Nukleoolid - 1-2 mikroni suurused tihedad, intensiivse värvusega ümarad moodustised tuumas. Neid võib olla mitu. Tuumad moodustuvad tuumas nukleolaarsete organisaatorite piirkonnas, mis tavaliselt asuvad mõne kromosoomi sekundaarsete kitsenduste piirkonnas. On geene, mis kodeerivad ribosomaalset RNA-d. Tuumad koosnevad granulaarsetest ja fibrillaarsetest komponentidest. Nukleoolide graanulid on ribosoomide subühikud ja ahelad on saadud ribosomaalse RNA molekulid. Viimased seostuvad tsütoplasmast tulevate valkudega, moodustades ribosoomi subühikuid. Need subühikud sisenevad tuumapooride kaudu tsütoplasmasse, kus nad ühinevad, moodustades ribosoomid ja seonduvad valkude sünteesiks Messenger RNA-ga. Mida kõrgem on raku funktsionaalne, sünteetiline aktiivsus, seda arvukamad ja suuremad on selle tuumad.

Mitteribosomaalsete geenide transkriptsioon.

Tuumavalgu maatriks.

Karüoplasma(tuumamahl) on tuuma vedel komponent, tõeline biopolümeeride lahus, milles kromosoomid ja tuum paiknevad hõljuvas olekus. Füüsikaliste ja keemiliste omaduste järgi on karüoplasma lähedane hüaloplasmale.

Tuuma kest.

tuumaümbris eraldab tuuma tsütoplasmast, piiritleb selle sisu ning tagab ainete vahetuse tuuma ja tsütoplasma vahel. Tuumaümbris koosneb kahest bioloogilisest membraanist, mille vahel asub perinukleaarne ruum 15-40 nm lai. Tuuma välismembraan on kaetud ribosoomidega ja läheb granulaarse endoplasmaatilise retikulumi membraanidesse. Sisemembraani külge on kinnitatud valgufilamentide kiht ( lamina) karüoskelett, mille kaudu kromosoomid kinnituvad tuumaümbrisesse (joon. 2-9).

Tuumaümbrises on augud tuumapoorid 90 nm läbimõõduga (joon. 2-10). Need pole lihtsalt augud, vaid väga keeruliselt organiseeritud. pooride kompleksid. Nende hulka kuuluvad valgud, mis moodustavad kolm rida 8 graanulit piki poori serva ja 1 graanul asub poori keskel, mis on ühendatud valgufilamentidega perifeersete graanulitega.

See loob vahesein, diafragma 5 nm paksune. Nendel poorikompleksidel on selektiivne läbilaskvus: väikesed ioonid ei pääse neist läbi, kuid edasi kanduvad pikad messenger-RNA ahelad ja ribosoomi subühikud.

Tuumas on mitu tuhat poori, mis hõivavad 3–35% selle pinnast. Nende arv on palju suurem rakkudes, kus toimuvad intensiivsed sünteetilised ja ainevahetusprotsessid. Küpsete spermatosoidide tuumamembraanides, kus valkude biosüntees ei toimu, poore ei leitud. Samuti on täheldatud, et mida kõrgem on raku funktsionaalne aktiivsus, seda rohkem on karüolemma keerdunud (tuuma ja tsütoplasma vahelise ainete vahetusala suurendamiseks).

Tuum võib sisaldada tuumaskeletti, mis aitab korraldada selle funktsioone.

Saidi varasemates artiklites oleme mõnda neist üle vaadanud tuumavaldkonnad ja alamkambrid, millel on ainulaadne koostis ja funktsioonid. Tuumas toimuvad ka muud protsessid, näiteks DNA replikatsioon. Arvatakse, et replikatsiooni ja splaissimise makromolekulaarne mehhanism võib olla seotud teatud tuumastruktuuridega.

Varastel S-faasi tsükkel kui süntees toimub, on rakus palju replikatsioonikohti. Sünteesi edenedes need ühinevad ja selle tulemusena jääb järele vaid mõnikümmend suuremat saiti. Neid suuri saite nimetatakse DNA replikatsiooni tehasteks.

Alloleval joonisel on näidatud nende tehaste jaotus S-faasi erinevates etappides. Kuna igal ajahetkel ületab replikatsiooni lähtekohtade arv paljundustehaste arvu, peab iga tehas sisaldama kümneid või sadu replikatsiooni lähtekohti. Sarnased uuringud näitavad, et transkriptsioon võib toimuda ka piiratud arvul kohtades, mida nimetatakse transkriptsioonitehastes.

Biosünteetiliste protsesside lokaliseerimine üksikutes kohtades viitab teatud tugistruktuuri olemasolule tuumas. Korrastatud skeleti struktuur, mis sarnaneb tsütoskelett, tuumas puudub. Mõned uuringud viitavad aga võrgustikulaadse struktuuri olemasolule tuumas, mida nimetatakse tuumamaatriksiks.

Erinevalt tsütoskeletist maatriks muutub nähtavaks alles pärast tuuma töötlemist detergentide, DNaasi ja kõrge ioontugevusega lahustega. See töötlemine eemaldab paljud komponendid, sealhulgas peaaegu kõik DNA ja membraanid, jättes alles ainult lahustumatud valgud ja osa RNA-st. Maatriks sisaldab lühikesi kiude, mis on suuruselt sarnased vahefilamentidele, aktiinile (kuid mitte selle fibrillaarsele vormile) ja paljudele teistele valkudele. Need komponendid ei ole organiseeritud suuremateks struktuurideks.

Kuna tuumamaatriks lahustub suhteliselt halvasti, on seda tervikuna raske uurida. Mõned teadlased usuvad, et tuumamaatriks on artefaktstruktuur, kuna see muutub nähtavaks alles pärast karmi ekstraheerimisprotseduuri. Kuna aga tuumas toimuvad paljud olulised ja keerulised protsessid, mis tuleb läbi viia maksimaalse täpsusega, võib olla mingi organiseeriv tugistruktuur.

