Ядерна ламіна; структура та функції

Ядерна ламіна (ядерна платівка) - жорстка фібрилярна білкова мережа, утворена білками-ламінінами (проміжними філаментами), підстилає ядерну мембрану, підтримуючи її. Вона є фіброзний шар ядерної оболонки з поровими комплексами. Пов'язана з інтегральними білками шаром, що складається з переплетених проміжних філаментів (ламінів), що утворюють каріоскелет. До ламін прикріплені нитки хромосомної ДНК, тобто. бере участь у організації хроматину. Білки порових комплексів структурно пов'язані з білками ядерної ламини, що у їх організації. Таким чином, ламін відіграє дуже важливу роль у підтримці форми ядра, упорядкованому укладанні хроматину, структурної організації порових комплексів і формуванні каріолеми при розподілі клітин (дезінтеграція ядерної оболонки в профазі та інтеграція в телофазі).

75. Хроматін. Хроматин – дрібні зернятка і брили, що виявляється в ядрі клітин і добре сприймає барвник (хромос), звідки і походить його назва. У хімічному плані хроматин складається з комплексу ДНК та білка (туди також входить РНК) та відповідає хромосомам, які в інтерфазному ядрі представлені тонкими нитками та невиразні як індивідуальні структури. Хроматин – речовина хромосом. Хроматин складається з хроматинових фібрил, які можуть розташовуватися в ядрі пухко або компактно.На цій підставі розрізняють два види хроматину: еухроматин - пухкий або деконденсований (деспіралізований) хроматин, що слабо забарвлюється основними барвниками і не видно у світловий мікроскоп, він доступний для транскрипції; гетерохроматин - компактний або конденсований (спіралізований) хроматин, добре забарвлюється тими ж барвниками і видно світловий мікроскоп. При підготовці клітини до поділу (інтерфазу) в ядрі відбувається спіралізація хроматинових фібрил та перетворення хроматину на хромосоми. Після поділу в ядрах дочірніх клітин відбувається деспіралізація хроматинових фібрил і хромосоми знову перетворюються на хроматин. Отже, хроматин і хромосоми є різні фази однієї й тієї ж речовини. Таким чином, за морфологічними ознаками ядра (за співвідношенням вмісту еу- і гетерохроматину) можна оцінити активність процесів транскрипції (синтетичну функцію клітини). При її підвищенні це співвідношення змінюється на користь еухроматину, і навпаки. і клітинах, що гинуть, при зроговуванні епітелію) воно зменшується у розмірах, містить лише гетерохроматин і забарвлюється основними барвниками інтенсивно та рівномірно. Це явище – каріопікноз. Розподіл гетерохроматину та співвідношення вмісту еу- та гетерохроматину характерні для клітин кожного типу, що дозволяє здійснювати їх ідентифікацію. Разом з тим є загальні закономірності розподілу гетерохроматину в ядрі: його скупчення розташовуються під каріолемою, перериваючись в ділянці пір (що обумовлено його зв'язком з ламіною) і навколо ядерця. Дрібніші глибки розкидані по всьому ядру.Тільце Бара – скупчення гетерохроматину, що відповідає одній Х-хромосомі у особин жіночої статі, яка в інтерфазі скручена та неактивна. У більшості клітин воно лежить у каріолеми, а в гранулоцитах крові має вигляд маленької додаткової часточки ядра («барабанної палички»). Виявлення тільця Бара (зазвичай в епітеліальних клітинах слизової оболонки ротової порожнини) використовується як діагностичний тест для визначення генетичної статі.

76.Дифузний та конденсований хроматин (еу-і гетерохроматин).

Хроматин – дрібні зернятка і брили, що виявляється в ядрі клітин і добре сприймає барвник (хромос), звідки і походить його назва. У хімічному плані хроматин складається з комплексу ДНК, РНК і білка, де ДНК знаходиться в різному ступені конденчації, і відповідає хромосомам, які в інтерфазному ядрі представлені тонкими нитками та невиразні як індивідуальні структури. Хроматин – речовина хромосом. Хроматин складається з хроматинових фібрил, які можуть розташовуватися в ядрі пухко або компактно. На цій підставі розрізняють два види хроматину: еухроматин - пухкий або деконденсований (деспіралізований) хроматин, що слабо забарвлюється основними барвниками і не видно у світловий мікроскоп, він доступний для транскрипції; гетерохроматин - компактний або конденсований (спіралізований) хроматин, добре забарвлюється тими ж барвниками і видно світловий мікроскоп. При підготовці клітини до поділу (інтерфазу) в ядрі відбувається спіралізація хроматинових фібрил та перетворення хроматину на хромосоми. Після поділу в ядрах дочірніх клітин відбувається деспіралізація хроматинових фібрил і хромосоми знову перетворюються на хроматин.Отже, хроматин і хромосоми є різні фази однієї й тієї ж речовини. Таким чином, за морфологічними ознаками ядра (за співвідношенням вмісту еу- і гетерохроматину) можна оцінити активність процесів транскрипції (синтетичну функцію клітини). При її підвищенні це співвідношення змінюється на користь еухроматину, і навпаки. і клітинах, що гинуть, при зроговуванні епітелію) воно зменшується у розмірах, містить лише гетерохроматин і забарвлюється основними барвниками інтенсивно та рівномірно. Це явище – каріопікноз. Розподіл гетерохроматину та співвідношення вмісту еу- та гетерохроматину характерні для клітин кожного типу, що дозволяє здійснювати їх ідентифікацію. Разом з тим є загальні закономірності розподілу гетерохроматину в ядрі: його скупчення розташовуються під каріолемою, перериваючись в ділянці пір (що обумовлено його зв'язком з ламіною) і навколо ядерця (перинуклеарно). Дрібніші глибки розкидані по всьому ядру. Тільце Бара – скупчення гетерохроматину, що відповідає одній Х-хромосомі у особин жіночої статі, яка в інтерфазі скручена та неактивна. У більшості клітин воно лежить у каріолеми, а в гранулоцитах крові має вигляд маленької додаткової часточки ядра («барабанної палички»). Виявлення тільця Бара (зазвичай в епітеліальних клітинах слизової оболонки ротової порожнини) використовується як діагностичний тест для визначення генетичної статі.

