Η ετεροχρωματίνη είναι μια περιοχή χρωμοσωμάτων που βρίσκεται συνεχώς σε συμπαγή κατάσταση.
Η ευχρωματίνη είναι χαλαρά συσκευασμένες (αποσυμπυκνωμένες) περιοχές των χρωμοσωμάτων.
Στις περικεντρομερικές περιοχές των χρωμοσωμάτων και στους βραχείς βραχίονες των ακροκεντρικών χρωμοσωμάτων, η ετεροχρωματίνη χρωματίζεται, χαρακτηρίζεται ως δομική, η οποία ανιχνεύεται συνεχώς κατά τη διαίρεση των μιτωτικών κυττάρων και στον πυρήνα της μεσοφάσεως. Ένας άλλος τύπος ετεροχρωματίνης είναι προαιρετικός, ο οποίος προκύπτει από τη συμπίεση των ευχρωματικών περιοχών και περιέχει γονίδια που εμπλέκονται στο μεταβολισμό των πρωτεϊνών. Η συμπύκνωση της προαιρετικής περιοχής είναι αναστρέψιμη, εκφρασμένη σε αποσυμπύκνωση.
Τα χρωμοσώματα αποτελούνται από DNA (περίπου 40%) και πρωτεΐνες (περίπου 60%), σχηματίζοντας ένα σύμπλεγμα νουκλεοπρωτεϊνών. Οι πρωτεΐνες χωρίζονται σε δύο ομάδες: ιστόνη και μη ιστόνη. Οι ιστόνες αντιπροσωπεύονται από πέντε μόρια: H1, H2A, H2B, H3 και H4. Οι πρωτεΐνες ιστόνης αποτελούν το 40 έως 80% όλων των πρωτεϊνών των χρωμοσωμάτων. Αποτελούνται από μικρά (+) φορτισμένα μόρια. Σε αυτά κυριαρχούν τα κύρια αμινοξέα αργινίνη και λυσίνη. Λόγω της δομής τους, οι πρωτεΐνες ιστόνης συνδυάζονται με (–) φορτισμένο DNA για να σχηματίσουν ένα σύμπλεγμα DNA-ιστόνης. Αυτό το σύμπλοκο ονομάζεται χρωματίνη. Gis. Οι πρωτεΐνες εκτελούν τη λειτουργία της ειδικής συσκευασίας ενός τεράστιου μορίου DNA σε μια συμπαγή δομή χρωμοσώματος. Οι ιστόνες εμποδίζουν την ανάγνωση των βιολογικών πληροφοριών που περιέχονται στο DNA. Αυτός είναι ο ρυθμιστικός τους ρόλος. Επιπλέον, αυτές οι πρωτεΐνες εκτελούν μια δομική λειτουργία, διασφαλίζοντας τη χωρική οργάνωση του DNA στα χρωμοσώματα
Ο αριθμός των κλασμάτων πρωτεΐνης μη ιστόνης υπερβαίνει τα 100. Μεταξύ αυτών είναι ένζυμα για σύνθεση και επεξεργασία RNA, αναδιπλασιασμό και επιδιόρθωση DNA. Οι όξινες πρωτεΐνες των χρωμοσωμάτων εκτελούν επίσης δομικούς και ρυθμιστικούς ρόλους. Εκτός από το DNA και τις πρωτεΐνες, τα χρωμοσώματα περιέχουν επίσης RNA, λιπίδια, πολυσακχαρίτες και μεταλλικά ιόντα. Το RNA του χρωμοσώματος αντιπροσωπεύεται εν μέρει από προϊόντα μεταγραφής που δεν έχουν ακόμη εγκαταλείψει τη θέση σύνθεσης. Ορισμένα κλάσματα έχουν ρυθμιστική λειτουργία. Ο ρυθμιστικός ρόλος των συστατικών του χρωμοσώματος είναι να «απαγορεύουν» ή να «επιτρέπουν» την αντιγραφή πληροφοριών από το μόριο του DNA.
Σε διαφορετικές περιοχές των χρωμοσωμάτων, το DNA διαφέρει ως προς τη σύνθεση και τις ιδιότητες.
Το κεντρομερές DNA βρίσκεται στην περιοχή των πρωτογενών συστολών. Τα τελομερή περιέχουν ειδικό DNA που εμποδίζει τη βράχυνση των χρωμοσωμάτων κατά την αντιγραφή. Στις ζώνες των δευτερογενών συστολών υπάρχουν τμήματα DNA που είναι υπεύθυνα για τη σύνθεση του rRNA. Το κύριο μέρος του DNA που είναι υπεύθυνο για τη σύνθεση πολυάριθμων αγγελιαφόρων RNA βρίσκεται στους βραχίονες των χρωμοσωμάτων.
Ενώ διατηρείται η συνέχεια σε πολλές γενιές κυττάρων, η χρωματίνη αλλάζει τη δομή της ανάλογα με την περίοδο και τη φάση του κυτταρικού κύκλου. οργάνωση.Στη μεσοφάση, σε μικροσκόπιο φωτός, ανιχνεύεται με τη μορφή συστάδων διάσπαρτων στο πυρηνόπλασμα του πυρήνα. Κατά τη μετάβαση ενός κυττάρου στη μίτωση, ειδικά στη μετάφαση, η χρωματίνη παίρνει την εμφάνιση καθαρά ορατών μεμονωμένων σωμάτων με έντονα χρώματα - χρωμοσώματα.
Οι μεσοφασικές και μεταφασικές μορφές ύπαρξης της χρωματίνης θεωρούνται ως δύο πολικές παραλλαγές της δομικής της οργάνωσης, που συνδέονται στον μιτωτικό κύκλο με αμοιβαίες μεταβάσεις. Η πιο κοινή άποψη είναι ότι η χρωματίνη (χρωμόσωμα) είναι ένα σπειροειδές νήμα. Στην περίπτωση αυτή, διακρίνονται διάφορα επίπεδα σπειροειδοποίησης (συμπαγοποίησης) χρωματίνης
Νουκλεοσωμικό νήμα . Αυτό το επίπεδο οργάνωσης της χρωματίνης παρέχεται από τέσσερις τύπους νουκλεοσωμικών ιστονών: H2A, H2B, H3, H4. Σχηματίζουν πρωτεϊνικά σώματα - πυρήνες σε σχήμα ξωτήρα, που αποτελούνται από οκτώ μόρια (δύο μόρια από κάθε τύπο ιστονών)
Ινίδιο χρωματίνης. Περαιτέρω συμπίεση του νουκλεοσωμικού κλώνου εξασφαλίζεται από το έμβολο HI, το οποίο, συνδέοντας με το συνδετικό DNA και δύο γειτονικά πρωτεϊνικά σώματα, τα φέρνει πιο κοντά το ένα στο άλλο. Το αποτέλεσμα είναι μια πιο συμπαγής κατασκευή, πιθανώς κατασκευασμένη σαν σωληνοειδές. Αυτό το ινίδιο χρωματίνης, που ονομάζεται επίσης στοιχειώδες, έχει διάμετρο 20-30 nm
Διαφασικό χρωμόνημα . Το επόμενο επίπεδο δομικής οργάνωσης του γενετικού υλικού οφείλεται στην αναδίπλωση του ινιδίου της χρωματίνης σε βρόχους. Οι μη ιστονικές πρωτεΐνες, οι οποίες είναι ικανές να αναγνωρίζουν συγκεκριμένες νουκλεοτιδικές αλληλουχίες εξωνουκλεοσωμικού DNA, απομακρυσμένες μεταξύ τους σε απόσταση πολλών χιλιάδων ζευγών νουκλεοτιδίων, προφανώς συμμετέχουν στο σχηματισμό τους. Αυτές οι πρωτεΐνες συγκεντρώνουν αυτές τις περιοχές για να σχηματίσουν βρόχους από θραύσματα του ινιδίου της χρωματίνης που βρίσκεται ανάμεσά τους. Ως αποτέλεσμα αυτής της συσκευασίας, ένα ινίδιο χρωματίνης με διάμετρο 20-30 nm μετατρέπεται σε μια δομή με διάμετρο 100-200 nm, που ονομάζεται χρωμόνημα μεσοφάσεως. .
Μεμονωμένα τμήματα του μεσοφασικού χρωμονήματος υφίστανται περαιτέρω συμπύκνωση, σχηματίζοντας δομικά μπλοκ που ενώνουν γειτονικούς βρόχους με την ίδια οργάνωση
Χρωμοσώματα λυχναριούβρίσκεται σε ωοκύτταρα ψαριών, αμφιβίων, ερπετών και πτηνών στο στάδιο του διπλοτενίου. Κάθε ένα από τα δύο χρωμοσώματα αποτελείται δισθενώς από δύο χρωματίδες, επομένως, κατά τη σύζευξή τους, σχηματίζονται εκτεταμένες τετραχρωματικές δομές. Κάθε χρωματίδα αποτελείται από έναν σφιχτά στριμμένο αξονικό κλώνο με πλευρικούς βρόχους που εκτείνονται από αυτόν, που σχηματίζεται από μια μονή διπλή έλικα DNA. Αυτοί οι βρόχοι πιθανότατα αντιπροσωπεύουν DNA που έχει απελευθερωθεί από πρωτεΐνες για να επιτραπεί η μεταγραφή. χρωμοσώματα τύπου L sch." μεταγράφονται πιο ενεργά από τις συνηθισμένες εγγραφές. Αυτό οφείλεται στην ανάγκη συσσώρευσης σημαντικών ποσοτήτων γονιδιακών προϊόντων στα ωοκύτταρα.
Στείλτε την καλή δουλειά σας στη βάση γνώσεων είναι απλή. Χρησιμοποιήστε την παρακάτω φόρμα
Φοιτητές, μεταπτυχιακοί φοιτητές, νέοι επιστήμονες που χρησιμοποιούν τη βάση γνώσεων στις σπουδές και την εργασία τους θα σας είναι πολύ ευγνώμονες.
Δημοσιεύτηκε στο http://www.allbest.ru/
Κανω ΑΝΑΦΟΡΑ
Δομή και χημεία της χρωματίνης
Χρωματίνηείναι ένα σύνθετο μείγμα ουσιών από το οποίο δομούνται ευκαρυωτικά χρωμοσώματα. Τα κύρια συστατικά της χρωματίνης είναι το DNA και οι χρωμοσωμικές πρωτεΐνες, οι οποίες περιλαμβάνουν ιστόνες και μη ιστονικές πρωτεΐνες που σχηματίζουν εξαιρετικά διατεταγμένες δομές στο διάστημα. Η αναλογία DNA και πρωτεΐνης στη χρωματίνη είναι ~1:1 και ο κύριος όγκος της πρωτεΐνης χρωματίνης αντιπροσωπεύεται από ιστόνες. Ο όρος «Χ» εισήχθη από τον W. Flemming το 1880 για να περιγράψει τις ενδοπυρηνικές δομές που βάφονται με ειδικές βαφές.
Χρωματίνη- το κύριο συστατικό του κυτταρικού πυρήνα. είναι αρκετά εύκολο να ληφθεί από απομονωμένους πυρήνες μεσοφάσεως και από απομονωμένα μιτωτικά χρωμοσώματα. Για να γίνει αυτό, χρησιμοποιούν την ικανότητά του να μεταβαίνει σε διαλυμένη κατάσταση κατά την εκχύλιση με υδατικά διαλύματα χαμηλής ιοντικής ισχύος ή απλά απιονισμένο νερό.
Τα κλάσματα χρωματίνης που λαμβάνονται από διαφορετικά αντικείμενα έχουν ένα αρκετά ομοιόμορφο σύνολο συστατικών. Διαπιστώθηκε ότι η συνολική χημική σύσταση της χρωματίνης από τους πυρήνες της ενδιάμεσης φάσης διαφέρει ελάχιστα από τη χρωματίνη από τα μιτωτικά χρωμοσώματα. Τα κύρια συστατικά της χρωματίνης είναι το DNA και οι πρωτεΐνες, το μεγαλύτερο μέρος των οποίων είναι οι ιστόνες και οι μη ιστονικές πρωτεΐνες.
Ολίσθηση3 . Υπάρχουν δύο τύποι χρωματίνης: η ετεροχρωματίνη και η ευχρωματίνη. Το πρώτο αντιστοιχεί σε περιοχές χρωμοσωμάτων που συμπυκνώνονται κατά τη διάρκεια της μεσόφασης· είναι λειτουργικά ανενεργό. Αυτή η χρωματίνη λερώνει καλά και είναι αυτό που μπορεί να δει κανείς σε ένα ιστολογικό δείγμα. Η ετεροχρωματίνη χωρίζεται σε δομική (πρόκειται για τμήματα χρωμοσωμάτων που συμπυκνώνονται συνεχώς) και προαιρετική (μπορεί να αποσυμπυκνωθεί και να μετατραπεί σε ευχρωματίνη). Η ευχρωματίνη αντιστοιχεί σε περιοχές χρωμοσωμάτων που αποσυμπυκνώνονται κατά τη διάρκεια της μεσόφασης. Αυτή είναι η λειτουργική, λειτουργικά ενεργή χρωματίνη. Δεν λερώνει και δεν είναι ορατό στο ιστολογικό δείγμα. Κατά τη μίτωση, όλη η ευχρωματίνη συμπυκνώνεται και ενσωματώνεται στα χρωμοσώματα.
Κατά μέσο όρο, περίπου το 40% της χρωματίνης είναι DNA και περίπου το 60% είναι πρωτεΐνες, μεταξύ των οποίων ειδικές πρωτεΐνες πυρηνικής ιστόνης αντιπροσωπεύουν το 40 έως 80% όλων των πρωτεϊνών που συνθέτουν την απομονωμένη χρωματίνη. Επιπλέον, τα κλάσματα χρωματίνης περιλαμβάνουν συστατικά μεμβράνης, RNA, υδατάνθρακες, λιπίδια και γλυκοπρωτεΐνες. Το ερώτημα πόσο αυτά τα δευτερεύοντα συστατικά περιλαμβάνονται στη δομή της χρωματίνης δεν έχει ακόμη επιλυθεί. Έτσι, το RNA μπορεί να μεταγραφεί RNA που δεν έχει ακόμη χάσει τη σύνδεσή του με το εκμαγείο DNA. Άλλα δευτερεύοντα συστατικά μπορεί να αναφέρονται σε ουσίες από συγκαταβυθισμένα θραύσματα της πυρηνικής μεμβράνης.
Οι ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ είναι μια κατηγορία βιολογικών πολυμερών που υπάρχουν σε κάθε ζωντανό οργανισμό. Με τη συμμετοχή πρωτεϊνών λαμβάνουν χώρα οι κύριες διεργασίες που διασφαλίζουν τις ζωτικές λειτουργίες του σώματος: αναπνοή, πέψη, μυϊκή σύσπαση, μετάδοση νευρικών ερεθισμάτων.
Οι πρωτεΐνες είναι πολυμερή και τα αμινοξέα είναι οι μονομερείς μονάδες τους.
Αμινοξέα - πρόκειται για οργανικές ενώσεις που περιέχουν στη σύνθεσή τους (σύμφωνα με το όνομα) μια αμινομάδα NH2 και μια οργανική όξινη ομάδα, δηλ. καρβοξυλ, ομάδα COOH.
Ένα μόριο πρωτεΐνης σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της διαδοχικής σύνδεσης αμινοξέων, ενώ η καρβοξυλική ομάδα ενός οξέος αλληλεπιδρά με την αμινομάδα ενός γειτονικού μορίου, με αποτέλεσμα το σχηματισμό ενός πεπτιδικού δεσμού - CO-NH- και την απελευθέρωση ένα μόριο νερού. Διαφάνεια 9
Τα μόρια πρωτεΐνης περιέχουν από 50 έως 1500 υπολείμματα αμινοξέων. Η ατομικότητα μιας πρωτεΐνης καθορίζεται από το σύνολο των αμινοξέων που συνθέτουν την αλυσίδα του πολυμερούς και, όχι λιγότερο σημαντικό, από τη σειρά εναλλαγής τους κατά μήκος της αλυσίδας. Για παράδειγμα, το μόριο της ινσουλίνης αποτελείται από 51 υπολείμματα αμινοξέων.