Viite võimalike funktsioonide hulgas tuuma struktuur Termin "RNA replikatsioon, transkriptsioon ja töötlemine" viitab RNA replikatsiooni, transkriptsiooni ja töötlemise molekulaarsete masinate organiseerimisele, mida esindavad vastavalt replisoom, RNA polümeraas II-holoensüümi kompleks ja splaissosoom. Kuigi need suured multisubühiku kompleksid on palju väiksemad kui kromosoomid, on nad suuremad kui nende nukleiinhappesubstraadid.

Uurimisandmed nende struktuuri kohta kompleksid näitavad, et neil on spetsiaalne soon, mis võimaldab nukleiinhappeahelal kompleksi läbida. Paljude uuringute kohaselt on need kompleksid kinnitatud toetava tuumastruktuuri külge. See tähendab, et kui algavad replikatsioon, transkriptsioon ja splaissimine, fikseeritakse vastavad molekulaarmasinad ja nukleiinhapped liiguvad läbi nende.

DNA replikatsioon toimub piiratud arvul kohtades, mida nimetatakse replikatsiooni tehasteks.
DNA märgistatakse bromodeoksüuridiiniga (BrdU) ja visualiseeritakse, kasutades fluorofooriga konjugeeritud BrdU-vastaseid antikehi.
Esitatakse fotod rakkudest erinevatel ajavahemikel pärast mitoosi.
käärimistehased,
vastutab DNA replikatsiooni ja RNA splaissimise eest
võib olla seotud tuumamaatriksiga.

tuumamaatriks

on fibrillaarsete valkude süsteem, mis täidab nii struktuurset (skeleti) kui ka regulatsioonifunktsiooni RNA molekulide replikatsiooni, transkriptsiooni, küpsemise (töötlemise) ja nende liikumise protsessides nii tuuma sees kui ka väljaspool seda.

Karüoplasma on tuumaaparaadi alamsüsteem, mis sarnaneb hüaloplasmaga. Karüoplasma on raku sisekeskkonna teine ​​komponent. See loob tuumastruktuuridele spetsiifilise mikrokeskkonna, tagades neile normaalsed toimimistingimused. Pooride komplekside olemasolu tõttu tuumamembraanis interakteerub karüoplasma hüaloplasmaga.

Raku päriliku teabe säilitamise ja edastamise eest vastutava tuuma struktuurid on desoksüribonukleoproteiinidest koosnevad kromosoomid. Kromosoomid on täielikult nähtavad ainult mitoosi teel jagunevates rakkudes. Mõnel kromosoomil on sekundaarsed kitsendused – tuumaorganisaatorid. Need sisaldavad DNA-d, mis vastutab rRNA sünteesi eest.

Ühemembraanilised organellid

Lüsosoom on membraaniga ümbritsetud rakuorganoid, mille õõnsuses hoitakse happelist keskkonda ja paiknevad paljud lahustuvad hüdrolüütilised ensüümid. Lüsosoom vastutab makromolekulide rakusisese seedimise eest, sealhulgas autofagia ajal; lüsosoom on võimeline sekreteerima oma sisu lüsosomaalse eksotsütoosi protsessis; lüsosoom osaleb ka mitmetes rakusiseses signaaliülekanderajas, mis on seotud raku metabolismi ja rakkude kasvuga.

Lüsosoomid avastas 1955. aastal Belgia biokeemik Christian de Duve. Lüsosoome leidub kõigis imetajarakkudes, välja arvatud erütrotsüüdid.

Paljud inimestel esinevad pärilikud haigused, mida nimetatakse lüsosomaalseteks säilitushaigusteks, on seotud lüsosoomide talitlushäiretega.

Üks lüsosoomide tunnuseid on mitmete ensüümide (happehüdrolaaside) olemasolu neis, mis on võimelised lagundama valke, süsivesikuid, lipiide ja nukleiinhappeid. Lüsosoomi ensüümide hulka kuuluvad katepsiinid (koe proteaasid), happeline ribonukleaas, fosfolipaas jt Kokku sisaldab lüsosoomi õõnsus umbes 60 lahustuvat happelist hüdrolüütilist ensüümi.

Lüsosoomidele on iseloomulik sisekeskkonna happeline reaktsioon, mis tagab lüsosomaalsete hüdrolaaside optimaalse funktsioneerimise. Lagunemine saavutatakse erinevate lagundavate ensüümide – happelises piirkonnas optimaalse toimega hüdrolaaside – olemasolu tõttu lüsosoomides. Lüsosoomide peamine ensüüm on happeline fosfataas. Lüsosoomi membraan sisaldab ATP-sõltuvaid vaakumprootonpumpasid. Nad rikastavad lüsosoome prootonitega, mille tulemuseks on lüsosoomide sisekeskkonna pH 4,5-5,0 (tsütoplasmas pH 7,0-7,3). Lüsosomaalsete ensüümide optimaalne pH on umbes 5,0, st happelises piirkonnas. Tsütoplasmale iseloomuliku neutraalse lähedase pH korral on need ensüümid madala aktiivsusega. Ilmselgelt toimib see mehhanismina, mis kaitseb rakke ise seedimise eest juhul, kui lüsosomaalne ensüüm satub kogemata tsütoplasmasse.

On primaarsed ja sekundaarsed lüsosoomid. Esimesed moodustuvad Golgi aparaadi piirkonnas, need sisaldavad ensüüme mitteaktiivses olekus, teised aga aktiivseid ensüüme. Tavaliselt aktiveeruvad lüsosoomi ensüümid, kui pH langeb. Lüsosoomidest võib eristada ka heterolüsosoome (väljastpoolt rakku siseneva materjali seedimine - fago- või pinotsütoosiga) ja autolüsosoome (raku enda valkude või organellide hävitamine). Lüsosoomide ja nendega seotud sektsioonide kõige laialdasemalt kasutatav klassifikatsioon on:

Varajane endosoom - sinna sisenevad endotsüütilised (pinotsüütilised) vesiikulid. Varasest endosoomist naasevad (madala pH tõttu) oma koormusest loobunud retseptorid välismembraanile.