Сподобалася стаття? Додай її в закладку (CTRL+D) і не забудь поділитися з друзями:

Будова та функції ядерної ламіни

• Ядерна ламін складається з білків проміжних філаментів, званих ламінами.
• Ядерна ламін розташована за внутрішньою ядерною мембраною і фізично пов'язана з нею інтегральними мембранними білками.
• Ядерна ламін бере участь у збиранні ядерної оболонки і може виконувати функції її фізичної підтримки
• Ядерна ламіна пов'язана з хроматином за допомогою білків. Це може обумовлювати її роль у реплікації та транскрипції ДНК
• У дріжджів та деяких інших одноклітинних еукаріотів ядерна ламіна відсутня

Наявність ядерної ламіни — мережі проміжних філаментів, розташованої за внутрішньою ядерною мембраною, є характерною ознакою, властивою ядрам клітин Metazoa. Як показано на малюнку нижче, ламін легко виявляється методом непрямої імунофлюоресценції, з використанням антитіл до одного з білків, що входять до її складу.

В електронному мікроскопі ламін виглядає як мережа, що складається з окремих волокон. На малюнку також представлені типові невпорядковані філаменти ламіни, розташовані прямо за внутрішньою ядерною мембраною.

Білки ядерної ламіни (звані ламіни) нагадують кератинові білки проміжних філаментів цитоплазми. Так само як і кератини, вони називаються білками проміжних філаментів, оскільки філаменти, що утворюються ними (10-20 нм) за розміром займають проміжне положення між актиновими мікрофіламентами (7 нм) і мікротрубочками (25 нм). Цілісність філаментів ламіни порушується ЯПК, що прикріплюються до неї.

Поряд з білками проміжних філаментів, ядерна ламін також містить набір інтегральних мембранних білків, які називаються білками, пов'язаними з ламіною (LAP). Деякі з цих білків беруть участь у взаємодіях між ламіною та внутрішньою мембраною ядра.Як показано на малюнку нижче, ламін закріплюється на внутрішній ядерній мембрані двома типами зв'язків. Один тип утворюється між білками ламіни та інтегральними білками внутрішньої мембрани ядра Інший тип виникає при взаємодії поліпептидного ланцюга ламінів з ліпідною фарнезильною групою внутрішньої ядерної мембрани.

Для візуалізації ядерної ламіни за допомогою флуоресцентної мікроскопії використовували антитіла до ламінних білків (у рамці).
На фотографії, отриманій за допомогою електронного мікроскопа, видно ядерні кошики ядерних порових комплексів (ЯПК) та філаменти ядерної ламіни.

Геном рослин не містить генів ядерних ламінів, проте рослини містять інші структурні білки, які виконують такі ж функції, як і ламіни клітин ссавців. Дріжджі (S. cerevisiae та S. pombe) та деякі інші одноклітинні еукаріоти не містять ламінів, і тому не утворюють ламіни. Із чим це може бути пов'язано?

Існують щонайменше дві можливі причини, що пояснюють відсутність ламіни у одноклітинних відмінностей у величині ядер у клітин дріжджів (близько 1 мкм у діаметрі) та багатоклітинних організмів (порядку 10 мкм у діаметрі). Перша можливість у тому, що з дріжджових клітин характерний закритий мітоз, у якому ядерна оболонка протягом усього часу залишається интактной. Навпаки, у клітинах багатоклітинних еукаріотів ядерна оболонка руйнується на початку мітозу. Після сегрегації хромосом навколо кожного їхнього набору утворюється нова ядерна оболонка. Вважається, що тим часом ламіну грає головну роль перебудові організації ядра.

По-друге, ламін може забезпечувати додаткову структурну підтримку для більшої ядерної оболонки в клітинах Metazoa.

Поряд з тією роллю, яку ядерна ламіна виконує у складанні та підтримці структури ядра, її взаємодія з хроматином може бути необхідною для протікання реплікації ДНК. Дані, що свідчать про роль ядерної ламіни в реплікації, були отримані в експериментах, де хроматин сперматозоїдів Xenopus laevis додавали до екстрактів яйцеклітин. При цьому довкола хроматину відзначалося утворення ядерної оболонки.

Ці ядра збільшувалися в розмірах, і відбувалася деконденсація хромосом, що знаходилися в ядрах сперматозоїдів у конденсованому стані (деконденсація маскує картину, яка спостерігається при заплідненні, коли сперматозоїда ДНК взаємодіє з деякими факторами в ооцитах). Потім у цих ядрах відбувається реплікація ДНК. В екстрактах яйцеклітин у великій кількості містяться ядерні ламіни та LAP.

