Genetika životinja2. Građa ćelije i

hromozoma

Genetika životinja2. Građa ćelije i

hromozoma

• 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.

Građa ćelije

Prokariotske ćelije - bakterije

Bakterije nemaju jedarnu membranuBakterije imaju samo jedan hromozomBakterijska ćelija je haploidna (ima jedan hromozom)Bakterijski hromozom je celom dužinom dostupan za proces

transkripcijePored 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 membranajedro

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).

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 i-RNK i tada sintetišu protein. Povezivanjem većeg broja ribozoma sa i-RNK nastaje polizom.

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.

JedroNajupadljivija, 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:jedrove opne (nuklearnog ovoja) ijedrovog 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).

Shema građe jedra i veze sa ER:1 - nukleusni ovoj2 - ribozomi3 - kompleks nukleusne pore4 - jedarce5 - hromatin6 - jedro7 - endoplazmatični retikulum (ER)8 - nukleoplazma

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 – telocentričanB – akrocentričan C – submetacentričanD – 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) jedanpotiče 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. Tosu polni hromozomi.

Broj hromozoma je stalan i karakterističan za svaku biološku vrstu i naziva se kariotip.

Broj hromozoma

Telesne (somatske) ćelije imaju diploidan (grč. diploos = dvostruk) broj hromozoma [obeležava se kao 2n].

Broj hromozoma različitih vrsta domaćih i gajenih životinja

Vrsta Latinski naziv Broj hromozoma, 2n Šaran Cyprinus carpio 104 Ćurka Meleagris gallopova 82 Kokoška Gallus gallus domesticus 78 Pas Canis lupus f amiliaris 78 Konj Equus caballus 64 Magarac Equus Asinus 62 Govedo Bos taurus 60 Koza Capra hircus 60 Pastrmka Salmo truta 60 Ovca Ovis aries 54 Bivo Bubalus bubalis 48 Mačka Felis catus 38 Svinja Sus scrofa f erus 38

kariotip – kariogram - idiogram

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.

Svi autosomni hromozomi goveda su akrocentrični, samo X i Y hromozomi su metacentrični.

Kada se hromozomi šematski slože,

dobijamo idiogram

Idiogram govečeta

Postoji velika sličnost između hromozoma govečeta, koza i ovaca.

metacentrik

Kariogram ovce

Kariotip kozeKoza 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.

Ovce imaju iste razlike u odnosu na polne-hromozome, 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.

Svinja ima 6 parova akrocentričnih hromozoma i 12 parova metacentričnih autosoma. X-chromozomei su takođe metacentrićni.

Kariotip konja sadrži 64 hromozoma (2n=64), 62 autosoma sa različitom morfologijom i 2 polna submetacentrika.

Kariogram konja

Idiogram kokošaka

Hromozomi-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 ieuhromatin.

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.

  U periodu između dve deobe (u interfazi) hromozomski materijal je raspoređen po celom jedru kao difuzna masa i naziva se hromatin.

Hromatin eukariota se sastoji od:DNK,proteina imale količine RNK

Proteini hromatina se svrstavaju u dve klase :histone, koji su važni za pakovanje DNKnehistonske 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 jezgroDNK, 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.