Hiline endosoom – varasest endosoomist sisenevad sinna pinotsütoosi käigus imendunud materjaliga vesiikulid ja hüdrolaasidega Golgi aparaadi vesiikulid. Mannoos-6-fosfaadi retseptorid naasevad hilisest endosoomist Golgi aparaati.

Lüsosoom – hilisest endosoomist sisenevad sinna vesiikulid hüdrolaaside ja lagundatud materjali seguga.

Fagosoom – sinna sisenevad fagotsütoosiga imendunud suuremad osakesed (bakterid jne). Fagosoomid ühinevad tavaliselt lüsosoomidega.

Autofagosoom on tsütoplasma osa, mida ümbritsevad kaks membraani, mis sisaldavad tavaliselt mõningaid organelle ja mis moodustub makroautofagia käigus. Sulandub lüsosoomiga.

Multivesikulaarsed kehad - tavaliselt ümbritsetud ühe membraaniga, sisaldavad väiksemaid vesiikuleid, mida ümbritseb sees üks membraan. Need moodustuvad mikroautofagiaga sarnase protsessi käigus, kuid sisaldavad väljastpoolt saadud materjali. Väikestes vesiikulites jäävad välismembraani retseptorid (nt epidermise kasvufaktori retseptorid) tavaliselt alles ja seejärel lagunevad. Vastavalt moodustumise staadiumile vastavad need varasele endosoomile.

Jääkkehad (telolisosoomid) on vesiikulid, mis sisaldavad seedimata materjali (eriti lipofustsiini). Normaalsetes rakkudes sulanduvad nad välismembraaniga ja lahkuvad rakust eksotsütoosi teel. Vananemise või patoloogiaga kogunevad.

Lüsosoomide funktsioonid on järgmised:

rakkude poolt endotsütoosi käigus kinni püütud ainete või osakeste (bakterid, muud rakud) seedimine

autofagia - raku jaoks mittevajalike struktuuride hävitamine, näiteks vanade organellide asendamisel uutega või raku enda sees toodetud valkude ja muude ainete seedimine

Autolüüs on raku enesehävitamine, mis toimub lüsosoomide sisu vabanemise tulemusena. Tavaliselt toimub autolüüs metamorfooside ajal (konnakullese saba kadumine), emaka involutsioon pärast sünnitust, koenekroosi koldeid.

Mõned haruldased haigused on seotud lüsosomaalsete ensüümide geneetiliste defektidega, kuna need ensüümid osalevad glükogeeni (glükogenoosid), lipiidide (lipidoosid) ja proteoglükaanide (mukopolüsahharidoosid) lagundamisel. Tooted, mis ei saa osaleda ainevahetuses defektide või sobivate ensüümide puudumise tõttu, kogunevad jääkkehadesse, mis põhjustab rakkude pöördumatuid kahjustusi ja selle tulemusena vastavate organite talitlushäireid.

Peroksisoom

Membraaniga piiratud eukarüootse raku kohustuslik organell, mis sisaldab suurt hulka redoksreaktsioone katalüüsivaid ensüüme (D-aminohappe oksüdaasid, uraadioksüdaasid ja katalaas). Selle suurus on 0,2–1,5 mikronit, mis on tsütoplasmast eraldatud ühe membraaniga.

Peroksisoomi funktsioonide komplekt erineb erinevates rakutüüpides. Nende hulgas: rasvhapete oksüdatsioon, fotorespiratsioon, toksiliste ühendite hävitamine, sapphapete, kolesterooli süntees, samuti närvikiudude müeliini ümbrise ehitus jne. Koos mitokondritega on rakus peamised O2 tarbijad peroksisoomid. .

Peroksisoom sisaldab tavaliselt ensüüme, mis kasutavad molekulaarset hapnikku vesinikuaatomite eraldamiseks mõnest orgaanilisest substraadist () moodustades vesinikperoksiidi ():

Katalaas kasutab paljusid oksüdeerumiseks tekkivaid substraate – näiteks fenoole, sipelghapet, formaldehüüdi ja etanooli:

Seda tüüpi oksüdatiivne reaktsioon on eriti oluline maksa- ja neerurakkudes, mille peroksisoomid neutraliseerivad paljusid vereringesse sattuvaid toksilisi aineid. Peaaegu pool inimkehasse sattuvast etanoolist oksüdeeritakse sel viisil atseetaldehüüdiks. Lisaks mõjutab reaktsioon raku detoksifitseerimist vesinikperoksiidist endast.

Peroksisoomide eluiga on ebaoluline - ainult 5-6 päeva. Uued organellid tekivad kõige sagedamini eelmiste jagunemise tulemusena, nagu mitokondrid. Kuid nad võivad moodustuda ka de novo endoplasmaatilisest retikulumist.

Kõik peroksisoomis asuvad ensüümid tuleb sünteesida sellest väljaspool asuvatel ribosoomidel. Tsütosoolist organellidesse ülekandmiseks on peroksisoomimembraanidel selektiivse transpordi süsteem. Selle avastas Belgia tsütoloog Christian de Duve 1965. aastal.

