Ciri-ciri umum inti interfase
Nukleus merupakan komponen terpenting sel, yang terdapat pada hampir semua sel organisme multiseluler. Sebagian besar sel memiliki inti tunggal, tetapi ada sel berinti dua dan berinti banyak (misalnya, serat otot lurik). Binukliritas dan multinukleasi ditentukan oleh karakteristik fungsional atau keadaan patologis sel. Bentuk dan ukuran inti sangat bervariasi dan bergantung pada jenis organisme, jenis, umur dan keadaan fungsional sel. Rata-rata, volume nukleus kira-kira 10% dari total volume sel. Paling sering, inti memiliki bentuk bulat atau oval dengan diameter 3 hingga 10 mikron. Ukuran inti minimum adalah 1 mikron (pada beberapa protozoa), maksimum 1 mm (telur beberapa ikan dan amfibi). Dalam beberapa kasus, terdapat ketergantungan bentuk inti pada bentuk sel. Inti biasanya menempati posisi sentral, tetapi pada sel yang berdiferensiasi dapat bergeser ke bagian perifer sel. Hampir semua DNA sel eukariotik terkonsentrasi di nukleus.
Fungsi utama kernel adalah:
1) Penyimpanan dan transfer informasi genetik;
2) Pengaturan sintesis protein, metabolisme dan energi dalam sel.
Dengan demikian, nukleus tidak hanya merupakan tempat penyimpanan materi genetik, tetapi juga tempat materi tersebut berfungsi dan berkembang biak. Oleh karena itu, terganggunya salah satu fungsi tersebut akan menyebabkan kematian sel. Semua ini menunjukkan pentingnya struktur nuklir dalam proses sintesis asam nukleat dan protein.
SIALAN
Inti. Kromatin, heterokromatin, eukromatin.
Nukleus (lat. nukleus) adalah salah satu komponen struktural sel eukariotik, yang mengandung informasi genetik (molekul DNA), yang menjalankan fungsi utama: penyimpanan, transmisi dan implementasi informasi herediter, memastikan sintesis protein. Inti terdiri dari kromatin, nukleolus, karioplasma (atau nukleoplasma) dan selubung inti. Di dalam inti sel, terjadi replikasi (atau reduplikasi) - penggandaan molekul DNA, serta transkripsi - sintesis molekul RNA pada molekul DNA. Molekul RNA yang disintesis dalam nukleus dimodifikasi dan kemudian dilepaskan ke sitoplasma. Pembentukan kedua subunit ribosom terjadi dalam formasi khusus inti sel - nukleolus. Dengan demikian, inti sel tidak hanya merupakan tempat penyimpanan informasi genetik, tetapi juga tempat di mana materi tersebut berfungsi dan berkembang biak.
Sel interfase yang tidak membelah biasanya memiliki satu inti per sel (walaupun ada juga sel berinti banyak). Inti terdiri dari kromatin, nukleolus, karioplasma (nukleoplasma) dan membran inti yang memisahkannya dari sitoplasma (Gbr. 17).
Kromatin
Saat mengamati sel hidup atau sel tetap di dalam nukleus, terungkap zona materi padat yang responsif terhadap berbagai pewarna, terutama pewarna basa. Karena kemampuannya untuk mewarnai dengan baik, komponen inti ini disebut “kromatin” (dari bahasa Yunani chrome - warna, cat). Kromatin terdiri dari DNA yang kompleks dengan protein. Kromosom, yang terlihat jelas selama pembelahan sel mitosis, juga memiliki sifat yang sama. Dalam sel yang tidak membelah (interfase), kromatin, yang dideteksi dengan mikroskop cahaya, dapat mengisi volume inti secara seragam atau ditempatkan dalam gumpalan terpisah.
Kromatin inti interfase terdiri dari kromosom, yang pada saat ini kehilangan bentuk kompaknya, mengendur, dan terdekondensasi. Tingkat dekondensasi kromosom tersebut dapat bervariasi. Ahli morfologi menyebut zona dekondensasi lengkap bagiannya euchromatinum. Ketika kromosom tidak lepas sepenuhnya, area kromatin yang terkondensasi, kadang-kadang disebut heterokromatin, terlihat di inti interfase. Tingkat dekondensasi bahan kromosom - kromatin dalam interfase mungkin mencerminkan beban fungsional struktur ini. Semakin “menyebar” kromatin didistribusikan dalam inti interfase (yaitu, semakin banyak eukromatin), semakin intens proses sintetik di dalamnya.
