ultrastructura Și organizarea biochimicĂ a celulei … · În lucrarea practică de azi vom...
TRANSCRIPT
NUCLEUL CELULAR
ULTRASTRUCTURA ȘI ORGANIZAREA BIOCHIMICĂ A CELULEI EUCARIOTE
În lucrarea practică de azi vom învăța
• Despre structura și ultrastructura nucleului
• Despre compoziția biochimică a nucleului
• Despre modificările suferite de nucleu pe parcursul etapelor vieții celulei
• Ce sunt ciclul celular și apoptoza
NUCLEUL
• Cel mai mare organit delimitat de endomembrană, prezent în toate celulele (cu unele excepții), cu rol în păstrarea ADN-ului și sinteza acizilor nucleici
• Regula generală: o celulă – un nucleu
• Excepții:
• Celule anucleate – hematiile, celulele fibre ale cristalinului, keratinocitele din stratul superficial al pielii
• Celule binucleate – hepatocitele, miocardocitele (celulele musculare striate cardiace), celulele umbeliforme din epiteliul căilor urinare
• Celule multinucleate – celulele musculare striate scheletice, osteoclastele
4
STUDIUL NUCLEULUI ÎN MICROSCOPIE MO – colorație HE MET
NUCLEUL – ASPECT LA MO
• Organit vizibil la MO
• Aspect bazofil (eucromatic = palid colorat, heterocromatic = intens colorat cu varianta extremă - tahicromatic)
• Formă variată
• Localizare centrală, dar poate fi și periferică
5
Tipuri de nuclei în diverse colorații în diverse celule
6
Nuclei heterocromatici in colorație HE Nuclei eucromatici în colorație Azan Nucleu bilobat în colorație May Grunvwald Giemsa
NUCLEUL – ULTRASTRUCTURĂ
• Înveliş nuclear
• Cromatină: eucromatină (electronotransparentă), heterocromatină (electronodensă)
• Matrice nucleară
• Nucleol
7
8
ULTRASTRUCTURA NUCLEULUI
heterocromatină
eucromatină
ÎNVELIŞUL NUCLEAR • dispare când celula se divide • format din:
• membrane nucleare internă şi externă • spaţiu perinuclear (cisternă perinucleară)
• Membranele nucleare sunt străbătute de pori mari, proteici, care realizează o cale de comunicare între nucleu și citoplasmă Pe fața internă, învelișul nuclear este susținut de o lamină nucleară formată din filamente
intermediare 9
• Membrana externă –
pe faţa citoplasmatică; se continuă cu membrana reticulului endoplasmatic
10
ÎNVELIŞUL NUCLEAR
• membrana internă - în raport cu lamina nucleară
11
© Pearson education, Inc. 2009
Filamente intermediare de lamine nucleare
12
PORUL NUCLEAR
© Pearson education, Inc. 2009
PORUL NUCLEAR • Zonă de comunicare între
nucleu şi citoplasmă, structurat în învelişul nuclear de proteine care traversează cele două membrane ca nişte coloane, solidarizate pe ambele feţe de inele proteice (formează un octogon de porine)
• Traficul prin por este ghidat cu ajutorul numeroaselor filamente proteice atașate
13 © Pearson education, Inc. 2009
Fibrile citoplasmatice
Inel citoplasmatic
Înveliș nuclear
Inel nuclear
Coșuleț nuclear
Inel distal
MATRICEA NUCLEARĂ
•Componentă fibrilogranulară care asigură ancorarea cromatinei, suport pentru transportori
14
NUCLEOLUL
•Organit nedelimitat de endomembrane, vizibil şi în MO şi în ME
•O celulă conţine mai mulţi nucleoli
•Heterogen, electronodens
•3 zone: • Centru fibrilar – cromatină care conţine gene ce codifică ARNr • Zona densă fibrilară – aici are loc transcrierea ADN la ARN • Regiunea granulară – conţine subunităţile ribozomale
• Funcţie: biogeneza subunităţilor ribozomale 15
NUCLEI EUCROMATICI CU NUCLEOLI VIZIBILI
16
CROMATINA
•Principalul constituent al nucleului – complex de ADN cu proteine histonice și non-histonice
17
CROMATINA
•Tipuri de cromatină: • eucromatina – palid colorată (MO), electronoclară (ME), deschisă pentru transcriere genică
• heterocromatină – intens colorată(MO) electronodensă (ME), împachetată strâns, împiedicând transcrierea genică • constitutivă – nu serveşte niciodată ca matrice pentru transcriere
(ex. la nivelul centromerului) • facultativă – condensată (ex. corpusculul Barr)
NUCLEUL – COMPOZIȚIE BIOCHIMICĂ
• Acizi nucleici
• ADN – în fibra de cromatină
• ARN – diverse tipuri
• Proteine (ex.)
• Structurale (în structura cromatinei și în matricea nucleară)
• Enzime
• Transportori
ADN
• ADN este un polimer de nucleotide
• Un nucleotid este format dintr-o pentoză (deoxiriboză), o bază azotată şi una sau mai multe grupări fosfat (mono-di-trinucleotide).
20
NUCLEUL– COMPOZIŢIE BIOCHIMICĂ
21 http://www.genomebc.ca
Nucleozid Adenozină = Timidina Guanozina ≡ Citidina
Baza azotată
Nucleozid
Nucleotid monofosfat
Nucleotid difosfat
Nucleotid trifosfat
Bazele azotate Adenina = Timina Guanina ≡ Citozina
FORMAREA MOLECULEI DE ADN DUBLU CATENARE
• O catenă se formează printr-o legătură de esterificare între gruparea fosfat a nucleotidei 1 şi pentoza nucleotidei 2
• Asocierea catenelor se face prin legături slabe de hidrogen între bazele azotate aflate faţă în faţă
• Stabilirea acestor legături de hidrogen sunt posibile, spaţial vorbind, doar între C şi G, respectiv A şi T
22
APLICAŢIE PRACTICĂ
• Legăturile slabe de hidrogen pot fi desfăcute (de ex: prin încălzire), separând catenele, dar fără să se altereze înşiruirea nucleotidelor pe o catenă
• Specificitatea legăturilor de hidrogen dintre bazele azotate ne permite reconstituirea artificială a moleculei de ADN pornind doar de la o catenă (matriţă, template) şi adăugând într-un amestec de reacţie cele 4 nucleotide (A,T,C,G)
23
ÎMPACHETAREA ADN - CROMATINA
• Cromatina – structură fibrilară formată din ADN asociat cu proteine histonice şi non-histonice
• Împachetarea ADN se realizează cu ajutorul proteinelor histonice:
• H2A, H2B, H3, H4 formează un miez proteic
pe care se înfăşoară lanţul de ADN
• Histona H1 de legătură între miezurile proteice
• Nucleozomul - unitatea structurală a cromatinei
24
www.shmoop.com/dna/
ÎMPACHETAREA FIBREI DE CROMATINĂ
25 www.shmoop.com/dna/
fiber
CROMOZOMUL
26
Cromatidă:
2 braţe: scurt (p) şi
lung (q)
Centromer
Cromozomii există în forma
supercondensată, formată din două
cromatide surori, doar în mitoză.
Între diviziuni, cromozomii sunt
formaţi dintr-o singură cromatidă
decondensată, cu zone de eu- şi
hetero-cromatină.
ARN
• O singură catenă de nucleotide formată din riboză şi baze azotate (Uracil în loc de Timină).
• Tipuri de ARN (după funcţie): • Mesager (ARNm) = codificant, codifică proteine
• Ribozomal (ARNr)
• Transport/transfer (ARNt)
ARNurile există atât în nucleu cât şi în citoplasmă
27
necodificant
ARN - BAZOFIL IN MO Plasmocit în MO Plasmocit în ME
www.columbia.edu
www.pathguy.
com
Modificările nucleului în funcție de etapa din viața celulei
• O celulă poate:
• - să se dividă în două celule-fiice, care pot fi identice (diviziune simetrică) sau diferite (diviziune asimetrică) (să parcurgă un ciclu celular complet)
• - să moară, în urma unor semnale interne sau externe. Moartea celulară codificată genetic se numește apoptoză.
Modificările nucleului în funcție de etapa din viața celulei
• Nucleul se modifică și el ca structură și ultrastructură, în funcție de evenimentul care decide soarta celulei • În diviziune învelișul nuclear se dezagregă, cromatina se
condensează și formează cromozomi
• În apoptoză, cromatina se condensează și intregul nucleu se micșorează (nucleu picnotic)
CICLUL CELULAR
• Ciclul celular este perioada din viața unei celule de la formare pană la finalul diviziunii celulare
• Are 2 etape: • Interfaza
• Diviziunea celulară (mitoză, meioză)
Interfază
CICLUL CELULAR - Interfaza
• Este o etapă în cadrul ciclului celular, alături de diviziunea celulară, de la formarea noii celule la inițierea diviziunii
• Este formată din trei faze: • G1 – fază de creștere și reorganizare
• G0 – fază de repaus, stagnare
• S – faza de dublare a ADNului, în vederea unei noi diviziuni
• G2 – fază de pregătire a diviziunii celulare
Interfază G1/G0
S
G2
Nucleul în interfază
Celule în cultură în MO – colorație Giemsa
Celule în cultură în imunofluorescență –
marcare DAPI
Nucleul în interfază
• Deși aspectul este același, cantitatea de ADN este dublă la sfârșitul etapei S și în etapa G2, care evoluează însă foarte repede către diviziune
http://cyberbridge.mcb.harvard.edu/mitosis_4.html
CICLUL CELULAR
• Celulele se pot opri din ciclul celular și intră în faza G0 – de repaus în absența semnaleleor extracelulare de diviziune; celulele aflate în G0 nu cresc în dimensiuni
• Oprirea în G0 poate fi:
• Finală – la celule diferențiate: neuroni, celule musculare striate scheletice
• Temporară: celule hepatice
CICLUL CELULAR –Diviziunea celulară
• Reprezintă procesul de formare a două celule fiice, pornind de la o celulă somatică (mitoză) sau de la precursori ai gameților (meioză)
• Primele modificări apar la nivelul nucleului
• Se încheie cu separarea citoplasmei și a organitelor (citokineză)
• Are 4 etape: • Profaza, Metafaza, Anafaza, Telofaza
Interfază
PROFAZA
•cromatina se condensează pentru a forma cromozomi •cromatidele surori sunt unite la nivelul centromerului •centrozomul se dublează; cei 2 centrozomi se deplasează către polii opuși ai celulei, formând între ei fusul de diviziune •dezorganizarea progresivă a nucleolului •dezorganizarea învelișului nuclear
Nucleu in profază
Nuclei în interfază
METAFAZA
• Fiecare cromatidă este atașată la microtubulii ce provin de la un centrozom
• Cromozomii se aliniază
în zona ecuatorială, formând placa metafazică
Cromozomi atasatipe placa metafazică
Nuclei în interfază
ANAFAZA
• cromatidele surori se separă și migrează la polii celulei
Cromozomi în anafază
TELOFAZA
• Cromozomii ajung la polii fusului de diviziune și se decondensează
• Dezorganizarea fusului de diviziune
• Reorganizarea anvelopei nucleare (în jurul celor 2 nuclei)
• Formarea inelului contractil în plan ecuatorial, perpendicular pe axul lung al fusului
https://micro.magnet.fsu.edu/cells/fluorescencemitosis/telophase1large.html
CITOKINEZA
• diviziunea
citoplasmeiși
separarea
organitelor
între cele 2
celule fiice
http://www.micro.magnet.fsu.edu/cells/fluorescencemitosis/index.html http://cyberbridge.mcb.harvard.edu/mitosis_4.html
MEIOZA
- reduce numărul cromozomilor, astfel încât fiecare celulă fiică va avea un număr haploid de cromozomi (n)
- specifică celulelor sexuale - Roluri: 1. asigură numărul diploid de cromozomi în zigot 2. furnizează o combinație particulară de trăsături
descendenților
MEIOZA
- 2 etape: prima diviziune meiotică și a doua diviziune meiotică • înaintea primei diviziuni meiotice are loc replicarea ADN și dublarea numărului de cromatide • fiecare cromozom are 2 cromatide • prima diviziune meiotică separă cromozomii dintr-o pereche • înaintea celei de-a doua diviziuni meiotice nu există fază S
• a doua diviziune meiotică separă cromatidele surori ale fiecărui cromozom • celulele fiice rezultate conțin număr haploid de cromozomi
APOPTOZA
• În aproape orice moment al ciclului celular se poate declanșa moartea celulară programată – apoptoza.
• Celulele apoptotice pot fi identificate în MO pe baza aspectului picnotic al nucleului și fragmentării lui
CONCLUZII
• Nucleul este cel mai mare organit al celulei eucariote
• Biochimic este format din ADN, ARN şi proteine
• Aspect la MO: organit bazofil heterocromatic/eucromatic cu nucleol vizibil
• Aspect la ME : anvelopă nucleară, matrice nucleară, cromatină, nucleol
• Cromatina se află în diverse stadii de condensare, care modulează transcrierea genică
45