3.Химический состав и структурная организация хроматина. Уровни компактизации. Хромосомы чел их строен и классификация.

В ядре клеток мелкие зернышки и глыбки материала, окрашиваются основными красителями.

Хроматин представляет собой дезоксирибонуклеопротеид (ДНП) и состоит из ДНК, соединённой с белка-ми-гистонами или негистоновыми белками. Гистоны и ДНК объединены в структуры, которые называются нуклеосомами. Хроматин соответствует хромосомам, которые в интерфазном ядре представлены длинными перекру­ченными нитями и неразличимы как индивидуальные структуры. Выраженность спирализации каждой из хромо­сом неодинакова по их длине. Реализацию генетической информации осуществляют деспирализованные участки хромосом.

классификация хроматина:

1) эухроматин (активный деспирализованный. на нем происход считывание инф (транскрипция). в ядре выявляется как более светлые участки ближе к центру ядра) Предполагается, что в нем сосредоточена та ДНК, которая в интерфазе генетически активна. Эухроматин соответствует сегментам хромосом, которые деспирализованы и от­крыты для транскрипции.

2) гетерохроматин (нерабочий спирализованный, конденсированный, более компактный В ядре выявляется в виде глыбок на периферии.) делится на: конститутивный (всегда неактивен, никогда не переходит в эухроматин) и Факультативный (при определён условиях или на определен стадиях иммунного цикла может переходить в эухроматин). располагается ближе к оболочке ядра, более компактный. Примером скопления факульт гетерохроматина является тельце Барра - инактивированная Х-хромосома у самок млекопитающих, которая в интерфазе плотно скручена и неактивна.

Таким образом, по морфологическим признакам ядра (по соотношению содержания эу- и гетерохромати­на) можно оценить активность процессов транскрипции, а, следовательно, синтетической функции клетки.

Хроматин и хромосомы представляют собой дезоксирибонуклеопротеиды (ДНП), но хроматин - это рас­крученное, а хромосомы - скрученное состояние. Хромосом в интерфазном ядре нет, хромосомы появляются при разрушении ядерной оболочки (во время деления).

Строение хромосом:

хромосомы - наиболее упакованное состояние хроматина.

В хромосомах различают первичную перетяжку (центромеру), разделяющую хромосому на два плеча. Пер­вичная перетяжка - наименее спирализованная часть хромосомы, к ней во время деления клетки присоединяются нити веретена деления. На некоторых хромосомах есть глубокие вторичные перетяжки, отделяющие небольшие участки хромосом, называемые спутниками. В области вторичных перетяжек находятся гены, кодирующие ин­формацию об р-РНК, поэтому вторичные перетяжки хромосом называются ядрышковыми организаторами.

В зависимости от места расположения центромеры различают три типа хромосом:

1. метацентрические (имеют плечи равной или почтиравной величины);

1. субметацентрические (имеют плечи неравной величины);

2. акроцентрические (имеют палочковидную форму с коротким, почти незаметным вторым плечом);

Концы плеч хромосом называются теломерами

Уровни компаюпизации хроматина:

1. Нуклеосомный - Два с половиной витка двойной спирали ДНК (в 146-200 пар нуклеотидов) наматываются снаружи на белковый кор, образуя нуклеосому. Ка­ждый гистон представлен двумя молекулами. ДНК наматывается на кор снаружи, образуя два с половиной витка. Участок ДНК между нуклеосомами называется линкером и имеет протяжбенность 50-60 пар нуклеотидов. Толщина нуклеосомной нити составляет 8-11 нм.

2. Нуклеомерный. Нуклеосомная структура закручивается, обра­зуя суперспираль. В её образовании принимает участие ещё один гистоновый белок HI, лежащий между нуклеосомами и связанный с линкером. К каждому линкеру присоединяется 1 молекула гистона HI. Молекулы HI в комплексе с линкерами взаимодействуют меж­ду собой и вызывают суперспирализацию нуклеосомной фибриллы.

В результате образуется хроматиновая фибрил­ла, толщина которой составляет 30 нм (ДНК компактизирована в 40 раз). Суперспирализация происходит двумя способами. 1) нуклеосомная фибрилла может образовывать спираль второго порядка, которая имеет форму соле­ноида; 2) 8-10 нуклеосом образуют крупную компактную структуру - нуклеомеру. Этот уровень не допускает синтеза РНК с нуклеомерной ДНК (транскрипция не происходит).

