Acasă | Despre noi | feedback-ul
Studiul organizării chimice a cromozomilor în celulele eucariote a arătat că acestea constau în principal din ADN si proteine, care formează un complex cromatinei nucleoproteine, numit pentru abilitatea sa de a fi colorate cu coloranți de bază.
Așa cum a fost demonstrat de numeroase studii (vezi § 3.2.), ADN-ul este purtătorul material al proprietăților ereditate și de variație și conține informația biologică - programul de dezvoltare a celulei, organismul, înregistrate cu ajutorul unui cod special. Cantitatea de ADN din nucleele celulelor organismului acestei specii este constantă și proporțională cu ploida lor. În celulele somatice diploide ale corpului, este de două ori mai mare decât în gameții. O creștere a numărului de seturi cromozomiale în celulele poluate este însoțită de o creștere proporțională a cantității de ADN din ele.
Proteinele reprezintă o parte semnificativă a substanței cromozomilor. Acestea reprezintă aproximativ 65% din masa acestor structuri. Toate proteinele cromozomiale sunt împărțite în două grupe: histone și proteine non-histone.
Histonele sunt reprezentate de cinci fracțiuni: HI, H2A, H2B, N3, H4. Fiind încărcați pozitiv cu proteine de bază, aceștia sunt destul de ferm legați de moleculele ADN, împiedicând astfel citirea informațiilor biologice conținute în acestea. Acesta este rolul lor de reglementare. În plus, aceste proteine îndeplinesc o funcție structurală, asigurând organizarea spațială a ADN-ului în cromozomi (vezi secțiunea 3.5.2.2).
Numărul de fracțiuni de proteine non-histone depășește 100. Printre acestea, enzimele sunt sinteza și prelucrarea ARN-ului, reducerea și repararea ADN-ului. Proteinele acide ale cromozomilor exercită de asemenea un rol structural și de reglementare. În plus față de ADN și proteine, cromozomii conțin de asemenea ARN, lipide, polizaharide și ioni metalici.
ARN-ul cromozomilor este reprezentat, în parte, de produsele de transcriere care nu au părăsit încă locul de sinteză. Unele fracțiuni sunt caracterizate de o funcție de reglementare.
Rolul de reglementare al componentelor cromozomilor este de a "interzice" sau de a "permite" copierea informațiilor din molecula ADN.
Rapoartele în greutate ale ADN-ului: histone: proteine non-histonice: ARN: lipide - sunt 1: 1: (0,2-0,5) :( 0,1-0,15) :( 0,01--0,03). Alte componente se găsesc într-o cantitate mică.
Organizarea structurală a cromatinei
Păstrând continuitatea într-o serie de generații de celule, cromatina, în funcție de perioada și faza ciclului celular, își schimbă organizarea. În interfaza cu microscopie de lumină, este detectată sub formă de aglomerări împrăștiate în nucleoplasma nucleului. Atunci când o celulă se mută la mitoză, mai ales în metafază, cromatina dobândește apariția unor corpuri distincte, distincte, de culoare intensă - cromozomi.
Interfază și formele de cromatină metafază de existență sunt considerate ca fiind două variante polare ale organizației sale structurale implicate în ciclul mitotic al tranzițiilor reciproce. În sprijinul acestei evaluări indică dovezi microscopie electronică că baza atât interfazei și metafază forma este una și aceeași structură filamentos elementară. Sub microscopice de electroni și studii fizico-chimice în compoziția interfazei cromozomi cromatinei și metafază au fost identificate de filamente (fibrile) având un diametru de 3,0-5,0, 10, 20-30 nm. Este util să se reamintească faptul că diametrul dublu helix ADN-ului este de aproximativ 2 nm diametru Structura filamentoasa interfază cromatinei este 100-200, iar diametrul unuia dintre cromatidelor surori ale cromozomului metafaza - 500- 600 nm.
Cea mai comună este că cromatina (cromozomul) este un filament spiralat. În acest caz, se disting mai multe niveluri de spiralizare (compactitate) de cromatină (Tabelul 3.2).
Tabelul 3.2. Niveluri consistente de compactare a cromatinei
Fig. 3.46. Organizarea nucleozomală a cromatinei.