Kromatin dipadatkan secara maksimal selama pembelahan sel mitosis, ketika ditemukan dalam bentuk kromosom padat. Selama periode ini, kromosom tidak melakukan fungsi sintetik apa pun, prekursor DNA dan RNA tidak termasuk di dalamnya.
Dengan demikian, kromosom sel dapat berada dalam dua keadaan struktural dan fungsional: dalam keadaan aktif, bekerja, terdekondensasi sebagian atau seluruhnya, ketika proses transkripsi dan reduplikasi terjadi dengan partisipasi mereka dalam inti interfase, dan dalam keadaan tidak aktif, dalam keadaan metabolisme. beristirahat dengan kondensasi maksimumnya, ketika mereka menjalankan fungsi mendistribusikan dan mentransfer materi genetik ke sel anak.
Kromatin
Panjangnya molekul DNA eukariotik yang sangat besar telah menentukan munculnya mekanisme khusus untuk penyimpanan, replikasi, dan implementasi materi genetik. Kromatin adalah nama yang diberikan untuk molekul DNA kromosom yang dikombinasikan dengan protein spesifik yang diperlukan untuk menjalankan proses ini. Sebagian besar terdiri dari “protein penyimpan”, yang disebut histon. Nukleosom dibangun dari protein ini - struktur tempat untaian molekul DNA dililit. Nukleosom tersusun cukup teratur, sehingga struktur yang dihasilkan menyerupai manik-manik. Nukleosom terdiri dari empat jenis protein: H2A, H2B, H3 dan H4. Satu nukleosom mengandung dua protein dari setiap jenis - total delapan protein. Histon H1, lebih besar dari histon lainnya, berikatan dengan DNA di tempat masuknya ke dalam nukleosom. Nukleosom bersama dengan H1 disebut kromatosom.
Untaian DNA dengan nukleosom membentuk struktur seperti solenoid tidak beraturan dengan tebal sekitar 30 nanometer, yang disebut fibril 30 nm. Pengepakan lebih lanjut dari fibril ini dapat memiliki kepadatan yang berbeda. Jika kromatin tersusun rapat, disebut terkondensasi atau heterokromatin, terlihat jelas di bawah mikroskop. DNA yang terletak di heterokromatin tidak ditranskripsi; kondisi ini biasanya merupakan karakteristik daerah yang tidak signifikan atau diam. Pada interfase, heterokromatin biasanya terletak di sepanjang pinggiran nukleus (heterokromatin parietal). Kondensasi lengkap kromosom terjadi sebelum pembelahan sel. Jika kromatin tersusun longgar, disebut eu- atau interkromatin. Jenis kromatin ini kurang padat jika diamati di bawah mikroskop dan biasanya ditandai dengan adanya aktivitas transkripsi. Kepadatan kemasan kromatin sangat ditentukan oleh modifikasi histon - asetilasi dan fosforilasi.
Dipercaya bahwa di dalam nukleus terdapat apa yang disebut domain kromatin fungsional (DNA dari satu domain mengandung sekitar 30 ribu pasangan basa), yaitu, setiap bagian kromosom memiliki “wilayah” sendiri-sendiri. Sayangnya, masalah distribusi spasial kromatin dalam nukleus belum cukup dipelajari. Diketahui bahwa daerah telomerik (terminal) dan sentromerik (bertanggung jawab untuk menghubungkan kromatid saudara dalam mitosis) melekat pada protein lamina inti.