3. Хромомерный (петельная структура). Хроматиновая фибрилла образует петли, кото­рые сцепляются между собой с помощью осо­бых негистоновых белков, либо петельные цен­тры - хромомеры. Толщина 300 нм.

4. Хромонемный - образуется в результате сближения хромомеров по длине. Хромонема содержит одну гигантскую молекулу ДНК в комплексе с белками, т.е. фибриллу дезокси-рибонуклеопротеина - ДНП (400 нм).

5. Хроматидный - хромонема складывается несколько раз, образуя тело хроматиды (700 нм). После репликации ДНК хромосома со­держит 2 хроматиды.

6. Хромосомный (1400 нм). Состоит из двух хроматид. Хроматиды соединены центромерой. При делении клетки хроматиды расходятся, по­падая в разные дочерние клетки.

хромосомы человека

Кариоти́п — совокупность признаков (число, размеры, форма и т.д.) полного набора хромосом, присущий клеткам данного биологического вида (видовой кариотип), данного организма (индивидуальный кариотип) или линии (клона) клеток.

Для процедуры определения кариотипа могут быть использованы любые популяции делящихся клеток, для определения человеческого кариотипа используется либо одноядерные лейкоциты, извлечённые из пробы крови, деление которых провоцируется добавлением митогенов, либо культуры клеток, интенсивно делящихся в норме (фибробласты кожи, клетки костного мозга).

кариотип – диплойдный набор хромосом, свойтвенный соматическим клеткам организмов данного вида, являющийся видоспецифическим признаком и характеризующийся определённым числом и строением хромосом.

4. Строение и функции надмембранного комплекса прокариотической и различных типов эукариотической клетки.

Поверхностный аппарат клетки или цитотека – целосная структурно-функциональная система, включающая плазмалемму, гликокаликс и субмембранный опорно-сократительный аппарат.

гилкокаликс – внешний по отношению к плазматической мембране слой,содержищий олиго- и полисахаридные цепочки мембранных гликопротеинов и гликолипидов, а также периферические белки, связанные с наружной поверхностью плазмаллемы. Толщина гликокаликса от 3 до 10 нм.

Слой гликокаликса имеет желеподобную консистенцию, что значительно снижает в этой зоне скорость диффузии различных веществ. Благодаря этому в нем могут «застревать» выделенные клеткой гидролитические ферменты, участвующие во внеклеточном расщеплении полимеров.

Субмембранный опорно-двигательный аппарат включ периферический слой гиалоплазмы, с расположенными в ней фибриллярными элементами: тонкими фибриллами, актиновыми микрофиламентами, микротрубочками и промежут филаментами.

В периферическом слое цитоплазмы толщиной 0.1-0.5 мкм нет рибосом и очень мало мембранных пузырьков.

функции: 1)транспорт веществ в клетку и из неё; 2) регуляция обмена веществ между клеткой и окруж средой; 3) рецепция (узнавание) разнообразных сигналов химической и физической природы. 4) поддержание формы клетки и защита её от повреждающих воздействий.; 5) участие в формировании различных межклеточных контактов.

Поверхностный комплекс животной клетки

Состоит из гликокаликса, плазмалеммы и расположенного под ней кортикального слоя цитоплазмы. Плазматическая мембрана называется также плазмалеммой, наружной клеточной мембраной. Это биологическая мембрана, толщиной около 10 нанометров. Обеспечивает в первую очередь разграничительную функцию по отношению к внешней для клетки среде. Кроме этого она выполняет транспортную функцию, используя рецепторную функцию гликокаликса. На сохранение целостности своей мембраны клетка не тратит энергии: молекулы удерживаются по тому же принципу, по которому удерживаются вместе молекулы жира — гидрофобным частям молекул термодинамически выгоднее располагаться в непосредственной близости друг к другу. Гликокаликс представляет из себя «заякоренные» в плазмалемме молекулы олигосахаридов, полисахаридов, гликопротеинов и гликолипидов. Гликокаликс выполняет рецепторную и маркерную функции. Плазматическая мембрана животных клеток в основном состоит из фосфолипидов и липопротеидов со вкрапленными в нее молекулами белков, в частности, поверхностных антигенов и рецепторов. В кортикальном (прилегающем к плазматической мембране) слое цитоплазмы находятся специфические элементы цитоскелета — упорядоченные определённым образом актиновые микрофиламенты. Основной и самой важной функцией кортикального слоя (кортекса) являются псевдоподиальные реакции: выбрасывание, прикрепление и сокращение псевдоподий. При этом микрофиламенты перестраиваются, удлиняются или укорачиваются по необходимости.