Після видалення ламіну з цих екстрактів за допомогою іммобілізованих антитіл до білків ламіни формування ядерної оболонки навколо сперматозоїдів хроматину ще можливе. Однак ядра маленькі та тендітні, і реплікації ДНК у них не відбувається. Ці результати свідчать про те, що ламін може грати важливу роль в організації хроматину і реплікації ДНК.

Підвищена крихкість клітин пов'язана з мутаціями, що зачіпають проміжні білки філаментів. Мутації в ламінах і LAP зумовлюють розвиток низки генетичних захворювань, що особливо вражають м'язову систему. Ці захворювання називаються ламінопатії. Очевидно, зміни ламіни надають ядру крихкість і більшу чутливість до ушкоджень.Особливо схильні до пошкоджень м'язові клітини, оскільки при скороченні м'язів ядра їх клітин зазнають більшого механічного навантаження, ніж ядра клітин інших тканин.

Ядерна ламіна зчеплена із внутрішньою ядерною мембраною двома типами зв'язків. Коли у сперматозоїдів Xenopus laevis видаляють плазматичну мембрану та інкубують їх з екстрактом яйцеклітин,
відбувається деконденсація хроматину та навколо нього утворюється функціонально-активна ядерна оболонка.
Флуоресценція виявляє локалізацію ДНК.

Редактор: Іскандер Мілевскі.

Ядерна ламіну;

Ядерна ламіна (ядерна пластинка) - жорстка фібрилярна білкова мережа, утворена білками-ламінінами (проміжними філаментами), підстилає ядерну мембрану, підтримуючи її. Вона являє собою фіброзний шар ядерної оболонки з порововими комплексами. Філаменти (ламіни), що утворюють каріоскелет. форми ядра, упорядкованого укладання хроматину, структурної організації порових комплексів та формування каріолеми при розподілі клітин (дезінтеграція ядерної оболонки в профазі та інтеграція в телофазі).

75. Хроматин. Хроматин – дрібні зернятка і глибки, який виявляється в ядрі клітин і добре сприймає барвник (хромос), звідки і походить його назва.У хімічному плані хроматин складається з комплексу ДНК та білка (туди також входить РНК) та відповідає хромосомам, які в інтерфазному ядрі представлені тонкими нитками та невиразні як індивідуальні структури. Хроматин – речовина хромосом. Хроматин складається з хроматинових фібрил, які можуть розташовуватися в ядрі пухко або компактно. На цій підставі розрізняють два види хроматину: еухроматин - пухкий або деконденсований (деспіралізований) хроматин, що слабо забарвлюється основними барвниками і не видно у світловий мікроскоп, він доступний для транскрипції; гетерохроматин - компактний або конденсований (спіралізований) хроматин, добре забарвлюється тими ж барвниками і видно світловий мікроскоп. При підготовці клітини до поділу (інтерфазу) в ядрі відбувається спіралізація хроматинових фібрил та перетворення хроматину на хромосоми. Після поділу в ядрах дочірніх клітин відбувається деспіралізація хроматинових фібрил і хромосоми знову перетворюються на хроматин. Отже, хроматин і хромосоми є різні фази однієї й тієї ж речовини. Таким чином, за морфологічними ознаками ядра (за співвідношенням вмісту еу- і гетерохроматину) можна оцінити активність процесів транскрипції (синтетичну функцію клітини). При її підвищенні це співвідношення змінюється на користь еухроматину, і навпаки. і клітинах, що гинуть, при зроговуванні епітелію) воно зменшується у розмірах, містить лише гетерохроматин і забарвлюється основними барвниками інтенсивно та рівномірно. Це явище – каріопікноз.Розподіл гетерохроматину та співвідношення вмісту еу- та гетерохроматину характерні для клітин кожного типу, що дозволяє здійснювати їх ідентифікацію. Разом з тим є загальні закономірності розподілу гетерохроматину в ядрі: його скупчення розташовуються під каріолемою, перериваючись в ділянці пір (що обумовлено його зв'язком з ламіною) і навколо ядерця. Дрібніші глибки розкидані по всьому ядру. Тільце Бара – скупчення гетерохроматину, що відповідає одній Х-хромосомі у особин жіночої статі, яка в інтерфазі скручена та неактивна. У більшості клітин воно лежить у каріолеми, а в гранулоцитах крові має вигляд маленької додаткової часточки ядра («барабанної палички»). Виявлення тільця Бара (зазвичай в епітеліальних клітинах слизової оболонки ротової порожнини) використовується як діагностичний тест для визначення генетичної статі.

76.Дифузний та конденсований хроматин (еу-і гетерохроматин).

