A sejtmag szerkezete és szerepe

Átírás

1 SEJTMAG A sejtmag szerkezete és szerepe Jellemzők: DNS-t tartalmaz Alak lehet: Gömbölyű, ovális, szabálytalan, lebenyezett Sejtmagok száma sejten belül: egy: (mononuclearis); kettő: (binuclearis); több: (polynuclearis) Differenciálódott sejtekben: sejtmag eltűnhet (pl.: emlősök vörösvértestei) Mag citoplazma index = a sejtmag térfogatának és a citoplazma térfogatának hányadosa. Prokarióta Cytoplazma Endomembrán Kromatin Eukarióta Plazma membrán Eukarióta Valódi sejtmag (nucleus) Maghártya határolja a sejtmagot. Maghártyán nyílások találhatóak, magpórusok. Kromoszómái DNS-ből, bázikus hiszton-típusú és savas non-hiszton-típusú fehérjékből épül fel. Általában a genomja nagyobb mint a prokariótáé Transzkripció és transzláció elkülönül a maghártya megléte miatt. A sejtmag jellegzetes komponense a magvacska (nukleólusz). Prokarióta Maganyag diffúz eloszlású (nucleoid) Maghártya nem veszi körül Hiszton,egyéb csomagoló fehérjék és így kromatin nincs,hiányzik a magvacska is. A DNS molekula gyűrű alakú (cirkuláris),olyan kétszálú DNS,melynek nincs két szabad vége,hanem gyűrűszerűen visszatér önmagába. Transzkripció és transzláció nem határolódik el. Membránnal határolt sejtorganellumok Cytoplazmától eltérő fehérje összetétel Speciális funkciók 1

2 kromatin sejtmag nukleolusz sejtmaghártya Sejtek életciklusa (részletesebben ld. Sejtciklus című fejezetben) Interfázis: Sejtmag megléte Magot maghártya határolja Karioplazmában kromatin rögök Magnedv (karyolympha) Középen RNS tartalmú sejtmagvacska (nucleolus) Mitózis: Maghártya feldarabolódik Kialakulnak a kromoszómák A nukleólusz eltűnik Maghártya Az eukarióta sejtben a sejtmagot a citoplazmától maghártya választja el. Elektromikroszkópos vizsgálatkor két egymással párhuzamosan futó membránra bontható. Keskeny rést zárnak közre (perinukleáris rés). A maghártya a kromatint körülvevő lapos zsáknak (ciszternának) felel meg. Citoplazma felé eső felszínéhez riboszómák tapadnak. A maghártyának tartást a belső oldalhoz rögzülő vékony rostos réteg ad (lamina fibrosa, nukleáris lamina). Ez a réteg laminfehérjékből (lamin -A, -B, -C) álló filamentumokból épül fel. A laminomolekulák tetramerjei hálózatot képeznek, foszforiláció hatására a tetramerek dimerekké válnak szét,ekkor a lamina leválik a maghártyáról. A maghártya csak a profázisban (sejtosztódás első szakasza) tűnik el, mikor a rostos réteg lebomlik és a magmembrán vezikulákra (kis hólyagocskák) esik szét. Az eukarióta sejtben a sejtmagot a citoplazmától maghártya választja el. Kettős membrán eltérő összetétel és funkció Külső: durva felszínű endoplazmatikus retikulummal (durva ER) a ciszterna egyes helyeken közlekedik, sőt a citoplazma felé eső felszínéhez riboszómák is tapadnak. Belső: a maghártyának tartást adó nukleáris lamina rögzül a belső oldalhoz. A két membrán között perinukleáris rés található Cső alakú bemélyedések (felületnövelés miatt a transzport gyorsabb) Nukleáris lamina A lamina specifikus molekulái a közbülső filamentumok rendszerébe tartozó, polimerizációra képes lamin fehérjék. Tetramerjei hálózatot képeznek. Foszforiláció hatására dimerekké válnak. A maghártya és a DER vezikulák abban különböznek, hogy a maghártya - vezikulák kapcsolatban maradnak a lamin-b dimerjeivel. A lamin-b izoprenoil oldalláncot hordoz, amely beépül a maghártya belső lemezeinek lipidjei közé. A telofázisban a laminmolekulák defoszforilációja megindítja a maghártya és lamina reorganizációját (újjászerveződés). Lamin-A + kromatin asszociálódnak, a dekondenzálódó kromatint a lamina kialakulása során rögzítik. A nukleáris lamina kapcsolata a sejtmag membránnal 2

3 Maghártya-pórusok A mag és a citoplazma között állandó kommunikáció szükséges, melynek révén: a magból kijutnak az mrns, trns és rrns molekulák, valamint a magvacskában összeszerelődött riboszómák a citoplazmába, a magba bejutnak hiszton és egyéb DNS-csomagoló fehérjék, a DNS replikációjában, transzkripciójában,az RNS megkötésében és továbbalakításában szerepet játszó fehérjék stb. és a riboszomális fehérjék. Ezt a magpórusok teszik lehetővé. A pórus nyílásába sokféle fehérjéből felépülő molekuláris komplex illeszkedik be (pórus-komplex), ez biztosítja,hogy a magba csak az odatartozó fehérjék jussanak be, és ez teszi lehetővé az RNSek, riboszómák kijutását a citoplazmába. Sok száz ilyen pórus van a maghártyán,melyek típusonként és funkcionális állapottól függően változhatnak. A maghártya-pórus jellemzői Oktogonális szerkezet jellemző rá. Nyolc fehérje granulum csoport található periférikusan, középen pedig egy elektrodenz centrális fehérje granulum. Vízben oldódó molekulák akadálytalanul jutnak át (5000 dalton vagy kisebb). Feltételezhető,hogy a póruskomplexek szelektív transzportot biztosítanak a citoplazma és a karioplazma között (pl.: DNS, RNS polimerázok és dalton méretűek). Transzport sebessége: - gyorsan növekvő sejtben percenkét 3 riboszóma alegység jut ki a citoplazmába, - DNS szintézis idején pórusonként és percenként 100 hiszton molekula léphet be a sejtmagba. Magvacska (nukleolusz) szerkezete és szerepe A sejtmagnak egyik jellegzetes komponense a magvacska (nukleolusz) Osztódáskor eltűnik, osztódás után újraképződik a kromoszómák nukleolusz-organizátor régióinak közreműködésével. Általában egy, néha több kerek erősen festődő sejtmagvacska figyelhető meg a sejtmagban. Fénymikroszkópikus citokémiai vizsgálat alapján nagy mennyiségű RNS-t tartalmaz. Elektronmikroszkópikus vizsgálat: 3 féle szerkezeti elem mutatható ki a nukleoluszban: fibrilláris, granuláris és halványan festődő struktúrák. - fibrilláris szerkezet : az RNS molekuláknak felelnek meg,melyek nagy mennyiségben képződnek a sejtmagvacskában. - granuláris szerkezet : rrns-ből és fehérjékből felépülő szerkezetek, összetételük és méretük alapján a riboszóma alegységekkel azonosíthatóak. - halvány szerkezet : a kromoszómák nukleólusz-organizátor régióinak DNS-ével azonosították. A mag legnagyobb, szerkezeti és működési szempontból is elkülöníthető része. jellegzetes szerkezetét a benne levő DNS, RNS és speciális fehérjéi (pl. nukleolin, fibrillarin) adják. A magvacskát tartjuk a sejt riboszóma-termelő apparátusának. Itt képződnek az rrns molekulák. A magvacskába transzportálja a sejt a citoplazmában szintetizált riboszóma-fehérjéket is. 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. A kromatin és s a kromoszómák Kromatin a kromoszómák teljes állományának DNS-fehérje komplexe, függetlenül annak kondenzációs fokától. 3

4 A kromatin szerkezeti hierarchiája A kromatin formái Eukromatin: - lazább szerkezetű, dekondenzált forma -főleg aktív DNS-régiókat tartalmaz Heterokromatin: - kondenzáltabb forma - konstitutív (állandósult, mint pl.: a kromoszóma centromerikus régiója, vagy az inaktív X-kromoszóma, az ún. Barr-test) - fakultatív, mely a sejt funkcionális állapotának megfelelően változó, reverzibilis forma A kromoszóma A kromoszóma ma története ban Wilhelm Hofmeister A kromoszóma leírója 1848 Wilhelm von Waldeyer A kromoszóma név tőle származik 1888 A kromoszóma felépítése A kromoszómák mérete és alakja fajon belül állandó és a fajra jellemző. 4

5 Az ivarsejtek vagy spórák tartalmazzák a fajra jellemző alap kromoszóma-garnitúrát, amit haploid (egyszeres) kromoszóma-garnitúrának nevezünk és n-nel jelöljük. A testi sejtek kromoszóma garnitúrája többnyire diploid (2n). Nemzedékváltakozás esetén a haploid és diploid sejtekből felépülő generáció váltogatja egymást. Az elsődleges befűződést repetitív DNS-szakaszokból álló centromer képezi. Egyes szekvenciákhoz speciálisan kötődő proteinek alkotják a kinetokórt, melyhez a mitotikus orsó mikrotubulusai kapcsolódnak. A centroméra a kromoszómát két karra osztja. A centroméra helye szerint négy kromoszómatípust különböztetünk meg. Kromoszóma típusai az elsődleges befűződés helye szerint Metacentrikus-centromerája középen helyezkedik el. Szubmetacentrikus-egyik karja hosszabb a másiknál. Akrocentrikus- egyik karja egészen kicsi. Telocentrikus-egykarú kromoszóma, a centromerája a kromoszóma végén található. 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 normál emberi kariotípus A testi kromoszómák az ún. autoszómák (22 pár). Az ivari kromoszómák az ún. heteroszómák ( az utolsó, 23. pár). 5

6 A kromoszómák különböző festési eljárásokkal jellemző sávozást mutatnak: A Q-sávokat a quinacrin, a G-sávokat az enyhe proteolitikus kezelés utáni Giemsa-festés, az R-sávozódást a forró alkalikus kezelés nyomán kapott Giemsa-festődési mintázat produkálja. A C-sávozási technika a kromoszómák repetitív DNS-t tartalmazó szakaszait festi (satellita, centromer körüli konstitutív heterokromatin). Sávozási technikák: Giemsa festés G sötét sávok: erőteljesebb kromatin feltekeredés. G világos sávok: erőteljes génexpresszió. nyálmirigy óriáskromoszómák A kromoszómaszám rendellenességei Down szindróma Az anya életkora és a Down kór gyakorisága 21-es kromoszóma ma triszómi mia Epicantus Macroglossia Alacsony IQ Négyujjas barázda Szívhib vhibák Fülkagyló Holdvilág g arc 6

7 Szex-kromosz kromoszómákat kat érintő számbeli mutáci ciók k / szindrómák Turner szindróma (X0) XO Turner 1/2500 nőn XXY XXX Klinefelter Szupernő 1/850 ffi 1/1250 nőn XYY Szuperférfi 1/950 ffi Turner szindróma (X0) Alacsony testmagasság Mélyen lenőtt haj Mellkas deformitás Távol álló mellbimbók Rövid IV. metacarpus Kicsi Körmök Barna foltok a bőrönb Jellegzetes arcvonások Redőbe fogható bőr Aorta- Szűkület Gyengén n fejlett emlők Könyök deformitás Csíkgon kgonád Gyengén n fejlett nemi szervek Menstruáci ció hiánya Kleinefelter szindróma (XXY) A Kleinefelter szindróma 1/1000 gyakoriságú fiúszületés. Nyúlánk, szellemileg elmaradott, steril. Ellenkezője az XYY genotípusú szuperférfi szintén 1/1000 gyakorisággal fordul elő. Meiózisuk XY típusú, nem adnak YY vagy XY gamétákat. 7