17-тақырып Цитология · зертханалық 3D виртуалды жұмыс
Ядро және ядрошық
Жасушаның басқару орталығы
Ядро қабықшасы, ядро поралары, хроматин, хромосомалар, ядрошық және ядролық-цитоплазмалық қатынас
🧬 Хроматин🔵 Ядрошық📱 3 QR-тапсырма
🖱 айналдыр · дөңгелек — жақындат
02 Сабақ құрылымы
Оқу нәтижелері және жоспар
🎯 Мақсаты
Ядроның құрылымдық компоненттерін және хроматиннің жинақталу деңгейлерін 3D модельдер арқылы зерттеп, ядроның тұқым қуалау ақпаратын сақтау, жүзеге асыру және беру қызметін түсіндіру.
Сабақ соңында студент:
- ядро қабықшасы мен ядро порасы кешенінің құрылысын сипаттайды;
- эухроматин мен гетерохроматинді, ДНҚ жинақталу деңгейлерін түсіндіреді;
- метафазалық хромосоманың құрылысы мен түрлерін (центромера орны бойынша) ажыратады;
- ядрошықтың құрылысы мен рибосома биогенезіндегі рөлін сипаттайды;
- кариотип, ядролық-цитоплазмалық қатынас ұғымдарын қолданады.
⏱ Жоспар · 80 минут
5′Мотивация: проблемалық сұрақ
10′Алдыңғы білімді белсендіру
30′Жаңа тақырып: 3D модельдермен түсіндіру
10′3D-препарат: тақтада тану
15′QR-зертхана: 3 тапсырма
10′Кейс · бағалау · рефлексия
Проблемалық сұрақБір жасушадағы ДНҚ-ны созса ≈ 2 метр болады. Ол диаметрі 6 мкм ядроға қалай сыяды?
3D-визуализацияКейс-стадиФормативті бағалау
03 Негізгі ұғымдар
Терминдер мен анықтамалар
ЯдроЭукариот жасушасының тұқым қуалау ақпаратын (ДНҚ) сақтайтын, оны екі еселейтін және іске асыруды (транскрипция) басқаратын қос мембраналы басты бөлігі.
Ядро қабықшасы (кариолемма)Ішкі және сыртқы ядро мембраналарынан, олардың арасындағы перинуклеарлық кеңістіктен (20–40 нм) және ядро тесіктерінен тұратын құрылым; сыртқы мембранасы ЭПТ-мен жалғасады.
Ядро тесігі кешеніЯдро қабықшасындағы ≈ 30 түрлі нуклеопориннен құралған (≈ 120 МДа) 8 симметриялы канал; ядро мен цитоплазма арасындағы таңдамалы тасымалды реттейді.
Ядро ламинасыІшкі ядро мембранасының астындағы ламин А, В, С аралық филаменттерінен тұратын тор; ядро пішінін сақтайды, хроматинді бекітеді.
Кариоплазма (нуклеоплазма)Ядроның ішкі сұйық ортасы; ферменттер (ДНҚ- және РНҚ-полимеразалар), нуклеотидтер, РНҚ, белоктар бар.
ХроматинИнтерфаза ядросындағы ДНҚ мен белоктардың (гистондар, гистондық емес белоктар) кешені; бөліну кезінде хромосомаларға жинақталады.
ЭухроматинШиратылуы әлсіз, ашық боялатын, транскрипциялық белсенді хроматин; белсенді гендер осында.
ГетерохроматинТығыз ширатылған, қою боялатын, транскрипциялық белсенді емес хроматин: конститутивті (центромера, теломера) және факультативті (Барр денешігі).
🖱 айналдыр · дөңгелек — жақындат
04 Негізгі ұғымдар
Анықтамалар · жалғасы
НуклеосомаХроматиннің құрылымдық бірлігі: 8 гистонның (H2A, H2B, H3, H4 × 2) өзегіне 147 н.ж. ДНҚ 1,7 айналым оралған «моншақ»; диаметрі 11 нм.