Хроматин – дрібні зернятка і брили, що виявляється в ядрі клітин і добре сприймає барвник (хромос), звідки і походить його назва. У хімічному плані хроматин складається з комплексу ДНК, РНК і білка, де ДНК знаходиться в різному ступені конденчації, і відповідає хромосомам, які в інтерфазному ядрі представлені тонкими нитками та невиразні як індивідуальні структури. Хроматин – речовина хромосом. Хроматин складається з хроматинових фібрил, які можуть розташовуватися в ядрі пухко або компактно.На цій підставі розрізняють два види хроматину: еухроматин - пухкий або деконденсований (деспіралізований) хроматин, що слабо забарвлюється основними барвниками і не видно у світловий мікроскоп, він доступний для транскрипції; гетерохроматин - компактний або конденсований (спіралізований) хроматин, добре забарвлюється тими ж барвниками і видно світловий мікроскоп. При підготовці клітини до поділу (інтерфазу) в ядрі відбувається спіралізація хроматинових фібрил та перетворення хроматину на хромосоми. Після поділу в ядрах дочірніх клітин відбувається деспіралізація хроматинових фібрил і хромосоми знову перетворюються на хроматин. Отже, хроматин і хромосоми є різні фази однієї й тієї ж речовини. Таким чином, за морфологічними ознаками ядра (за співвідношенням вмісту еу- і гетерохроматину) можна оцінити активність процесів транскрипції (синтетичну функцію клітини). При її підвищенні це співвідношення змінюється на користь еухроматину, і навпаки. і клітинах, що гинуть, при зроговуванні епітелію) воно зменшується у розмірах, містить лише гетерохроматин і забарвлюється основними барвниками інтенсивно та рівномірно. Це явище – каріопікноз. Розподіл гетерохроматину та співвідношення вмісту еу- та гетерохроматину характерні для клітин кожного типу, що дозволяє здійснювати їх ідентифікацію. Разом з тим є загальні закономірності розподілу гетерохроматину в ядрі: його скупчення розташовуються під каріолемою, перериваючись в ділянці пір (що обумовлено його зв'язком з ламіною) і навколо ядерця (перинуклеарно). Дрібніші глибки розкидані по всьому ядру.Тільце Бара – скупчення гетерохроматину, що відповідає одній Х-хромосомі у особин жіночої статі, яка в інтерфазі скручена та неактивна. У більшості клітин воно лежить у каріолеми, а в гранулоцитах крові має вигляд маленької додаткової часточки ядра («барабанної палички»). Виявлення тільця Бара (зазвичай в епітеліальних клітинах слизової оболонки ротової порожнини) використовується як діагностичний тест для визначення генетичної статі.

Будова та функції ламінів

До типу V білків проміжних філаментів відносяться ламіни, які за своїми властивостями істотно відрізняються від білків цитоплазматичних філаментів:
• Вони локалізуються всередині ядра
• Для них характерний альтернативний сплайсинг
• Вони піддаються модифікаціям, які забезпечують прикріплення до мембрани.
• Вони мають стрижнеподібні домени з вкрай протяжними спіральними ділянками 1В. Цю особливість вони поділяють з білками проміжних філаментів безхребетних, та
• Для них характерний зовсім інший спосіб складання філаментів, і вони ніколи не утворюють кополімерів з білками проміжних філаментів, що не належать до типу V.

Ламіни утворюють міцну мережу філаментів на внутрішній поверхні ядерної мембрани, де вони взаємодіють з набором специфічних білків, включаючи білки, що зв'язуються з ламіном, і рецептор ламіну В. В результаті такої взаємодії утворюється і підтримується функціональне оточення ядра клітини. У ссавців три гени (LMNA, LMNB1 і LMNB2) кодують синтез шести білків: ген LMNA в результаті альтернативного сплайсингу утворює три іРНК, що відповідають білкам А, С1 та С2 (відомі під загальною назвою ламини A-типу).

Ген LMNB1 кодує ламін, а іРНК ламіну В2 в результаті сплайсингу може транслюватися в В2 або В3. Ламіни В-типу експресуються у всіх клітинах, починаючи з раннього ембіонального періоду, тоді як утворення ламінів A-типу обмежене більш диференційованими клітинами. Наприклад, базальні кератиноцити шкірного епідермісу експресують тільки ламін В2, а в міру їхнього диференціювання одночасно починають експресуватися ламіни A-типу. Експресія ламінів С2 та В3 та їх гомологів в інших хребетних обмежується гермінативними клітинами.

Білки філаментів ламіни характеризуються значними структурними відмінностями від цитоплазматичних білків проміжних філаментів. Складання їх у філаменти також відрізняється від процесу, характерного для цитоплазматичних філаментів. У ламінів спіралізований субдомен містить 1 шість гептад амінокислот (всього 42 залишку), які відсутні в білках цитоплазматичних філаментів хребетних.

Такої різниці в розмірах стержнеподібних доменів ламінів достатньо для запобігання можливості їх кополімеризації з білками інших проміжних філаментів. Довгі спіралізовані субдомени 1 також виявлені в білках проміжних філаментів цитоплазми у безхребетних, що розглядається як вагомий доказ того, що вони є досить «давніми» в еволюційному плані.

Імунофлуоресцентне фарбування ламіну В у фібробластах на різних стадіях клітинного циклу.
Ламін В локалізується в ядерній оболонці в інтерфазі, проте в профазі, у міру його фосфорилювання, фрагментує.
У метафазі ламін залишається в диспергированном стані і в телофазі реасоціює з хроматином,
формуючи нову оболонку навколо кожного дочірнього ядра, що утворюється при цитокінезі.

Тому вважається, що ламіни відносяться до еволюційно найдавніших форм проміжних філаментів. Ймовірно, створення механізму захисту тендітних ниток ДНК від розривів стало раннім і суттєвим кроком на шляху еволюції складних організмів.