2. Kromatin
Kromatin adalah banyak butiran yang diwarnai dengan pewarna dasar yang membentuk kromosom. Kromosom dibentuk oleh kompleks nukleoprotein yang mengandung asam nukleat dan protein. Ada dua jenis kromatin dalam inti sel manusia dalam interfase - kromatin terdispersi, berwarna lemah (eukromatin), dibentuk oleh serat panjang, tipis, terjalin, kromatin yang sangat aktif secara metabolik dan kromatin terkondensasi (heterokromatin), sesuai dengan daerah kromosom yang tidak terlibat. dalam proses pengendalian aktivitas metabolisme. Sel dewasa (misalnya darah) dicirikan oleh inti yang kaya akan kromatin padat dan terkondensasi, terletak dalam gumpalan. Dalam inti sel somatik wanita, ia diwakili oleh gumpalan kromatin yang dekat dengan membran inti: ini adalah kromatin seks wanita (atau badan Barr), yang merupakan kromosom X yang terkondensasi. Kromatin seks pria ditampilkan dalam inti sel somatik pria sebagai gumpalan yang bersinar saat diwarnai dengan fluorokrom. Penentuan kromatin seks digunakan misalnya untuk menentukan jenis kelamin anak dari sel yang diperoleh dari cairan ketuban ibu hamil.
Kromatin nuklir adalah kompleks asam deoksiribonukleat dengan protein, di mana DNA berada dalam berbagai tingkat kondensasi.
Dengan mikroskop cahaya, kromatin tampak sebagai gumpalan berbentuk tidak beraturan yang tidak memiliki batas yang jelas dan diwarnai dengan pewarna basa. Zona kromatin yang terkondensasi lemah dan kuat bertransisi dengan lancar satu sama lain. Berdasarkan kerapatan elektron dan optik cahaya, heterokromatin padat elektron, berwarna cerah, dan eukromatin kurang berwarna dan kurang padat elektron dibedakan.
Heterokromatin adalah zona DNA yang sangat kental yang terkait dengan protein histon. Di bawah mikroskop elektron, terlihat benjolan berwarna gelap dan bentuknya tidak beraturan.
Heterokromatin adalah kumpulan nukleosom yang padat. Heterokromatin, tergantung lokasinya, dibagi menjadi parietal, matriks dan perinuklear.
Heterokromatin parietal berbatasan dengan permukaan bagian dalam selubung inti, heterokromatin matriks didistribusikan dalam matriks karioplasma, dan heterokromatin perinuklear berdekatan dengan nukleolus.
Euchromatin adalah wilayah DNA yang terkondensasi lemah. Euchromatin berhubungan dengan daerah kromosom yang telah menyebar, tetapi tidak ada batas yang jelas antara kromatin yang terkondensasi dan yang terdekondensasi. Sebagian besar protein non-histon berasosiasi dengan asam nukleat dalam eukromatin, tetapi ada juga histon yang membentuk nukleosom, yang didistribusikan secara longgar di antara bagian-bagian DNA yang tidak terkondensasi. Protein non-histon menunjukkan sifat dasar yang kurang menonjol, komposisi kimianya lebih beragam, dan resolusinya jauh lebih bervariasi. Mereka berpartisipasi dalam transkripsi dan mengatur proses ini. Pada tingkat mikroskop elektron transmisi, eukromatin merupakan struktur kerapatan elektron rendah yang terdiri dari struktur granular halus dan fibrilar halus.
Nukleosom adalah kompleks deoksiribonukleoprotein kompleks yang mengandung DNA dan protein dengan diameter sekitar 10 nm. Nukleosom terdiri dari 8 protein - histon H2a, H2b, H3 dan H4, tersusun dalam 2 baris.
Di sekitar kompleks makromolekul protein, fragmen DNA membentuk 2,5 putaran heliks dan mencakup 140 pasangan nukleotida. Bagian DNA ini disebut inti dan disebut DNA inti (nDNA). Wilayah DNA antara nukleosom kadang-kadang disebut penghubung. Daerah penghubung menempati sekitar 60 pasangan nukleotida dan ditetapkan sebagai iDNA.
Histon adalah protein berbobot molekul rendah yang dilestarikan secara evolusioner dengan sifat dasar berbeda. Mereka mengontrol pembacaan informasi genetik. Di wilayah nukleosom, proses transkripsi diblokir, tetapi jika perlu, heliks DNA dapat “terlepas” dan polimerisasi RNA inti diaktifkan di sekitarnya. Dengan demikian, histon penting sebagai protein yang mengontrol pelaksanaan program genetik dan aktivitas fungsional spesifik sel.