ЯдрошықЯдро ішіндегі мембранасыз, тығыз денешік; рРНҚ синтезі мен рибосома суббірліктерінің жиналу орны.
КариотипТүрге тән хромосомалар жиынтығы (саны, пішіні, мөлшері); адамда 2n = 46: 22 жұп аутосома + XX немесе XY.
Ядро-цитоплазмалық қатынасЯдро көлемінің цитоплазма көлеміне қатынасы; жас, бөлінетін жасушаларда жоғары, ісік жасушаларында ерекше жоғары — диагностикалық белгі.
🖱 айналдыр · дөңгелек — жақындат
05 Зерттелу тарихы
Ашылу тарихы
1831Р. Броун — орхидея жасушаларынан ядро ашып, nucleus (ядро) деп атады
1869Ф. Мишер — ядродан «нуклеин» бөліп алды
1879–82В. Флемминг — «хроматин» термині, митоз сипатталды
1888В. Вальдейер — «хромосома» термині
1902–03У. Сеттон, Т. Бовери — тұқым қуалаушылықтың хромосомалық теориясы
1928Э. Хайтц — эухроматин мен гетерохроматин
1949М. Барр — әйел жасушаларында жыныс хроматині (Барр денешігі)
1956Дж. Тио, А. Леван — адамда 46 хромосома
1974Р. Корнберг — нуклеосома моделі; 2003 — адам геномы толық оқылды
🖱 айналдыр · дөңгелек — жақындат
06 Ядро қабықшасы
Ядроның құрылысы
Ядро қабықшасыҚос мембрана + перинуклеар кеңістік (20–40 нм); сыртқысы ЭПТ-мен жалғас
Ядро ламинасыЛаминдер A, B, C — пішін, хроматинді бекіту
КариоплазмаНуклеоплазма: ферменттер, нуклеотидтер, РНҚ
ЯдрошықрРНҚ синтезі, рибосома суббірліктері
Ядро порасы кешені
- ≈ 120 МДа, 30-дай нуклеопорин белогы, 8 бүйірлі симметрия
- Ұсақ молекулалар (< 40 кДа) еркін өтеді
- Ірі белоктар — NLS сигналы + импортиндер (Ran-ГТФ)
- иРНҚ, рибосома суббірліктері — экспортиндер арқылы шығады
🖱 айналдыр · дөңгелек — жақындат
07 Хроматин
ДНҚ-ның жинақталуы
| Деңгей | Диаметр | Құрылымы |
|---|---|---|
| Қос шиыршық | 2 нм | ДНҚ |
| Нуклеосомалық жіп | 11 нм | Гистондар октамері (H2A, H2B, H3, H4)×2 + 147 н.ж. |
| Соленоид | 30 нм | H1 гистоны, 6 нуклеосома / орам |
| Ілмектер | 300 нм | Белоктық қаңқаға бекінген доменлер |
| Хромосома | 1400 нм | Метафазада ≈ 10 000 есе ықшамдалған |
ЭухроматинАшық, белсенді, транскрипцияланады
ГетерохроматинТығыз, белсенді емес; конститутивті / факультативті (Барр денешігі)
🖱 айналдыр · дөңгелек — жақындат
08 Хромосомалар
Метафазалық хромосома
Құрылысы
- Екі апалы хроматид, центромера (бірінші тартылу) — кинетохор
- Иықтар, ұштарында теломералар (TTAGGG қайталанулары)
- Кейбіреуінде екінші тартылу — ядрошық ұйымдастырушысы, серіктер
МетацентрлікИықтары тең (1, 3-хромосома)
СубметацентрлікИықтары әртүрлі (көпшілігі)
АкроцентрлікБір иығы өте қысқа (13–15, 21, 22)
КариотипАдам: 46 (44 аутосома + XX/XY)
🖱 айналдыр · дөңгелек — жақындат
09 Ядрошық
Ядрошық және қызметтер
Ядрошық құрылысы
- Мембранасыз; ядрошық ұйымдастырушы аймақтарда (NOR) түзіледі