Як показано на малюнку нижче у клітин ссавців, у мітозі ядерна оболонка розпадається, і для того, щоб це могло статися, ядерна ламіну повинна дисоціювати. У профазі відбувається фосфорилювання в головних та хвостових доменах ламінів. Це здійснюється під дією мітотичної кінази Cdk1 і призводить до розбирання ламіну. Хвостові домени також містять послідовності, які специфічно направляють ламіни в ядро ​​(сигнал ядерної локалізації) та утримують їх там (мембранне заякорювання, яке відсутнє у ламінів А-типу).

У мітозі ламіни А- і В-типу поводяться по-різному. Ламіни В-типу під час всього мітозу залишаються пов'язаними з фрагментами везикул ядерної мембрани, тоді як ламіни A-типу розподіляються по всій цитоплазмі. Наприкінці мітозу, коли знову формується ядерна оболонка, ламіни поступово зв'язуються із конденсованим хроматином. Ламіни В-типу взаємодіють з ядерною мембраною за допомогою посттрансляційної модифікації ліпідів на місця розташування консервативних послідовностей на кінці хвостового домену.

У ламінах A-типу цей сайт видаляється при сплайсингу РНК або при посттрансляційному протеолізі. Таким чином, у більшості клітин лише В-ламін може безпосередньо взаємодіяти з ядерною мембраною.Однак у генеративних клітинах (сперматозоїди) С2 ламін має додатковий механізм заякорювання, який забезпечує зв'язування його головного домену з ядерною мембраною.

З'ясування механізмів взаємозв'язку між мутаціями ламінів та виникненням певних захворювань є важким завданням. Мутації в ламінах A-типу пов'язані з різноманітними генетичними порушеннями, які торкаються м'язової, нервової та жирової тканини. Ці порушення варіюють від сімейної парціальної ліподистрофії (втрата жирової тканини з деяких ділянок тіла) до різних форм прогресуючої периферичної нейродегенерації (хвороба Charcot-Marie-Tooth типу 2В1) та прогерії. Як показують експерименти на культурах клітин, мутації, які порушують функції ламінів або повністю вимикають їх, призводять до зниження міцності ядерної оболонки, яка стає нездатною підтримувати свою форму; у хворих розвиваються спонтанні грижі та знижена стійкість до механічних навантажень.

У людини мутації в ламін В-типу не виявлені, і, ймовірно, вони є летальними, оскільки ці ламіни експресуються в ранньому ембріогенезі у всіх клітинах. Проте миші, у клітинах яких експресується укорочений, пошкоджений варіант ламіну, характеризуються множинними дефектами розвитку, що нагадують багато патології людини, пов'язані з мутаціями в ламінах A-типу, які незабаром після народження виявляються летальними. Ця модель допоможе прояснити механізми розвитку деяких хвороб людини.

Дослідження наслідків порушення функцій деяких білків виявляється надзвичайно інформативним для розуміння білкових функцій взагалі, і, звичайно, це зокрема стосується і проміжних філаментів.Зрозуміло, ми не може стверджувати, що повною мірою з'ясували патогенез того чи іншого захворювання, проте у випадку кератинів, десміну, GFAP і білків нейрофіламентів існує інтуїтивний зв'язок між клінічними його проявами і підвищеною травмованістю клітин. , чи всі вони пов'язані лише зі зниженням еластичності клітин і тканин, що має первинну чи вторинну природу.

Звичайно, на рівні клітини багато типів фізіологічного стресу можуть переходити в механічний стрес. Так, наприклад, вплив хімічних сполук може спричинити збільшення осмотичного тиску. Навпаки, ламінопатії можуть відображати прискорену селективне видалення з тканини пошкоджених клітин з первинною тканинною мішенню, яка визначається іншими, поки неідентифікованими факторами. У цій галузі належить виконати ще багато досліджень.

Клітинне ядро.

Форма ядра різних клітин неоднакова: зустрічаються клітини з округлим, овальним, бобоподібним, паличкоподібним, багатолопатевим, сегментованим ядром. Найчастіше форма ядра загалом відповідає формі клітини: воно зазвичай сферичне у клітинах округлої чи кубічної форми, витягнуте чи еліпсоїдне у призматичних клітинах, сплощене у плоских. Розташування ядра варіює в різних клітинах, воно може лежати в центрі (у клітинах округлої, плоскої, кубічної або витягнутої форми), біля її базального полюса (у клітинах призматичної форми) або на периферії (жирові клітини).Величина ядра в середньому 5-10 мкм, і вона відносно стала для кожного типу клітин, проте може змінюватися в певних межах, збільшуючись при збільшенні функціональної активності клітини і зменшуючись при її пригніченні. У різних видах клітин спостерігається неоднакове співвідношення ядра та цитоплазми. Так, наприклад, у клітинах ядерного типу - велике ядро ​​та вузький обідок цитоплазми (лімфоцит), у клітинах цитоплазматичного типу об'єм цитоплазми перевищує обсяг ядра (н-р, келихоподібні клітини).

Компоненти ядра. Каріолема – або ядерна оболонка, хроматин, ядерце та каріоплазма (ядерний матрикс або ядерний сік).