Golgi aparaat on kõigi eukarüootsete rakkude komponent (peaaegu ainsaks erandiks on imetajate erütrotsüüdid). See on kõige olulisem membraani organell, mis kontrollib rakusisese transpordi protsesse. Golgi aparaadi põhifunktsioonid on erinevate ainete muutmine, akumuleerimine, sorteerimine ja suunamine sobivatesse rakusisesse, aga ka väljaspool rakku. See koosneb lamestatud mahutite komplektist, mida ümbritseb membraan, mis meenutab plaatide virna. Golgi virnad on alati seotud väikeste (ligikaudu 60 nm läbimõõduga) membraaniga seotud vesiikulite massiga. Paljud vesiikulid on ääristatud ja kaetud klatriini või mõne muu spetsiifilise valguga. Golgi aparaadil on kaks erinevat külge: tekkiv ehk cis-pool ja küps ehk trans-pool. cis-pool on tihedalt seotud ER-i üleminekuelementidega; trans-külg laieneb, moodustades torukujulise retikulumi, mida nimetatakse trans-Golgi võrguks. Väikestes vesiikulites olevad valgud ja lipiidid sisenevad Golgi virna cis-küljelt ja lahkuvad sealt, suundudes erinevatesse sektsioonidesse koos trans-küljel moodustunud vesiikulitega. Liikudes ühest Golgi virust teise, läbivad need molekulid järjestikuste modifikatsioonide seeria.

Hästi arenenud Golgi aparaat ei esine mitte ainult sekretoorsetes, vaid ka peaaegu kõigis eukarüootsete organismide rakkudes.

Funktsioonid

• 1) sekretoorsete saaduste sorteerimine, kogunemine ja väljutamine;
• 2) valkude translatsioonijärgse modifikatsiooni lõpuleviimine (glükosüülimine, sulfatsioon jne);
• 3) lipiidimolekulide akumuleerumine ja lipoproteiinide moodustumine;
• 4) lüsosoomide moodustumine;
• 5) polüsahhariidide süntees glükoproteiinide, vahade, kummide, lima, taime rakuseina maatriksainete (hemitselluloos, pektiinid) jne moodustamiseks.
• 6) rakuplaadi moodustumine pärast tuuma lõhustumist taimerakkudes;
• 7) osalemine akrosoomi moodustamises;
• 8) algloomade kontraktiilsete vakuoolide teke.

Golgi kompleksis on 3 tsisternide sektsiooni, mida ümbritsevad membraani vesiikulid:

Tsis-lõige (tuumale kõige lähemal);

Mediaalne osakond;

Läbilõige (südamikust kõige kaugemal).

Need osakonnad erinevad üksteisest ensüümide komplekti poolest. Cis-sektsioonis nimetatakse esimest tsisterni "päästetsisterniks", kuna selle abiga naasevad vahepealsest endoplasmaatilisest retikulumist tulevad retseptorid tagasi. Cis-sektsiooni ensüüm: fosfoglükosidaas (kinnitab fosfaadi süsivesiku - mannoosi külge). Mediaalses osas on 2 ensüümi: mannasidaas (lõhustab mannaasi) ja N-atsetüülglükoosamiini transferaas (kinnitab teatud süsivesikuid – glükosamiine). Translõigus ensüümid: peptidaas (viib läbi proteolüüsi) ja transferaas (viib läbi keemiliste rühmade ülekande).

Golgi aparaat on asümmeetriline - raku tuumale lähemal asuvad mahutid (cis-Golgi) sisaldavad kõige vähem küpseid valke, nende paakidega liituvad pidevalt membraani vesiikulid - granulaarsest endoplasmaatilisest retikulumist (EPR) tärkavad vesiikulid, mille membraanidel sünteesitakse valke. ribosoomide poolt. Valkude tagasipöördumine Golgi aparaadist ER-i nõuab spetsiifilist signaaljärjestust (lüsiin-asparagiin-glutamiin-leutsiin) ja toimub nende valkude seondumise tõttu cis-Golgi membraaniretseptoritega.

Golgi aparaadi mahutites küpsevad sekretsiooniks mõeldud valgud, plasmamembraani transmembraansed valgud, lüsosoomide valgud jne.Valmistuvad valgud liiguvad järjestikku mööda paake organellidesse, milles toimuvad nende modifikatsioonid – glükosüülimine ja fosforüülimine. O-glükosüülimisel kinnituvad komplekssuhkrud valkudele hapnikuaatomi kaudu. Fosforüülimise käigus kinnitub valkudele fosforhappe jääk. Valmivad valgud on "märgistatud" spetsiaalsete polüsahhariidijääkidega (peamiselt mannoosiga), mis ilmselt täidab omamoodi "kvaliteedimärgi" rolli.

Valkude transport Golgi aparaadist

Lõpuks tärkavad trans-Golgist täielikult küpseid valke sisaldavad vesiikulid. Golgi aparaadi põhiülesanne on seda läbivate valkude sorteerimine. Golgi aparaadis moodustub "kolmesuunaline valguvool":

plasmamembraani valkude küpsemine ja transport;

saladuste küpsemine ja transport;

lüsosoomi ensüümide küpsemine ja transport.

Vesikulaarse transpordi abil toimetatakse Golgi aparaadist läbinud valgud "aadressile" sõltuvalt nende poolt Golgi aparaadis saadud "siltidest".

Lüsosoomide moodustumine

Paljud lüsosoomide hüdrolüütilised ensüümid läbivad Golgi aparaadi, kus nad saavad aminohappeahelaga seotud oligosahhariidi osana spetsiifilise suhkru - mannoos-6-fosfaadi (M6P) - "sildi". Selle märgistuse lisamine toimub kahe ensüümi osalusel. Ensüüm N-atsetüülglükoosamiinfosfotransferaas tunneb spetsiifiliselt ära lüsosomaalsed hüdrolaasid nende tertsiaarse struktuuri üksikasjade järgi ja lisab hüdrolaasi oligosahhariidi mitme mannoosijäägi kuuendale aatomile N-atsetüülglükoosamiinfosfaadi. Teine ensüüm, fosfoglükosidaas, lõhustab N-atsetüülglükoosamiini, luues M6P märgise. Seejärel tunneb selle märgistuse ära M6P retseptorvalk, selle abiga pakendatakse hüdrolaasid vesiikulitesse ja viiakse lüsosoomidesse. Seal, happelises keskkonnas, lõhustatakse fosfaat küpsest hüdrolaasist.

Valkude transport välismembraanile

Reeglina sisestatakse isegi sünteesi ajal välismembraani valgud koos hüdrofoobsete piirkondadega endoplasmaatilise retikulumi membraani. Seejärel viiakse need vesiikulite membraani osana Golgi aparaati ja sealt edasi raku pinnale. Kui vesiikul ühineb plasmalemmaga, jäävad sellised valgud selle koostisse ega eraldu väliskeskkonda, nagu need valgud, mis olid vesiikuli õõnsuses.

Tuuma kuju ja mõningate morfoloogia tunnuste toetamine. Tuumamaatriks sisaldab tuumakihti, jääktuuma ja nn hajusa maatriksit, filamentide ja graanulite võrgustikku, mis ühendab tuumakihti jääktuumaga.

Tuumamaatriksi komponendid eraldati ja kirjeldati esimest korda 1960. aastate alguses. Mõiste "tuumamaatriks" võeti kasutusele 1970. aastate keskel seoses teabe kogunemisega tuumaskeleti mittekromatiini valkude ja selle rolli kohta raku tuuma toimimises. Termin võeti kasutusele, et viidata tuuma jääkstruktuuridele, mida on võimalik saada järjestikuste tuumade ekstraheerimise tulemusena.

Kirjeldus [ | ]

Tuumamaatriksi võib saada isoleeritud tuumade töötlemisel nukleaasidega ja seejärel histoonide ekstraheerimisega 2M NaCl lahusega. Sellisena ei ole tuumamaatriks eraldiseisev morfoloogiline struktuur. Pärast kromatiini tuumast ekstraheerimist ja tuumaümbrise eemaldamist mitteioonsete detergentidega, samuti DNA ja RNA jääkide nukleaasidega eemaldamist järelejäänud tuumamaatriksi koostis on erinevates objektides sarnane. See koosneb 98% mittehistoonilistest valkudest ja sisaldab ka 0,1% DNA-d, 1,2% RNA-d ja 1,1% fosfolipiide. Tuumamaatriksi valgu koostis on erinevat tüüpi rakkudes ligikaudu sama. Seda iseloomustab lamiinide, aga ka paljude väiksemate valkude olemasolu massiga 11-13 kuni 200 kDa.

Morfoloogiliselt koosneb tuumamaatriks tuumakihist, difuussest maatriksist (tuntud ka kui sisemine või kromatiinidevaheline võrk) ja jääktuumast. Laminaat on valguvõrk, mis vooderdab tuumaümbrise sisemist membraani. Difuusne maatriks tuvastatakse alles pärast kromatiini tuumast eraldamist. See on lahtine kiuline võrgustik, mis asub kromatiini sektsioonide vahel. Mõnikord sisaldab see ribonukleoproteiini graanuleid. Jääktuum on tihe struktuur, mis järgib tuuma kuju ja koosneb tihedalt pakitud fibrillidest.

Tuumamaatriksiga seotud DNA silmused on erinevad topoloogilised domeenid. On näidatud, et tuumades on 60 000 kuni 125 000 DNA piirkonda, mis on kaitstud nukleaaside eest ja asuvad tuumamaatriksi kõigil kolmel komponendil. DNA ahela kinnituskohtade moodustamiseks tuumamaatriksiga on olulised MAR elemendid (SAR, S / MAR) - genoomi elemendid, mis seostuvad spetsiifiliselt isoleeritud tuumamaatriksiga tingimustes in vitro. Nende elementide hulka kuulub umbes 200 aluspaari pikkune DNA ja need asuvad 5–112 000 aluspaari kaugusel. üksteiselt. Äädikakärbse tuumas on vähemalt 10 000 MAR.

MAR elementide asukohad on väga sarnased DNA sidumissaitidega osaleb kromatiini silmuste moodustamises. On näidatud, et tuumamaatriks on seotud DNA replikatsiooniga: enam kui 70% äsja sünteesitud DNA-st paikneb sisemise tuumamaatriksi tsoonis. Tuumamaatriksiga seotud DNA osa on replikatsioonikahvlites rikastatud. Lisaks sisaldab tuumamaatriks

Loeng nr.

Tundide arv: 2

MobiilneTUUM

1. Interfaasilise tuuma üldised omadused. Kerneli funktsioonid

2.

3.

4.

1. Interfaasilise tuuma üldised omadused

Tuum on raku kõige olulisem komponent, mis esineb peaaegu kõigis hulkrakseliste organismide rakkudes. Enamikul rakkudel on üks tuum, kuid on kahe- ja mitmetuumalisi rakke (näiteks vöötlihaskiud). Kahe- ja mitmetuumalised on tingitud rakkude funktsionaalsetest omadustest või patoloogilisest seisundist. Tuuma kuju ja suurus on väga muutlikud ning sõltuvad organismi tüübist, tüübist, vanusest ja raku funktsionaalsest seisundist. Keskmiselt moodustab tuuma maht ligikaudu 10% raku kogumahust. Kõige sagedamini on tuumal ümmargune või ovaalne kuju, mille läbimõõt on 3 kuni 10 mikronit. Tuuma minimaalne suurus on 1 mikron (mõnedel algloomadel), maksimaalne 1 mm (mõnede kalade ja kahepaiksete munad). Mõnel juhul on tuuma kuju sõltuvus raku kujust. Tuum hõivab tavaliselt keskse positsiooni, kuid diferentseerunud rakkudes võib see nihkuda raku perifeersesse ossa. Tuum sisaldab peaaegu kogu eukarüootse raku DNA-d.

Kerneli peamised funktsioonid on järgmised:

1) Geneetilise teabe säilitamine ja edastamine;

2) Valgu sünteesi, ainevahetuse ja energia reguleerimine rakus.

Seega ei ole tuum ainult geneetilise materjali mahuti, vaid ka koht, kus see materjal toimib ja paljuneb. Seetõttu põhjustab nende funktsioonide rikkumine rakusurma. Kõik see viitab tuumastruktuuride juhtivale rollile nukleiinhapete ja valkude sünteesis.

Üks esimesi teadlasi, kes demonstreeris tuuma rolli raku elus, oli saksa bioloog Hammerling. Katseobjektina kasutas Hammerling suuri üherakulisi vetikaid. Atsetobulariamediterranea ja A.crenulata. Need lähedased liigid eristuvad üksteisest hästi "korgi" kuju järgi. Varre põhjas on tuum. Mõnes katses eraldati kübar varre alumisest osast. Selle tulemusena leiti, et südamik on vajalik korgi normaalseks arenguks. Teistes katsetes ühendati ühe vetikaliigi tuumaga vars teise liigi tuumata varrega. Saadud kimääridel tekkis alati sellele liigile, millesse tuum kuulus, tüüpiline kübar.

Interfaasilise tuuma ehituse üldplaan on kõigis rakkudes ühesugune. Tuum koosneb tuumamembraan, kromatiin, nukleoolid, tuumavalgu maatriks ja karüoplasma (nukleoplasma). Neid komponente leidub peaaegu kõigis eukarüootsete ühe- ja mitmerakuliste organismide mittejagunevates rakkudes.

2. Tuuma ümbris, struktuur ja funktsionaalne tähtsus

Tuumaümbris (karyolemma, karyotheca) koosneb välimisest ja sisemisest tuumamembraanist paksusega 7 nm. Nende vahel on perinukleaarne ruum laius 20 kuni 40 nm. Tuumamembraani peamised keemilised komponendid on lipiidid (13-35%) ja valgud (50-75%). Tuumamembraanide koostises leidub vähesel määral ka DNA-d (0-8%) ja RNA-d (3-9%). Tuumamembraane iseloomustab suhteliselt madal kolesteroolisisaldus ja kõrge fosfolipiidide sisaldus. Tuumamembraan on otseselt seotud endoplasmaatilise retikulumi ja tuuma sisuga. Võrgulaadsed struktuurid külgnevad sellega mõlemalt poolt. Sisemist tuumamembraani vooderdav võrgutaoline struktuur näeb välja nagu õhuke kest ja seda nimetatakse tuuma kiht. Tuuma kiht toetab membraani ja on kontaktis kromosoomide ja tuuma RNA-ga. Välist tuumamembraani ümbritsev võrgutaoline struktuur on palju vähem kompaktne. Välimine tuumamembraan on täis valgusünteesis osalevaid ribosoome. Tuumaümbris sisaldab arvukalt umbes 30-100 nm läbimõõduga poore. Tuumapooride arv sõltub rakutüübist, rakutsükli staadiumist ja konkreetsest hormonaalsest olukorrast. Seega mida intensiivsemad on sünteetilised protsessid rakus, seda rohkem on tuumamembraanis poore. Tuumapoorid on üsna labiilsed struktuurid, st olenevalt välismõjudest on nad võimelised muutma oma raadiust ja juhtivust. Pooriava on täidetud keerukalt organiseeritud kera- ja fibrillaarsete struktuuridega. Membraani perforatsioonide ja nende struktuuride kombinatsiooni nimetatakse tuumapooride kompleksiks. Keerulisel pooride kompleksil on kaheksanurkne sümmeetria. Kolm rida graanuleid, igas 8 tükki, paiknevad piki tuumaümbrise ümardatud ava piiri: üks rida on tööriist tuuma külje kontseptuaalsete mudelite koostamiseks, teine ​​​​on tööriist tuuma külje kontseptuaalsete mudelite koostamiseks. tsütoplasma pool, kolmas asub pooride keskosas. Graanulite suurus on umbes 25 nm. Graanulitest ulatuvad fibrillaarsed protsessid. Sellised perifeersetest graanulitest ulatuvad fibrillid võivad keskele koonduda ja tekitada justkui vaheseina, diafragma üle poori. Ava keskel on sageli näha nn keskgraanul.

Tuuma tsütoplasmaatiline transport

Substraadi ümberpaigutamise protsess läbi tuumapoori (impordi puhul) koosneb mitmest etapist. Esimeses etapis ankurdub transporditav kompleks fibrillile, mis on suunatud tsütoplasma poole. Seejärel fibrill paindub ja viib kompleksi tuumapooride kanali sissepääsuni. Kompleksi tegelik translokatsioon ja vabanemine karüoplasmasse toimub. Tuntud on ka pöördprotsess – ainete ülekandmine tuumast tsütoplasmasse. See puudutab peamiselt ainult tuumas sünteesitud RNA transporti. On ka teine ​​viis ainete ülekandmiseks tuumast tsütoplasmasse. Seda seostatakse tuumamembraani väljakasvude moodustumisega, mida saab tuumast vakuoolide kujul eraldada ja seejärel nende sisu välja valada või tsütoplasmasse visata.

Seega toimub ainete vahetus tuuma ja tsütoplasma vahel kahel põhilisel viisil: läbi pooride ja nöörimise teel.

Tuumaümbrise funktsioonid:

1. Barjäär.See funktsioon on eraldada tuuma sisu tsütoplasmast. Selle tulemusena osutuvad RNA/DNA sünteesi protsessid valgusünteesist ruumiliselt eraldatuks.

2. Transport.Tuumaümbris reguleerib aktiivselt makromolekulide transporti tuuma ja tsütoplasma vahel.

3. Korraldamine.Tuumaümbrise üks peamisi funktsioone on selle osalemine tuumasisese korra loomises.

3. Kromatiini ja kromosoomide struktuur ja funktsioonid

Pärilik materjal võib olla raku tuumas kahes struktuurses ja funktsionaalses olekus:

1. Kromatiin.See on dekondenseeritud, metaboolselt aktiivne olek, mis on loodud transkriptsiooni- ja reduplikatsiooniprotsesside tagamiseks interfaasis.

