Генетический аппарат клетки реферат

Обновлено: 05.07.2024

Вы можете изучить и скачать доклад-презентацию на тему Генетический аппарат клетки. Презентация на заданную тему содержит 38 слайдов. Для просмотра воспользуйтесь проигрывателем, если материал оказался полезным для Вас - поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте наш сайт презентаций в закладки!

500
500
500
500
500
500
500
500
500
500
500
500
500
500
500
500
500
500
500
500
500
500
500
500
500
500
500
500
500
500
500
500
500
500
500
500
500
500

§ 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА (СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИИ КЛЕТОЧНОГО ЯДРА) 1.1. Что такое генетический аппарат клетки? Это ДНК, соединённая со структурными и регуляторными белками, а также другие молекулы – участники транскрипции. Различия про- и эукариотных клеток – нуклеоид или ядро – не принципиально. То и другое – генетический аппарат клетки. Доказательства генетической роли ядра:

1.2. Общая морфология ядра эукариотной клетки 1.2. Общая морфология ядра эукариотной клетки Размер варьирует: объем ядра относительно объема цитоплазмы (Я/Ц отношение) = 1/2 - 1/10 - 1/100. Форма чаще округлая, бывает веретеновидная, лопастная. Локализация обычно в центре клетки или полярно, или под мембраной. Число ядер – обычно одно, бывает 2 и более, до нескольких сотен. Ядерный гигантизм – следствие полиплоидии.

Структурные компоненты ядра: Структурные компоненты ядра: 1. Ядерная оболочка – разобщение транскрипции и трансляции. 2. Ядерный матрикс (скелет) – пространственная организация. 3. Хроматин ↔ хромосомы – генетический материал. Концепция структурной целостности хромосом в клеточном цикле: хромосомы присутствуют в клетке всегда, но в разных структурно-функциональных состояниях. 4. Ядрышко – локус хроматина, производящий рРНК (рибосомы). 5. Кариолимфа (ядерный сок) – жидкая фракция ядра; содержит предшественники ядерных синтезов (нуклеотиды), белки-мигранты из цитоплазмы, продукты ядерных синтезов (мРНК, тРНК).

1.3. Геном 1.3. Геном Геном – гаплоидный набор генов биологического вида (человека, мыши…) Геном эукариот включает: информационную (генную) часть (хромосомную и внехромосомную): 1. Структурные гены – кодируют мРНК разнообразных структурных (рабочих) белков клетки. 2. Регуляторные гены – кодируют мРНК регуляторных белков. 3. Вспомогательные (РНКовые) гены – кодируют рРНК, тРНК и т.п.; неинформативные (сателлитные) области (функция – структурная? буферная? конъюгативная. ); транспозоны (подвижные генетические элементы) (функция – участие в репарации повреждений ДНК. ).

Размер генома – гаплоидная масса ДНК (с) – видоспецифичен: Размер генома – гаплоидная масса ДНК (с) – видоспецифичен: - Число молекул ДНК (число хромосом n) – от 1 до десятков и сотен. - Размер (масса) генома в целом увеличивается в ходе эволюции:

§ 2. СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ХРОМАТИНА Длина 1 молекулы ДНК очень велика: - у бактерий кольцевая молекула ДНК = 1 – 2 мм, - у человека в разных хромосомах молекула ДНК = от 10 до 80 мм (всего 2с человека = около 1,8 м ДНК; 2с саламандры = 100 м!). Т.о., необходима упаковка (компактизация) ДНК – для работы и деления.

2.2. Структура хроматина (хромосом) эукариот Учитывать отличия организации генетического аппарата эукариот! В ядре содержится диплоидный (2n) набор хромосом, которые развернуты в рыхлую форму – хроматин. Состав хроматина = 40% ДНК и 60% белков = дезоксирибо-нуклео-протеид (ДНП). Белки хроматина: 1) Гистоны – оснóвные белки (богатые аргинином и лизином) – обеспечивают первичную упаковку и репрессию ДНК; 2) матриксины – нейтрально-кислые белки – обеспечивают высшие уровни упаковки ДНК; 3) регуляторные белки – изменяют связи ДНК и структурных белков. NB: эти связи регулируемые, изменяют активность генов.