- Фибриллярлы орталық, тығыз фибриллярлы компонент, түйіршікті компонент
- Профазада жойылып, телофазада қайта түзіледі
Ядроның қызметтері
- Генетикалық ақпаратты сақтау және репликация
- Транскрипция, процессинг (сплайсинг)
- Рибосома суббірліктерін құрастыру
- Жасуша циклі мен дифференциацияны басқару
Ядролық-цитоплазмалық қатынас = V(ядро) / V(цитоплазма)
🖱 айналдыр · дөңгелек — жақындат
10 Ядро тесігі
Ядро-цитоплазмалық тасымал
Тасымал заңдылықтары
- ≤ 40 кДа молекулалар (иондар, нуклеотидтер, ұсақ белоктар) пассивті диффузиямен өтеді
- Ірі белоктар NLS (ядроға бағыттау сигналы, мысалы PKKKRKV) бойынша импортиндермен кіргізіледі
- Ядродан шығару — NES сигналы + экспортиндер
- Бағытты Ran-ГТФ градиенті анықтайды: ядрода Ran-ГТФ, цитоплазмада Ran-ГДФ
- Тесікті FG-нуклеопориндердің «гель тәрізді» торы толтырады — селективті сүзгі
Ядроға кіредіГистондар, ДНҚ- және РНҚ-полимеразалар, транскрипция факторлары, рибосома белоктары
Ядродан шығадымРНҚ (белоктармен — мРНП), тРНҚ, рибосома суббірліктері
🖱 айналдыр · дөңгелек — жақындат
11 Хроматин түрлері
Эухроматин және гетерохроматин
| Белгі | Эухроматин | Гетерохроматин |
|---|---|---|
| Тығыздығы | Борпылдақ (11–30 нм) | Тығыз |
| Боялуы | Ашық | Қою (базофилді) |
| Орны | Ядро ортасы | Ядро шеті, ядрошық айналасы |
| Транскрипция | Белсенді | Белсенді емес |
| Репликация | S-кезеңнің басында | S-кезеңнің соңында |
| Гистон белгілері | H3K4me3, ацетилдену | H3K9me3, H3K27me3, ДНҚ метилденуі |
Барр денешігі
Әйел жасушаларында екі Х-хромосоманың біреуі (XIST РНҚ-сы арқылы) кездейсоқ инактивацияланып, ядро шетінде факультативті гетерохроматин түйіршігі түзеді. Барр денешіктерінің саны = Х саны – 1. Тексеру: ауыз шырышы жағындысы (жынысты анықтау, Тернер 45,X — 0, Клайнфельтер 47,XXY — 1).
🖱 айналдыр · дөңгелек — жақындат
12 Ядро және гендердің экспрессиясы
Ядрода транскрипция және өңдеу
мРНҚ-ның жетілуі (процессинг)
- Транскрипция: РНҚ-полимераза II промоторға транскрипция факторларымен бірге қонып, пре-мРНҚ синтездейді
- Кэптеу: 5′-ұшына 7-метилгуанозин қосылады — тұрақтылық, рибосомаға тану
- Сплайсинг: сплайсосома интрондарды кесіп, экзондарды біріктіреді; баламалы сплайсинг — бір геннен бірнеше белок
- Полиаденилдену: 3′-ұшына 150–250 аденин (поли-А құйрығы)
- Жетілген мРНҚ ядро тесігі арқылы цитоплазмаға шығады
| РНҚ-полимераза | Синтездейді | Орны |
|---|---|---|
| I | 45S пре-рРНҚ (28S, 18S, 5,8S) | Ядрошық |
| II | мРНҚ, миРНҚ | Нуклеоплазма |
| III | тРНҚ, 5S рРНҚ | Нуклеоплазма |
🖱 айналдыр · дөңгелек — жақындат
13 Ядро морфологиясы
Ядроның пішіні және жасуша күйі
ДөңгелекКөпшілік жасушалар, лимфоцит
СопақПризмалық эпителий, фибробласт