Χημική σύνθεση ιστονών. Χαρακτηριστικά φυσικών ιδιοτήτων και αλληλεπίδραση με το DNA
Ιστόνες- σχετικά μικρές πρωτεΐνες με πολύ μεγάλη αναλογία θετικά φορτισμένων αμινοξέων (λυσίνη και αργινίνη). Το θετικό φορτίο βοηθά τις ιστόνες να συνδέονται στενά με το DNA (το οποίο είναι πολύ αρνητικά φορτισμένο) ανεξάρτητα από την αλληλουχία νουκλεοτιδίων του. Το σύμπλεγμα και των δύο κατηγοριών πρωτεϊνών με το πυρηνικό DNA των ευκαρυωτικών κυττάρων ονομάζεται χρωματίνη. Οι ιστόνες είναι ένα μοναδικό χαρακτηριστικό των ευκαρυωτών και υπάρχουν σε τεράστιες ποσότητες ανά κύτταρο (περίπου 60 εκατομμύρια μόρια κάθε τύπου ανά κύτταρο). Οι τύποι ιστόνης εμπίπτουν σε δύο κύριες ομάδες - νουκλεοσωμικές ιστόνες και Η1 ιστόνες, σχηματίζοντας μια οικογένεια εξαιρετικά διατηρημένων πρωτεϊνών πυρήνα που αποτελείται από πέντε μεγάλες κατηγορίες - H1 και H2A, H2B, H3 και H4. Η ιστόνη Η1 είναι μεγαλύτερη (περίπου 220 αμινοξέα) και έχει αποδειχθεί ότι είναι λιγότερο διατηρημένη κατά την εξέλιξη. Το μέγεθος των πολυπεπτιδικών αλυσίδων ιστόνης κυμαίνεται από 220 (Η1) έως 102 (Η4) υπολείμματα αμινοξέων. Η ιστόνη H1 είναι πολύ εμπλουτισμένη σε υπολείμματα Lys, οι ιστόνες H2A και H2B χαρακτηρίζονται από μέτρια περιεκτικότητα σε Lys και οι πολυπεπτιδικές αλυσίδες των ιστονών H3 και H4 είναι πλούσιες σε Arg. Μέσα σε κάθε κατηγορία ιστονών (με εξαίρεση την Η4), διακρίνονται διάφοροι υποτύποι αυτών των πρωτεϊνών με βάση τις αλληλουχίες αμινοξέων. Αυτή η πολλαπλότητα είναι ιδιαίτερα χαρακτηριστική για τις ιστόνες Η1 θηλαστικών. Σε αυτή την περίπτωση, υπάρχουν επτά υποτύποι που ονομάζονται H1.1-H1.5, H1o και H1t. Οι ιστόνες Η3 και Η4 ανήκουν στις πιο διατηρημένες πρωτεΐνες. Αυτή η εξελικτική διατήρηση υποδηλώνει ότι σχεδόν όλα τα αμινοξέα τους είναι σημαντικά για τη λειτουργία αυτών των ιστονών. Το Ν-τερματικό τμήμα αυτών των ιστονών μπορεί να τροποποιηθεί αναστρέψιμα στο κύτταρο λόγω ακετυλίωσης μεμονωμένων υπολειμμάτων λυσίνης, η οποία αφαιρεί το θετικό φορτίο των λυσινών.
Η περιοχή του πυρήνα της ουράς ιστόνης.
Χάντρες στη χορδή Α
Μικρό εύρος αλληλεπίδρασης
Συνδετικές ιστόνες
Ίνα 30 nm
Ίνα χρωμονήματος
Αλληλεπιδράσεις ινών μεγάλης εμβέλειας
νουκλεοσωμική ιστόνη χρωματίνης
Ο ρόλος των ιστονών στην αναδίπλωση του DNA είναι σημαντικός για τους ακόλουθους λόγους:
1) Εάν τα χρωμοσώματα αποτελούνταν μόνο από τεντωμένο DNA, είναι δύσκολο να φανταστεί κανείς πώς θα μπορούσαν να αντιγραφούν και να χωριστούν σε θυγατρικά κύτταρα χωρίς να μπερδευτούν ή να σπάσουν.
2) Σε εκτεταμένη κατάσταση, η διπλή έλικα του DNA κάθε ανθρώπινου χρωμοσώματος θα διέσχιζε τον πυρήνα του κυττάρου χιλιάδες φορές. Έτσι, οι ιστόνες συσκευάζουν ένα πολύ μακρύ μόριο DNA με τακτοποιημένο τρόπο σε έναν πυρήνα διαμέτρου πολλών μικρομέτρων.
3) Δεν διπλώνεται όλο το DNA με τον ίδιο τρόπο και ο τρόπος με τον οποίο μια περιοχή του γονιδιώματος συσκευάζεται σε χρωματίνη πιθανότατα επηρεάζει τη δραστηριότητα των γονιδίων που περιέχονται σε αυτήν την περιοχή.
Στη χρωματίνη, το DNA εκτείνεται ως συνεχής δίκλωνος κλώνος από το ένα νουκλεόσωμα στο επόμενο. Κάθε νουκλεόσωμα διαχωρίζεται από το επόμενο από ένα τμήμα συνδετικού DNA, το οποίο ποικίλλει σε μέγεθος από 0 έως 80 ζεύγη νουκλεοτιδίων. Κατά μέσο όρο, τα επαναλαμβανόμενα νουκλεοσώματα έχουν απόσταση νουκλεοτιδίων περίπου 200 ζεύγη νουκλεοτιδίων. Σε ηλεκτρονικές μικρογραφίες, αυτή η εναλλαγή του οκταμερούς ιστόνης με τυλιγμένο DNA και συνδετικό DNA δίνει στη χρωματίνη μια εμφάνιση «σφαιρίδια σε μια χορδή» (μετά από επεξεργασίες που ξεδιπλώνουν συσκευασία υψηλότερης τάξης).
ΜεθυλίωσηΩς ομοιοπολική τροποποίηση των ιστονών, είναι πιο περίπλοκη από οποιαδήποτε άλλη, καθώς μπορεί να εμφανιστεί τόσο σε λυσίνες όσο και σε αργινίνες. Επιπλέον, σε αντίθεση με οποιαδήποτε άλλη τροποποίηση στην ομάδα 1, τα αποτελέσματα της μεθυλίωσης μπορεί να είναι είτε θετικά είτε αρνητικά στη μεταγραφική έκφραση ανάλογα με τη θέση του υπολείμματος στην ιστόνη (Πίνακας 10.1). Ένα άλλο επίπεδο πολυπλοκότητας προκύπτει από το γεγονός ότι μπορεί να υπάρχουν πολλαπλές καταστάσεις μεθυλίωσης σε κάθε υπόλειμμα. Οι λυσίνες μπορεί να είναι μονο-(me1), δι-(me2) ή τρι-(me3) μεθυλιωμένες, ενώ οι αργινίνες μπορεί να είναι μονο-(me1) ή δι-(me2) μεθυλιωμένες.
Φωσφορυλίωσηείναι το πιο γνωστό PTM, καθώς έχει γίνει κατανοητό από καιρό ότι οι κινάσες ρυθμίζουν τη μετάδοση σήματος από την επιφάνεια του κυττάρου μέσω του κυτταροπλάσματος και στον πυρήνα, οδηγώντας σε αλλαγές στη γονιδιακή έκφραση. Οι ιστόνες ήταν από τις πρώτες πρωτεΐνες που ανακαλύφθηκαν ότι φωσφορυλιώθηκαν. Μέχρι το 1991, ανακαλύφθηκε ότι όταν τα κύτταρα διεγέρθηκαν για να πολλαπλασιαστούν, τα λεγόμενα «άμεσα-πρώιμα» γονίδια προκλήθηκαν και έγιναν μεταγραφικά ενεργά και λειτουργούσαν για να διεγείρουν τον κυτταρικό κύκλο. Αυτή η αυξημένη γονιδιακή έκφραση συσχετίζεται με τη φωσφορυλίωση της ιστόνης Η3 (Mahadevan et al., 1991). Το υπόλειμμα της σερίνης 10 της ιστόνης H3 (H3S10) έχει αποδειχθεί ότι είναι μια σημαντική θέση φωσφορυλίωσης για τη μεταγραφή από ζυμομύκητες στον άνθρωπο και φαίνεται να είναι ιδιαίτερα σημαντικό στο Drosophila (Nowak and Corces, 2004).
Ubiquitinationη διαδικασία σύνδεσης μιας «αλυσίδας» μορίων ουβικιτίνης σε μια πρωτεΐνη (βλέπε Ubiquitin). Στο U., το C-άκρο της ουβικιτίνης ενώνει τα πλευρικά υπολείμματα λυσίνης στο υπόστρωμα. Η αλυσίδα πολυουμπικιτίνης συνδέεται σε μια αυστηρά καθορισμένη στιγμή και είναι ένα σήμα που υποδεικνύει ότι η πρωτεΐνη υπόκειται σε αποικοδόμηση.
Η ακετυλίωση ιστόνης παίζει σημαντικό ρόλο στη ρύθμιση της δομής της χρωματίνης κατά τη μεταγραφική ενεργοποίηση, αυξάνοντας την προσβασιμότητα της χρωματίνης στον μηχανισμό μεταγραφής. Πιστεύεται ότι οι ακετυλιωμένες ιστόνες είναι λιγότερο στενά συνδεδεμένες με το DNA και επομένως είναι ευκολότερο για τη μηχανή μεταγραφής να υπερνικήσει την αντίσταση της συσκευασίας χρωματίνης. Συγκεκριμένα, η ακετυλίωση μπορεί να διευκολύνει την πρόσβαση και τη δέσμευση παραγόντων μεταγραφής στα στοιχεία αναγνώρισής τους στο DNA. Τα ένζυμα που πραγματοποιούν τη διαδικασία της ακετυλίωσης και της αποακετυλίωσης ιστόνης έχουν πλέον αναγνωριστεί και πιθανότατα σύντομα θα μάθουμε περισσότερα για το πώς αυτό σχετίζεται με την ενεργοποίηση της μεταγραφής.
Είναι γνωστό ότι οι ακετυλιωμένες ιστόνες είναι σημάδι της μεταγραφικά ενεργής χρωματίνης.
Οι ιστόνες είναι οι πιο βιοχημικά μελετημένες πρωτεΐνες.
Οργάνωση νουκλεοσώματος
Το νουκλεόσωμα είναι η στοιχειώδης μονάδα συσκευασίας της χρωματίνης. Αποτελείται από μια διπλή έλικα DNA τυλιγμένη γύρω από ένα συγκεκριμένο σύμπλεγμα οκτώ νουκλεοσωμικών ιστονών (οκταμερές ιστόνης). Το νουκλεόσωμα είναι ένα σωματίδιο σε σχήμα δίσκου με διάμετρο περίπου 11 nm, που περιέχει δύο αντίγραφα καθεμιάς από τις νουκλεοσωμικές ιστόνες (H2A, H2B, H3, H4). Το οκταμερές ιστόνης σχηματίζει έναν πυρήνα πρωτεΐνης γύρω από τον οποίο τυλίγεται δίκλωνο DNA δύο φορές (146 ζεύγη βάσεων DNA ανά οκταμερές ιστόνης).
Τα νουκλεοσώματα που αποτελούν τα ινίδια βρίσκονται λίγο πολύ ομοιόμορφα κατά μήκος του μορίου του DNA σε απόσταση 10-20 nm το ένα από το άλλο.
Τα δεδομένα για τη δομή των νουκλεοσωμάτων ελήφθησαν χρησιμοποιώντας ανάλυση περίθλασης ακτίνων Χ χαμηλής και υψηλής ανάλυσης κρυστάλλων νουκλεοσωμάτων, διαμοριακών διασυνδέσεων πρωτεΐνης-DNA και διάσπασης DNA εντός νουκλεοσωμάτων χρησιμοποιώντας νουκλεάσες ή ρίζες υδροξυλίου. Ο A. Klug κατασκεύασε ένα μοντέλο νουκλεοσώματος, σύμφωνα με το οποίο DNA (146 bp) σε μορφή Β (μια δεξιόστροφη έλικα με βήμα 10 bp) τυλίγεται γύρω από ένα οκταμερές ιστόνης, στο κεντρικό τμήμα του οποίου υπάρχουν ιστόνες Τα H3 και H4 βρίσκονται και στην περιφέρεια - H2a και H2b. Η διάμετρος ενός τέτοιου δίσκου νουκλεοσώματος είναι 11 nm και το πάχος του είναι 5,5 nm. Η δομή, που αποτελείται από ένα οκταμερές ιστόνης και DNA τυλιγμένο γύρω του, ονομάζεται σωματίδιο πυρηνικού πυρήνα. Τα σωματίδια του πυρήνα διαχωρίζονται μεταξύ τους με τμήματα συνδετικού DNA. Το συνολικό μήκος του τμήματος DNA που περιλαμβάνεται στο ζωικό νουκλεόσωμα είναι 200 (+/-15) bp.
Οι πολυπεπτιδικές αλυσίδες ιστόνης περιέχουν διάφορους τύπους δομικών περιοχών. Η κεντρική σφαιρική περιοχή και οι εύκαμπτες προεξέχουσες Ν- και C-τερματικές περιοχές εμπλουτισμένες σε βασικά αμινοξέα ονομάζονται βραχίονες. Οι C-τερματικές περιοχές των πολυπεπτιδικών αλυσίδων που εμπλέκονται στις αλληλεπιδράσεις ιστόνης-ιστόνης μέσα στο σωματίδιο του πυρήνα είναι κυρίως με τη μορφή μιας άλφα έλικας με μια εκτεταμένη κεντρική ελικοειδή περιοχή, κατά μήκος της οποίας τοποθετείται μια μικρότερη έλικα και στις δύο πλευρές. Όλες οι γνωστές θέσεις των αναστρέψιμων μετα-μεταφραστικών τροποποιήσεων των ιστονών που συμβαίνουν σε όλο τον κυτταρικό κύκλο ή κατά τη διάρκεια της κυτταρικής διαφοροποίησης εντοπίζονται στις εύκαμπτες βασικές περιοχές των πολυπεπτιδικών τους αλυσίδων (Πίνακας Ι.2). Επιπλέον, οι Ν-τελικοί βραχίονες των ιστονών Η3 και Η4 είναι οι πιο διατηρημένες περιοχές των μορίων και οι ιστόνες γενικά είναι μία από τις πιο εξελικτικά διατηρημένες πρωτεΐνες. Γενετικές μελέτες του ζυμομύκητα S. cerevisiae έδειξαν ότι μικρές διαγραφές και σημειακές μεταλλάξεις στα Ν-τερματικά τμήματα των γονιδίων ιστόνης συνοδεύονται από βαθιές και ποικίλες αλλαγές στον φαινότυπο των κυττάρων ζυμομύκητα, υποδεικνύοντας τη σημασία της ακεραιότητας των μορίων ιστόνης για τη διασφάλιση την καλή λειτουργία των ευκαρυωτικών γονιδίων. Σε διάλυμα, οι ιστόνες Η3 και Η4 μπορούν να υπάρχουν με τη μορφή σταθερών τετραμερών (H3) 2 (H4) 2 και οι ιστόνες H2A και H2B - με τη μορφή σταθερών διμερών. Μια σταδιακή αύξηση της ιοντικής ισχύος σε διαλύματα που περιέχουν φυσική χρωματίνη οδηγεί στην απελευθέρωση πρώτα διμερών Η2Α/Η2Β και στη συνέχεια τετραμερών Η3/Η4.
Η λεπτή δομή των νουκλεοσωμάτων στους κρυστάλλους διευκρινίστηκε στην εργασία των K. Lueger et al. (1997) χρησιμοποιώντας ανάλυση περίθλασης ακτίνων Χ υψηλής ευκρίνειας. Έχει διαπιστωθεί ότι η κυρτή επιφάνεια κάθε ετεροδιμερούς ιστόνης στο οκταμερές περιβάλλεται από τμήματα DNA μήκους 27-28 bp, τοποθετημένα μεταξύ τους σε γωνία 140 μοιρών, τα οποία διαχωρίζονται από περιοχές συνδέτη μήκους 4 bp.