1. зберігання генетичної інформації (у молекулах ДНК, що у хромосомах)

2. реалізація генетичної інформації, що контролює здійснення різноманітних процесів у клітині – від синтетичних до запрограмованої загибелі (апоптоз)

3. відтворення та передачу генетичної інформації (при розподілі клітини)

Ядерна оболонка – на світлооптичному рівні практично не визначається, під електронним мікроскопом виявляється, що вона складається з двох мембран – зовнішньої та внутрішньої розділених порожниною шириною 15-40 нм (перинуклеарним простором). Зовнішня - покрита рибосомами та тісно пов'язана з гр. ЕПС. Нерідко можна побачити, як зовнішня мембрана продовжується в канальці гр. ЕПС. Внутрішня мембрана є місцем кріплення хромосом. У нуклеолемі є ядерні пори. До їх складу входять порові комплекси, у складі яких є: отвір пори діаметром близько 90 нм, гранули пори та мембрана пори. Отвір пори утворюється внаслідок злиття зовнішньої та внутрішньої мембран. Гранули пори розташовуються в 3 ряди, по 8 гранул у кожному ряду. Розміри гранул близько 25 нм.Від гранул до центру сходяться фібрили, що формують діафрагму, в середині якої лежить центральна гранула (за деякими уявленнями - це субодиниця рибосоми, що транспортується через пору).

Функції комплексу ядерної доби:

1. Забезпечення регулювання виборчого транспорту речовин між цитоплазмою та ядром.

2. Активне перенесення в ядро ​​деяких білків, що мають особливе маркування та розпізнається рецепторами в комплексі пори.

3. Перенесення в цитоплазму субодиниць рибосом.

Чим більше пір у нуклеолемі, тим активніше ядро, якщо активність знижена, то кількість пір зменшується, якщо синтетична активність ядра близька до нуля, то пори в ядрі відсутні (н-р, каріолема ядра сперматозоїда).

Хроматин займає основну частину об'єму ядра. Він представлений темними (електроноплотними) глибками - т.зв., беруть участь у транскрипції частини хромосом, які знаходяться в деконденсованому (дифузному) стані.
і прилягають до ядерної оболонки. При зміні стану клітини або в процесі диференціювання можливий перехід частини гетерохроматину в еухроматин і назад. , в ядрі нервової клітини гетерохроматину дуже мало - ядро ​​та клітина в цілому функціонально дуже активні. Навпаки, у лімфоциті спостерігається переважання гетерохроматину.Це цілком корелює з дуже малим обсягом цитоплазми, яка до того ж бідна на органели. Дана клітина циркулює в крові, і процеси синтезу РНК та білків йдуть у ній з невеликою швидкістю. Хроматин дає позитивну реакцію на ДНК (реакція Фельгена) - ДНК забарвлюється у вишневий колір, а всі інші структури зелений, також за методом Браше хроматин забарвлюється метиловим зеленим у відповідний колір барвника. Весь хроматин загалом – це сукупність 46 хромосом. Кожна з них є нуклеопротеїдним комплексом - дволанцюжковою молекулою ДНК, яка певним чином пов'язана з ядерними білками. Вміст білків у хромосомі за масою в 1,3-1,7 рази більший, ніж ДНК. Крім того, у хромосомі виявляється і РНК, що є продуктом транскрипції. Тарнскрипція супроводжується експресією рибосомних та нерибосомних генів. Ген – одиниця спадкової інформації, що складається з нуклеотидів.

Експресія нерибосомних генів:

1. Супроводжується синтезом гігантської молекули гетерогенної та-РНК за участю каталізатора ДНК-полімерази

2. Гігантська і-РНК піддається сплайсингу, в результаті довжина гігантської і-РНК коротшає в 10-30 разів і вона перетворюється на і-РНК.

3. і-РНК взаємодіє з білками та утворює РНК-азну гранулу (інтерхроматинова гранула діаметром 30 нм).

4. Переміщаючись на перпіферію ядра, інтерхроматинова гранула перезріває в перихроматинову гранулу діаметром 45 нм.

5. Перихроматинова гранула залишає ядро ​​у формі інформосом.

Одним із компонентів гетерохроматину може бути т.зв. статевий хроматин.

У чоловіків у наборі хромосом кожної клітини містяться, як відомо, за однією Х- та Y-статевою хромосомою. Обидві вони перебувають у деконденсованому стані, тобто.входять до фракції еухроматину. У жінок у клітинах містяться дві Х-хромосоми. Одна з них деконденсована. Друга Х-хромосома завжди знаходиться в конденсованому стані, утворюючи в ядрі компактне тільце - статевий хроматин. Для виявлення статевого хроматину зазвичай вивчають мазок крові. У нейтрофільних лейкоцитах жінок статевий хроматин виявляється у вигляді барабанної палички, що знаходиться в одному із сегментів ядра. За цією ознакою у судовій медицині відрізняють кров жінок від крові чоловіків. У деконденсованому стані довжина однієї молекули ДНК дорівнює середньому близько 5 див, а загальна довжина молекули ДНК всіх хромосом у ядрі понад 2м. У цьому очевидна необхідність компактної упаковки молекул ДНК.