2. Kromosoomid.See on kõige kondenseeritum, kompaktsem, metaboolselt inaktiivne olek, mis on loodud geneetilise materjali levitamiseks ja transportimiseks tütarrakkudesse.

Kromatiin.Rakkude tuumas ilmnevad tiheda aine tsoonid, mis on põhiliste värvainetega hästi värvitud. Neid struktuure nimetatakse "kromatiiniks" (kreeka keelest "chromo"– värv, värv). Interfaaside tuumade kromatiin on kromosoomid, mis on dekondenseerunud olekus. Kromosoomide dekondensatsiooni aste võib olla erinev. Täieliku dekondensatsiooni tsoone nimetatakse eukromatiin. Mittetäieliku dekondensatsiooni korral tekivad kondenseerunud kromatiini alad, nn heterokromatiin. Kromatiini dekondensatsiooni aste interfaasis peegeldab selle struktuuri funktsionaalset koormust. Mida "hajusamalt" kromatiin on interfaasilises tuumas jaotunud, seda intensiivsemad on selles sünteetilised protsessid. VähendadaRNA sünteesiga rakkudes kaasneb tavaliselt kondenseerunud kromatiini tsoonide suurenemine.Kondenseerunud kromatiini maksimaalne kondenseerumine saavutatakse mitootilise rakkude jagunemise ajal. Sel perioodil ei täida kromosoomid mingeid sünteetilisi funktsioone.

Keemiliselt koosneb kromatiin DNA-st (30-45%), histoonidest (30-50%), mittehistoonvalkudest (4-33%) ja vähesel määral RNA-st.Eukarüootsete kromosoomide DNA on lineaarne molekul, mis koosneb erineva suurusega tandem (üksteise järel) replikonitest. Replikoni keskmine suurus on umbes 30 µm. Replikonid on DNA lõigud, mis sünteesitakse sõltumatute üksustena. Replikonitel on DNA sünteesi algus- ja lõpp-punktid. RNA on kõik teadaolevad rakulised RNA tüübid sünteesi või küpsemise protsessis. Histoonid sünteesitakse tsütoplasma polüsoomidel ja see süntees algab mõnevõrra varem kui DNA replikatsioon. Sünteesitud histoonid migreeruvad tsütoplasmast tuuma, kus nad seonduvad DNA piirkondadega.

Struktuurselt on kromatiin desoksüribonukleoproteiini (DNP) filamentsed kompleksmolekulid, mis koosnevad histoonidega seotud DNA-st. Kromatiini filament on DNA kaksikheeliks, mis ümbritseb histooni südamikku. See koosneb korduvatest ühikutest, mida nimetatakse nukleosoomideks. Nukleosoomide arv on tohutu.

Kromosoomid(kreeka keelest chromo ja soma) on raku tuuma organellid, mis on geenide kandjad ja määravad rakkude ja organismide pärilikud omadused.

Kromosoomid on erineva pikkusega vardakujulised struktuurid, mille paksus on üsna konstantne. Neil on primaarse ahenemise tsoon, mis jagab kromosoomi kaheks haruks.Nimetatakse võrdse arvuga kromosoome metatsentriline, ebavõrdse pikkusega kätega - submetatsentriline. Nimetatakse väga lühikese, peaaegu märkamatu teise käega kromosoome akrotsentriline.

Esmase ahenemise piirkonnas on tsentromeer, mis on ketta kujul olev lamellstruktuur. Mitootilise spindli mikrotuubulite kimbud on kinnitatud tsentromeeri külge ja jooksevad tsentrioolide suunas. Need mikrotuubulite kimbud osalevad mitoosi ajal kromosoomide liikumises raku poolustele. Mõnel kromosoomil on sekundaarne ahenemine. Viimane asub tavaliselt kromosoomi distaalse otsa lähedal ja eraldab väikese ala, satelliidi. Sekundaarseid kitsendusi nimetatakse nukleolaarseteks organisaatoriteks. Siin paikneb rRNA sünteesi eest vastutav DNA. Kromosoomide käed lõpevad telomeeridega, lõppsegmentidega. Kromosoomide telomeersed otsad ei ole võimelised ühenduma teiste kromosoomide või nende fragmentidega. Seevastu kromosoomide katkised otsad võivad ühineda teiste kromosoomide samade katkiste otstega.

Kromosoomide suurus erinevates organismides on väga erinev. Seega võib kromosoomide pikkus varieeruda vahemikus 0,2 kuni 50 mikronit. Väikseimad kromosoomid on leitud mõnedel algloomadel, seentel. Pikimad on mõnedel ortopteralistel putukatel, kahepaiksetel ja liiliatel. Inimese kromosoomide pikkus jääb vahemikku 1,5-10 mikronit.

Kromosoomide arv erinevates objektides varieerub samuti oluliselt, kuid on tüüpiline igale looma- või taimeliigile. Mõnes radiolaarias ulatub kromosoomide arv 1000-1600-ni. Taimede rekordiomanik kromosoomide arvu poolest (umbes 500) on kõrreline sõnajalg, mooruspuul 308 kromosoomi. Väikseim arv kromosoome (2 diploidse komplekti kohta) on täheldatud malaaria plasmoodiumil, hobuse ümarussil. Inimesel on 46 kromosoomišimpansi, prussaka ja pipraga– 48, äädikakärbes Drosophila - 8, majakärbes - 12, karpkala - 104, kuusk ja mänd - 24, tuvi - 80.

Kariotüüp (kreeka keelest. Karion - tuum, pähklituum, operaatorid - proov, kuju) - konkreetsele liigile iseloomulike kromosoomikomplekti tunnuste kogum (kromosoomide arv, suurus, kuju).

