Transcript Prokariotske ćelije

Genetika životinja
2.
Građa ćelije i hromozoma
Građa ćelije
•Ćelije su osnovne gradivne i funkcionalne jedinice svih živih bića,
osim virusa koji nemaju ćelijsku građu.
•Prema složenosti građe razlikuju se dve vrste ćelija:
prokariotske ćelije, koje nemaju jedro već im je genetički
materijal u vidu prstenaste DNK smešten u citoplazmi;
eukariotske
ćelije,
čiji
se
genom
nalazi
u hromozomima smeštenim u jedru i koje imaju složenu i
dobro organizovanu unutrašnju strukturu.
Prokariotske ćelije - bakterije
Bakterije nemaju jedarnu membranu
Bakterije imaju samo jedan hromozom
Bakterijska ćelija je haploidna (ima jedan hromozom)
Bakterijski hromozom je celom dužinom dostupan za proces transkripcije
Pored hromozomske DNK mogu postojati i ekstrahromozomski segmenti
DNK
Eukariotske ćelije
•Prema obliku ćelije se u organizmu životinja mogu
podeliti na:
okrugle, kao što je jajna ćelija;
pljosnate, ćelije krvnih i limfnih sudova;
cilindrične, ćelije epitela creva, materice i jajovoda;
kockaste, ćelije tireoidne žlezde (štitna žlezda);
vretenaste, ćelije glatkih mišića;
poligonalne, ćelije jetre;
ćelije nepravilnog oblika kao što su nervne ćelije čije telo može da ima
različite oblike (zvezdast, ovalan, kruškolik, ptiramidalan i dr)
Osobine ćelije
Rastu do veličine koja je karakteristična za datu vrstu ćelije;
Primanje signala iz spoljašnje sredine na koje ćelija na određeni način
odgovara;
Život ćelije odvija se kroz cikluse koji se završavaju ili deobom ili
ćelijskom smrću; pri deobi ćelija daje nove ćelije;
Jedinstven hemijski sastav;
Jedinstvena građa;
Ćelija može da obavlja različite funkcije:
•mehanička zaštitna od uticaja iz spoljašnje sredine (epitelne ćelije)
•kontraktilnost (mišićna ćelija)
•sinteza i sekrecija (lučenje) (žlezdane ćelije)
•komunikacija sa spoljašnjom sredinom
•razmnožavanje, polne ćelije
•zaštita organizma od mikroorganizama i stranih materija
(ćelije imunog sistema)
•apsorpcija (upijanje)
•ekscitabilnost (stvaranje električnih impulsa), nervne ćelije
•provodljivost (nervna ćelija)
•ćelije vezivnog tkiva (koštane, hrskavičave i dr).
Ćelije su izgrađene od mnogo delova, nazvanih organele, od kojih svaki
ima različitu funkciju, ulogu.
Životinjska ćelija:
1 - mitohondrije;
2, 6-granularni endoplazmatični
retikulum;
3 - nuklearni ovoj;
4 - jedarce;
5 - nukleoplazma;
7 - ribozomi;
8 - mikrofilamenti;
9 - lizozom;
10 - peroksizom;
11 - centrozom;
12 - mikrotubule;
13 - agranularni ER;
14 - Goldžijev aparat;
15 - ćelijska membrana
jedro
Mitohondrije su organele sa najvećom količinom membrana. Njihov
sadržaj je obavijen dvema membranama – spoljašnjom i unutrašnjom,
između kojih se nalazi međuprostor. Spoljašnja membrana je glatka i u
kontaktu je sa citoplazmom. Unutrašnja membrana gradi mnoge uvrate
označene kao kriste (pregrade) na kojima se nalaze enzimi
respiratornog lanca. U mitohondrijalnom matriksu nalaze ribozomi (70S)
i mitohondrijalna DNK (prstenasta je).
Endoplazmatični retikulum (ER) je mreža membrana koja se prostire
kroz čitavu ćeliju. Osnovna uloga ove organele je sinteza i transport
materija kroz ćeliju. Razlikuju se dve vrste granularni i agranularni.
Granularni ER na membranama nosi ribozome pa se u njemu sintetišu
proteini. Agranularni ER nema ribozome i u njemu se sintetišu lipidi i
njihovi derivati.
Ribozomi su jedine organele prisutne i u prokariotskoj i u eukariotskoj ćeliji.
Sastoje se od dve subjedinice (velike i male) koji se povežu sa molekulom iRNK i tada sintetišu protein. Povezivanjem većeg broja ribozoma sa i-RNK
nastaje polizom.
Jedro
Najupadljivija, velika organela eukariotskih ćelija je jedro. Sam latinski
naziv – nucleus (jezgro), govori o značaju jedra za ćeliju. U njemu se nalazi
DNK (geni) u kojoj je zapisano sve ono što ćelija treba da uradi da bi se
održala u životu i prilagodila na promene u okolini. Jedro reguliše (upravlja)
sve procese u ćeliji, u njemu se obavlja i sinteza DNK(replikacija) i svih
vrsta RNK (transkripcija).
Jedro se sastoji od:
Shema građe jedra i veze sa ER:
1 - nukleusni ovoj
2 - ribozomi
3 - kompleks nukleusne pore
4 - jedarce
5 - hromatin
6 - jedro
7 - endoplazmatični retikulum (ER)
8 - nukleoplazma
jedrove opne (nuklearnog ovoja) i
jedrovog soka (nukleoplazme).
Nuklearni ovoj je izgrađen od dve membrane: spoljašnje i
unutrašnje između kojih se nalazi perinuklearni prostor.
Nuklearni omotač sadrži otvore ( nuklearne pore) preko
kojih se obavlja razmena materija između nukleoplazme i
citoplazme ćelije. Nukleoplazma je unutrašnjost jedra
odvojena od citoplazme unutrašnjom jedrovom
membranom. U nukleoplazmi se nalaze hromozomi –
hromatin i jedarce (nukleolus).
Građa hromozoma
Hromozomi su telašca karakterističnog oblika koja se dobro boje pa
se u jedru mogu uočiti za vreme deobe.
Naziv potiče od gr. chromos = boja i soma = telo.
Otkrio ih je Valter Fleming (1843-1905) 1882. godine prilikom
istraživanja deobe ćelija.
 Najbolje se uočavaju za vreme metafaze mitoze pa se tada i
izučavaju i nazivaju metafazni hromozomi ili mitotski hromozomi.
Svaki metafazni hromozom se sastoji od:
dve sestrinske hromatide koje sadrže po jedan molekul DNK, i
s obzirom da nastaju replikacijom, ti molekuli su potpuno jednaki
po sadržaju gena; zato se hromatide nazivaju sestrinske;
centromere ili primarnog suženja koje spaja hromatide;
neki hromozomi mogu da, pored primarnog, sadrže i sekundarno
suženje;
telomere
Na
centromeri
se
nalazi
proteinska struktura, kinetohor,
koja se formira na početku
mitoze i ima ulogu da veže
hromozom za deobno vreteno.
Ona
usmerava
kretanje
hromozoma za vreme deobe pošto
se za nju vezuju konci deobnog
vretena.
•Centromera deli hromozom na dva kraka:
kratki krak (obeležava se prema međunarodnom dogovoru sa p)
je deo hromozoma iznad centromere;
dugi krak (obeležen sa q) se nalazi ispod centromere
•Prema položaju centromere razlikujemo morfološke tipove hromozoma:
A
B
C
D
–
–
–
–
telocentričan
akrocentričan
submetacentričan
metacentričan (p = q)
P krak
q krak
Homologi hromozomi su spareni hromozomi identični po veličini,
obliku i funkciji.
U svakom paru homologih hromozoma (bivalent ili tetrada) jedan
potiče iz majčine, a drugi iz očeve garniture hromozoma.
Sparivanje homologih hromozoma dešava se u zigotenu profaze mejoze I
i naziva sinapsa, a razdvajanje se vrši u anafazi mejoze I. Između
sparenih hromozoma dolazi do krosing-overa u pahitenu profaze mejoze
I.
Kod
sisara,
jedan
par
hromozoma je različit kod
muškog pola, xy. To
su polni hromozomi.
Broj hromozoma
kariotip – kariogram - idiogram
Broj hromozoma je stalan i karakterističan za svaku biološku
vrstu i naziva se kariotip.
Telesne (somatske) ćelije imaju diploidan (grč. diploos = dvostruk) broj
hromozoma [obeležava se kao 2n].
Broj hromozoma različitih vrsta domaćih i gajenih životinja
Vrsta
Šaran
Ćurka
Kokoška
Pas
Konj
Magarac
Govedo
Koza
Pastrmka
Ovca
Bivo
Mačka
Svinja
Latinski naziv
Cyprinus carpio
Meleagris gallopova
Gallus gallus domesticus
Canis lupus familiaris
Equus caballus
Equus Asinus
Bos taurus
Capra hircus
Salmo truta
Ovis aries
Bubalus bubalis
Felis catus
Sus scrofa ferus
Broj hromozoma, 2n
104
82
78
78
64
62
60
60
60
54
48
38
38
Priprema hromozoma
kariotip – kariogram - idiogram
Kada se hromozomi fotografišu, iseku i slože po
parovima,dobija se kariogram
Hromozomi se slažu u skladu sa međunarodno
priznatim metodama numeracije koja se u velikoj
meri zasniva na slaganju po veličini i / ili mestu
centromera.
Idiogram govečeta
Kada se hromozomi šematski slože,
dobijamo idiogram
Svi autosomni hromozomi goveda
su akrocentrični, samo X i Y
hromozomi su metacentrični.
Postoji velika sličnost između
hromozoma govečeta, koza i ovaca.
Kariotip koze
Koza ima 60 hromozoma koji su veoma
slični hromozomima govečeta, osim X i Y
polnih hromozoma, X hromozom je
akrocentričan, a Y je znatno manji od Y
hromozoma govečeta.
Kariogram ovce
Ovce imaju iste razlike u odnosu na polnehromozome, ali je došlo do tri centromerne fuzije
na hromozomima 1/3, 2/8 i 5/11 u odnosu na goveda i
koze, ovaca stoga ima 54 hromozoma.
metacentrik
Svinja ima 6 parova akrocentričnih hromozoma i 12
parova metacentričnih autosoma. X-chromozomei su
takođe metacentrićni.
Kariogram konja
Kariotip konja sadrži 64 hromozoma
(2n=64), 62 autosoma sa različitom
morfologijom i 2 polna submetacentrika.
Idiogram kokošaka
Hromozomi-Hromatin
U periodu između dve deobe (u interfazi) hromozomski
materijal je raspoređen po celom jedru kao difuzna masa i naziva
se hromatin.
Prvi put ga je opisao Valter Fleming (1843-1905) 1882.
godine prilikom istraživanja deobe ćelija.
Vrste hromatina
Prema jačini bojenja razlikuju se dve vrste hromatina:
heterohromatin i
euhromatin.
Heterohromatin je kondenzovan (spiralni navoji DNK su zbijeni) pa je
zbog toga tamnije obojen i lako se uočava u jedru.
Euhromatin je difuzan (rasplinut – manje su zbijeni navoji DNK) pa je
usled toga svetlije obojen.
Ćelije koje intenzivno sintetišu neki protein imaju malo
heterohromatina, a dosta euhromatina – njihova jedra
su svetlija, jer je heterohromatin neaktivan
u transkripciji, dok je euhromatin aktivan.
Hromatin eukariota se sastoji od:
DNK,
proteina i
male količine RNK
Proteini hromatina se svrstavaju u dve klase :
histone, koji su važni za pakovanje DNK
nehistonske proteine
Histonski proteini su veoma slični kod različitih eukariotskih organizama, što
znači da se tokom evolucije živog sveta nisu mnogo menjali pa se za takve proteine
kaže da su konzervativni (očuvani). Tako se histon H4 čoveka i kvasca razlikuju u
samo osam aminokiselina.
Oni su gradivni proteini hromatina jer učestvuju u pakovanju DNK, koja se oko njih
namotava (kao konac oko kalema) da bi se ogromna dužina DNK mogla da smesti u
sićušno jedro. Zato se hromatin vidi kao perlasta struktura, gde su perle, ustvari,
DNK namotana oko histona i nazivaju se nukleozomi.
Nehistonski proteini su uglavnom enzimi koji učestvuju u
procesima translacije, replikacije i transkripcije. Većiona njih
su transkripcioni faktori koji regulišu koji će se deo DNK
prepisivati u RNK.
Građa hromatinskog vlakna
Sastoji od:
histonskog oktamera, koji formira jezgro
DNK, koja je namotana oko oktamera skoro 2 puta (tačnije 1,8 puta); njena
dužina je oko 200 bp.
Oktamer se sastoji od 8 molekula histona, po dva molekula histona:
•H2A,
•H2B,
•H3 i
•H4.
Histon H1 je vezan za DNK na mestu
gde ona ulazi i napušta nukleozom, za
tzv. vezujuću (linker) DNK. Vezujuća DNK je
ustvari deo DNK lanca između dva nukleozoma.
Njena dužina najčešće iznosi oko 55 bp, mada
može da varira zavisno od biološke vrste u
rasponu od 8-114 bp. Pored toga histon H1
ostvaruje interakciju i sa DNK koja se
namotava oko histonskog oktamera.