Baik euchromatin dan heterochromatin memiliki tingkat organisasi nukleosom. Namun, jika histon H1 menempel pada daerah penghubung, maka nukleosom bersatu satu sama lain, dan kondensasi lebih lanjut (pemadatan) DNA terjadi dengan pembentukan konglomerat kasar - heterokromatin. Pada euchromatin, kondensasi DNA yang signifikan tidak terjadi.
Kondensasi DNA dapat terjadi sebagai superbead atau solenoid. Dalam hal ini, delapan nukleosom berdekatan satu sama lain dan membentuk superbead. Baik dalam model solenoid maupun superbead, nukleosom kemungkinan besar terletak dalam bentuk spiral.
DNA bisa menjadi lebih kompak, membentuk kromomer. Di dalam kromomer, fibril deoksiribonukleoprotein digabungkan menjadi loop yang disatukan oleh protein non-histon. Kromomer dapat ditempatkan kurang lebih kompak. Kromomer menjadi lebih terkondensasi selama mitosis, membentuk kromonema (struktur seperti benang). Kromonem terlihat di bawah mikroskop cahaya, terbentuk pada profase mitosis dan berpartisipasi dalam pembentukan kromosom, tersusun dalam susunan spiral.
Lebih mudah untuk mempelajari morfologi kromosom ketika mereka paling terkondensasi pada metafase dan pada awal anafase. Dalam keadaan ini, kromosom berbentuk seperti batang dengan panjang yang bervariasi, namun dengan ketebalan yang cukup konstan. Di dalamnya, zona penyempitan primer terlihat jelas, yang membagi kromosom menjadi dua lengan.
Beberapa kromosom mengandung penyempitan sekunder. Penyempitan sekunder adalah pengatur nukleolus, karena selama interfase di area inilah nukleolus terbentuk.
Sentromer, atau kinetokor, melekat pada area penyempitan primer. Kinetokor adalah pelat berbentuk cakram. Kinetokor dihubungkan oleh mikrogrid yang terhubung ke sentriol. Mikrotubulus “memisahkan” kromosom dalam mitosis.
Kromosom dapat bervariasi secara signifikan dalam ukuran dan rasio lengan. Jika bahunya sama atau hampir sama, maka bahunya metasentrik. Jika salah satu lengannya sangat pendek (hampir tidak terlihat), maka kromosom tersebut bersifat akrosentrik. Kromosom submetasentrik menempati posisi perantara. Kromosom dengan penyempitan sekunder kadang-kadang disebut kromosom satelit.
Badan Barr (kromatin seks) merupakan struktur kromatin khusus yang lebih sering ditemukan pada sel wanita. Di neuron, badan-badan ini terletak di dekat nukleolus. Di epitel, mereka terletak di dekat dinding dan berbentuk oval; di neutrofil, mereka menonjol ke dalam sitoplasma dalam bentuk "stik drum", dan di neuron, mereka berbentuk bulat. Mereka ditemukan di 90% sel wanita dan hanya 10% sel pria. Badan Barr berhubungan dengan salah satu kromosom seks X, yang diyakini berada dalam keadaan terkondensasi. Identifikasi badan Barr penting untuk menentukan jenis kelamin suatu hewan.
Fibril perikromatin dan interkromatin ditemukan dalam matriks karioplasma dan terletak dekat dengan kromatin (perikromatin) atau tersebar (interkromatin). Diasumsikan bahwa fibril ini adalah asam ribonukleat terkondensasi lemah yang terperangkap pada bagian miring atau memanjang.
Butiran perikromatin adalah partikel dengan ukuran 30...50 nm, kerapatan elektron tinggi. Mereka terletak di pinggiran heterokromatin dan mengandung DNA dan protein; ini adalah wilayah lokal dengan nukleosom yang padat.
Butiran interkromatin memiliki kerapatan elektron yang tinggi, diameter 20...25 nm dan merupakan kumpulan asam ribonukleat dan enzim. Ini mungkin subunit ribosom yang diangkut ke selubung inti.
Jika Anda menemukan kesalahan, silakan sorot sepotong teks dan klik Ctrl+Masuk.
Kromatin seks dalam inti sel, menurut Moore dan Barr (1954) dan Winger (1962), dapat menempati tiga posisi berikut.