Επίπεδα συμπίεσης DNA: νουκλεοσώματα, ινίδια, βρόγχοι, μιτωτικό χρωμόσωμα
Το πρώτο επίπεδο συμπίεσης του DNA είναι το νουκλεοσωμικό. Εάν η χρωματίνη εκτεθεί σε νουκλεάσες, αυτή και το DNA διασπώνται σε δομές που επαναλαμβάνονται τακτικά. Μετά την επεξεργασία με νουκλεάση, ένα κλάσμα σωματιδίων με ρυθμό καθίζησης 11S απομονώνεται από τη χρωματίνη με φυγοκέντρηση. Τα σωματίδια 11S περιέχουν περίπου 200 ζεύγη βάσεων DNA και οκτώ ιστόνες. Ένα τέτοιο πολύπλοκο σωματίδιο νουκλεοπρωτεΐνης ονομάζεται Nucleosome. Σε αυτό, οι ιστόνες σχηματίζουν έναν πρωτεϊνικό πυρήνα, στην επιφάνεια του οποίου βρίσκεται το DNA. Το DNA σχηματίζει ένα τμήμα που δεν συνδέεται με τις πρωτεΐνες του πυρήνα - έναν Σύνδεσμο, ο οποίος, συνδέοντας δύο γειτονικά νουκλεοσώματα, περνά στο DNA του επόμενου νουκλεοσώματος. Σχηματίζουν «σφαιρίδια», σφαιρικούς σχηματισμούς περίπου 10 nm, που κάθονται το ένα μετά το άλλο σε επιμήκη μόρια DNA. Το δεύτερο επίπεδο συμπίεσης είναι το ινίδιο 30 nm. Το πρώτο, νουκλεοσωμικό, επίπεδο συμπίεσης της χρωματίνης παίζει ρυθμιστικό και δομικό ρόλο, διασφαλίζοντας την πυκνότητα συσκευασίας του DNA κατά 6-7 φορές. Στα μιτωτικά χρωμοσώματα και στους μεσοφασικούς πυρήνες ανιχνεύονται ινίδια χρωματίνης με διάμετρο 25-30 nm. Διακρίνεται ένας τύπος σωληνοειδούς συσκευασίας νουκλεοσωμάτων: ένα νήμα από πυκνά συσσωρευμένα νουκλεοσώματα με διάμετρο 10 nm σχηματίζει στροφές με ελικοειδές βήμα περίπου 10 nm. Υπάρχουν 6-7 νουκλεοσώματα ανά στροφή μιας τέτοιας υπερέλικας. Ως αποτέλεσμα μιας τέτοιας συσκευασίας, εμφανίζεται ένα ινίδιο σπειροειδούς τύπου με μια κεντρική κοιλότητα. Η χρωματίνη στους πυρήνες έχει ινίδια 25 nm, τα οποία αποτελούνται από στενά σφαιρίδια ίδιου μεγέθους - Πυρηνομερή. Αυτά τα νουκλεομερή ονομάζονται υπερσφαιρίδια («υπερσφαιρίδια»). Το κύριο ινίδιο χρωματίνης με διάμετρο 25 nm είναι μια γραμμική εναλλαγή νουκλεομερών κατά μήκος ενός συμπιεσμένου μορίου DNA. Ως μέρος του νουκλεομερούς, σχηματίζονται δύο στροφές του νουκλεοσωμικού ινιδίου, με 4 νουκλεοσώματα στο καθένα. Το νουκλεομερικό επίπεδο πλήρωσης χρωματίνης εξασφαλίζει 40πλάσια συμπίεση του DNA. Τα πυρηνικά και τα νουκλεομερικά (υπεραιτικά) επίπεδα συμπίεσης του DNA της χρωματίνης πραγματοποιούνται από πρωτεΐνες ιστόνης. Τομείς βρόχου του DNA-Ττρίτο επίπεδοδομική οργάνωση της χρωματίνης. Σε υψηλότερα επίπεδα οργάνωσης της χρωματίνης, συγκεκριμένες πρωτεΐνες δεσμεύονται σε συγκεκριμένα τμήματα του DNA, τα οποία σχηματίζουν μεγάλους βρόχους ή τομείς στις θέσεις δέσμευσης. Σε ορισμένα σημεία υπάρχουν συστάδες συμπυκνωμένης χρωματίνης, σχηματισμοί που μοιάζουν με ροζέτα που αποτελούνται από πολλούς βρόχους ινιδίων 30 nm που συνδέονται σε ένα πυκνό κέντρο. Το μέσο μέγεθος των ροζέτας φτάνει τα 100-150 nm. Ροζέτες από ινίδια χρωματίνης - Χρωμομερή. Κάθε χρωμομερές αποτελείται από πολλούς βρόχους που περιέχουν νουκλεόσωμα που συνδέονται σε ένα μόνο κέντρο. Τα χρωμομερή συνδέονται μεταξύ τους με τμήματα νουκλεοσωμικής χρωματίνης. Αυτή η δομή χρωματίνης βρόχου-τομέα διασφαλίζει τη δομική συμπίεση της χρωματίνης και οργανώνει τις λειτουργικές μονάδες των χρωμοσωμάτων - αντιγράφων και μεταγραφόμενων γονιδίων.
Χρησιμοποιώντας τη μέθοδο σκέδασης νετρονίων, ήταν δυνατό να προσδιοριστεί το σχήμα και οι ακριβείς διαστάσεις των νουκλεοσωμάτων. σε μια χονδρική προσέγγιση, είναι ένας επίπεδος κύλινδρος ή ροδέλα με διάμετρο 11 nm και ύψος 6 nm. Τοποθετημένα σε ένα υπόστρωμα για ηλεκτρονική μικροσκοπία, σχηματίζουν «σφαιρίδια» - σφαιρικούς σχηματισμούς περίπου 10 nm, σε ενιαία λίμα, που κάθονται παράλληλα σε επιμήκη μόρια DNA. Στην πραγματικότητα, μόνο οι περιοχές σύνδεσης είναι επιμήκεις· τα υπόλοιπα τρία τέταρτα του μήκους του DNA είναι ελικοειδή διατεταγμένα κατά μήκος της περιφέρειας του οκταμερούς ιστόνης. Το ίδιο το οκταμερές ιστόνης πιστεύεται ότι έχει σχήμα σαν μπάλα ράγκμπι, που αποτελείται από ένα τετραμερές (H3·H4)2 και δύο ανεξάρτητα διμερή H2A·H2B. Στο Σχ. Το Σχήμα 60 δείχνει ένα διάγραμμα της θέσης των ιστονών στο τμήμα πυρήνα του νουκλεοσώματος.
Σύνθεση κεντρομερών και τελομερών
Σήμερα σχεδόν όλοι γνωρίζουν τι είναι τα χρωμοσώματα. Αυτά τα πυρηνικά οργανίδια, στα οποία εντοπίζονται όλα τα γονίδια, αποτελούν τον καρυότυπο ενός δεδομένου είδους. Κάτω από ένα μικροσκόπιο, τα χρωμοσώματα μοιάζουν με ομοιόμορφες, επιμήκεις σκούρες δομές σε σχήμα ράβδου και η εικόνα που βλέπετε είναι απίθανο να φαίνεται ενδιαφέρον θέαμα. Επιπλέον, οι παρασκευές των χρωμοσωμάτων πολλών ζωντανών πλασμάτων που ζουν στη Γη διαφέρουν μόνο ως προς τον αριθμό αυτών των ράβδων και τις τροποποιήσεις του σχήματός τους. Ωστόσο, υπάρχουν δύο ιδιότητες που είναι κοινές στα χρωμοσώματα όλων των ειδών.
Συνήθως περιγράφονται πέντε στάδια κυτταρικής διαίρεσης (μίτωση). Για απλότητα, θα επικεντρωθούμε σε τρία κύρια στάδια της συμπεριφοράς των χρωμοσωμάτων ενός διαιρούμενου κυττάρου. Στο πρώτο στάδιο, εμφανίζεται σταδιακή γραμμική συμπίεση και πάχυνση των χρωμοσωμάτων, στη συνέχεια σχηματίζεται μια άτρακτος διαίρεσης κυττάρων που αποτελείται από μικροσωληνίσκους. Στη δεύτερη, τα χρωμοσώματα κινούνται σταδιακά προς το κέντρο του πυρήνα και ευθυγραμμίζονται κατά μήκος του ισημερινού, πιθανώς για να διευκολύνουν την προσκόλληση μικροσωληνίσκων στα κεντρομερή. Σε αυτή την περίπτωση, η πυρηνική μεμβράνη εξαφανίζεται. Στο τελευταίο στάδιο διαχωρίζονται τα μισά των χρωμοσωμάτων - χρωματίδες. Φαίνεται ότι μικροσωληνίσκοι που συνδέονται με τα κεντρομερή, σαν ρυμουλκό, τραβούν τις χρωματίδες προς τους πόλους του κυττάρου. Από τη στιγμή της απόκλισης, οι πρώην αδελφές χρωματίδες ονομάζονται θυγατρικά χρωμοσώματα. Φτάνουν στους πόλους της ατράκτου και ενώνονται σε ένα παράλληλο σχέδιο. Σχηματίζεται το πυρηνικό περίβλημα.
Ένα μοντέλο που εξηγεί την εξέλιξη των κεντρομερών.
Πάνω- Τα κεντρομερή (γκρίζα οβάλ) περιέχουν ένα εξειδικευμένο σύνολο πρωτεϊνών (κινετοχώρες), συμπεριλαμβανομένων των ιστονών CENH3 (H) και CENP-C (C), οι οποίες με τη σειρά τους αλληλεπιδρούν με τους μικροσωληνίσκους της ατράκτου (κόκκινες γραμμές). Σε διαφορετικά taxa, μία από αυτές τις πρωτεΐνες εξελίσσεται προσαρμοστικά και σε συμφωνία με την απόκλιση της πρωτογενούς δομής DNA των κεντρομερών.
Στον πάτο- αλλαγές στην πρωτογενή δομή ή οργάνωση του κεντρομερούς DNA (σκούρο γκρι οβάλ) μπορούν να δημιουργήσουν ισχυρότερα κεντρομερή, με αποτέλεσμα περισσότερους προσκολλημένους μικροσωληνίσκους.
Τελομερή
Ο όρος «τελομερές» προτάθηκε από τον G. Möller το 1932. Κατά την άποψή του, δεν σήμαινε μόνο το φυσικό άκρο του χρωμοσώματος, αλλά και την παρουσία ενός «τελικού γονιδίου με ειδική λειτουργία σφράγισης του χρωμοσώματος», που το έκανε απρόσιτο σε επιβλαβείς επιδράσεις (χρωμοσωμικές αναδιατάξεις, διαγραφές, δράση νουκλεάσες κ.λπ.). Η παρουσία του τερματικού γονιδίου δεν επιβεβαιώθηκε σε μεταγενέστερες μελέτες, αλλά η λειτουργία του τελομερούς προσδιορίστηκε με ακρίβεια.
Αργότερα ανακαλύφθηκε μια άλλη λειτουργία. Δεδομένου ότι ο κανονικός μηχανισμός αντιγραφής δεν λειτουργεί στα άκρα των χρωμοσωμάτων, το κύτταρο έχει μια άλλη οδό που διατηρεί σταθερά μεγέθη χρωμοσωμάτων κατά τη διαίρεση των κυττάρων. Αυτός ο ρόλος εκτελείται από ένα ειδικό ένζυμο, την τελομεράση, το οποίο δρα σαν ένα άλλο ένζυμο, την αντίστροφη μεταγραφάση: χρησιμοποιεί ένα μονόκλωνο πρότυπο RNA για τη σύνθεση του δεύτερου κλώνου και την επιδιόρθωση των άκρων των χρωμοσωμάτων. Έτσι, τα τελομερή σε όλους τους οργανισμούς εκτελούν δύο σημαντικά καθήκοντα: προστατεύουν τα άκρα των χρωμοσωμάτων και διατηρούν το μήκος και την ακεραιότητά τους.
Έχει προταθεί ένα μοντέλο ενός συμπλόκου πρωτεϊνών έξι πρωτεϊνών ειδικών για τα τελομερή που σχηματίζεται στα τελομερή των ανθρώπινων χρωμοσωμάτων. Το DNA σχηματίζει έναν βρόχο t και η μονόκλωνη προεξοχή εισάγεται στην περιοχή του δίκλωνου DNA που βρίσκεται περιφερικά (Εικ. 6). Το πρωτεϊνικό σύμπλεγμα επιτρέπει στα κύτταρα να διακρίνουν τα τελομερή από τα σημεία διακοπής των χρωμοσωμάτων (DNA). Δεν αποτελούν όλες οι πρωτεΐνες των τελομερών μέρος ενός συμπλέγματος που είναι άφθονο στα τελομερή αλλά απουσιάζει σε άλλες περιοχές των χρωμοσωμάτων. Οι προστατευτικές ιδιότητες του συμπλέγματος πηγάζουν από την ικανότητά του να επηρεάζει τη δομή του τελομερούς DNA με τουλάχιστον τρεις τρόπους: τον προσδιορισμό της δομής του ίδιου του άκρου του τελομερούς. συμμετέχουν στο σχηματισμό ενός βρόχου t. ελέγχουν τη σύνθεση του τελομερούς DNA από την τελομεράση. Σχετικά συμπλέγματα έχουν επίσης βρεθεί στα τελομερή κάποιων άλλων ευκαρυωτικών ειδών.
Πάνω -τελομερές τη στιγμή της αντιγραφής του χρωμοσώματος, όταν το άκρο του είναι προσβάσιμο στο σύμπλεγμα της τελομεράσης, το οποίο πραγματοποιεί αντιγραφή (διπλασιασμός του κλώνου DNA στην ίδια την άκρη του χρωμοσώματος). Μετά την αντιγραφή, το τελομερές DNA (μαύρες γραμμές) μαζί με τις πρωτεΐνες που βρίσκονται σε αυτό (εμφανίζονται ως πολύχρωμα ωοειδή) σχηματίζουν t - Πβρόχος (κάτω μέρος της εικόνας ).
Χρόνος συμπίεσης του DNA στον κυτταρικό κύκλο και οι κύριοι παράγοντες που διεγείρουν τις διεργασίες
Ας θυμηθούμε τη δομή των χρωμοσωμάτων (από ένα μάθημα βιολογίας) - εμφανίζονται συνήθως ως ζεύγος γραμμάτων Χ, όπου κάθε χρωμόσωμα είναι ένα ζευγάρι και το καθένα έχει δύο πανομοιότυπα μέρη - την αριστερή και τη δεξιά χρωματίδα. Αυτό το σύνολο χρωμοσωμάτων είναι τυπικό για ένα κύτταρο που έχει ήδη ξεκινήσει τη διαίρεση του, δηλ. κύτταρα στα οποία έχει λάβει χώρα η διαδικασία διπλασιασμού του DNA. Ο διπλασιασμός της ποσότητας του DNA ονομάζεται συνθετική περίοδος ή περίοδος S του κυτταρικού κύκλου. Λένε ότι ο αριθμός των χρωμοσωμάτων σε ένα κύτταρο παραμένει ο ίδιος (2n), και ο αριθμός των χρωματιδίων σε κάθε χρωμόσωμα διπλασιάζεται (4c - 4 χρωματίδες ανά ζεύγος χρωμοσωμάτων) - 2n4c. Κατά τη διαίρεση, ένα χρωματίδιο από κάθε χρωμόσωμα θα εισέλθει στα θυγατρικά κύτταρα και τα κύτταρα θα λάβουν το πλήρες διπλοειδές σύνολο του 2n2c.
Η κατάσταση του κυττάρου (ακριβέστερα του πυρήνα του) ανάμεσα σε δύο διαιρέσεις ονομάζεται ενδιάμεση φάση. Υπάρχουν τρία μέρη στη μεσοφάση - η προσυνθετική, η συνθετική και η μετασυνθετική περίοδος.
Έτσι, ολόκληρος ο κυτταρικός κύκλος αποτελείται από 4 χρονικές περιόδους: κατάλληλη μίτωση (M), προσυνθετική (G1), συνθετική (S) και μετασυνθετική (G2) περιόδους μεσοφάσεως (Εικ. 19). Το γράμμα G - από το αγγλικό Gap - interval, interval. Στην περίοδο G1, η οποία εμφανίζεται αμέσως μετά τη διαίρεση, τα κύτταρα έχουν διπλοειδές περιεχόμενο DNA ανά πυρήνα (2c). Κατά την περίοδο G1, η κυτταρική ανάπτυξη ξεκινά κυρίως λόγω της συσσώρευσης κυτταρικών πρωτεϊνών, η οποία καθορίζεται από την αύξηση της ποσότητας RNA ανά κύτταρο. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, το κύτταρο αρχίζει να προετοιμάζεται για σύνθεση DNA (περίοδος S).
Βρέθηκε ότι η καταστολή της σύνθεσης πρωτεϊνών ή mRNA στην περίοδο G1 εμποδίζει την έναρξη της περιόδου S, καθώς κατά την περίοδο G1 η σύνθεση των ενζύμων που είναι απαραίτητα για τον σχηματισμό προδρόμων DNA (για παράδειγμα, νουκλεοτιδικές φωσφοκινάσες), RNA και μεταβολισμό πρωτεϊνών εμφανίζονται ένζυμα. Αυτό συμπίπτει με αύξηση της σύνθεσης RNA και πρωτεϊνών. Ταυτόχρονα, η δραστηριότητα των ενζύμων που εμπλέκονται στον ενεργειακό μεταβολισμό αυξάνεται απότομα.
Στην επόμενη περίοδο S, η ποσότητα του DNA ανά πυρήνα διπλασιάζεται και ο αριθμός των χρωμοσωμάτων αντίστοιχα διπλασιάζεται. Σε διαφορετικά κύτταρα στην περίοδο S, μπορούν να βρεθούν διαφορετικές ποσότητες DNA - από 2c έως 4c. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι τα κύτταρα μελετώνται σε διαφορετικά στάδια της σύνθεσης του DNA (αυτά που μόλις ξεκίνησαν τη σύνθεση και αυτά που την έχουν ήδη ολοκληρώσει). Η περίοδος S είναι μια βασική περίοδος στον κυτταρικό κύκλο. Χωρίς σύνθεση DNA, δεν είναι γνωστή ούτε μία περίπτωση κυττάρων που εισέρχονται σε μιτωτική διαίρεση.
Η μετασυνθετική (G2) φάση ονομάζεται επίσης προμιτωτική. Ο τελευταίος όρος τονίζει τη μεγάλη σημασία του για τη διέλευση από το επόμενο στάδιο - το στάδιο της μιτωτικής διαίρεσης. Σε αυτή τη φάση, λαμβάνει χώρα η σύνθεση του mRNA που είναι απαραίτητο για τη διέλευση της μίτωσης. Λίγο νωρίτερα, συντίθεται το rRNA των ριβοσωμάτων, που καθορίζουν την κυτταρική διαίρεση. Μεταξύ των πρωτεϊνών που συντίθενται αυτή τη στιγμή, ιδιαίτερη θέση κατέχουν οι τουμπουλίνες, οι πρωτεΐνες των μικροσωληνίσκων της μιτωτικής ατράκτου.
Στο τέλος της περιόδου G2 ή στη μίτωση, καθώς τα μιτωτικά χρωμοσώματα συμπυκνώνονται, η σύνθεση RNA μειώνεται απότομα και σταματά εντελώς κατά τη μίτωση. Η πρωτεϊνοσύνθεση κατά τη μίτωση μειώνεται στο 25% του αρχικού επιπέδου και στη συνέχεια σε επόμενες περιόδους φτάνει στο μέγιστο στην περίοδο G2, επαναλαμβάνοντας γενικά τη φύση της σύνθεσης RNA.
Στους αναπτυσσόμενους ιστούς των φυτών και των ζώων υπάρχουν πάντα κύτταρα που είναι, λες, έξω από τον κύκλο. Τέτοια κύτταρα ονομάζονται συνήθως κύτταρα περιόδου G0. Αυτά τα κύτταρα είναι τα λεγόμενα κύτταρα ηρεμίας, τα οποία έχουν σταματήσει προσωρινά ή οριστικά να αναπαράγονται. Σε ορισμένους ιστούς, τέτοια κύτταρα μπορούν να παραμείνουν για μεγάλο χρονικό διάστημα χωρίς να αλλάξουν ιδιαίτερα οι μορφολογικές τους ιδιότητες: διατηρούν, κατ 'αρχήν, την ικανότητα να διαιρούνται, μετατρέποντας σε βλαστοκύτταρα καμβίας (για παράδειγμα, σε αιμοποιητικό ιστό). Συχνότερα, η απώλεια (έστω και προσωρινή) της ικανότητας διαίρεσης συνοδεύεται από την εμφάνιση της ικανότητας εξειδίκευσης και διαφοροποίησης. Τέτοια διαφοροποιητικά κύτταρα εξέρχονται από τον κύκλο, αλλά υπό ειδικές συνθήκες μπορούν να εισέλθουν ξανά στον κύκλο. Για παράδειγμα, τα περισσότερα ηπατικά κύτταρα βρίσκονται στην περίοδο G0. δεν συμμετέχουν στη σύνθεση του DNA και δεν διαιρούνται. Ωστόσο, όταν ένα μέρος του ήπατος αφαιρείται από πειραματόζωα, πολλά κύτταρα αρχίζουν να προετοιμάζονται για μίτωση (περίοδος G1), προχωρούν στη σύνθεση DNA και μπορούν να διαιρεθούν μιτωτικά. Σε άλλες περιπτώσεις, για παράδειγμα, στην επιδερμίδα του δέρματος, μετά την έξοδο από τον κύκλο της αναπαραγωγής και της διαφοροποίησης, τα κύτταρα λειτουργούν για κάποιο χρονικό διάστημα και μετά πεθαίνουν (κερατινοποιημένα κύτταρα του περιβλήματος του επιθηλίου).
Δημοσιεύτηκε στο Allbest.ru
Παρόμοια έγγραφα
Συσκευασία DNA στα χρωμοσώματα, δομή, χωρική οργάνωση και λειτουργική σημασία για τους ζωντανούς οργανισμούς. Γενικά χαρακτηριστικά των ιστονών. Πυρηνικό επίπεδο συμπίεσης DNA. Πυρηνικό επίπεδο συμπίεσης DNA. Γιγαντιαίο επίπεδο βρόχου.
περίληψη, προστέθηκε 07/10/2015
Γενικά χαρακτηριστικά του χαλκού. Η ιστορία της ανακάλυψης του μαλαχίτη. Μορφή που βρίσκεται στη φύση, τεχνητά ανάλογα, κρυσταλλική δομή μαλαχίτη. Φυσικές και χημικές ιδιότητες του χαλκού και των ενώσεων του. Βασικός ανθρακικός χαλκός και οι χημικές του ιδιότητες.
εργασία μαθημάτων, προστέθηκε 24/05/2010
Δομή νανοδομών άνθρακα. Ιστορία ανακάλυψης, γεωμετρική δομή και μέθοδοι παραγωγής φουλερενίων. Οι φυσικές, χημικές, προσροφητικές, οπτικές, μηχανικές και τριβολογικές τους ιδιότητες. Προοπτικές πρακτικής χρήσης φουλερενίων.
εργασία μαθήματος, προστέθηκε 13/11/2011
Γενικά χαρακτηριστικά, ταξινόμηση και ονοματολογία μονοσακχαριτών, δομή των μορίων τους, στερεοϊσομέρεια και διαμόρφωση. Φυσικές και χημικές ιδιότητες, οξείδωση και αναγωγή γλυκόζης και φρουκτόζης. Σχηματισμός οξιμών, γλυκοσιδών και χηλικών συμπλοκών.
εργασία μαθήματος, προστέθηκε 24/08/2014
Γενικά χαρακτηριστικά πλουτωνίου, ανάλυση των φυσικών και χημικών ιδιοτήτων αυτού του στοιχείου. Πυρηνικές ιδιότητες και παραγωγή, χαρακτηριστικά λειτουργίας σε λύσεις. Αναλυτική χημεία: μέθοδοι καθαρισμού, απομόνωσης και ταυτοποίησης του υπό μελέτη στοιχείου.
παρουσίαση, προστέθηκε 17/09/2015
Οξεοβασικές ιδιότητες οξειδίων και υδροξειδίων και μεταβολές τους. Αναγωγικές και οξειδωτικές ιδιότητες των d-στοιχείων. Σειρά μεταλλικών καταπονήσεων. Χημικές ιδιότητες μετάλλων. Γενικά χαρακτηριστικά των d-στοιχείων. Σχηματισμός σύνθετων ενώσεων.
παρουσίαση, προστέθηκε 08/11/2013
Γενικά χαρακτηριστικά του μαγγανίου, βασικές φυσικές και χημικές του ιδιότητες, ιστορία ανακάλυψης και σύγχρονα επιτεύγματα στην έρευνα. Επικράτηση αυτού του χημικού στοιχείου στη φύση, κατευθύνσεις εφαρμογής του στη βιομηχανία, την παραγωγή.
δοκιμή, προστέθηκε στις 26/06/2013
Ταξινόμηση σαπωνινών, φυσικές, χημικές και βιολογικές ιδιότητες, διαλυτότητα, παρουσία στα φυτά. Χαρακτηριστικά φυτικών πρώτων υλών, χημική σύσταση, προμήθεια, πρωτογενής επεξεργασία, ξήρανση, αποθήκευση και χρήση στην ιατρική.
φροντιστήριο, προστέθηκε στις 23/08/2013
Γενικές πληροφορίες για το πετρέλαιο: φυσικές ιδιότητες, στοιχειακή και χημική σύνθεση, παραγωγή και μεταφορά. Εφαρμογή και οικονομική σημασία του πετρελαίου. Προέλευση των υδρογονανθράκων πετρελαίου. Βιογενής και αβιογενής προέλευση. Βασικές διαδικασίες σχηματισμού λαδιού.
περίληψη, προστέθηκε 25/02/2016
Η έννοια και τα γενικά χαρακτηριστικά του οξυγόνου ως στοιχείου του περιοδικού πίνακα στοιχείων, οι βασικές φυσικές και χημικές του ιδιότητες, χαρακτηριστικά εφαρμογής σε διάφορους τομείς της οικονομίας στο παρόν στάδιο. Η έννοια και οι πιθανές συνέπειες της υποξίας.
Διάλεξη Νο 2.13.9.11. «Στάδια σχηματισμού της κυτταρικής θεωρίας. Το κύτταρο ως δομική μονάδα των ζωντανών όντων»
Στάδια ανάπτυξης της κυτταρικής θεωρίας:
1) 1665 - Ο R. Hooke έδωσε το όνομα του κελιού - "cellula"
2) 1839 - Ο Schleiden και ο Schwann πρότειναν ένα νέο κλουβί. θεωρία
Κύτταρο – δομική μονάδα φυτών και ζώων
Η διαδικασία σχηματισμού των κυττάρων καθορίζει την ανάπτυξη και την ανάπτυξή τους
1858 - Ο Virchow προστέθηκε στο κλουβί. θεωρία
"Κάθε κύτταρο ενός κυττάρου"
3) σύγχρονο κλουβί. θεωρία
Το κύτταρο είναι η βασική δομική και λειτουργική μονάδα όλων των ζωντανών όντων.
Τα κύτταρα ενός πολυκύτταρου οργανισμού είναι παρόμοια σε δομή, σύνθεση και σημαντικές εκδηλώσεις της δραστηριότητας της ζωής
Αναπαραγωγή – διαίρεση του αρχικού μητρικού κυττάρου
Τα κύτταρα ενός πολυκύτταρου οργανισμού, ανάλογα με τις λειτουργίες τους, σχηματίζουν ιστούς → όργανα → συστήματα οργάνων → οργανισμό
Γενικό σχέδιο της δομής ενός ευκαρυωτικού κυττάρου.
Τρία κύρια συστατικά ενός κυττάρου:
1)κυτταροπλασματική μεμβράνη (πλασμάλεμα)
Ένα λιπιδικό διπλό στρώμα και ένα στρώμα πρωτεϊνών βρίσκονται στην επιφάνεια του λιπιδικού στρώματος ή βυθίζονται σε αυτό.
Λειτουργίες:
Διαχωρισμός
Μεταφορά
Προστατευτικός
Δέκτης (σήμα)
2)κυτόπλασμα:
α) υαλόπλασμα (κολλοειδές διάλυμα πρωτεϊνών, φωσφολιπιδίων και άλλων ουσιών. Μπορεί να είναι γέλη ή κολλοειδές διάλυμα)
Λειτουργίες του υαλοπλάσματος:
Μεταφορά
Ομοιοστατικό
Μεταβολισμός
Δημιουργία βέλτιστων συνθηκών για τη λειτουργία των οργανιδίων
σι) Οργανίδια - μόνιμα συστατικά του κυτταροπλάσματος που έχουν συγκεκριμένη δομή και εκτέλεση def. λειτουργίες.
Ταξινόμηση οργανιδίων:
○ κατά εντοπισμό:
Πυρηνικά (πυρήνες και χρωμοσώματα)
Κυτοπλασματικό (ER, ριβοσώματα)
○ κατά δομή:
Μεμβράνη:
α) μονής μεμβράνης (λυσοσώματα, ER, συσκευή Golgi, κενοτόπια, υπεροξισώματα, σφαιροσώματα)
β) διπλή μεμβράνη (πλαστίδια, μιτοχόνδρια)
Μη μεμβράνη (ριβοσώματα, μικροσωληνίσκοι, μυοϊνίδια, μικρονημάτια)
○ κατά σκοπό:
Γενικά (βρίσκεται σε όλα τα κύτταρα)
Ειδικά (βρίσκεται σε ορισμένα κύτταρα - πλαστίδια, βλεφαρίδες, μαστίγια)
○ κατά μέγεθος:
Ορατό κάτω από μικροσκόπιο φωτός (ER, συσκευή Golgi)
Αόρατο κάτω από μικροσκόπιο φωτός (ριβοσώματα)
εγκλείσματα- μη μόνιμα συστατικά του κυττάρου που έχουν συγκεκριμένο δομή και εκτέλεση def. λειτουργίες.
3)πυρήνας
Ενιαία μεμβράνη.
EPS (Endoplasmic reticulum, reticulum).
Ένα σύστημα διασυνδεδεμένων κοιλοτήτων και σωληναρίων που συνδέονται με την εξωτερική πυρηνική μεμβράνη.
Τραχύ (κοκκώδες).Υπάρχουν ριβοσώματα→ πρωτεϊνοσύνθεση
Ομαλή (κοκκώδης).Σύνθεση λιπών και υδατανθράκων.
Λειτουργίες:
1) οριοθέτηση
2) μεταφορά
3) απομάκρυνση τοξικών ουσιών από το κύτταρο
4) σύνθεση στεροειδών
Συσκευή Golgi (στρωματικό σύμπλεγμα).
Στοίβες από πεπλατυσμένα σωληνάρια και στέρνες, που ονομάζονται δικτοσώματα.
Δικτόσωμα– μια στοίβα από 3-12 πεπλατυσμένους δίσκους που ονομάζονται cisternae (έως 20 dictos)
Λειτουργίες:
1) συγκέντρωση, απελευθέρωση και συμπίεση της μεσοκυτταρικής έκκρισης
2) συσσώρευση γλυκο- και λιποπρωτεϊνών
3) συσσώρευση και απομάκρυνση ουσιών από το κύτταρο
4) σχηματισμός του αυλακιού διάσπασης κατά τη μίτωση
5) σχηματισμός πρωτογενών λυσοσωμάτων
Lizsoma.
Ένα κυστίδιο που περιβάλλεται από μία μόνο μεμβράνη και περιέχει υδρολυτικά ένζυμα.
Λειτουργίες:
1) πέψη του απορροφούμενου υλικού
2) καταστροφή βακτηρίων και ιών
3) αυτόλυση (καταστροφή κυτταρικών μερών και νεκρών οργανιδίων)
4) αφαίρεση ολόκληρων κυττάρων και μεσοκυττάριας ουσίας
Υπεροξίσωμα.
Κυστίδια που περιβάλλονται από μία μόνο μεμβράνη που περιέχει υπεροξειδάση.
Λειτουργίες- οξείδωση οργ. ουσίες
Σφαιρόσωμα.
Οβάλ οργανίδια που περιβάλλονται από μια ενιαία μεμβράνη που περιέχει λίπος.
Λειτουργίες– σύνθεση και συσσώρευση λιπιδίων.
κενοτόπια.
Κοιλότητες στο κυτταρόπλασμα κυττάρων που οριοθετούνται από μία μόνο μεμβράνη.
Σε φυτά (κυτταρικός χυμός - διάλυση οργανικών και ανόργανων ουσιών) και μονοκύτταρα. ζώα (πεπτικό, συσταλτικό - ωσμορύθμιση και απέκκριση)
Διπλή μεμβράνη.
Πυρήνας.
1)μεμβράνη (καρυόλεμμα):
Δύο μεμβράνες διαποτισμένες με πόρους
Μεταξύ των μεμβρανών υπάρχει ένας υπερπυρηνικός χώρος
Η εξωτερική μεμβράνη συνδέεται με το ER
Λειτουργίες - προστασία και μεταφορά
2)πυρηνικοί πόροι
3)πυρηνικός χυμός:
Σύμφωνα με τη φυσική κατάσταση κοντά στο υαλόπλασμα
Χημικά περιέχει περισσότερα νουκλεϊκά οξέα
4)πυρήνες:
Μη μεμβρανικά συστατικά του πυρήνα
Μπορεί να υπάρχουν ένα ή περισσότερα
Σχηματίζεται σε συγκεκριμένες περιοχές των χρωμοσωμάτων (πυρηνικοί οργανωτές)
Λειτουργίες:
Σύνθεση rRNA
σύνθεση tRNA
Σχηματισμός ριβοσώματος
5)χρωματίνη– κλώνοι DNA + πρωτεΐνη
6)χρωμόσωμα– εξαιρετικά σπειροειδής χρωματίνη, περιέχει γονίδια
7)παχύρρευστο καρυόπλασμα
Υπερδομή των χρωμοσωμάτων.
Χρωμόσωμα → 2 χρωματίδες (συνδεδεμένες στην περιοχή του κεντρομερούς) → 2 ημιχρωματίδες → χρωμόνωμα → μικροϊνίδια (30-45% DNA + πρωτεΐνη)
Δορυφόρος- μια περιοχή ενός χρωμοσώματος που χωρίζεται από μια δευτερεύουσα συστολή.
Τελομερή– τερματική περιοχή του χρωμοσώματος
Τύποι χρωμοσωμάτων ανάλογα με τη θέση του κεντρομερούς:
1) ίσος βραχίονας (μετοκεντρικός)
2) άνισοι ώμοι (υπομετακεντρικοί)
3) σε σχήμα ράβδου (ακροκεντρικό)
Καρότυπος– ένα σύνολο δεδομένων για τον αριθμό, το σχήμα και το μέγεθος των χρωμοσωμάτων.
Ιδιόγραμμα– γραφική κατασκευή καρυότυπου
Ιδιότητες χρωμοσωμάτων:
1)σταθερότητα αριθμού
Σε ένα είδος, ο αριθμός των χρωμοσωμάτων είναι πάντα σταθερός.
2)ζευγάρωμα– στα σωματικά κύτταρα, κάθε χρωμόσωμα έχει το δικό του ζευγάρι (ομόλογα χρωμοσώματα)
3)ατομικότητα– κάθε χρωμόσωμα έχει τα δικά του χαρακτηριστικά (μέγεθος, σχήμα...)
4)συνέχεια– κάθε χρωμόσωμα από ένα χρωμόσωμα
Λειτουργίες των χρωμοσωμάτων:
1) αποθήκευση κληρονομικών πληροφοριών
2) μετάδοση κληρονομικών πληροφοριών
3)εφαρμογή κληρονομικών πληροφοριών
Μιτοχόνδρια.
1) Αποτελείται από 2 μεμβράνες:
Εξωτερικό (λείο, εσωτερικά έχει προεξοχές - cristae)
Εξωτερικό (τραχύ)
2) Στο εσωτερικό, ο χώρος είναι γεμάτος με μια μήτρα στην οποία υπάρχουν:
Ριβοσώματα
Πρωτεΐνες – ένζυμα
Λειτουργίες:
1)Σύνθεση ΑΤΡ
2) σύνθεση μιτοχονδριακών πρωτεϊνών
3) σύνθεση νουκλεονίων. οξέα
4) σύνθεση υδατανθράκων και λιπιδίων
5) σχηματισμός μιτοχονδριακών ριβοσωμάτων
Πλασίδια.
1) οργανίδια διπλής μεμβράνης
2) εντός του στρώματος, σε ct. εντόπισε τάλακοειδής → γκράνα
3) στο στρώμα:
Ριβοσώματα
Υδατάνθρακες
Ανάλογα με το χρώμα χωρίζονται σε:
1) χλωροπλάστες (πράσινοι, χλωροφύλλη).Φωτοσύνθεση.
2) χρωμοπλάστες:
Κίτρινο (ξανθοφύλλη)
Κόκκινο (λυκοπεκτίνη)
Πορτοκάλι (καροτίνη)
Χρωματισμός καρπών, φύλλων και ριζών.
3) λευκοπλάστες (άχρωμοι, δεν περιέχουν χρωστικές). Απόθεμα πρωτεϊνών, λιπών και υδατανθράκων.
Μη μεμβράνη.
Ριβόσωμα
1) αποτελείται από rRNA, πρωτεΐνη και μαγνήσιο
2) δύο υπομονάδες: μεγάλη και μικρή
Λειτουργία - πρωτεϊνοσύνθεση
Χρωματίνη ονομάζεται το πολύπλοκο μείγμα ουσιών από το οποίο δομούνται τα ευκαρυωτικά χρωμοσώματα. Τα κύρια συστατικά της χρωματίνης είναι το DNA, οι ιστόνες και οι μη ιστονικές πρωτεΐνες, οι οποίες σχηματίζουν δομές υψηλής τάξης στο διάστημα. Η αναλογία DNA και πρωτεΐνης στη χρωματίνη είναι ~1:1 και ο κύριος όγκος της πρωτεΐνης χρωματίνης αντιπροσωπεύεται από ιστόνες. Οι ιστόνες σχηματίζουν μια οικογένεια εξαιρετικά διατηρημένων πρωτεϊνών πυρήνα που χωρίζονται σε πέντε μεγάλες κατηγορίες που ονομάζονται Η1, Η2Α, Η2Β, Η3 και Η4. Το μέγεθος των πολυπεπτιδικών αλυσίδων ιστόνης βρίσκεται εντός ~ 220 (H1) και 102 (H4)υπολείμματα αμινοξέων. Η ιστόνη H1 είναι ιδιαίτερα εμπλουτισμένη σε υπολείμματα Lys, οι ιστόνες H2A και H2B χαρακτηρίζονται από μέτρια περιεκτικότητα σε Lys, οι πολυπεπτιδικές αλυσίδες των ιστονών H3 και H4 είναι πλούσιες Arg. Μέσα σε κάθε κατηγορία ιστονών (με εξαίρεση την Η4), διακρίνονται διάφοροι υποτύποι αυτών των πρωτεϊνών με βάση τις αλληλουχίες αμινοξέων. Αυτή η πολλαπλότητα είναι ιδιαίτερα χαρακτηριστική για τις ιστόνες Η1 θηλαστικών. Σε αυτή την περίπτωση, υπάρχουν επτά υποτύποι που ονομάζονται H1.1–H1.5, H1 o και H1t.
Ρύζι. I.2. Σχηματική αναπαράσταση του επιπέδου βρόχου-περιοχής συμπίεσης χρωματίνης
ΕΝΑ– στερέωση του βρόχου χρωμομερών στην πυρηνική μήτρα με τη χρήση αλληλουχιών και πρωτεϊνών MAR/SAR. σι– «ροζέτες» που σχηματίζονται από βρόχο χρωμομέτρου. V– συμπύκνωση βρόχων ροζέτας με τη συμμετοχή νουκλεοσωμάτων και νουκλεομερών
Ένα σημαντικό αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης του DNA με τις πρωτεΐνες στη χρωματίνη είναι η συμπίεσή του. Το συνολικό μήκος του DNA που περιέχεται στον πυρήνα των ανθρώπινων κυττάρων πλησιάζει το 1 m, ενώ η μέση διάμετρος του πυρήνα είναι 10 μm. Το μήκος ενός μορίου DNA που περιέχεται σε ένα ανθρώπινο χρωμόσωμα είναι κατά μέσο όρο ~4 εκ. Ταυτόχρονα, το μήκος ενός χρωμοσώματος μετάφασης είναι ~4 μm. Κατά συνέπεια, το DNA των ανθρώπινων μεταφασικών χρωμοσωμάτων συμπιέζεται σε μήκος κατά τουλάχιστον 10 4 φορές. Ο βαθμός συμπίεσης του DNA στους μεσοφασικούς πυρήνες είναι πολύ χαμηλότερος και ανομοιόμορφος σε μεμονωμένους γενετικούς τόπους. Από λειτουργική άποψη υπάρχουν ευχρωματίνη Και ετεροχρωματίνη . Η ευχρωματίνη χαρακτηρίζεται από μικρότερη συμπίεση του DNA σε σύγκριση με την ετεροχρωματίνη και τα ενεργά εκφραζόμενα γονίδια εντοπίζονται κυρίως σε αυτήν. Επί του παρόντος, υπάρχει μια ευρέως διαδεδομένη πεποίθηση ότι η ετεροχρωματίνη είναι γενετικά αδρανής. Δεδομένου ότι οι πραγματικές του λειτουργίες δεν μπορούν να θεωρηθούν παγιωμένες σήμερα, αυτή η άποψη μπορεί να αλλάξει καθώς συσσωρεύεται η γνώση για την ετεροχρωματίνη. Ήδη, γονίδια που εκφράζονται ενεργά βρίσκονται σε αυτό.
Η ετεροχρωματοποίηση ορισμένων περιοχών του χρωμοσώματος συχνά συνοδεύεται από καταστολή της μεταγραφής των γονιδίων που υπάρχουν σε αυτές. Εκτεταμένες τομές χρωμοσωμάτων και ακόμη και ολόκληρα χρωμοσώματα μπορούν να εμπλακούν στη διαδικασία της ετεροχρωματοποίησης. Συνεπώς, πιστεύεται ότι η ρύθμιση της μεταγραφής του ευκαρυωτικού γονιδίου συμβαίνει κυρίως σε δύο επίπεδα. Στο πρώτο από αυτά, η συμπίεση ή η αποσυμπύκνωση του DNA στη χρωματίνη μπορεί να οδηγήσει σε μακροχρόνια αδρανοποίηση ή ενεργοποίηση εκτεταμένων τμημάτων χρωμοσωμάτων ή ακόμη και ολόκληρων χρωμοσωμάτων κατά την οντογένεση του οργανισμού. Πιο λεπτή ρύθμιση της μεταγραφής των ενεργοποιημένων περιοχών χρωμοσώματος επιτυγχάνεται στο δεύτερο επίπεδο με τη συμμετοχή μη ιστονικών πρωτεϊνών, συμπεριλαμβανομένων πολλών παραγόντων μεταγραφής.
Δομική οργάνωση της χρωματίνης και των χρωμοσωμάτων των ευκαρυωτών.Το ζήτημα της δομικής οργάνωσης της χρωματίνης στους μεσοφασικούς πυρήνες απέχει επί του παρόντος πολύ από το να επιλυθεί. Αυτό οφείλεται, καταρχάς, στην πολυπλοκότητα και τον δυναμισμό της δομής του, που αλλάζει εύκολα ακόμη και με μικρές εξωγενείς επιρροές. Το μεγαλύτερο μέρος της γνώσης σχετικά με τη δομή της χρωματίνης ελήφθη in vitro σε παρασκευάσματα τεμαχισμένης χρωματίνης, η δομή της οποίας διαφέρει σημαντικά από αυτή των φυσικών πυρήνων. Σύμφωνα με την κοινή άποψη, υπάρχουν τρία επίπεδα δομικής οργάνωσης της χρωματίνης στους ευκαρυώτες: 1 ) ινίδιο νουκλεοσώματος ; 2) ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα , ήνουκλεομερές ; 3) δομή τομέα βρόχου , συμπεριλαμβανομένουχρωμομερών .
Νουκλεοσωμικά ινίδια. Υπό ορισμένες συνθήκες (σε χαμηλή ιοντική ισχύ και παρουσία δισθενών ιόντων μετάλλων), είναι δυνατό να παρατηρηθούν κανονικές δομές σε απομονωμένη χρωματίνη με τη μορφή εκτεταμένων ινιδίων με διάμετρο 10 nm, αποτελούμενων από νουκλεοσώματα. Αυτές οι ινιδώδεις δομές, στις οποίες τα νουκλεοσώματα είναι διατεταγμένα σαν σφαιρίδια σε μια χορδή, θεωρούνται ότι είναι το χαμηλότερο επίπεδο συσκευασίας ευκαρυωτικού DNA στη χρωματίνη. Τα νουκλεοσώματα που αποτελούν τα ινίδια βρίσκονται λίγο πολύ ομοιόμορφα κατά μήκος του μορίου του DNA σε απόσταση 10-20 nm το ένα από το άλλο. Τα νουκλεοσώματα περιέχουν τέσσερα ζεύγη μορίων ιστόνης: H2a, H2b, H3 και H4, καθώς και ένα μόριο ιστόνης Η1. Τα δεδομένα για τη δομή των νουκλεοσωμάτων λαμβάνονται κυρίως χρησιμοποιώντας τρεις μεθόδους: ανάλυση περίθλασης ακτίνων Χ χαμηλής και υψηλής ανάλυσης κρυστάλλων νουκλεοσωμάτων, διαμοριακές διασυνδέσεις πρωτεΐνης-DNA και διάσπαση DNA εντός νουκλεοσωμάτων χρησιμοποιώντας νουκλεάσες ή ρίζες υδροξυλίου. Με βάση τέτοια δεδομένα, ο A. Klug κατασκεύασε ένα μοντέλο του νουκλεοσώματος, σύμφωνα με το οποίο το DNA (146 bp) σε σχήμα Β(μια δεξιόστροφη έλικα με βήμα 10 bp) τυλίγεται γύρω από ένα οκταμερές ιστόνης, στο κεντρικό τμήμα του οποίου βρίσκονται οι ιστόνες H3 και H4 και στην περιφέρεια - H2a και H2b. Η διάμετρος ενός τέτοιου δίσκου νουκλεοσώματος είναι 11 nm και το πάχος του είναι 5,5 nm. Η δομή που αποτελείται από ένα οκταμερές ιστόνης και DNA τυλιγμένο γύρω από αυτό ονομάζεται νουκλεοσωμικός κó σωματίδια τάφρου.ΠΡΟΣ ΤΗΝ ó Τα σωματίδια της τάφρου διαχωρίζονται μεταξύ τους με τμήματα συνδετικό DNA. Το συνολικό μήκος του τμήματος DNA που περιλαμβάνεται στο ζωικό νουκλεόσωμα είναι 200 (15) bp.
Οι πολυπεπτιδικές αλυσίδες ιστόνης περιέχουν διάφορους τύπους δομικών περιοχών. Η κεντρική σφαιρική περιοχή και οι εύκαμπτες προεξέχουσες Ν- και C-τερματικές περιοχές εμπλουτισμένες σε βασικά αμινοξέα ονομάζονται ώμους(μπράτσο). C-τερματικές περιοχές πολυπεπτιδικών αλυσίδων που εμπλέκονται σε αλληλεπιδράσεις ιστόνης-ιστόνης εντός του ó Τα σωματίδια ry έχουν κυρίως τη μορφή μιας έλικας με ένα εκτεταμένο κεντρικό σπειροειδές τμήμα, κατά μήκος της οποίας τοποθετείται μια μικρότερη σπείρα και στις δύο πλευρές. Όλες οι γνωστές θέσεις των αναστρέψιμων μετα-μεταφραστικών τροποποιήσεων των ιστονών που συμβαίνουν σε όλο τον κυτταρικό κύκλο ή κατά τη διάρκεια της κυτταρικής διαφοροποίησης εντοπίζονται στις εύκαμπτες βασικές περιοχές των πολυπεπτιδικών τους αλυσίδων (Πίνακας Ι.2). Επιπλέον, οι Ν-τελικοί βραχίονες των ιστονών Η3 και Η4 είναι οι πιο διατηρημένες περιοχές των μορίων και οι ιστόνες γενικά είναι μία από τις πιο εξελικτικά διατηρημένες πρωτεΐνες. Χρησιμοποιώντας γενετικές μελέτες της ζύμης S. cerevisiae Διαπιστώθηκε ότι μικρές διαγραφές και σημειακές μεταλλάξεις στα Ν-τερματικά τμήματα των γονιδίων ιστόνης συνοδεύονται από βαθιές και ποικίλες αλλαγές στον φαινότυπο των κυττάρων ζυμομύκητα. Αυτό δείχνει την εξαιρετική σημασία της ακεραιότητας των μορίων ιστόνης για τη διασφάλιση της σωστής λειτουργίας των ευκαρυωτικών γονιδίων.
Σε διάλυμα, οι ιστόνες Η3 και Η4 μπορούν να υπάρχουν με τη μορφή σταθερών τετραμερών (H3) 2 (H4) 2 και οι ιστόνες H2A και H2B - με τη μορφή σταθερών διμερών. Μια σταδιακή αύξηση της ιοντικής ισχύος σε διαλύματα που περιέχουν φυσική χρωματίνη οδηγεί στην απελευθέρωση πρώτα διμερών Η2Α/Η2Β και στη συνέχεια τετραμερών Η3/Η4.
Περαιτέρω βελτίωση της λεπτής δομής των νουκλεοσωμάτων στους κρυστάλλους πραγματοποιήθηκε πρόσφατα στην εργασία των K. Lueger et al. (1997) χρησιμοποιώντας ανάλυση περίθλασης ακτίνων Χ υψηλής ευκρίνειας. Διαπιστώθηκε ότι η κυρτή επιφάνεια κάθε ετεροδιμερούς ιστόνης στο οκταμερές περιβάλλεται από τμήματα DNA μήκους 27-28 bp, που βρίσκονται σε γωνία 140° μεταξύ τους, τα οποία χωρίζονται από περιοχές συνδέτη μήκους 4 bp.
Σύμφωνα με τα σύγχρονα δεδομένα, η χωρική δομή του DNA ως μέρος του ó Τα σωματίδια rovy είναι κάπως διαφορετικά από τη μορφή Β: η διπλή έλικα του DNA συστρέφεται κατά 0,25–0,35 bp/στροφή της διπλής έλικας, η οποία οδηγεί στο σχηματισμό ενός βήματος έλικας ίσης με 10,2 bp/στροφή (στο Β - σχηματίζεται σε διάλυμα – 10,5 bp/στροφή). Σταθερότητα του συμπλέγματος ιστόνης στη σύνθεση του ó Ο σχηματισμός ενός σωματιδίου καθορίζεται από την αλληλεπίδραση των σφαιρικών τμημάτων τους· επομένως, η αφαίρεση των εύκαμπτων βραχιόνων υπό συνθήκες ήπιας πρωτεόλυσης δεν συνοδεύεται από καταστροφή του συμπλόκου. Οι Ν-τελικοί βραχίονες των ιστονών προφανώς εξασφαλίζουν την αλληλεπίδρασή τους με συγκεκριμένες περιοχές DNA. Έτσι, οι Ν-τερματικές περιοχές της ιστόνης Η3 έρχονται σε επαφή με περιοχές DNA στην είσοδο του ó πρώτο σωματίδιο και εξέρχεται από αυτό, ενώ η αντίστοιχη περιοχή της ιστόνης Η4 συνδέεται με το εσωτερικό τμήμα του DNA του νουκλεοσώματος.
Οι μελέτες δομής νουκλεοσώματος υψηλής ανάλυσης που αναφέρθηκαν παραπάνω δείχνουν ότι το κεντρικό τμήμα του τμήματος DNA των 121 bp. εντός του νουκλεοσώματος σχηματίζει πρόσθετες επαφές με την ιστόνη Η3. Σε αυτή την περίπτωση, τα αμινοτελικά μέρη των πολυπεπτιδικών αλυσίδων των ιστονών Η3 και Η2Β διέρχονται από τα κανάλια που σχηματίζονται από τις δευτερεύουσες αυλακώσεις των γειτονικών υπερπηνίων DNA του νουκλεοσώματος και το Ν-τελικό τμήμα της ιστόνης Η2Α έρχεται σε επαφή με τη δευτερεύουσα αύλακα το εξωτερικό μέρος του υπερπηνίου DNA. Συνολικά, δεδομένα υψηλής ανάλυσης δείχνουν ότι το DNA μέσα στα σωματίδια του πυρήνα των νουκλεοσωμάτων κάμπτεται γύρω από τα οκταμερή ιστόνης άνισα. Η καμπυλότητα διαταράσσεται σε θέσεις όπου το DNA αλληλεπιδρά με την επιφάνεια της ιστόνης και τέτοια σπασίματα είναι πιο αισθητά σε αποστάσεις 10-15 και 40 bp. από το κέντρο του υπερπηνίου DNA.
Χρωματίνηείναι ένα σύνθετο μείγμα ουσιών από το οποίο δομούνται ευκαρυωτικά χρωμοσώματα. Τα κύρια συστατικά της χρωματίνης είναι το DNA και οι χρωμοσωμικές πρωτεΐνες, οι οποίες περιλαμβάνουν ιστόνες και μη ιστονικές πρωτεΐνες που σχηματίζουν εξαιρετικά διατεταγμένες δομές στο διάστημα. Η αναλογία DNA και πρωτεΐνης στη χρωματίνη είναι ~1:1 και ο κύριος όγκος της πρωτεΐνης χρωματίνης αντιπροσωπεύεται από ιστόνες. Ο όρος «Χ» εισήχθη από τον W. Flemming το 1880 για να περιγράψει τις ενδοπυρηνικές δομές που βάφονται με ειδικές βαφές.
Χρωματίνη- το κύριο συστατικό του κυτταρικού πυρήνα. είναι αρκετά εύκολο να ληφθεί από απομονωμένους πυρήνες μεσοφάσεως και από απομονωμένα μιτωτικά χρωμοσώματα. Για να γίνει αυτό, χρησιμοποιούν την ικανότητά του να μεταβαίνει σε διαλυμένη κατάσταση κατά την εκχύλιση με υδατικά διαλύματα χαμηλής ιοντικής ισχύος ή απλά απιονισμένο νερό.
Τα κλάσματα χρωματίνης που λαμβάνονται από διαφορετικά αντικείμενα έχουν ένα αρκετά ομοιόμορφο σύνολο συστατικών. Διαπιστώθηκε ότι η συνολική χημική σύσταση της χρωματίνης από τους πυρήνες της ενδιάμεσης φάσης διαφέρει ελάχιστα από τη χρωματίνη από τα μιτωτικά χρωμοσώματα. Τα κύρια συστατικά της χρωματίνης είναι το DNA και οι πρωτεΐνες, το μεγαλύτερο μέρος των οποίων είναι οι ιστόνες και οι μη ιστονικές πρωτεΐνες.
Διαφάνεια 3.Υπάρχουν δύο τύποι χρωματίνης: η ετεροχρωματίνη και η ευχρωματίνη. Το πρώτο αντιστοιχεί σε περιοχές χρωμοσωμάτων που συμπυκνώνονται κατά τη διάρκεια της μεσόφασης· είναι λειτουργικά ανενεργό. Αυτή η χρωματίνη λερώνει καλά και είναι αυτό που μπορεί να δει κανείς σε ένα ιστολογικό δείγμα. Η ετεροχρωματίνη χωρίζεται σε δομική (πρόκειται για τμήματα χρωμοσωμάτων που συμπυκνώνονται συνεχώς) και προαιρετική (μπορεί να αποσυμπυκνωθεί και να μετατραπεί σε ευχρωματίνη). Η ευχρωματίνη αντιστοιχεί σε περιοχές χρωμοσωμάτων που αποσυμπυκνώνονται κατά τη διάρκεια της μεσόφασης. Αυτή είναι η λειτουργική, λειτουργικά ενεργή χρωματίνη. Δεν λερώνει και δεν είναι ορατό στο ιστολογικό δείγμα. Κατά τη μίτωση, όλη η ευχρωματίνη συμπυκνώνεται και ενσωματώνεται στα χρωμοσώματα.
Κατά μέσο όρο, περίπου το 40% της χρωματίνης είναι DNA και περίπου το 60% είναι πρωτεΐνες, μεταξύ των οποίων ειδικές πρωτεΐνες πυρηνικής ιστόνης αντιπροσωπεύουν το 40 έως 80% όλων των πρωτεϊνών που συνθέτουν την απομονωμένη χρωματίνη. Επιπλέον, τα κλάσματα χρωματίνης περιλαμβάνουν συστατικά μεμβράνης, RNA, υδατάνθρακες, λιπίδια και γλυκοπρωτεΐνες. Το ερώτημα πόσο αυτά τα δευτερεύοντα συστατικά περιλαμβάνονται στη δομή της χρωματίνης δεν έχει ακόμη επιλυθεί. Έτσι, το RNA μπορεί να μεταγραφεί RNA που δεν έχει ακόμη χάσει τη σύνδεσή του με το εκμαγείο DNA. Άλλα δευτερεύοντα συστατικά μπορεί να αναφέρονται σε ουσίες από συγκαταβυθισμένα θραύσματα της πυρηνικής μεμβράνης.
Οι ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ είναι μια κατηγορία βιολογικών πολυμερών που υπάρχουν σε κάθε ζωντανό οργανισμό. Με τη συμμετοχή πρωτεϊνών λαμβάνουν χώρα οι κύριες διεργασίες που διασφαλίζουν τις ζωτικές λειτουργίες του σώματος: αναπνοή, πέψη, μυϊκή σύσπαση, μετάδοση νευρικών ερεθισμάτων.
Οι πρωτεΐνες είναι πολυμερή και τα αμινοξέα είναι οι μονομερείς μονάδες τους.
Αμινοξέα - πρόκειται για οργανικές ενώσεις που περιέχουν στη σύνθεσή τους (σύμφωνα με το όνομα) μια αμινομάδα NH2 και μια οργανική όξινη ομάδα, δηλ. καρβοξυλ, ομάδα COOH.
Ένα μόριο πρωτεΐνης σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της διαδοχικής σύνδεσης αμινοξέων, ενώ η καρβοξυλική ομάδα ενός οξέος αλληλεπιδρά με την αμινομάδα ενός γειτονικού μορίου, με αποτέλεσμα το σχηματισμό ενός πεπτιδικού δεσμού - CO-NH- και την απελευθέρωση ένα μόριο νερού. Διαφάνεια 9
Τα μόρια πρωτεΐνης περιέχουν από 50 έως 1500 υπολείμματα αμινοξέων. Η ατομικότητα μιας πρωτεΐνης καθορίζεται από το σύνολο των αμινοξέων που συνθέτουν την αλυσίδα του πολυμερούς και, όχι λιγότερο σημαντικό, από τη σειρά εναλλαγής τους κατά μήκος της αλυσίδας. Για παράδειγμα, το μόριο της ινσουλίνης αποτελείται από 51 υπολείμματα αμινοξέων.
Χημική σύνθεση ιστονών. Χαρακτηριστικά φυσικών ιδιοτήτων και αλληλεπίδραση με το DNA
Ιστόνες- σχετικά μικρές πρωτεΐνες με πολύ μεγάλη αναλογία θετικά φορτισμένων αμινοξέων (λυσίνη και αργινίνη). Το θετικό φορτίο βοηθά τις ιστόνες να συνδέονται στενά με το DNA (το οποίο είναι πολύ αρνητικά φορτισμένο) ανεξάρτητα από την αλληλουχία νουκλεοτιδίων του. Το σύμπλεγμα και των δύο κατηγοριών πρωτεϊνών με το πυρηνικό DNA των ευκαρυωτικών κυττάρων ονομάζεται χρωματίνη. Οι ιστόνες είναι ένα μοναδικό χαρακτηριστικό των ευκαρυωτών και υπάρχουν σε τεράστιες ποσότητες ανά κύτταρο (περίπου 60 εκατομμύρια μόρια κάθε τύπου ανά κύτταρο). Οι τύποι ιστόνης εμπίπτουν σε δύο κύριες ομάδες - νουκλεοσωμικές ιστόνες και Η1 ιστόνες, σχηματίζοντας μια οικογένεια εξαιρετικά διατηρημένων πρωτεϊνών πυρήνα που αποτελείται από πέντε μεγάλες κατηγορίες - H1 και H2A, H2B, H3 και H4. Η ιστόνη Η1 είναι μεγαλύτερη (περίπου 220 αμινοξέα) και έχει αποδειχθεί ότι είναι λιγότερο διατηρημένη κατά την εξέλιξη. Το μέγεθος των πολυπεπτιδικών αλυσίδων ιστόνης κυμαίνεται από 220 (Η1) έως 102 (Η4) υπολείμματα αμινοξέων. Η ιστόνη H1 είναι πολύ εμπλουτισμένη σε υπολείμματα Lys, οι ιστόνες H2A και H2B χαρακτηρίζονται από μέτρια περιεκτικότητα σε Lys και οι πολυπεπτιδικές αλυσίδες των ιστονών H3 και H4 είναι πλούσιες σε Arg. Μέσα σε κάθε κατηγορία ιστονών (με εξαίρεση την Η4), διακρίνονται διάφοροι υποτύποι αυτών των πρωτεϊνών με βάση τις αλληλουχίες αμινοξέων. Αυτή η πολλαπλότητα είναι ιδιαίτερα χαρακτηριστική για τις ιστόνες Η1 θηλαστικών. Σε αυτή την περίπτωση, υπάρχουν επτά υποτύποι που ονομάζονται H1.1-H1.5, H1o και H1t. Οι ιστόνες Η3 και Η4 ανήκουν στις πιο διατηρημένες πρωτεΐνες. Αυτή η εξελικτική διατήρηση υποδηλώνει ότι σχεδόν όλα τα αμινοξέα τους είναι σημαντικά για τη λειτουργία αυτών των ιστονών. Το Ν-τερματικό τμήμα αυτών των ιστονών μπορεί να τροποποιηθεί αναστρέψιμα στο κύτταρο λόγω ακετυλίωσης μεμονωμένων υπολειμμάτων λυσίνης, η οποία αφαιρεί το θετικό φορτίο των λυσινών.
Η περιοχή του πυρήνα της ουράς ιστόνης.
Χάντρες στη χορδή Α
Μικρό εύρος αλληλεπίδρασης
Συνδετικές ιστόνες
Ίνα 30 nm
Ίνα χρωμονήματος
Αλληλεπιδράσεις ινών μεγάλης εμβέλειας
νουκλεοσωμική ιστόνη χρωματίνης
Ο ρόλος των ιστονών στην αναδίπλωση του DNA είναι σημαντικός για τους ακόλουθους λόγους:
- 1) Εάν τα χρωμοσώματα αποτελούνταν μόνο από τεντωμένο DNA, είναι δύσκολο να φανταστεί κανείς πώς θα μπορούσαν να αντιγραφούν και να χωριστούν σε θυγατρικά κύτταρα χωρίς να μπερδευτούν ή να σπάσουν.
- 2) Σε εκτεταμένη κατάσταση, η διπλή έλικα του DNA κάθε ανθρώπινου χρωμοσώματος θα διέσχιζε τον πυρήνα του κυττάρου χιλιάδες φορές. Έτσι, οι ιστόνες συσκευάζουν ένα πολύ μακρύ μόριο DNA με τακτοποιημένο τρόπο σε έναν πυρήνα διαμέτρου πολλών μικρομέτρων.
- 3) Δεν διπλώνεται όλο το DNA με τον ίδιο τρόπο και ο τρόπος με τον οποίο μια περιοχή του γονιδιώματος συσκευάζεται σε χρωματίνη πιθανότατα επηρεάζει τη δραστηριότητα των γονιδίων που περιέχονται σε αυτήν την περιοχή.
Στη χρωματίνη, το DNA εκτείνεται ως συνεχής δίκλωνος κλώνος από το ένα νουκλεόσωμα στο επόμενο. Κάθε νουκλεόσωμα διαχωρίζεται από το επόμενο από ένα τμήμα συνδετικού DNA, το οποίο ποικίλλει σε μέγεθος από 0 έως 80 ζεύγη νουκλεοτιδίων. Κατά μέσο όρο, τα επαναλαμβανόμενα νουκλεοσώματα έχουν απόσταση νουκλεοτιδίων περίπου 200 ζεύγη νουκλεοτιδίων. Σε ηλεκτρονικές μικρογραφίες, αυτή η εναλλαγή του οκταμερούς ιστόνης με τυλιγμένο DNA και συνδετικό DNA δίνει στη χρωματίνη μια εμφάνιση «σφαιρίδια σε μια χορδή» (μετά από επεξεργασίες που ξεδιπλώνουν συσκευασία υψηλότερης τάξης).
ΜεθυλίωσηΩς ομοιοπολική τροποποίηση των ιστονών, είναι πιο περίπλοκη από οποιαδήποτε άλλη, καθώς μπορεί να εμφανιστεί τόσο σε λυσίνες όσο και σε αργινίνες. Επιπλέον, σε αντίθεση με οποιαδήποτε άλλη τροποποίηση στην ομάδα 1, τα αποτελέσματα της μεθυλίωσης μπορεί να είναι είτε θετικά είτε αρνητικά στη μεταγραφική έκφραση ανάλογα με τη θέση του υπολείμματος στην ιστόνη (Πίνακας 10.1). Ένα άλλο επίπεδο πολυπλοκότητας προκύπτει από το γεγονός ότι μπορεί να υπάρχουν πολλαπλές καταστάσεις μεθυλίωσης σε κάθε υπόλειμμα. Οι λυσίνες μπορεί να είναι μονο-(me1), δι-(me2) ή τρι-(me3) μεθυλιωμένες, ενώ οι αργινίνες μπορεί να είναι μονο-(me1) ή δι-(me2) μεθυλιωμένες.
Φωσφορυλίωσηείναι το πιο γνωστό PTM, καθώς έχει γίνει κατανοητό από καιρό ότι οι κινάσες ρυθμίζουν τη μετάδοση σήματος από την επιφάνεια του κυττάρου μέσω του κυτταροπλάσματος και στον πυρήνα, οδηγώντας σε αλλαγές στη γονιδιακή έκφραση. Οι ιστόνες ήταν από τις πρώτες πρωτεΐνες που ανακαλύφθηκαν ότι φωσφορυλιώθηκαν. Μέχρι το 1991, ανακαλύφθηκε ότι όταν τα κύτταρα διεγέρθηκαν για να πολλαπλασιαστούν, τα λεγόμενα «άμεσα-πρώιμα» γονίδια προκλήθηκαν και έγιναν μεταγραφικά ενεργά και λειτουργούσαν για να διεγείρουν τον κυτταρικό κύκλο. Αυτή η αυξημένη γονιδιακή έκφραση συσχετίζεται με τη φωσφορυλίωση της ιστόνης Η3 (Mahadevan et al., 1991). Το υπόλειμμα της σερίνης 10 της ιστόνης H3 (H3S10) έχει αποδειχθεί ότι είναι μια σημαντική θέση φωσφορυλίωσης για τη μεταγραφή από ζυμομύκητες στον άνθρωπο και φαίνεται να είναι ιδιαίτερα σημαντικό στο Drosophila (Nowak and Corces, 2004).
Ubiquitinationη διαδικασία σύνδεσης μιας «αλυσίδας» μορίων ουβικιτίνης σε μια πρωτεΐνη (βλέπε Ubiquitin). Στο U., το C-άκρο της ουβικιτίνης ενώνει τα πλευρικά υπολείμματα λυσίνης στο υπόστρωμα. Η αλυσίδα πολυουμπικιτίνης συνδέεται σε μια αυστηρά καθορισμένη στιγμή και είναι ένα σήμα που υποδεικνύει ότι η πρωτεΐνη υπόκειται σε αποικοδόμηση.
Η ακετυλίωση ιστόνης παίζει σημαντικό ρόλο στη ρύθμιση της δομής της χρωματίνης κατά τη μεταγραφική ενεργοποίηση, αυξάνοντας την προσβασιμότητα της χρωματίνης στον μηχανισμό μεταγραφής. Πιστεύεται ότι οι ακετυλιωμένες ιστόνες είναι λιγότερο στενά συνδεδεμένες με το DNA και επομένως είναι ευκολότερο για τη μηχανή μεταγραφής να υπερνικήσει την αντίσταση της συσκευασίας χρωματίνης. Συγκεκριμένα, η ακετυλίωση μπορεί να διευκολύνει την πρόσβαση και τη δέσμευση παραγόντων μεταγραφής στα στοιχεία αναγνώρισής τους στο DNA. Τα ένζυμα που πραγματοποιούν τη διαδικασία της ακετυλίωσης και της αποακετυλίωσης ιστόνης έχουν πλέον αναγνωριστεί και πιθανότατα σύντομα θα μάθουμε περισσότερα για το πώς αυτό σχετίζεται με την ενεργοποίηση της μεταγραφής.
Είναι γνωστό ότι οι ακετυλιωμένες ιστόνες είναι σημάδι της μεταγραφικά ενεργής χρωματίνης.
Οι ιστόνες είναι οι πιο βιοχημικά μελετημένες πρωτεΐνες.
Οργάνωση νουκλεοσώματος
Το νουκλεόσωμα είναι η στοιχειώδης μονάδα συσκευασίας της χρωματίνης. Αποτελείται από μια διπλή έλικα DNA τυλιγμένη γύρω από ένα συγκεκριμένο σύμπλεγμα οκτώ νουκλεοσωμικών ιστονών (οκταμερές ιστόνης). Το νουκλεόσωμα είναι ένα σωματίδιο σε σχήμα δίσκου με διάμετρο περίπου 11 nm, που περιέχει δύο αντίγραφα καθεμιάς από τις νουκλεοσωμικές ιστόνες (H2A, H2B, H3, H4). Το οκταμερές ιστόνης σχηματίζει έναν πυρήνα πρωτεΐνης γύρω από τον οποίο τυλίγεται δίκλωνο DNA δύο φορές (146 ζεύγη βάσεων DNA ανά οκταμερές ιστόνης).
Τα νουκλεοσώματα που αποτελούν τα ινίδια βρίσκονται λίγο πολύ ομοιόμορφα κατά μήκος του μορίου του DNA σε απόσταση 10-20 nm το ένα από το άλλο.
Τα δεδομένα για τη δομή των νουκλεοσωμάτων ελήφθησαν χρησιμοποιώντας ανάλυση περίθλασης ακτίνων Χ χαμηλής και υψηλής ανάλυσης κρυστάλλων νουκλεοσωμάτων, διαμοριακών διασυνδέσεων πρωτεΐνης-DNA και διάσπασης DNA εντός νουκλεοσωμάτων χρησιμοποιώντας νουκλεάσες ή ρίζες υδροξυλίου. Ο A. Klug κατασκεύασε ένα μοντέλο νουκλεοσώματος, σύμφωνα με το οποίο DNA (146 bp) σε μορφή Β (μια δεξιόστροφη έλικα με βήμα 10 bp) τυλίγεται γύρω από ένα οκταμερές ιστόνης, στο κεντρικό τμήμα του οποίου υπάρχουν ιστόνες Τα H3 και H4 βρίσκονται και στην περιφέρεια - H2a και H2b. Η διάμετρος ενός τέτοιου δίσκου νουκλεοσώματος είναι 11 nm και το πάχος του είναι 5,5 nm. Η δομή, που αποτελείται από ένα οκταμερές ιστόνης και DNA τυλιγμένο γύρω του, ονομάζεται σωματίδιο πυρηνικού πυρήνα. Τα σωματίδια του πυρήνα διαχωρίζονται μεταξύ τους με τμήματα συνδετικού DNA. Το συνολικό μήκος του τμήματος DNA που περιλαμβάνεται στο ζωικό νουκλεόσωμα είναι 200 (+/-15) bp.
Οι πολυπεπτιδικές αλυσίδες ιστόνης περιέχουν διάφορους τύπους δομικών περιοχών. Η κεντρική σφαιρική περιοχή και οι εύκαμπτες προεξέχουσες Ν- και C-τερματικές περιοχές εμπλουτισμένες σε βασικά αμινοξέα ονομάζονται βραχίονες. Οι C-τερματικές περιοχές των πολυπεπτιδικών αλυσίδων που εμπλέκονται στις αλληλεπιδράσεις ιστόνης-ιστόνης μέσα στο σωματίδιο του πυρήνα είναι κυρίως με τη μορφή μιας άλφα έλικας με μια εκτεταμένη κεντρική ελικοειδή περιοχή, κατά μήκος της οποίας τοποθετείται μια μικρότερη έλικα και στις δύο πλευρές. Όλες οι γνωστές θέσεις των αναστρέψιμων μετα-μεταφραστικών τροποποιήσεων των ιστονών που συμβαίνουν σε όλο τον κυτταρικό κύκλο ή κατά τη διάρκεια της κυτταρικής διαφοροποίησης εντοπίζονται στις εύκαμπτες βασικές περιοχές των πολυπεπτιδικών τους αλυσίδων (Πίνακας Ι.2). Επιπλέον, οι Ν-τελικοί βραχίονες των ιστονών Η3 και Η4 είναι οι πιο διατηρημένες περιοχές των μορίων και οι ιστόνες γενικά είναι μία από τις πιο εξελικτικά διατηρημένες πρωτεΐνες. Γενετικές μελέτες του ζυμομύκητα S. cerevisiae έδειξαν ότι μικρές διαγραφές και σημειακές μεταλλάξεις στα Ν-τερματικά τμήματα των γονιδίων ιστόνης συνοδεύονται από βαθιές και ποικίλες αλλαγές στον φαινότυπο των κυττάρων ζυμομύκητα, υποδεικνύοντας τη σημασία της ακεραιότητας των μορίων ιστόνης για τη διασφάλιση την καλή λειτουργία των ευκαρυωτικών γονιδίων. Σε διάλυμα, οι ιστόνες Η3 και Η4 μπορούν να υπάρχουν με τη μορφή σταθερών τετραμερών (H3) 2 (H4) 2 και οι ιστόνες H2A και H2B - με τη μορφή σταθερών διμερών. Μια σταδιακή αύξηση της ιοντικής ισχύος σε διαλύματα που περιέχουν φυσική χρωματίνη οδηγεί στην απελευθέρωση πρώτα διμερών Η2Α/Η2Β και στη συνέχεια τετραμερών Η3/Η4.
Η λεπτή δομή των νουκλεοσωμάτων στους κρυστάλλους διευκρινίστηκε στην εργασία των K. Lueger et al. (1997) χρησιμοποιώντας ανάλυση περίθλασης ακτίνων Χ υψηλής ευκρίνειας. Έχει διαπιστωθεί ότι η κυρτή επιφάνεια κάθε ετεροδιμερούς ιστόνης στο οκταμερές περιβάλλεται από τμήματα DNA μήκους 27-28 bp, τοποθετημένα μεταξύ τους σε γωνία 140 μοιρών, τα οποία διαχωρίζονται από περιοχές συνδέτη μήκους 4 bp.
Επίπεδα συμπίεσης DNA: νουκλεοσώματα, ινίδια, βρόγχοι, μιτωτικό χρωμόσωμα
Το πρώτο επίπεδο συμπίεσης του DNA είναι το νουκλεοσωμικό. Εάν η χρωματίνη εκτεθεί σε νουκλεάσες, αυτή και το DNA διασπώνται σε δομές που επαναλαμβάνονται τακτικά. Μετά την επεξεργασία με νουκλεάση, ένα κλάσμα σωματιδίων με ρυθμό καθίζησης 11S απομονώνεται από τη χρωματίνη με φυγοκέντρηση. Τα σωματίδια 11S περιέχουν περίπου 200 ζεύγη βάσεων DNA και οκτώ ιστόνες. Ένα τέτοιο πολύπλοκο σωματίδιο νουκλεοπρωτεΐνης ονομάζεται Nucleosome. Σε αυτό, οι ιστόνες σχηματίζουν έναν πρωτεϊνικό πυρήνα, στην επιφάνεια του οποίου βρίσκεται το DNA. Το DNA σχηματίζει ένα τμήμα που δεν συνδέεται με τις πρωτεΐνες του πυρήνα - έναν Σύνδεσμο, ο οποίος, συνδέοντας δύο γειτονικά νουκλεοσώματα, περνά στο DNA του επόμενου νουκλεοσώματος. Σχηματίζουν «σφαιρίδια», σφαιρικούς σχηματισμούς περίπου 10 nm, που κάθονται το ένα μετά το άλλο σε επιμήκη μόρια DNA. Το δεύτερο επίπεδο συμπίεσης είναι το ινίδιο 30 nm. Το πρώτο, νουκλεοσωμικό, επίπεδο συμπίεσης της χρωματίνης παίζει ρυθμιστικό και δομικό ρόλο, διασφαλίζοντας την πυκνότητα συσκευασίας του DNA κατά 6-7 φορές. Στα μιτωτικά χρωμοσώματα και στους μεσοφασικούς πυρήνες ανιχνεύονται ινίδια χρωματίνης με διάμετρο 25-30 nm. Διακρίνεται ένας τύπος σωληνοειδούς συσκευασίας νουκλεοσωμάτων: ένα νήμα από πυκνά συσσωρευμένα νουκλεοσώματα με διάμετρο 10 nm σχηματίζει στροφές με ελικοειδές βήμα περίπου 10 nm. Υπάρχουν 6-7 νουκλεοσώματα ανά στροφή μιας τέτοιας υπερέλικας. Ως αποτέλεσμα μιας τέτοιας συσκευασίας, εμφανίζεται ένα ινίδιο σπειροειδούς τύπου με μια κεντρική κοιλότητα. Η χρωματίνη στους πυρήνες έχει ινίδια 25 nm, τα οποία αποτελούνται από στενά σφαιρίδια ίδιου μεγέθους - Πυρηνομερή. Αυτά τα νουκλεομερή ονομάζονται υπερσφαιρίδια («υπερσφαιρίδια»). Το κύριο ινίδιο χρωματίνης με διάμετρο 25 nm είναι μια γραμμική εναλλαγή νουκλεομερών κατά μήκος ενός συμπιεσμένου μορίου DNA. Ως μέρος του νουκλεομερούς, σχηματίζονται δύο στροφές του νουκλεοσωμικού ινιδίου, με 4 νουκλεοσώματα στο καθένα. Το νουκλεομερικό επίπεδο πλήρωσης χρωματίνης εξασφαλίζει 40πλάσια συμπίεση του DNA. Τα πυρηνικά και τα νουκλεομερικά (υπεραιτικά) επίπεδα συμπίεσης του DNA της χρωματίνης πραγματοποιούνται από πρωτεΐνες ιστόνης. Τομείς βρόχου του DNA-τρίτο επίπεδοδομική οργάνωση της χρωματίνης. Σε υψηλότερα επίπεδα οργάνωσης της χρωματίνης, συγκεκριμένες πρωτεΐνες δεσμεύονται σε συγκεκριμένα τμήματα του DNA, τα οποία σχηματίζουν μεγάλους βρόχους ή τομείς στις θέσεις δέσμευσης. Σε ορισμένα σημεία υπάρχουν συστάδες συμπυκνωμένης χρωματίνης, σχηματισμοί που μοιάζουν με ροζέτα που αποτελούνται από πολλούς βρόχους ινιδίων 30 nm που συνδέονται σε ένα πυκνό κέντρο. Το μέσο μέγεθος των ροζέτας φτάνει τα 100-150 nm. Ροζέτες από ινίδια χρωματίνης - Χρωμομερή. Κάθε χρωμομερές αποτελείται από πολλούς βρόχους που περιέχουν νουκλεόσωμα που συνδέονται σε ένα μόνο κέντρο. Τα χρωμομερή συνδέονται μεταξύ τους με τμήματα νουκλεοσωμικής χρωματίνης. Αυτή η δομή χρωματίνης βρόχου-τομέα διασφαλίζει τη δομική συμπίεση της χρωματίνης και οργανώνει τις λειτουργικές μονάδες των χρωμοσωμάτων - αντιγράφων και μεταγραφόμενων γονιδίων.
Χρησιμοποιώντας τη μέθοδο σκέδασης νετρονίων, ήταν δυνατό να προσδιοριστεί το σχήμα και οι ακριβείς διαστάσεις των νουκλεοσωμάτων. σε μια χονδρική προσέγγιση, είναι ένας επίπεδος κύλινδρος ή ροδέλα με διάμετρο 11 nm και ύψος 6 nm. Τοποθετημένα σε ένα υπόστρωμα για ηλεκτρονική μικροσκοπία, σχηματίζουν «σφαιρίδια» - σφαιρικούς σχηματισμούς περίπου 10 nm, σε ενιαία λίμα, που κάθονται παράλληλα σε επιμήκη μόρια DNA. Στην πραγματικότητα, μόνο οι περιοχές σύνδεσης είναι επιμήκεις· τα υπόλοιπα τρία τέταρτα του μήκους του DNA είναι ελικοειδή διατεταγμένα κατά μήκος της περιφέρειας του οκταμερούς ιστόνης. Το ίδιο το οκταμερές ιστόνης πιστεύεται ότι έχει σχήμα σαν μπάλα ράγκμπι, που αποτελείται από ένα τετραμερές (H3·H4)2 και δύο ανεξάρτητα διμερή H2A·H2B. Στο Σχ. Το Σχήμα 60 δείχνει ένα διάγραμμα της θέσης των ιστονών στο τμήμα πυρήνα του νουκλεοσώματος.
Σύνθεση κεντρομερών και τελομερών
Σήμερα σχεδόν όλοι γνωρίζουν τι είναι τα χρωμοσώματα. Αυτά τα πυρηνικά οργανίδια, στα οποία εντοπίζονται όλα τα γονίδια, αποτελούν τον καρυότυπο ενός δεδομένου είδους. Κάτω από ένα μικροσκόπιο, τα χρωμοσώματα μοιάζουν με ομοιόμορφες, επιμήκεις σκούρες δομές σε σχήμα ράβδου και η εικόνα που βλέπετε είναι απίθανο να φαίνεται ενδιαφέρον θέαμα. Επιπλέον, οι παρασκευές των χρωμοσωμάτων πολλών ζωντανών πλασμάτων που ζουν στη Γη διαφέρουν μόνο ως προς τον αριθμό αυτών των ράβδων και τις τροποποιήσεις του σχήματός τους. Ωστόσο, υπάρχουν δύο ιδιότητες που είναι κοινές στα χρωμοσώματα όλων των ειδών.
Συνήθως περιγράφονται πέντε στάδια κυτταρικής διαίρεσης (μίτωση). Για απλότητα, θα επικεντρωθούμε σε τρία κύρια στάδια της συμπεριφοράς των χρωμοσωμάτων ενός διαιρούμενου κυττάρου. Στο πρώτο στάδιο, εμφανίζεται σταδιακή γραμμική συμπίεση και πάχυνση των χρωμοσωμάτων, στη συνέχεια σχηματίζεται μια άτρακτος διαίρεσης κυττάρων που αποτελείται από μικροσωληνίσκους. Στη δεύτερη, τα χρωμοσώματα κινούνται σταδιακά προς το κέντρο του πυρήνα και ευθυγραμμίζονται κατά μήκος του ισημερινού, πιθανώς για να διευκολύνουν την προσκόλληση μικροσωληνίσκων στα κεντρομερή. Σε αυτή την περίπτωση, η πυρηνική μεμβράνη εξαφανίζεται. Στο τελευταίο στάδιο διαχωρίζονται τα μισά των χρωμοσωμάτων - χρωματίδες. Φαίνεται ότι μικροσωληνίσκοι που συνδέονται με τα κεντρομερή, σαν ρυμουλκό, τραβούν τις χρωματίδες προς τους πόλους του κυττάρου. Από τη στιγμή της απόκλισης, οι πρώην αδελφές χρωματίδες ονομάζονται θυγατρικά χρωμοσώματα. Φτάνουν στους πόλους της ατράκτου και ενώνονται σε ένα παράλληλο σχέδιο. Σχηματίζεται το πυρηνικό περίβλημα.
Ένα μοντέλο που εξηγεί την εξέλιξη των κεντρομερών.
Πάνω- Τα κεντρομερή (γκρίζα οβάλ) περιέχουν ένα εξειδικευμένο σύνολο πρωτεϊνών (κινετοχώρες), συμπεριλαμβανομένων των ιστονών CENH3 (H) και CENP-C (C), οι οποίες με τη σειρά τους αλληλεπιδρούν με τους μικροσωληνίσκους της ατράκτου (κόκκινες γραμμές). Σε διαφορετικά taxa, μία από αυτές τις πρωτεΐνες εξελίσσεται προσαρμοστικά και σε συμφωνία με την απόκλιση της πρωτογενούς δομής DNA των κεντρομερών.
Στον πάτο- αλλαγές στην πρωτογενή δομή ή οργάνωση του κεντρομερούς DNA (σκούρο γκρι οβάλ) μπορούν να δημιουργήσουν ισχυρότερα κεντρομερή, με αποτέλεσμα περισσότερους προσκολλημένους μικροσωληνίσκους.
Τελομερή
Ο όρος «τελομερές» προτάθηκε από τον G. Möller το 1932. Κατά την άποψή του, δεν σήμαινε μόνο το φυσικό άκρο του χρωμοσώματος, αλλά και την παρουσία ενός «τελικού γονιδίου με ειδική λειτουργία σφράγισης του χρωμοσώματος», που το έκανε απρόσιτο σε επιβλαβείς επιδράσεις (χρωμοσωμικές αναδιατάξεις, διαγραφές, δράση νουκλεάσες κ.λπ.). Η παρουσία του τερματικού γονιδίου δεν επιβεβαιώθηκε σε μεταγενέστερες μελέτες, αλλά η λειτουργία του τελομερούς προσδιορίστηκε με ακρίβεια.
Αργότερα ανακαλύφθηκε μια άλλη λειτουργία. Δεδομένου ότι ο κανονικός μηχανισμός αντιγραφής δεν λειτουργεί στα άκρα των χρωμοσωμάτων, το κύτταρο έχει μια άλλη οδό που διατηρεί σταθερά μεγέθη χρωμοσωμάτων κατά τη διαίρεση των κυττάρων. Αυτός ο ρόλος εκτελείται από ένα ειδικό ένζυμο, την τελομεράση, το οποίο δρα σαν ένα άλλο ένζυμο, την αντίστροφη μεταγραφάση: χρησιμοποιεί ένα μονόκλωνο πρότυπο RNA για τη σύνθεση του δεύτερου κλώνου και την επιδιόρθωση των άκρων των χρωμοσωμάτων. Έτσι, τα τελομερή σε όλους τους οργανισμούς εκτελούν δύο σημαντικά καθήκοντα: προστατεύουν τα άκρα των χρωμοσωμάτων και διατηρούν το μήκος και την ακεραιότητά τους.
Έχει προταθεί ένα μοντέλο ενός συμπλόκου πρωτεϊνών έξι πρωτεϊνών ειδικών για τα τελομερή που σχηματίζεται στα τελομερή των ανθρώπινων χρωμοσωμάτων. Το DNA σχηματίζει έναν βρόχο t και η μονόκλωνη προεξοχή εισάγεται στην περιοχή του δίκλωνου DNA που βρίσκεται περιφερικά (Εικ. 6). Το πρωτεϊνικό σύμπλεγμα επιτρέπει στα κύτταρα να διακρίνουν τα τελομερή από τα σημεία διακοπής των χρωμοσωμάτων (DNA). Δεν αποτελούν όλες οι πρωτεΐνες των τελομερών μέρος ενός συμπλέγματος που είναι άφθονο στα τελομερή αλλά απουσιάζει σε άλλες περιοχές των χρωμοσωμάτων. Οι προστατευτικές ιδιότητες του συμπλέγματος πηγάζουν από την ικανότητά του να επηρεάζει τη δομή του τελομερούς DNA με τουλάχιστον τρεις τρόπους: τον προσδιορισμό της δομής του ίδιου του άκρου του τελομερούς. συμμετέχουν στο σχηματισμό ενός βρόχου t. ελέγχουν τη σύνθεση του τελομερούς DNA από την τελομεράση. Σχετικά συμπλέγματα έχουν επίσης βρεθεί στα τελομερή κάποιων άλλων ευκαρυωτικών ειδών.
Πάνω -τελομερές τη στιγμή της αντιγραφής του χρωμοσώματος, όταν το άκρο του είναι προσβάσιμο στο σύμπλεγμα της τελομεράσης, το οποίο πραγματοποιεί αντιγραφή (διπλασιασμός του κλώνου του DNA στην ίδια την άκρη του χρωμοσώματος). Μετά την αντιγραφή, το τελομερές DNA (μαύρες γραμμές) μαζί με τις πρωτεΐνες που βρίσκονται σε αυτό (εμφανίζονται ως πολύχρωμα ωοειδή) σχηματίζουν έναν βρόχο t ( κάτω μέρος της εικόνας).
Χρόνος συμπίεσης του DNA στον κυτταρικό κύκλο και οι κύριοι παράγοντες που διεγείρουν τις διεργασίες
Ας θυμηθούμε τη δομή των χρωμοσωμάτων (από ένα μάθημα βιολογίας) - εμφανίζονται συνήθως ως ζεύγος γραμμάτων Χ, όπου κάθε χρωμόσωμα είναι ένα ζευγάρι και το καθένα έχει δύο πανομοιότυπα μέρη - την αριστερή και τη δεξιά χρωματίδα. Αυτό το σύνολο χρωμοσωμάτων είναι τυπικό για ένα κύτταρο που έχει ήδη ξεκινήσει τη διαίρεση του, δηλ. κύτταρα στα οποία έχει λάβει χώρα η διαδικασία διπλασιασμού του DNA. Ο διπλασιασμός της ποσότητας του DNA ονομάζεται συνθετική περίοδος ή περίοδος S του κυτταρικού κύκλου. Λένε ότι ο αριθμός των χρωμοσωμάτων σε ένα κύτταρο παραμένει ο ίδιος (2n), και ο αριθμός των χρωματιδίων σε κάθε χρωμόσωμα διπλασιάζεται (4c - 4 χρωματίδες ανά ζεύγος χρωμοσωμάτων) - 2n4c. Κατά τη διαίρεση, ένα χρωματίδιο από κάθε χρωμόσωμα θα εισέλθει στα θυγατρικά κύτταρα και τα κύτταρα θα λάβουν το πλήρες διπλοειδές σύνολο του 2n2c.
Η κατάσταση του κυττάρου (ακριβέστερα του πυρήνα του) ανάμεσα σε δύο διαιρέσεις ονομάζεται ενδιάμεση φάση. Υπάρχουν τρία μέρη στη μεσοφάση - η προσυνθετική, η συνθετική και η μετασυνθετική περίοδος.
Έτσι, ολόκληρος ο κυτταρικός κύκλος αποτελείται από 4 χρονικές περιόδους: κατάλληλη μίτωση (M), προσυνθετική (G1), συνθετική (S) και μετασυνθετική (G2) περιόδους μεσοφάσεως (Εικ. 19). Το γράμμα G - από το αγγλικό Gap - interval, interval. Στην περίοδο G1, η οποία εμφανίζεται αμέσως μετά τη διαίρεση, τα κύτταρα έχουν διπλοειδές περιεχόμενο DNA ανά πυρήνα (2c). Κατά την περίοδο G1, η κυτταρική ανάπτυξη ξεκινά κυρίως λόγω της συσσώρευσης κυτταρικών πρωτεϊνών, η οποία καθορίζεται από την αύξηση της ποσότητας RNA ανά κύτταρο. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, το κύτταρο αρχίζει να προετοιμάζεται για σύνθεση DNA (περίοδος S).
Βρέθηκε ότι η καταστολή της σύνθεσης πρωτεϊνών ή mRNA στην περίοδο G1 εμποδίζει την έναρξη της περιόδου S, καθώς κατά την περίοδο G1 η σύνθεση των ενζύμων που είναι απαραίτητα για τον σχηματισμό προδρόμων DNA (για παράδειγμα, νουκλεοτιδικές φωσφοκινάσες), RNA και μεταβολισμό πρωτεϊνών εμφανίζονται ένζυμα. Αυτό συμπίπτει με αύξηση της σύνθεσης RNA και πρωτεϊνών. Ταυτόχρονα, η δραστηριότητα των ενζύμων που εμπλέκονται στον ενεργειακό μεταβολισμό αυξάνεται απότομα.
Στην επόμενη περίοδο S, η ποσότητα του DNA ανά πυρήνα διπλασιάζεται και ο αριθμός των χρωμοσωμάτων αντίστοιχα διπλασιάζεται. Σε διαφορετικά κύτταρα στην περίοδο S, μπορούν να βρεθούν διαφορετικές ποσότητες DNA - από 2c έως 4c. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι τα κύτταρα μελετώνται σε διαφορετικά στάδια της σύνθεσης του DNA (αυτά που μόλις ξεκίνησαν τη σύνθεση και αυτά που την έχουν ήδη ολοκληρώσει). Η περίοδος S είναι μια βασική περίοδος στον κυτταρικό κύκλο. Χωρίς σύνθεση DNA, δεν είναι γνωστή ούτε μία περίπτωση κυττάρων που εισέρχονται σε μιτωτική διαίρεση.
Η μετασυνθετική (G2) φάση ονομάζεται επίσης προμιτωτική. Ο τελευταίος όρος τονίζει τη μεγάλη σημασία του για τη διέλευση από το επόμενο στάδιο - το στάδιο της μιτωτικής διαίρεσης. Σε αυτή τη φάση, λαμβάνει χώρα η σύνθεση του mRNA που είναι απαραίτητο για τη διέλευση της μίτωσης. Λίγο νωρίτερα, συντίθεται το rRNA των ριβοσωμάτων, που καθορίζουν την κυτταρική διαίρεση. Μεταξύ των πρωτεϊνών που συντίθενται αυτή τη στιγμή, ιδιαίτερη θέση κατέχουν οι τουμπουλίνες, οι πρωτεΐνες των μικροσωληνίσκων της μιτωτικής ατράκτου.
Στο τέλος της περιόδου G2 ή στη μίτωση, καθώς τα μιτωτικά χρωμοσώματα συμπυκνώνονται, η σύνθεση RNA μειώνεται απότομα και σταματά εντελώς κατά τη μίτωση. Η πρωτεϊνοσύνθεση κατά τη μίτωση μειώνεται στο 25% του αρχικού επιπέδου και στη συνέχεια σε επόμενες περιόδους φτάνει στο μέγιστο στην περίοδο G2, επαναλαμβάνοντας γενικά τη φύση της σύνθεσης RNA.
Στους αναπτυσσόμενους ιστούς των φυτών και των ζώων υπάρχουν πάντα κύτταρα που είναι, λες, έξω από τον κύκλο. Τέτοια κύτταρα ονομάζονται συνήθως κύτταρα περιόδου G0. Αυτά τα κύτταρα είναι τα λεγόμενα κύτταρα ηρεμίας, τα οποία έχουν σταματήσει προσωρινά ή οριστικά να αναπαράγονται. Σε ορισμένους ιστούς, τέτοια κύτταρα μπορούν να παραμείνουν για μεγάλο χρονικό διάστημα χωρίς να αλλάξουν ιδιαίτερα οι μορφολογικές τους ιδιότητες: διατηρούν, κατ 'αρχήν, την ικανότητα να διαιρούνται, μετατρέποντας σε βλαστοκύτταρα καμβίας (για παράδειγμα, σε αιμοποιητικό ιστό). Συχνότερα, η απώλεια (έστω και προσωρινή) της ικανότητας διαίρεσης συνοδεύεται από την εμφάνιση της ικανότητας εξειδίκευσης και διαφοροποίησης. Τέτοια διαφοροποιητικά κύτταρα εξέρχονται από τον κύκλο, αλλά υπό ειδικές συνθήκες μπορούν να εισέλθουν ξανά στον κύκλο. Για παράδειγμα, τα περισσότερα ηπατικά κύτταρα βρίσκονται στην περίοδο G0. δεν συμμετέχουν στη σύνθεση του DNA και δεν διαιρούνται. Ωστόσο, όταν ένα μέρος του ήπατος αφαιρείται από πειραματόζωα, πολλά κύτταρα αρχίζουν να προετοιμάζονται για μίτωση (περίοδος G1), προχωρούν στη σύνθεση DNA και μπορούν να διαιρεθούν μιτωτικά. Σε άλλες περιπτώσεις, για παράδειγμα, στην επιδερμίδα του δέρματος, μετά την έξοδο από τον κύκλο της αναπαραγωγής και της διαφοροποίησης, τα κύτταρα λειτουργούν για κάποιο χρονικό διάστημα και μετά πεθαίνουν (κερατινοποιημένα κύτταρα του περιβλήματος του επιθηλίου).