A - formă de cromatină descompusă;
B - micrograf de electroni ai cromatinei eucariote:
A - molecula ADN este înșurubată pe cornete de proteine;
B - cromatina este reprezentată de nucleozomii legați de ADN-ul de legătură
Filete nucleozomale. Acest nivel al organizării cromatinei este asigurat de patru tipuri de histone nucleozomale: H2A, H2B, NS, H4. Ele formează corpul în formă de proteină, asemănător unui puc - cortexul constând din opt molecule (două molecule de fiecare tip de histone) (Figura 3.46).
Molecula ADN este completată cu cortexul proteinaceos, înfășurat în spirală pe ele. În acest caz, în contact cu fiecare coajă, există un segment ADN compus din 146 perechi de nucleotide (bp). Liber de contact cu organismele de proteine Site-urile ADN-ului se numesc legare sau linker. Acestea includ de la 15 la 100 bp. (o medie de 60 bp), în funcție de tipul celulei.
Lungimea moleculei de ADN este de aproximativ 200 bp. împreună cu cortexul proteinaceos este nucleozomul. Datorită unei astfel de organizații, un fir, care este un lanț de unități repetate, este un nucleozom bazat pe structura cromatinei (Figura 3.46, B). În legătură cu aceasta, genomul uman, format din 3,109 bp. este reprezentată de o dublă helix de ADN ambalat în nucleotide de 1,5 × 107.
Pe lanțul de nucleozomi care seamănă cu un lanț de perle, există regiuni de ADN care nu conțin corpuri de proteine. Aceste zone sunt situate la intervale de câteva mii de perechi de baze, joacă un rol important în ambalaj cromatinei suplimentar, deoarece acestea conțin secvențe de nucleotide care recunosc în mod specific o varietate de proteine non-histonice.
Ca urmare a organizării nucleozomale a cromatinei, o dublă helix de ADN cu un diametru de 2 nm are un diametru de 10-11 nm.
Chromatin Fibril. Compactizarea ulterioară a filamentului nucleozomic este asigurată de pistonul HI, care, conectându-se cu ADN-ul de legătură și două corpuri de proteine învecinate, le aduce mai aproape. Ca rezultat, se formează o structură mai compactă, posibil construită ca un solenoid. O astfel de fibră cromatină, numită și elementară, are un diametru de 20-30 nm (Figura 3.47).
Fig. 3.47. Fibrilă de cromatină cu un diametru de 20-30 nm. A - conexiunea nucleozomilor adiacenți cu ajutorul histonei HI; B - un lanț format din nucleozomi separați prin secțiuni ADN, fără corpuri de proteine; B - model posibil de ambalare ADN în cromatină fibrilă sub formă de solenoid
Cromonema interfazică. Următorul nivel al organizării structurale a materialului genetic se datorează plierea cromatinei în bucle. In formarea lor, participa probabil non-proteine histone, care sunt capabile să recunoască secvențe nucleotidice specifice ale ADN-ului vnenukleosomnoy la distanță unul de altul la o distanță de câteva kilobaze. Aceste proteine aduc aceste regiuni împreună pentru a forma bucle din fragmentele de fibră cromatină situate între ele (Figura 3.48). Porțiunea de ADN corespunzătoare unei bucăți conține de la 20 000 la 80 000 bp. Poate că fiecare buclă este o unitate funcțională a genomului. Ca urmare, un astfel de pachet cu diametrul de cromatină fibrila de 20-30 nm este convertit la 100-200 nm în structura diametru numit interphase chromonemata.
porțiuni separate interfazice chromonemata sunt supuse compactării în continuare, formând o unitate structurală combinarea bucle adiacente ale aceleiași organizații (Fig. 3.49). Ele sunt detectate în nucleul interfazic sub formă de blocuri de cromatină. Poate că existența acestor blocuri de construcție conduce la o imagine a distribuției inegale a anumitor coloranți în cromozomi metafază, care sunt utilizate în studii citogenetice (vezi. Sec. 3.5.2.3 și 6.4.3.6).
Gradul inegal de compactare a diferitelor regiuni de cromozomi interfazici are o mare importanță funcțională. În funcție de starea de cromatină izolat cromozom eucromatină la densitate diferite de ambalare în porțiuni care nu se divid celule și potențial transcrise și heterochromatic, caracterizat printr-o inerției organizare compactă și genetică. În limitele lor, nu are loc nici o transcriere a informațiilor biologice.