1. Dalam kebanyakan kasus, kromatin seks terletak di pinggiran nukleus, pada permukaan bagian dalam selubung nukleus. Bentuknya cembung datar, lebih jarang berbentuk V atau segitiga. Kadang-kadang garis berbentuk halter atau bentuk filamen tipis yang berhubungan dengan nukleolus dicatat (Reitalu, 1956, 1957; Klinger, 1958).
2. Kromatin seks seringkali terletak bebas di dalam nukleoplasma dan berbentuk bulat atau oval.
3. Sangat jarang, kromatin seks terletak di nukleolus (pada neuron kucing).
Barr dan Bertram (1949) menemukan bahwa badan kromatin seks dari inti sel saraf hipoglosus dapat mengubah posisinya relatif terhadap nukleolus tergantung pada keadaan fungsional neuron setelah stimulasinya. Demikian pula, Lindsay dan Barr (1955) menunjukkan bahwa dengan peningkatan sintesis nukleoprotein ketika substansi tigroid dipulihkan dari inti saraf setelah stimulasi berkepanjangan pada saraf hipoglosus, terjadi peningkatan ukuran nukleolus dan pergerakan massa kromatin seks ke arah membran inti diamati. Posisi semula dikembalikan setelah 400 jam.
Graham (1954), mempelajari neuron pada tahap awal perkembangan embrio kucing, menemukan gumpalan kromatin seks pada membran inti; setelah anak kucing lahir, letaknya dekat nukleolus. Situasi serupa diamati pada sel somatik lainnya, yang menurut penulis terkait dengan diferensiasi.
Jika kromatin seks terletak di dekat nukleolus dan di dalam nukleoplasma, terkadang sulit membedakannya dengan badan kromatin yang memiliki ukuran dan bentuk yang sama. Atas dasar ini, sebagian besar penulis cenderung menganggap kromatin seks hanya sebagai badan yang terletak di pinggiran nukleus, yang paling khas untuk jaringan manusia dan sebagian besar hewan.
Menurut A.V. Kapustin (1961 -1964), dalam sel jaringan manusia, hanya gumpalan yang terletak di dekat membran inti yang boleh dianggap sebagai kromatin seks. 3. P. Zhemkova (1960) mencatat bahwa kromatin seks dalam jaringan plasenta manusia memiliki “spesifisitas jenis kelamin” terlepas dari lokasinya. Dalam trofoblas embrio tikus, kromatin seks terutama terletak di dekat membran inti (E.V. Zybina, 1960), dan di hati embrio ayam bebas di nukleoplasma (V. Ya. Azarova, 1961) (Gbr. 1 ).
Gambar 1. Badan Barr.
a - dalam sel somatik tubuh wanita; b - dalam sel somatik tubuh laki-laki (“tubuh pseudo-Barr”); c - dalam sel tumor tubuh wanita. Pewarnaan Dokumov, pembesaran 2200 kali.
Akibatnya, ukuran, bentuk, dan lokalisasi badan Barr sampai batas tertentu terkait dengan karakteristik spesies dan jaringan serta bergantung pada keadaan fungsional sel. Menurut Thoenes (1961), yang mempelajari struktur kromatin seks dengan mikroskop elektron, badan Barr memiliki kontur yang jelas dan biasanya terletak di dekat membran inti. Pertanyaan tentang lokalisasi preferensi badan Barr di dekat membran inti dianalisis oleh I. L. Goldman dan rekan penulis (1968). Kromosom X heteropiknotik (penggandaan terlambat) terletak, sebagaimana dibuktikan oleh penelitian banyak penulis, di zona perifer inti metafase. Rupanya, struktur spasial inti interkinetik cukup mencerminkan gambaran datar pelat metafase. Data mikroskop elektron menunjukkan adanya hubungan tertentu antara daerah heterokromatik kromosom dengan membran inti; Mungkin mekanisme inilah yang menentukan posisi tetap dalam inti kromosom X, yang memiliki blok heterokromatin yang besar. Dalam hal ini, derajat spiralisasi kromosom dan faktor lainnya penting.
DIVISI INTI DAN SEL
Struktur non-nuklir yang terjadi (eritrosit, trombosit, sisik tanduk) merupakan hasil diferensiasi spesifik bentuk sel inti
Tubuh juga mengandung struktur yang mengandung puluhan dan ratusan inti. Ini termasuk simplast dan syncytia.
