3. előadás Sejtmag, DNS állomány szerveződése
Örökítő anyag: DNS • A DNS-lánc antiparallel irányultságú kettős hélixet alkot • 2 lánc egymással ellentétes iráyban egymással összecsavarodva fut végig. • Hélixek mentén végigfut egy cukorfoszfát gerinc. • Purin bázisok pirimidin bázisokkal létesítenek kötéseket. • Bázisok sorrendje az elsődleges szerkezet.
Prokarióták örökítő anyaga: Nincs körülhatárolt sejtmag. Cirkuláris örökítő anyag Riboszómák DNS gyűrű közelében. Transzkripció és transzláció gyakorlatilag egyszerre lejátszódó folyamatok. Sem időben sem térben nem különülnek el. A prokariótákban a splicing jóval kisebb mértékű és ritkább mint az eukariótákban. RNS poszttranszlációs módosítása főleg az RNS anyagcsere szabályozására szolgál.
Prokarióta DNS struktúrája: Szuperhélix-es felépítés. Kevésbé strukturált felépítés mint eukariótáknál. Intronok általában nincsenek. Replikáció egy pontról indulhat. Gének gyakran operonokba szerveződnek.
Eukarióták: Sejtmag kialakulása: Örökítő anyag védelme • Mechanikai hatások a sejtplazmában zajló transzportfolyamatok során • Kémiai hatások különböző anyagcsere folyamatok során Következmények: Transzkripció és transzláció térben és időben is elkülönül. Magban szintetizálódott mRNS átszerkesztése a magból való kijutás/fehérjeszintézis előtt.
Sejtmag
Eukarióta sejtekre jellemző Hiányában a sejt elpusztul Genetikai információt tartalmazó sejtalkotó Sejt alapállományából élesen elkülönül Kettős membránnal körülvett a plazmánál erősebb fénytörésű komponens
Sejtmag alakja:
Gömbölyű
Lebenyezett
Ovális
Szabálytalan
Mennyiség: Egy sejtmag: legtöbb sejt: simaizomsejt, idegsejt, glia, Két sejtmag: kétféle magvúak
Több sejtmag: harántcsíkolt izomszövet,
Differenciált sejtben nincs sejtmag: vörösvértest
Szerkezete: 1.) maghártya: kémiai összetétele hasonló a sejthártyához, kettős falú, (perinukleáris tér) elválasztja a magot a sejtplazmától membránok közötti tér kapcsolatban van az ER belső üregrendszerével a törzsfejlődés során az ER-ból alakult ki Citoplazma felé riboszómák
Nukleáris lamina: A maghártyának tartást a belső oldalhoz rögzülő vékony rostos réteg ad (lamina fibrosa). Intermedier filamentumok közé tartozik. Ez a réteg laminfehérjékből (lamin -A, -B, -C) álló filamentumokból épül fel. Tetramerjei hálózatot képeznek.
Szerepe: i) Maghártya lebontása és újjászervezése osztódáskor. Profázisban
a
maghártya
lebomlik és vezikulákra esik szét. A
maghártya
vezikulák
kapcsolatban maradnak a lamin-B dimerjeivel. A lamin-B izoprenoil oldalláncot hordoz, amely beépül a maghártya
belső
lemezeinek
lipidjei közé. Telofázisban a laminmolekulák defoszforilációja megindítja a maghártya és lamina reorganizációját. Lamin-A és a kromatin asszociálódnak, a dekondenzálódó kromatint rögzítik.
ii) DNS szintézis: DNS szintézis helyével kolokalizáció, lamin nélkül 95% -kal csökken a DNS szintézis. Replikációs faktorok (PCNA és RFC) lamin aggregátumokhoz kötődnek.
iii) Transzkripció regulálása: Lamin-A és lamin-C a pRB transzkripciós faktort köti. mRNS splicing-ban résztvevő pol II aktivitásához is lamin hálózat kell. iv) Apoptózis kialakításában szerep Apoptózis alatt a lamin A-B dimer fragmentálódik.
2.) pórusok: belsejüket fehérjemolekulák borítják a legtöbb anyag számára átjárhatatlanok, szelektív szűrők
Feladatuk: Mag és a citoplazma közötti állandó kommunikáció biztosítása Citoplazmába kijutás: • mRNS, tRNS és rRNS molekulák, • magvacskában összeszerelt riboszómák Sejtmagba bejutás: szabad riboszómákon szintetizált magfehérjék: • hiszton és egyéb DNS-csomagoló fehérjék, • DNS replikációjában, transzkripciójában szerepet játszó fehérjék, • RNS megkötésében és továbbalakításában szerepet játszó fehérjék, • riboszomális fehérjék.
Pórusnyílás felépítése: Sokféle fehérjéből felépülő molekuláris komplex Sok száz ilyen pórus van a maghártyán, melyek típusonként és funkcionális állapottól függően változhatnak. Vízben oldódó molekulák akadálytalanul jutnak át (<5000 daltonig). Transzport sebessége: magból percenkét 3 riboszóma alegység jut ki a citoplazmába, DNS szintézis idején pórusonként és percenként 100 hiszton molekula léphet be a sejtmagba.
Maghártya-pórus jellemzői: Oktogonális szerkezet jellemző rá. Nyolc fehérjegranulum csoport található periférikusan, középen pedig egy elektrodenz centrális fehérje granulum.
Magpórusok elektron mikroszkópikus képe a citoplazma felől (balra) és a sejtmag felől (jobbra) nézve.
Goldberg MW. School of Biological and Biomedical Sciences, Durham University, UK.
3.) magplazma: - magnedv: a sejtmag állományában lévő szabályozó fehérjék, ionok, kisebb szerves molekulák vizes oldata - kromatin állomány: a DNS és a fehérjék együttese. a.) eukromatin: világosabb rész. RNS szintézis itt zajlik b.) heterokromatin: sötétebb rész, itt a DNS többszörösen feltekeredett mindkettő nukleoszómákat tartalmaz
Genomikus szekvenciák osztályozása: Az eukarióta genom nagyobb része nem kódol géneket. Az emberi genom kevesebb mint 5%-a mintegy 30,000 gént kódol, több mint 90% nem kódoló régió (kisebb részben pszeudogének, amelyek mutációk miatt soha nem fejezhetők ki, szabályozó szekvenciák és nagyobb részben spacerek, amelyek funkcióját nem ismerjük).
Ismétlődésük alapján 1/ néhányszor ismétlődők, pl. rRNS és hiszton gének; 2/ néhány százszor ismétlődőek, pl. transzkripciós szabályzásba szerepet játszó szekvenciák; 3/ néhány ezerszer ismétlődőek, ezek a kromoszómák szerveződésében fontosak, pl. a telomerben és centromerben található szekvenciák.
Eukarióta DNS organizációja: DNS több molekulára oszlik, Osztódások között ezek a sejtmagon belül rendezetlenül helyezkednek el Osztódásra készülő sejtnél a DNS sokkal rendezettebb szerkezetet vesz fel. A DNS 100-1000x kondenzált a kromatinban és 10.000x a metafázisos kromoszómákban. (A 180 cm hosszú haploid humán genom 180 μm hosszú lesz.)
Sejtosztódás
mRNS szintézis
4.) nukleoszóma Kromatidák szerveződési egysége hisztonfehérjékből áll 8 alkot egy hisztonmagot, erre DNS tekeredik és egy rögzítő fehérje stabilizálja
DNS kettős spirál a2x H2A,H2B,H3,H4 összetételű histon oktamerek köré tekeredik. A nukleoszómákat a H1 fehérje kapcsolja össze. A
H1
foszforillált
állapotban
összekapcsolja
a
nukleoszómákat,
defoszforiláltan viszont nem köti őket. A H1 foszforilációja szabályozható a G2/M fázisok határán a sejtciklusban Mindez a genomikus DNS-t mintegy 40x kondenzálja. A
nem-hiszton
fehérjék
specifikus
szekvenciákhoz
kötődnek
a
nukleoszómák között, több közülük feltehetően a DNS és RNS szintézisében illetve a génkifejeződés szabályozásában is szerepet játszik.
Kromoszóma:
Kromoszóma terminológia Kromoszóma: hiszton fehérje burokban meghúzódó alaposan összetekert DNS molekula. 1 vagy 2 DNS kópiából állhat (duplikált kromoszóma) Testi sejtekben homológ kromoszómák találhatók, amelyek ugyanazokat a géneket de esetenként különböző alléleket tartalmaznak.
Kromatida: Befűződésnél egymáshoz kapcsolódó kromoszóma felek. Csak a duplikált kromoszómánál értelmezzük. Befűződések: Elsődleges befűződés: repetitív DNS-szakaszokból álló centromer képezi. Egyes szekvenciákhoz speciálisan kötődőproteinek alkotják a kinetokórt, melyhez a mitotikusorsó mikrotubulusai kapcsolódnak.
Centroméra helye szerint négy kromoszómatípust különböztetünk meg: Metacentrikus: centromerája középen helyezkedik el (C). Szubmetacentrikus: egyik karjahosszabb a másiknál. Akrocentrikus: egyik karja egészen kicsi (B) Telocentrikus: egykarú kromoszóma, a centromerája a kromoszóma végén található (A).
Néhány kromoszómán másodlagos befűződés is található. Ezek az ún. nukleólusz organizátor régiók (NOR). A másodlagos befűződést követő kisebb kromoszómarész az ún. satellita (az ezzel rendelkező kromoszómák az ún. SAT kromoszómák). A kromoszómák végdarabjai a telomérák. Feladatuk, hogy védjék és lezárják a kromoszómák végeit.
A kromoszómákat nagyságuk szerint számozzák, az ember testi sejtjei 22 pár autoszómát, 1 pár szex kromoszómát tartalmaznak.
Humán:
Egér
4.) magvacska (nukleolusz): - a sejtmag alapállományában - fénymikroszkóppal jól látható - itt készülnek a riboszómák ( rRNS-ből és fehérjékből)
Osztódáskor eltűnik, utána újraképződik a kromoszómák nukleolusz-organizátor régióinak közreműködésével. Általában egy, néha több, erősen festődő sejtmagvacska figyelhető meg. Hodgkin lymphoma: lebenyes sejtmag nagy nucleolusokkal
Összetétele: Fénymikroszkópikus citokémiai vizsgálat alapján nagy mennyiségű RNS-t tartalmaz. Elektronmikroszkópikus vizsgálatokkal 3 féle szerkezeti elem mutatható ki: • fibrilláris szerkezet: RNS molekulák • granuláris szerkezet: rRNS-ből és fehérjékből áll, a riboszóma alegységekkel azonosíthatóak. • halvány szerkezet: kromoszómák nukleólusz-organizátor régióinak DNS-e
Működése: Sejtmagon belül elkülönült működési egység A magvacskába transzportálja a sejt a citoplazmában szintetizált riboszóma-fehérjéket. Az rRNS molekulák a riboszóma-fehérjékkel összekapcsolódva itt a magvacskában hozzák létre a kész riboszóma-alegységeket. Ezek a maghártya pórusain át jutnak a citoplazmába, ahol komplett riboszómává egyesülve vesznek részt a fehérjék szintézisében.