Виділяють 4 рівні компактизації ДНК:

1. Нуклеосомний (довжина зменшується у 6-7 разів). Нуклеосома – це білкова частка, що складається з основних білків – гістонів. Основа кожної нуклеосоми-глобулу з 8 молекул гістонів (октамер). Дволанцюжкова молекула ДНК послідовно "намотана" на величезну кількість таких глобул, роблячи навколо кожної з них майже по 2 обороти (1,75 разів). У ділянках між глобулами із ДНК пов'язано ще по 1 молекулі гістону. У результаті, сукупність нуклеосом виглядає як ланцюг намистин, а деконденсований хроматин має гранулярну структуру.

2. Нуклеомерний (компактизація у 40 разів). Формується суперспіраль. Її витки утворюють нуклеосоми обвиті ДНК. Кожен виток суперспіралі утворений 6 нуклеосомами і називається нуклеомерою, її діаметр 25-30 нм. Суперспіраль – це елементарна нитка еухроматину. Гетерохроматин та повністю конденсовані хромосоми теж мають нуклеосомну організацію.Однак тут додаються і такі рівні укладання хромосоми, що призводить до різкого скорочення її довжини.

3. Хромомірний (компактизація у 680 разів).

суперспіраль у бічні петельні домени, з утворенням хромомери.

4. Хромонемний - пов'язують зі зближенням хромомерів, бічні петлі переплітаються і утворюють кластери, які формують хромонему. Їхній діаметр від 300 нм.

Сукупність числа, розмірів і особливостей будови хромосом називається каріотипом. Каріотип людини представлений 46 хромосомами - 22 пари аутосом і двома статевими хромосомами.

Ядро - це місце утворення рибосом в клітині. Воно утворено спеціалізованими ділянками хромосом, які називаються ядерцевими організаторами. виявляється в інтерфазному ядрі на Світлооптичний рівень як дрібна щільна гранула, що інтенсивно забарвлюється основними барвниками.Розміри та число ядерців збільшуються при підвищенні функціональної активності клітини. Особливо великі ядерця характерні для ембріональних клітин, що активно синтезують білки, а також клітин швидко зростаючих злоякісних пухлин. Під електронним мікроскопом у ядерці виявляють 3 компоненти.

1. центральний фібрилярний світлий компонент - фарбується блідо, де знаходиться ДНК ядерцевого організатора, що містить інформацію про р-РНК.

2. периферичний фібрилярний компонент - у вигляді тонких ниток і є транскриптами р-РНК.

3 гранулярний компонент - субодиниці рибосом.

Каріоплазма - рідкий компонент ядра, в якому розташовуються хроматин та ядерце. Містить воду та ряд розчинених та зважених у ній речовин: РНК, глікопротеїни, іони, ферменти, метаболіти. Деякі автори поділяють поняття каріоплазми та ядерного матриксу, до останнього крім каріоплазми відносять також і каріоскелет, що складається з ядерної ламіни та фібрилярної мережі, що пронизує ядро. Ламін це пластинка білкової природи, яка пов'язана з внутрішньою мембраною. До ядерної ламіни та внутрішньоядерної фібрилярної мережі кріпляться хромосоми, а також
різноманітні білкові комплекси з ферментативною чи регуляторною функцією.

Клітинний цикл - це час існування клітини від одного поділу до іншого, або від поділу до загибелі. Клітинний цикл включає власне мітотичний поділ та інтерфазу – проміжок між поділками. Інтерфаза значно більш тривала, ніж мітоз (зазвичай займає не менше 90% клітинного циклу) і поділяється на 3 періоди: пресинтетичний або постмітотичний (G1), синтетичний (S) та постсинтетичний або премітотичний (G2).

G1 - настає відразу після мітозу і характеризується активним зростанням клітини та синтезом білка і РНК, завдяки чому клітина досягає нормальних розмірів і відновлює необхідний набір органел (тривалість від дек годин до дек днів)

G2 – Протягом цього періоду клітина здійснює безпосередню підготовку до поділу. Відбувається дозрівання центріолей, запасається енергія, синтезується РНК і білки (зокрема тубуліни, необхідні освіти веретена поділу). Тривалість 2-4 години. Деякі клітини можуть виходити із клітинного циклу, це позначається буквою G0. Клітина, що у цей період, втрачає здатність до мітозу. У тому випадку, якщо клітина тимчасово втрачає здатність до поділу, вона піддається початковому диференціювання. При цьому диференційована клітина спеціалізується на виконання певної функції, після чого вона здатна знову повернутися в клітинний цикл. Н-р, при пошкодженні печінки гепатоцити, що зазнали початкового диференціювання, повертаються в клітинний цикл, і за рахунок їхнього поділу відбувається швидке відновлення тканини. Ті клітини, які остаточно втрачають здатність до поділу, що неспроможні повернутися у клітинний цикл і гинуть. Н-р, гранулоцити крові, що зазнали диференціювання, функціонують протягом 8 діб, а потім гинуть. Також високоспеціалізовані клітини – кардіоміоцити або нервові клітини не здатні ділитися.

Мітоз - непрямий поділ. У процесі якого відбувається рівномірний розподіл хромосомного матеріалу між дочірніми клітинами. Виділяють 4 фази, загальна тривалість яких 2:00. Профаза – 30-60 хв, метафаза 10-20 хв, анафаза – 2-3 хв, телофаза – 30-40 хв.