Symplast terbentuk sebagai hasil fusi sel dan merupakan untaian protoplasma berinti banyak.
Sinsitium terbentuk sebagai hasil pembelahan sel yang tidak lengkap dan merupakan kawanan, sekelompok sel yang disatukan oleh jembatan sitoplasma.
Inti mempunyai bentuk yang berbeda-beda, seringkali bulat, lebih jarang berbentuk batang atau tidak beraturan. Perlu diperhatikan bahwa bentuk nukleus cenderung meniru bentuk sel dan sesuai dengan tujuan fungsionalnya. Misalnya, miosit halus yang berbentuk gelendong, memiliki inti berbentuk batang. Limfosit darah berbentuk bulat dan intinya biasanya bulat.
Fungsi kernel:
Penyimpanan dan transmisi informasi herediter ke sel anak
Regulasi sintesis protein
Penyimpanan informasi genetik dijamin oleh fakta bahwa DNA kromosom mengandung enzim perbaikan yang memulihkan inti kromosom setelah rusak. Transfer informasi herediter terjadi ketika salinan DNA yang identik didistribusikan secara merata di antara sel anak selama pembelahan sel induk.
Sintesis protein diatur karena fakta bahwa semua jenis RNA ditranskripsi pada permukaan kromosom DNA: informasional, ribosom, dan transportasi, yang terlibat dalam sintesis protein pada permukaan granular EPS.
Formasi struktural nukleus paling menonjol selama periode tertentu kehidupan sel - pada interfase.
Elemen struktural inti interfase:
1) kromatin
2) nukleolus
3) karyolemma
4) karioplasma
KROMATIN
Ini adalah unsur nuklir yang menerima pewarna dengan baik (chromos), sesuai dengan namanya. Kromatin terdiri dari filamen - fibril dasar, tebal 20-25 nm, terletak longgar atau kompak di dalam inti. Hal inilah yang menjadi dasar pembagian kromatin menjadi 2 jenis :
1) eukromatin lepas (terdekondensasi), sedikit diwarnai dengan pewarna dasar.
2) heterokromatin – padat (kondensasi), mudah diwarnai dengan pewarna dasar.
Eukromatin disebut aktif, heterokromatin disebut tidak aktif. Aktivitas euchromatin dijelaskan oleh fakta bahwa fibril DNA mengalami despiralisasi, mis. gen pada permukaan tempat terjadinya transkripsi RNA telah ditemukan. Ini menciptakan kondisi untuk transkripsi RNA. Jika DNA kromosom tidak dihilangkan, maka gen di sini tertutup, sehingga sulit untuk menyalin RNA dari permukaannya. Akibatnya sintesis protein menurun. Inilah sebabnya mengapa heterokromatin tidak aktif. Rasio eu- dan heterokromatin dalam nukleus merupakan indikator aktivitas proses sintetik dalam sel.
Kromatin mengubah keadaan fisiknya tergantung pada aktivitas fungsional sel. Selama pembelahan, kromatin memadat dan berubah menjadi kromosom. Oleh karena itu, kromatin dan kromosom adalah keadaan fisik yang berbeda dari zat yang sama.
Komposisi kimia kromatin:
- DNA - 40%
- Protein – 60%
- RNA – 1%
Protein nuklir hadir dalam dua bentuk:
Protein dasar (histone) (80-85%)
Protein asam (non-histon) (15-20%).
Protein non-histon membentuk jaringan protein di karioplasma (matriks inti), memberikan tatanan internal pada susunan kromatin. Protein histon membentuk blok yang masing-masing terdiri dari 8 molekul. Blok-blok ini disebut nukleosom. Fibril DNA melilit nukleosom. Fungsi protein histon:
Tata letak khusus kromosom DNA
Regulasi sintesis protein.
Penelitian biokimia dalam genetika adalah cara penting untuk mempelajari unsur-unsur dasarnya - kromosom dan gen. Pada artikel kali ini kita akan membahas apa itu kromatin dan mengetahui struktur serta fungsinya di dalam sel.
Keturunan adalah properti utama makhluk hidup
Proses utama yang menjadi ciri organisme yang hidup di Bumi meliputi respirasi, nutrisi, pertumbuhan, ekskresi, dan reproduksi. Fungsi terakhir adalah yang paling penting bagi kelestarian kehidupan di planet kita. Bagaimana mungkin seseorang tidak mengingat bahwa perintah pertama yang diberikan Tuhan kepada Adam dan Hawa adalah sebagai berikut: “Beranakcuculah dan bertambah banyak.” Pada tingkat sel, fungsi generatif dilakukan oleh asam nukleat (zat penyusun kromosom). Kami akan mempertimbangkan struktur ini lebih lanjut.
Kami juga menambahkan bahwa pelestarian dan transmisi informasi turun-temurun kepada keturunan dilakukan menurut satu mekanisme, yang sepenuhnya independen dari tingkat organisasi individu, yaitu untuk virus, bakteri, dan manusia. , itu bersifat universal.
Apa hakikat hereditas
Dalam makalah ini, kami mempelajari kromatin, yang struktur dan fungsinya secara langsung bergantung pada organisasi molekul asam nukleat. Pada tahun 1869, ilmuwan Swiss Miescher menemukan senyawa yang menunjukkan sifat asam dalam inti sel sistem kekebalan, yang pertama kali disebutnya nuklein dan kemudian asam nukleat. Dari sudut pandang kimia, ini adalah senyawa dengan berat molekul tinggi - polimer. Monomernya adalah nukleotida yang memiliki struktur sebagai berikut: basa purin atau pirimidin, pentosa dan sisanya.Para ilmuwan telah menemukan bahwa dua jenis dan RNA dapat terdapat dalam sel. Mereka digabungkan dengan protein dan membentuk substansi kromosom. Seperti halnya protein, asam nukleat memiliki beberapa tingkat organisasi spasial.
Pada tahun 1953, pemenang Hadiah Nobel Watson dan Crick menguraikan struktur DNA. Ini adalah molekul yang terdiri dari dua rantai yang dihubungkan oleh ikatan hidrogen yang muncul antara basa nitrogen sesuai dengan prinsip saling melengkapi (di seberang adenin ada basa timin, di seberang sitosin ada basa guanin). Kromatin, struktur dan fungsi yang kita pelajari, mengandung molekul asam deoksiribonukleat dan asam ribonukleat dengan berbagai konfigurasi. Kami akan membahas masalah ini secara lebih rinci di bagian “Tingkat Organisasi Kromatin”.
Lokalisasi substansi hereditas di dalam sel
DNA terdapat dalam sitostruktur seperti nukleus, serta dalam organel yang mampu membelah - mitokondria dan kloroplas. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa organel-organel ini menjalankan fungsi terpenting di dalam sel: serta sintesis glukosa dan pembentukan oksigen dalam sel tumbuhan. Selama tahap sintetik dalam siklus hidup, organel ibu berlipat ganda. Jadi, sel anak, sebagai hasil mitosis (pembelahan sel somatik) atau meiosis (pembentukan sel telur dan sperma), menerima gudang struktur seluler yang diperlukan yang menyediakan nutrisi dan energi bagi sel.
Asam ribonukleat terdiri dari rantai tunggal dan memiliki berat molekul lebih rendah dibandingkan DNA. Ini terkandung dalam nukleus dan hialoplasma, dan juga merupakan bagian dari banyak organel seluler: ribosom, mitokondria, retikulum endoplasma, plastida. Kromatin dalam organel ini berikatan dengan protein histon dan merupakan bagian dari plasmid - molekul DNA tertutup melingkar.
Kromatin dan strukturnya
Jadi, kami telah menetapkan bahwa asam nukleat terkandung dalam substansi kromosom - unit struktural hereditas. Kromatinnya di bawah mikroskop elektron tampak seperti butiran atau formasi seperti benang. Selain DNA, ia juga mengandung molekul RNA, serta protein yang menunjukkan sifat dasar dan disebut histon. Semua nukleosom di atas. Mereka terkandung dalam kromosom nukleus dan disebut fibril (benang solenoid). Untuk meringkas semua hal di atas, mari kita definisikan apa itu kromatin. Ini adalah senyawa kompleks protein khusus - histon. Molekul DNA beruntai ganda dililitkan pada mereka, seperti gulungan, membentuk nukleosom.
Tingkat organisasi kromatin
Substansi hereditas memiliki struktur yang berbeda-beda, bergantung pada banyak faktor. Misalnya, tergantung pada tahap siklus hidup yang dialami sel: periode pembelahan (metosis atau meiosis), periode interfase prasintetik atau sintetik. Dari bentuk solenoid, atau fibril, sebagai yang paling sederhana, terjadi pemadatan kromatin lebih lanjut. Heterokromatin adalah keadaan yang lebih padat, terbentuk di daerah intronik kromosom di mana transkripsi tidak mungkin dilakukan. Selama masa istirahat sel - interfase, ketika tidak ada proses pembelahan - heterokromatin terletak di karioplasma nukleus di sepanjang pinggiran, dekat membrannya. Pemadatan isi inti terjadi selama tahap pascasintesis dari siklus hidup sel, yaitu segera sebelum pembelahan.
Pada apa kondensasi substansi hereditas bergantung?
Melanjutkan mempelajari pertanyaan "apa itu kromatin", para ilmuwan telah menemukan bahwa pemadatannya bergantung pada protein histon, yang merupakan bagian dari nukleosom bersama dengan molekul DNA dan RNA. Mereka terdiri dari empat jenis protein, yang disebut inti dan penghubung. Pada saat transkripsi (membaca informasi dari gen menggunakan RNA), substansi hereditas terkondensasi lemah dan disebut euchromatin.
Saat ini, ciri distribusi molekul DNA yang terkait dengan protein histon terus dipelajari. Misalnya, para ilmuwan telah menemukan bahwa kromatin dari lokus berbeda pada kromosom yang sama berbeda dalam tingkat kondensasi. Misalnya, di tempat benang gelendong, yang disebut sentromer, menempel pada kromosom, lebih padat daripada di daerah telomer - lokus terminal.
Regulator gen dan komposisi kromatin
Konsep pengaturan aktivitas gen yang diciptakan oleh ahli genetika Perancis Jacob dan Monod memberikan gambaran tentang keberadaan daerah asam deoksiribonukleat yang tidak memiliki informasi tentang struktur protein. Mereka menjalankan fungsi manajerial yang murni birokratis. Disebut gen pengatur, bagian kromosom ini biasanya tidak memiliki protein histon dalam strukturnya. Kromatin, ditentukan dengan pengurutan, disebut terbuka.
Dalam penelitian lebih lanjut, ditemukan bahwa lokus ini mengandung urutan nukleotida yang mencegah partikel protein menempel pada molekul DNA. Area tersebut mengandung gen pengatur: promotor, peningkat, aktivator. Pemadatan kromatin di dalamnya tinggi, dan panjang daerah ini rata-rata sekitar 300 nm. Ada definisi kromatin terbuka dalam inti terisolasi, yang menggunakan enzim DNAse. Ini dengan sangat cepat membelah lokus kromosom yang kekurangan protein histon. Kromatin di area ini disebut hipersensitif.
Peranan substansi hereditas
Kompleks termasuk DNA, RNA dan protein, yang disebut kromatin, terlibat dalam entogenesis sel dan mengubah komposisinya tergantung pada jenis jaringan, serta tahap perkembangan organisme secara keseluruhan. Misalnya, dalam sel epitel kulit, gen seperti penambah dan promotor diblokir oleh protein penekan, sedangkan gen pengatur yang sama dalam sel sekretori epitel usus aktif dan terletak di zona kromatin terbuka. Ilmuwan genetika telah menemukan bahwa DNA yang tidak mengkode protein mencakup lebih dari 95% keseluruhan genom manusia. Ini berarti terdapat lebih banyak gen kontrol daripada gen yang bertanggung jawab dalam sintesis peptida. Pengenalan metode seperti chip DNA dan pengurutan telah memungkinkan untuk mengetahui apa itu kromatin dan, sebagai hasilnya, memetakan genom manusia.
Penelitian kromatin sangat penting dalam cabang ilmu pengetahuan seperti genetika manusia dan genetika medis. Hal ini disebabkan meningkatnya tajam kejadian penyakit keturunan - baik genetik maupun kromosom. Deteksi dini sindrom ini meningkatkan persentase prognosis positif dalam pengobatannya.