Sama liigi eri soost isendid (eriti loomadel) võivad kromosoomide arvu poolest erineda (erinevus on enamasti ühel kromosoomil). Isegi lähedaste liikide puhul erinevad kromosoomikomplektid üksteisest kas kromosoomide arvu või vähemalt ühe või mitme kromosoomi suuruse poolest.Seetõttu võib karüotüübi struktuur olla taksonoomiline tunnus.

20. sajandi teisel poolel hakati juurutama kromosoomianalüüsi praktikat kromosoomide erineva värvimise meetodid. Arvatakse, et kromosoomide üksikute osade värvimisvõime on seotud nende keemiliste erinevustega.

4. Tuum. Karüoplasma. Tuumavalgu maatriks

Tuum (nucleolus) on eukarüootsete organismide raku tuuma oluline komponent. Siiski on mõned erandid. Seega puuduvad nukleoolid kõrgelt spetsialiseerunud rakkudes, eriti mõnes vererakkudes. Tuum on tihe ümar keha, mille suurus on 1-5 mikronit. Erinevalt tsütoplasma organellidest ei ole tuumal membraani, mis ümbritseks selle sisu. Tuuma suurus peegeldab selle funktsionaalse aktiivsuse astet, mis on erinevates rakkudes väga erinev. Tuum on kromosoomi derivaat. Tuum koosneb valgust, RNA-st ja DNA-st. RNA kontsentratsioon nukleoolides on alati suurem kui RNA kontsentratsioon raku teistes komponentides. Seega võib RNA kontsentratsioon tuumas olla 2–8 korda suurem kui tuumas ja 1–3 korda suurem kui tsütoplasmas. Suure RNA sisalduse tõttu värvuvad nukleoolid hästi aluseliste värvainetega. Tuuma DNA moodustab suuri silmuseid, mida nimetatakse nukleolaarseteks organisaatoriteks. Nendest sõltub nukleoolide moodustumine ja arv rakkudes. Tuum on oma struktuurilt heterogeenne. Sellel on kaks põhikomponenti: granulaarne ja fibrillaarne. Graanulite läbimõõt on umbes 15-20 nm, fibrillide paksus– 6-8 nm. Fibrillaarne komponent võib koonduda tuuma keskosas ja granuleeritud komponent - piki perifeeriat. Sageli moodustab granuleeritud komponent filamentseid struktuure - nukleoloneeme paksusega umbes 0,2 mikronit. Nukleoolide fibrillaarne komponent on ribosoomi prekursorite ribonukleoproteiini ahelad ja graanulid on ribosoomide küpsevad subühikud. Tuuma ülesandeks on moodustada ribosomaalne RNA (rRNA) ja ribosoomid, millel sünteesitakse tsütoplasmas polüpeptiidahelaid. Ribosoomide moodustumise mehhanism on järgmine: nukleolaarse organisaatori DNA-l moodustub rRNA eelkäija, mis on nukleooli tsoonis valguga riietatud. Ribosoomi subühikud on kokku pandud tuumas. Aktiivselt toimivates nukleoolides sünteesitakse 1500-3000 ribosoomi minutis. Ribosoomid tuumast sisenevad tuumaümbrises olevate pooride kaudu endoplasmaatilise retikulumi membraanidesse. Nukleoolide arv ja moodustumine on seotud nukleoolide organisaatorite aktiivsusega. Muutused nukleoolide arvus võivad toimuda nukleoolide liitumise või raku kromosomaalse tasakaalu nihke tõttu. Tuumad sisaldavad tavaliselt mitut tuuma. Mõnede rakkude (vesiloomade ootsüüdid) tuumad sisaldavad suurel hulgal tuumakesi. Sellele nähtusele on antud nimi võimendus. See seisneb kvaliteedijuhtimissüsteemide korraldamises, mille käigus toimub nukleolaarse organiseerija tsooni ülereplikatsioon, arvukad koopiad eemalduvad kromosoomidest ja muutuvad täiendavalt töötavateks nukleoolideks. Selline protsess on vajalik tohutu hulga ribosoomide kogunemiseks muna kohta. See tagab embrüo arengu varases staadiumis isegi uute ribosoomide sünteesi puudumisel. Ülearvulised nukleoolid kaovad pärast munaraku küpsemist.

Tuuma saatus raku jagunemise ajal. Kui rRNA süntees profaasis laguneb, nukleool lõdveneb ja valmis ribosoomid väljuvad karüoplasmasse ja seejärel tsütoplasmasse. Kromosoomide kondenseerumisel on tuuma fibrillaarne komponent ja osa graanulitest tihedalt seotud nende pinnaga, moodustades mitootiliste kromosoomide maatriksi aluse. See fibrillaarne-granulaarne materjal kandub kromosoomide kaudu tütarrakkudesse. Varajases telofaasis, kui kromosoomid dekondenseeruvad, vabanevad maatriksikomponendid. Selle fibrillaarne osa hakkab kogunema arvukateks väikesteks partneriteks - prenukleoolideks, mis võivad üksteisega ühineda. Kui RNA süntees taastub, muutuvad prenukleoolid normaalselt funktsioneerivateks tuumadeks.

Karüoplasma(kreeka keelest.< карион > – kreeka pähkel, pähklituum) või tuumamahl, mis on struktuuritu poolvedela massi kujul, ümbritseb kromatiini ja nukleoole. Tuumamahl sisaldab valke ja erinevaid RNA-sid.

Tuumavalgu maatriks (tuuma skelett) - tuumasisene raamsüsteem, mille eesmärk on säilitada kõigi tuumakomponentide liidu faasidevahelise südamiku üldine struktuur. See on lahustumatu materjal, mis jääb pärast biokeemilisi ekstraheerimisi tuuma. Sellel ei ole selget morfoloogilist struktuuri ja see koosneb 98% ulatuses valkudest.