Мейоз – це такий поділ, при якому в дочірніх клітинах виявляється половинний (гаплоїдний) набір хромосом. Такий поділ має місце при утворенні статевих клітин. Особливості мейозу: складається з 2-х поділів, друге поділ без S-періоду в інтерфазі, 80% часу займає профаза першого поділу. У ній виділяють періоди: 1. Лептотена - хромосоми спіралізуються і набувають вигляду тонких ниток. 2. Зиготена - гомологічні хромосоми кон'югують один з одним. Хромосоми обмінюються гомологічними ділянками (кросинговер). Разом з тим активуються синтези РНК та білка. Завдяки цьому, сильно збільшується обсяг ядра та клітини. Диплотена – гомологічні хромосоми починають розходитися. Але між ними зберігаються хіазми - перехрести в місцях кросинговера, що відбувся. Через ще більшу спіралізацію хромосоми потовщуються і поділяються на хроматиди. Тому кожна пара гомологічних хромосом виглядає як зошит. Діакінез - хіазми зникають через ще більшу розбіжність гомологічних хромосом.

Амітоз – цей тип поділу характеризується тим, що хромосомний матеріал ядра материнської клітини може розподілятися нерівномірно між дочірніми клітинами. Такий тип поділу вважається ненормальним.

Поліплоїдія - це збільшення кількості хромосом в ядрі клітини. В результаті утворюються поліплоїдні клітини. Це може відбуватися в результаті блокування однієї з фаз мітозу або порушення цитотомії під час телофази. Н-р, гепатоцити, мегакаріоцити червоного кісткового мозку, гландулоцити ацинусів слинних залоз.

Ендорепродукція - це багаторазове послідовне подвоєння ДНК, в результаті збільшується набір хромосом, при цьому хромосоми пов'язані тонкими нитками, ці структури називаються політенами. Характерними для клітин плаценти.

Будова та функції ядерної оболонки

• Ядро оточене оболонкою, що складається з двох мембран

• Зовнішня ядерна мембрана є продовженням мембран ЕПР, а перинуклеарний простір (просвіт) перетворюється на просвіт ЕПР

• У ядерній оболонці є численні ЯПК, які є єдиними каналами обміну молекулами і макромолекулами між ядром і цитоплазмою.

Ядро оточене оболонкою, що складається з двох концентрично розташованих зовнішньої та внутрішньої ядерних мембран. Кожна мембрана містить певний набір білків та суцільний подвійний шар фосфоліпідів. За винятком деяких одноклітинних еукаріотів, внутрішня ядерна мембрана підтримується мережею філаментів, закріплених у сітчастій структурі. Ця мережа філаментів називається ядерна ламіна.

Зовнішня ядерна мембрана перетворюється на мембрани ЭПР і, як і більшість його мембран, покрита рибосомами, що у синтезі білка. На малюнку нижче показано зв'язок зовнішньої мембрани з ЕПР.

Простір між зовнішньою та внутрішньою ядерними мембранами являє собою перинуклеарний простір (ПП). Так само як зовнішня мембрана пов'язана з мембраною ЕПР, ПП ядерної оболонки контактує із внутрішнім простором ЕПР. Товщина кожної із двох мембран становить 7-8 нм (нм), а ширина ПП ядерної оболонки - 20-40 нм.

При дослідженні препаратів ядерної оболонки в електронному мікроскопі найбільш помітною особливістю структури є ЯПК (ядерні порові комплекси), які служать каналами транспортування більшості молекул між ядром і цитоплазмою. Оболонка ядер більшості клітин містить близько 10-20 ЯПК на квадратний мікрон поверхні. Так, клітини дріжджів містять 150-250 ЯПК, а соматичні клітини ссавців 2000-4000.

Однак деякі клітини мають набагато більшу щільність пір, ймовірно, тому, що для них характерна висока інтенсивність процесів транскрипції та трансляції, що передбачає транспорт великої кількості макромолекул в ядро ​​і з нього. Наприклад, поверхня ядра ооцитів амфібій майже повністю покрита ЯПК.

Як могла виникнути подвійна ядерна мембрана? В еукаріотичній клітині, мітохондрії та хлоропласту також мають подвійну мембрану. Згідно з гіпотезою ендосимбіозу, ці органели утворилися в ході еволюції, коли одні клітини захопили інших у процесі ендоцитозу. Потім поглинені клітини виявилися оточеними двома мембранами: своєю та мембраною клітини-господаря. Виявилося, що деякі з поглинених клітин проявляють метаболічну активність, наприклад, на відміну від клітин господаря, здатні здійснювати фотосинтез.

Найбільш переконливий доказ на користь ендосимбіотичного походження мітохондрій і хлоропластів полягає в тому, що рибосоми обох органел більше нагадують рибосоми сучасних прокаріотів, і меншою мірою ці мікроструктури цитоплазми еукаріотичної клітини. Набагато менш зрозумілим є походження ядра.Однак існування подвійної ядерної мембрани, подібно до мембрани мітохондрій і хлоропластів, дозволяє припускати, що захоплена прокаріотична клітина перетворилася на ядро, що містить всю клітинну ДНК.

Ядерна оболонка з'єднана з ендоплазматичним ретикулумом (ЕПР). Поверхня ядерної мембрани ооциту Xenopus laevis покрита комплексами ядерних пір. Ядро могло утворитися в результаті ендосимбіозу, процесу,
при якому одна прокаріотична клітина захоплює іншу клітину; потім захоплена клітина стає примітивним ядром.