Таяқша тәріздіТегіс бұлшық ет жасушасы
СегменттелгенНейтрофил (3–5 бөлік) — жетілу белгісі
Бұршақ тәріздіМоноцит
ЯдросызЭритроцит, тромбоцит, мүйізгек қабат
Көп ядролыБұлшық ет талшығы (симпласт), остеокласт, мегакариоцит (полиплоидты)
Екі ядролыГепатоциттердің бір бөлігі, кардиомиоцит
Жасуша өлгенде ядроның өзгерісі
- Кариопикноз — ядро тығыздалып, кішірейеді
- Кариорексис — ұсақ бөліктерге ыдырайды
- Кариолизис — ДНҚ ыдырап, ядро «ериді» (некроз)
🖱 айналдыр · дөңгелек — жақындат
14 Ядро патологиясы
Ядро және онкоцитология
Ісік жасушасы ядросының белгілері (Папаниколау жағындысы)
- Ядро-цитоплазмалық қатынас жоғары (1:1-ге дейін)
- Ядро мөлшері мен пішінінің әртүрлілігі (полиморфизм)
- Гиперхромия — ДНҚ көп, қою боялады; хроматин дөрекі, біркелкі емес
- Ядрошықтар ірі, көп
- Атипиялық митоздар
ЛаминопатияларЛамин А мутациясы: Хатчинсон–Гилфорд прогериясы, Эмери–Дрейфус миодистрофиясы
Хромосомалық ауруларДаун (47,+21), Эдвардс (+18), Патау (+13), Тернер (45,X)
Ядро антигендеріне антиденелер (ANA)Жүйелі қызыл жегі, склеродермия диагностикасы
Ki-67Бөлінетін жасушалардың ядро белогы — ісіктің белсенділік маркері
🖱 айналдыр · дөңгелек — жақындат
15 Қорытынды
Тақырыптың негізгі түйіндері
- Ядро — эукариот жасушасының генетикалық орталығы: тұқым қуалау ақпаратын сақтайды, репликациялайды және транскрипцияны басқарады.
- Ядро қабықшасы — екі мембрана + перинуклеарлық кеңістік + ядро тесіктері; сыртқы мембрана ЭПТ-мен жалғасады, ішкісін ламина тіректейді.
- Ядро тесігі кешені ірі молекулаларды NLS/NES сигналдары, импортиндер/экспортиндер және Ran-ГТФ арқылы таңдап өткізеді.
- Хроматин = ДНҚ + гистондар; нуклеосома (11 нм) → 30 нм фибрилла → ілмектер → метафазалық хромосома.
- Эухроматин — белсенді, ашық; гетерохроматин — тығыз, белсенді емес (конститутивті және факультативті, Барр денешігі).
- Ядрошық — рРНҚ синтезі мен рибосома суббірліктерінің жиналу орны; ядрошық ұйымдастырушылары акроцентрик хромосомаларда.
- Ядрода мРНҚ процессингтен өтеді: кэптеу, сплайсинг, полиаденилдену; содан кейін цитоплазмаға шығады.
- Ядро пішіні, мөлшері және хроматин құрылымы жасушаның түрі, жасы мен күйін көрсетеді — онкоцитологиялық диагностиканың негізі.
🖱 айналдыр · дөңгелек — жақындат
16 Өзін-өзі тексеру
Сұрақ — жауап
1.Неге эритроцитте ядро жоқ және оның салдары қандай?
👆 жауабын көру үшін бас
Жетілу кезінде ядро шығарылады — гемоглобинге орын көп, ойыс диск пішіні. Салдары: бөлінбейді, белок синтездемейді, 120 күн ғана өмір сүреді.
2.Гистондар цитоплазмада синтезделеді. Ядроға қалай енеді?
👆 жауабын көру үшін бас
NLS сигналы бойынша импортиндер ядро тесігі кешені арқылы белсенді (Ran-ГТФ тәуелді) тасымалдайды.