Хроматин в световом микроскопе выглядит как хроматиновая сеть. Хроматин в световом микроскопе выглядит как хроматиновая сеть.

В электронном микроскопе эухроматин и гетерохроматин хорошо различимы как рыхлые и плотные участки ядра. В электронном микроскопе эухроматин и гетерохроматин хорошо различимы как рыхлые и плотные участки ядра.

NB: Одна хромосома – это одна молекула ДНК, NB: Одна хромосома – это одна молекула ДНК, компактизованная с помощью белков гистонов и матриксинов. В клетках эукариот различают 4 уровня компактизации хроматина.

Третий уровень компактизации – хромонема – Третий уровень компактизации – хромонема – петельно-хромомерная фибрилла Ø 100-200 нм.

Четвертый уровень компактизации – хроматида Ø 1-2 мкм. Перед митозом нить ДНК удваивается, петли скручиваются, хромомеры уплотняются и 2 сестринские хромонемы спирализуются в 2 хроматиды. Получается бихроматидная хромосома.

§3. ХРОМОСОМНЫЙ НАБОР Каждый биологический вид имеет свой (видоспецифичный) хромосомный набор. Морфологическая характеристика хромосомного набора – кариотип. Графическое изображение кариотипа – идиограмма. Диплоидные (2n) хромосомные наборы: 1 – 22 хромосомы жабы Bufo arenarum; 2 – 140 хромосом ящерицыTupinambis teguixin; 3 – 12 хромосом чернушки Nigella orientalis (сем. лютиковые); 4 – 208 хромосом камчатского краба Paralithodes camtschatica; 5 – 46 хромосом человека Homo sapiens; 6 – 23 хромосомы прямокрылого насекомого Chromacris miles; 7 – 8 хромосом сложноцветного растения Hypochoeris tweedie. NB: Все рисунки – при одном увеличении.

При описании кариотипа используют следующие признаки: 1. Число хромосом. 2n у разных видов варьирует от 2 (аскарида) до 1000-1600. Наиболее типичные значения 2n = 10-50 (n = 5-25) . У человека 2n = 46. 2. Размер хромосом. Длина хромосом варьирует от 0,2 мкм (дрожжи) до 50 мкм (лилейные). У человека длина хромосом от 10 мкм (№ 1) до 2-3 мкм (№ 22).

4. Форма хромосом. 4. Форма хромосом. В метафазной хромосоме различаются: Сестринские хроматиды, Первичная (центральная) перетяжка – центромер, Вторичная перетяжка, спутник (редко), Плечи, Теломеры. Измеряют центромерный индекс (ЦИ) – доля малого плеча (%) в общей длине хромосомы. Различают хромосомы: а) метацентрические (ЦИ ≈ 50 %) б) субметацентрические (ЦИ ≈ 30 %) в) акро(тело)центрические (ЦИ ≈ 1-5 %) г) спутничные.

5. Дифференциальная окраска хромосом. 5. Дифференциальная окраска хромосом. При специальных окрасках выявляются поперечные полосы, которые соответствуют разным фракциям ДНК: сателлитные (АТ-богатые), центромерные, ядрышковые и пр.

§4. ТРАНСКРИПЦИОННАЯ АКТИВНОСТЬ ХРОМАТИНА ДНК хроматина содержит гены всех мРНК и тРНК (гены рРНК находятся в ядрышке – это отдельный вопрос). Гены распределены по всем хромосомам, между блоками сатДНК. Гены мРНК, как правило, уникальные (однокопийные); но некоторые имеют 5-10-20 повторов (например гены, кодирующие гистоны). Транскрипцию обеспечивают ферменты – РНК-полимеразы: РНК-полимераза I синтезирует рРНК, РНК-полимераза II – все виды мРНК, РНК-полимераза III – различные тРНК.