Există heterocromatină constitutivă (structurală) și facultativă.
heterocromatină constitutivă conținute în zonele okolotsentromernyh si telomeric de cromozomi, precum și pentru unele fragmente interne de cromozomi individuali (Fig. 3.50). Se formează numai prin ADN netranscripționat. Probabil, rolul său este de a menține structura generală a nucleului, cromatinei atașamentul la plic nucleare, recunoașterea reciprocă a cromozomilor omologi în meioză, separarea genelor structurale adiacente care participă la procesele de reglementare a activității lor.
Fig. 3.49. Blocuri structurale în organizarea cromatinei.
Structura A - buclei de cromatină;
B - continuarea condensării buclelor de cromatină;
B - unificarea buclelor având o structură similară în blocuri cu formarea formei finale a cromozomului interfazic
Fig. 3.50. Heterochromatină constitutivă în cromozomi umani metafază
Exemple de heterocromatinei este corpul cromatină facultativa sexual format de celulele normale in organisme sex homogametic (homogametic este o femelă umană) într-unul dintre cei doi cromozomi X. Genele acestui cromozom nu sunt transcrise. Formarea heterocromatinei Facultativă datorita materialului genetic al cromozomilor este însoțit de un alt proces de diferențiere celulară și servește ca mecanism de decupla funcția grupelor active ale genelor a căror transcriere nu este necesară în celulele acestei specializări. În legătură cu aceasta, structura cromatinei nucleelor celulare din diferite țesuturi și organe pe preparatele histologice diferă. Un exemplu este heterochromatizarea cromatinei în nucleele eritrocitelor mature ale păsărilor.
Nivelele listate ale organizării structurale a cromatinei se găsesc într-o celulă nedistributivă, când cromozomii nu sunt încă suficient de compactați pentru a fi vizibili în microscopul de lumină ca structuri separate. Doar câteva dintre zonele lor cu o densitate de ambalare mai mare sunt detectate în nuclei sub formă de blocuri de cromatină (Figura 3.51).
Fig. 3.51. Heterochromatin în nucleul interfazic
Secțiunile compacte de heterochromatină sunt grupate în jurul nucleolului și membranei nucleare
Cromozomul metafazic. Intrarea unei celule din interfază în mitoză este însoțită de supercompactarea cromatinei. Cromozomii individuali se disting clar. Acest proces începe în profază, atingând expresia maximă în metafaza mitozei și anafazei (vezi secțiunea 2.4.2). În telofaza mitozei are loc descompunerea cromozomilor, care dobândește structura cromatinei interfazice. Supercompactarea mitotică descrisă facilitează distribuirea cromozomilor la poli de axul mitotic în anafaza mitozei. Gradul de compactare a cromatinei la diferite perioade ale ciclului celular mitotic poate fi estimat din datele prezentate în Tabelul. 3.2.
Supraccompactizarea mitotică a cromatinei face posibilă studierea aspectului cromozomilor cu ajutorul microscopiei ușoare. În prima jumătate a mitozei, ele constau în două cromatide legate între ele în zona de constricție primară (centromere sau kinetochore) a unei regiuni special organizate a cromozomului comun ambilor cromatide soratice. În a doua jumătate a mitozei, separarea cromatidelor are loc una de cealaltă. Dintre acestea, se formează cromozomi cu fiică monocatenară, distribuite între celulele fiice.
În funcție de locația lungimea centromere și umăr situate pe fiecare parte a acesteia, există mai multe forme de (centromere mijlociu s) cromozom egal sau metacentric, neravnoplechie sau submetacentric (s centromere mutat la unul din capete), tijă sau acrocentric (un centromere, situat aproape la capătul de cromozomi) si punct foarte mici, a cărei formă este dificil de determinat (fig. 3.52). Atunci când rutina metode de vopsire cromozomului, acestea diferă în formă și mărime corelative. Când se utilizează tehnicile de colorare diferentiata a relevat colorant de fluorescență inegală sau distribuției pe lungimea cromozomului, strict specific pentru fiecare cromozom și Omologul acestuia (fig. 3.53).
Astfel, fiecare cromozom este individual nu numai prin setul de gene conținute în el, ci și prin morfologia și caracterul de colorare diferențială.
Fig. 3.52. Forme de cromozomi:
I - telocentric, II - acrocentric, III - submetacentric, IV - metacentric;
1 - centromere, 2 - satelit, 3 - braț scurt, braț lung, 5 - cromatide
Fig. 3.53. Localizarea loci în cromozomi umane
la colorarea lor diferențială:
p - brațul scurt, q - brațul lung; 1-22 - numărul de serie al cromozomului; XY - Cromozomi sexuali
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: