikacja DNA,
naprawa DNA
Jądro komórkowe
Dynamika upakowania DNA
• wykorzystanie kompleksów remodelujących chromatynę
odtwarzanie
standartowych
nukleosomów
ATP
dysocjacja białek
wiążących DNA
dodanie białek
wiążących DNA
dostęp do DNA - ekspresja genów, replikacja DNA, naprawa DNA
12
2014-04-05
Jądro komórkowe
Dynamika upakowania DNA
• odwracalna modyfikacja ogonów histonowych (enzymy)
metylacja
acetylacja
fosforylacja
zmiana zdolności
wiązania innych białek
wyciszenie genu/
heterochromatyna
ekspresja genu
ekspresja genu
„ kod histonowy”
Cytoplazma
cytoplazma + jądro komórkowe = protoplazma
Cytoplazma
cytoplazma
podstawowa
organelle
(cytozol)
złożony koloid wodny
cząsteczek i makrocząsteczek
Kompleksy
białkowe
(+RNA)
13
2014-04-05
Cytoplazma podstawowa
(macierz cytoplazmatyczna)
• ok. 55% objętości komórki
• złożony koloid wodny białek (20%)
i wszystkich rozpuszczalnych związków chem.,
biorących udział w przemianie materii komórki (zol/żel)
Procesy zachodzące w cytoplazmie podstawowej
- wszelkie procesy związane z metabolizmem pośrednim
biosynteza białek (translacja)
początkowy etap oddychania (glikoliza lub oksydacyjny
szlak pentozofosforanowy)
rybosomy
proteasomy
cytoszkielet
krople tłuszczu, ziarna glikogenu
Rybosomy
u Eukariotów rybosomy 80S; (70S w mitochondriach i chloroplastach)
Białka:
strukturalne
enzymatyczne
białek
białek
duża podjednostka
mała podjednostka
Aktywność
katalityczna:
RNA
Podjednostki rybosomu
duża
RNA -2/3masy
białka - 1/3
mała
Film-translacja 1
kompletny rybosom
14
2014-04-05
Rybosomy-biosynteza białka
miejsce wiązania mRNA
Miejsca wiązania t-RNA
A-site: akceptorowe (aminoacylo-tRNA)
P-site peptydylowe (peptydylo tRNA)
E-site: wyjścia (ang. exit)
Film-translacja 2
Rybosom
• rRNA – rdzeń rybosomu (struktura)
• rybozymem - aktywność katalityczna
(rRNA 23S dużej podjednostki –miejsce katalityczne peptydylotransferazy)
• miejsce spotkania się wszystkich rodzajów RNA
Polirybosomy (polisomy)
Film
Film-polirybosomy
Synteza białek: 20sek –kilka min
wielokrotna inicjacja translacji
15
2014-04-05
Proteasomy (proteosomy)
Kompleks: białka – RNA
aparat importujący białka
do proteolizy (19S)regulatorowy
(aktywator proteasomu, 6 ATP-az)
aparat dokonujący
proteolizy białek (20S)
katalityczny
(4 pierścienie z 7 podjednostek,
beczułka)
proteasom 26S
• we wszystkich komórkach eukariotycznych
• w cytoplazmie i jądrze
Proteasomy
• białko -sekwencja
rozpoznawcza „pudełko
destrukcyjne”
proteoliza proteasomowa
(N-końcu 8-10 reszt)
76 aa
• związanie ubikwityny (3
enzymy, ligaza; wiązanie
izopeptydowe: białko-Lys_–
Gly76_Ub)
proteaza
proteasomowa
• wnikanie do proteasomu
• degradacja białek do
peptydów ( 8-15 aa),
odłączenie ubikwityny
16
2014-04-05
Proteosomy
proteoliza proteasomowa
 tylko u eukariotów
 związana z ubikwityną
 selektywna
 białka „krótkożyjące” (SS blisko N-końca)
 białka uszkodzone, źle sfałdowane
17