в поверхностный аппарат клетки входит: цитоскелет; плазмалемма; надмембранный комплекс (-> клеточная стенка (целлюлозная или хитиновая)); гликокаликс.

Клеточная стенка представляет собой плотное образование, окружающее клетку. Материал клеточной стенки вырабатывается самой клеткой и представляет собой смесь полисахаридов. Клеточные стенки встречаются у различных групп организмов: бактерий, грибов, растений. В зависимости от организма основным материалом клеточной стенки являются различные вещества. У бактерий это муреин, у грибов — хитин, у растений—целлюлоза. Муреин, хитин и целлюлоза — это полисахариды с разветвленной структурой. Нити этих полисахаридов погружены в полужидкий матрикс, состоящий из различных веществ. Такие структуры, состоящие из нескольких элементов, называют композитными материалами. Композитные материалы очень прочны, значительно прочнее веществ их составляющих. Прочность целлюлозы на раз­рыв сравнима с прочностью стали. Вся же конструкция клеточной стенки напоминает железобетон, где арматурные тяжи — это целлюлоза, муреин или хитин, а матрикс играет роль бетона.

Функциями клеточной стенки являются:

1. Обеспечение клетке механической прочности и опоры.

2. Обеспечение механической опоры не только отдельным клеткам, но и растению в целом.

3. У некоторых клеток в клеточных стенках хранятся запасы питательных веществ.

4. Клеточные стенки клеток сосудов растений приспособлены к транспорту веществ по растению.

5. Наружные клеточные стенки клеток эпидермиса содержат воскоподобное вещество кутан, что предохраняет от потерь воды, и защищает растение от попадания болезнетворных бактерий.

Липидный бислой представлен преимущественно молекулами фос-фатидилхолина (лецитина) и фосфатидилэтаноламина (цефалина), со­стоящими из гидрофильной (полярной) головки и гидрофобного (непо-лярного) хвоста. В состав большинства мембран входит также холесте­рин (холестерол). В мембране гидрофобные цепи обращены внутрь би­слоя, а гидрофильные головки - кнаружи (рис.3-2). Состав липидов каждой из половин бислоя неидентичен. Липиды обеспечивают основ­ные физико-химические свойства мембран, в частности, их текучесть при температуре тела. Некоторые липиды (гликолипиды) связаны с оли-госахаридными цепями, которые выступают за пределы наружной по­верхности плазмолеммы, придавая ей асимметричность. Электронно-плотные слои соответствуют расположению гидрофильных участков ли­пидных молекул.

Мембранные белки составляют более 50% массы мембраны и удерживаются в липидном бислое за счет гидрофобных взаимодейст­вий с молекулами липидов. Они обеспечивают специфические свойства мембраны (типы белков и их содержание в мембране отражают ее фун­кцию) и играют различную биологическую роль (переносчиков, фер­ментов, рецепторов и структурных молекул). По своему расположе­нию относительно липидного бислоя мембранные белки разделяются на две основные группы - интегральные и периферические (см. рис. 3-2).

Периферические белки непрочно связаны с поверхностью мем­браны и обычно находятся вне липидного бислоя.

Интегральные белки либо полностью (собственно интегральные белки), либо частично (полуинтегральные белки) погружены в липид­ный бислой; часть белков целиком пронизывает всю мембрану (транс­мембранные белки). Интегральные белки плазмолеммы хорошо выявля­ются при использовании метода замораживания-скалывания. При этом плоскость скола обычно проходит через гидрофобную середину бислоя, разделяя его на два листка - наружный и внутренний (см. рис. 3-2). Ин­тегральные белки имеют вид округлых внутримембранных частиц, большая часть которых связана с Р'-поверхностью (от англ, protoplas­mic) - протоплазматической, т.е. ближайшей к цитоплазме поверхности скола (наружной поверхности внутреннего листка), меньшая - на Е~по~ верхности (от англ, external) - наружной, более близкой к внешней сре­де поверхности скола (внутренней поверхности наружного листка).