Активный ген транскрибируется одновременно несколькими молекулами РНК-полимеразы, что резко ускоряет синтез данного вида РНК в ядре. Активный ген транскрибируется одновременно несколькими молекулами РНК-полимеразы, что резко ускоряет синтез данного вида РНК в ядре. По ходу транскрипции (слева направо) видны растущие цепи РНК-транскриптов (пре-РНК). Транскрипция происходит в одном направлении. Ген (единица транскрипции) ограничен специальными участками ДНК (последовательностями Н-тидов) – сигналом инициации и сигналом терминации, которые распознаются РНК-полимеразой.

У эукариот генная ДНК составляет лишь часть генома (у человека ≈30%). У эукариот генная ДНК составляет лишь часть генома (у человека ≈30%). Сами гены также не однородны. Гены мРНК, как правило, включают кодирующие последовательности – экзоны – и разделяющие их некодирующие последовательности – интроны. Первичный транскрипт (пре-РНК) подвергается процессингу (англ. processing – переработка, созревание) –посттранскрипционным изменениям. Важнейшая часть процессинга матричных форм РНК – сплайсинг (от англ. splice – сращивание) – вырезание интронов и сращивание экзонов. В итоге зрелая молекула мРНК получается намного короче, чем её пре-РНК (всего лишь10-30 %).

Размер некоторых генов человека, производимых ими мРНК (в тысячах нуклеотидов) и число интронов в этих генах

В итоге с одного гена образуются частично различающиеся белки, например мембранная и внеклеточная формы фибронектина. В итоге с одного гена образуются частично различающиеся белки, например мембранная и внеклеточная формы фибронектина. (Лимфоциты продуцируют миллионы разновидностей антител (иммуноглобулинов) - белков, специфичных к чужеродным антигенам. Такое разнообразие специфичных белков образуется в результате альтернативного сплайсинга из немногих исходных генов.)

Модели изучения транскрипции – Модели изучения транскрипции – политенные хромосомы диптер хромосомы-ламповые щетки в мейотических ооцитах

§ 5. СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ ЯДРЫШКА Рибосома состоит из 2 субчастиц, в которых рРНК выполняет роль структурной основы, организуя правильное расположение рабочих рибосомных белков. Косвенным показателем массы рибосом и макромолекул являются единицы Сведберга (S), которыми измеряется скорость их осаждения в центрифуге.

Ядрышко – формируется в ранней интерфазе (после деления клетки) как производное от ядрышкообразующих хромосом, которые содержат группы генов для синтеза рРНК – рибосомные гены, р-гены, рДНК. Ядрышко – формируется в ранней интерфазе (после деления клетки) как производное от ядрышкообразующих хромосом, которые содержат группы генов для синтеза рРНК – рибосомные гены, р-гены, рДНК. Р-гены собраны в локальные группы – ядрышковые организаторы. Соответствующие участки хромосом обозначаются как ядрышкообразующие районы – ЯОР, или NOR.

Ядрышковый организатор представляет собой непрерывную цепь из 100 – 500 одинаковых генов 45S рРНК , разделенных нетранскрибируемыми спейсерами. Ядрышковый организатор представляет собой непрерывную цепь из 100 – 500 одинаковых генов 45S рРНК , разделенных нетранскрибируемыми спейсерами. Активированные и работающие гены видны как типичные ёлочки транскрипции. Ось ёлочки – молекула ДНК (ген); веточки – синтезируемые молекулы 45S РНК – предшественники рРНК. Первичные транскрипты – молекулы 45S рРНК – в дальнейшем подвергнутся процессингу с разрезанием на более мелкие фрагменты.