3.47,XXY кариотипті ер адамда неше Барр денешігі болады?
👆 жауабын көру үшін бас
Бір (Х саны − 1 = 2 − 1).
4.Неге ісік жасушасының ядрошығы ірі?
👆 жауабын көру үшін бас
Тез өсетін жасушаға рибосома көп керек — рРНҚ синтезі (РНҚ-полимераза I) күшейіп, ядрошық ұлғаяды.
5.Эухроматин мен гетерохроматиннің негізгі айырмашылығы?
👆 жауабын көру үшін бас
Эухроматин — борпылдақ, ашық боялады, гендері белсенді; гетерохроматин — тығыз, қою боялады, гендері «үнсіз».
6.Баламалы сплайсингтің биологиялық маңызы?
👆 жауабын көру үшін бас
Бір геннен экзондардың әртүрлі комбинациясы арқылы бірнеше белок түзіледі — адамның ≈ 20 000 генінен ≈ 100 000-нан астам белок.
🖱 айналдыр · дөңгелек — жақындат
17 3D-препарат · тақтада
Нөмірді ата, басып тексер
👆 Қалай ойнаймыз
- Студент тақтаға шығып, нөмірді атайды және құрылымның қызметін айтады
- Сары нөмірді басса — дұрыс жауап ашылады
- Модельді айналдырып, барлық нөмірді тап
Талқылауға
- Неге ядрода қос мембрана және поралар бар?
- Барр денешігі деген не және ол кімде болады?
🖱 айналдыр · дөңгелек — жақындат
18 QR-зертхана · телефонмен
Үш виртуалды тапсырма
🔬 1 · 3D-препарат
3D модельде белгіленген құрылымды тап. 10 раунд.
20 балл🧬 2 · Ядро шебері
Жинақталу деңгейлері, тест, сұрыптау
20 балл🩺 3 · Кейс-тест
10 сұрақ: құрылыс → қызмет → патология. Жауаптар тексергеннен кейін ашылады.
20 баллКодсыз ашылады · аты-жөніңді жаз · соңғы экранның скриншотын жұмыс парағына тірке
19 Клиникалық / зерттеу кейсі
Білімді қолдан
Кейс 1 · Жыныстық хроматин
Спортшыда жыныстық тексеруде Барр денешігі анықталмады, сыртқы белгілері әйел.
Сұрақ: Қандай кариотип болуы мүмкін? Әдістің шектеулерін ата.
Кейс 2 · Прогерия
8 жастағы бала қарт адамға ұқсайды; жасушаларының ядросы бүрмеленген.
Сұрақ: Ядро ламинасының рөлін түсіндір; неге ақау бүкіл ағзаға әсер етеді?
Кейс 3 · Онкоцитология
Жағындыда жасушалардың ядросы ірі, пішіні бұзылған, ядрошықтары 3–5, хроматин дөрекі.
Сұрақ: Бұл белгілер неге қатерлі ісікке тән? ЯЦҚ қалай өзгерген?
Топпен талқылау 5 минут · жауапты жұмыс парағына жаз
20 Бағалау · Рефлексия
Не білдім, не үйрендім?
📊 Бағалау · 100 балл
| Жұмыс түрі | Балл |
|---|---|
| QR-1 «3D-препарат» | 20 |
| QR-2 «Ядро шебері» | 20 |
| QR-3 «Кейс-тест» | 20 |
| Жұмыс парағы | 30 |
| 3D-препарат, кейс талқылау | 10 |
90–100 «өте жақсы» · 75–89 «жақсы» · 50–74 «қанағаттанарлық»
🪞 Рефлексия «3–2–1»
- 3 — бүгін түсінген ұғым
- 2 — құрылыс пен қызмет байланысының мысалы
- 1 — әлі де сұрағым келетін сұрақ
🏠 Өздік жұмыс (СӨЖ)
- Адам кариотипінің фотосынан хромосомаларды топқа бөліп, идиограмма құр
- Келесі тақырып: Митоз және мейоз