Часть белковых частиц связана с молекулами олигосахаридов (гли-копротеины), которые выступают за пределы наружной поверхности плазмолеммы, другая имеет линидные боковые цепи (липопротеины). Молекулы олигосахаридов связаны также с липидами с составе глико-липидов. Углеводные участки гликолипидов и гликопротеинов придают поверхности клетки отрицательный заряд и образуют основу так назы­ваемого гликокаликса (от греч. glykos - сладкий и calyx - оболочка), который выявляется под электронным микроскопом в виде рыхлого слоя умеренной электронной плотности, покрывающего наружную по­верхность плазмолеммы. Эти углеводные участки играют роль рецеп­торов, обеспечивающих распознавание клеткой соседних клеток и межклеточного вещества, а также адгезивные взаимодействия с ни­ми. В состав гликокаликса некоторые авторы включают, помимо угле­водных компонентов, периферические мембранные белки и полуин­тегральные белки, функциональные участки которых находятся в над-мембранной зоне (например, иммуноглобулины). В гликокаликсе нахо­дятся рецепторы гистосовместимости, некоторые ферменты (часть которых может производиться не самой клеткой, а адсорбироваться на ее поверхности), рецепторы гормонов.

Белковые молекулы мозаично распределены в липидном бислое, однако они не жестко фиксированы в нем, а напротив, могут переме­щаться в его плоскости. В некоторых условиях определенные белки способны накапливаться в отдельных участках мембраны, образуя агре­гаты. Перемещение белковых частиц, по-видимому, не является произ­вольным, а контролируется внутриклеточными механизмами, в которых участвуют микрофиламенты (см. цитоскелет), прикрепленные к некото­рым интегральным белкам, связанным с Р-поверхностью (см. рис. 3-2).

Мембранные рецепторы являются преимущественно гликопроте-инами, которые расположены на поверхности плазмолеммы клеток и обладают способностью высокоспецифически связываться со своими лигандами. Они выполняют ряд функций:

(1) регулируют проницаемость плазмолеммы, изменяя конформа-цию белков и ионных каналов;

(2) регулируют поступление некоторых молекул в клетку;

(3) действуют как датчики, превращая внеклеточные сигналы во внутриклеточные;

(4) связывают молекулы внеклеточного матрикса с цитоскеле-том; эти рецепторы, называемые интегринами, играют важную роль в формировании контактов между клетками и клеткой и компонентами межклеточного вещества.

Рецепторы, связанные с каналами, взаимодействуют с сигнальной молекулой (нейромедиатора), которая временно открывает или закры­вает воротный механизм, в результате чего инициируется или блокиру­ется транспорт ионов через канал.

Каталитические рецепторы включают внеклеточную часть (соб­ственно рецептор) и цитоплазматическую часть, которая функциони­рует как протеинкиназа (посредством таких рецепторов на клетки воз­действуют инсулин и некоторые факторы роста).

Рецепторы, связанные с G-белками - транс мембранные белки, ас­социированные с ионным каналом или ферментом, - состоят из рецеп­тора, взаимодействующего с сигнальной молекулой (первый посредник), и G-белка (гуанозин трифосфат-связывающего регуляторного белка), включающего несколько компонентов), который передает сигнал на связанный с мембраной фермент (аденилат циклазу) или ионный канал, вследствие чего активируется второй внутриклеточный посредник - ча­ще всего циклический АМФ (цАМФ) или Са²+. Около 80% всех гормо­нов и нейромедиаторов действуют через рецепторы, связанные с эффек-торными механизмами посредством G-белков.

В составе плазмолеммы находятся интегрины, называемые клеточ­ными адгезионными молекулами (КАМ) - трансмембранные белки, служащие рецепторами для внеклеточных фибриллярных макромолекул фибронектина и ламинина (см. рис. 10-9). Фибронектин связывается с клетками и молекулами внеклеточного матрикса (коллагеном, гепари­ном, фибрином). Таким образом, фибронектин играет роль адгезион­ного мостика между клеткой и компонентами межклеточного вещества. Между тем, внутриклеточная часть молекулы интегрина через ряд дру-их белков (талин, винкулин и сс-актинин) связана с цитоскелетом.

Поверхностный аппарат клетки выделяется некоторыми автора­ми, которые рассматривают его как структурно и функционально еди­ное образование, состоящее из трех компонентов: (1) надмембранного комплекса (гликокшшкса), (2) плазмолеммы и (3) подмембранного ком-плекса (см. рис. 3-17). Первые два компонента описаны выше. Подмем-бранный комплекс образован специализированной периферической час­тью цитоплазмы, прилежащей к плазмолемме (кортикальный слой) и со­держащей элементы цитоскелета (см. ниже), преимущественно акти-новые микрофиламенты. Более глубоко располагаются промежуточные фшюменты и микротрубочки. Благодаря сокращению сети микрофила-ментов, связанных с белками плазмолеммы, происходят изменения фор­мы клетки и ее отдельных участков, формирование псевдоподий, вырос­тов, перемещение клетки в пространстве.