Процессинг 45S РНК ведет к удалению интронов и освобождению экзонов, т.е. к образованию 28S, 18S и 5,8S молекул рРНК, необходимых для формирования рибосом (Фрагмент 5S включается из другого места, синтезируется на хр. № 1). Процессинг 45S РНК ведет к удалению интронов и освобождению экзонов, т.е. к образованию 28S, 18S и 5,8S молекул рРНК, необходимых для формирования рибосом (Фрагмент 5S включается из другого места, синтезируется на хр. № 1). Вместе с белками, которые подходят из цитоплазмы, полученные фрагменты рРНК формируют малые и большие субъединицы рибосом. Химический состав ядрышек: Белки – 70-80 %, РНК – 5-15 %, ДНК – 2-10 %.

Ультраструктура ядрышка характеризует его как активный хромомер с множеством петлевых доменов, продуктами транскрипции и процессинга рРНК и готовыми субчастицами рибосом. Ультраструктура ядрышка характеризует его как активный хромомер с множеством петлевых доменов, продуктами транскрипции и процессинга рРНК и готовыми субчастицами рибосом. Морфологически в ядрышке различают: фибриллярные центры (ФЦ) – нити ДНК, содержащие гены рРНК, но не активные в данный момент; плотный фибриллярный компонент (ПФК) – активные нити ДНК и масса растущих на них и созревающих цепей рРНК, а также ассоциированные с ними белки; гранулярный компонент (ГК) – образован большим количеством готовых рибосомных субчастиц. Вокруг ядрышка, как правило, имеется околоядрышковый гетерохроматин (конститутивный), с помощью которого ядрышко прикрепляется к ядерной оболочке или к ядерному скелету.

Число ядрышкообразующих хромосом видоспецифично и составляет одну из характеристик кариотипа данного вида. Число ядрышкообразующих хромосом видоспецифично и составляет одну из характеристик кариотипа данного вида. В гаплоидном (1n) хромосомном наборе человека имеется 5 хромосом, содержащих ЯОР: №№ 13, 14, 15, 21, 22. (Соответственно, в диплоидном наборе будет 10 ЯОР-хромосом) В гаплоидном наборе хромосом улитки Succinea lauta во время мейоза выявляется 8 хромосом, содержащих ЯОР разного размера. После деления клеток видно много мелких ЯОР – по числу хромосом . Позднее, в зрелых клетках (рис. Е), ЯОР сближаются и сливаются в 1-2 крупных ядрышка. Окраска AgNO3.

§ 6. ЯДЕРНАЯ ОБОЛОЧКА, МАТРИКС И ЯДЕРНО-ЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКИЕ ОТНОШЕНИЯ Ядерная оболочка обрамляет ядро эукариотной клетки. Нуклеоид прокариот оболочки не имеет. Оболочка ядра является центральной частью эндоплазматической сети, или ретикулума (ЭПС, ЭПР, ЭР), поэтому она образована двумя мембранами – внутренней и наружной, разделенными перинуклеарным пространством. Наружная мембрана переходит непосредственно в мембрану ЭПР, а перинуклеарное пространство сообщается с полостями каналов и цистерн ретикулума.

Ядерная оболочка имеет многочисленные поровые комплексы для транспорта веществ между ядром и цитоплазмой (мРНК, белки и пр.). Ядерная оболочка имеет многочисленные поровые комплексы для транспорта веществ между ядром и цитоплазмой (мРНК, белки и пр.). Ядерная пора – комплекс из >1000 белков нуклеопоринов. - центральная белковая глобула играет роль канала (транспортёр), - 8 гранул на наружной мембране, - два кольца и спицы фиксируют центральную глобулу. Все макромолекулы, проходящие через ядерные поры, имеют на переднем конце особую полипеп-тидную последовательность – сигнал ядерного импорта, которая распознается порой. После преодоления поры эта сигнальная последовательность отсоединяется от макромолекулы.

Читайте также: