Komponen utama kromatin inti. Kromatin: definisi, struktur dan peran dalam pembelahan sel

Heterokromatin adalah wilayah kromosom yang selalu dalam keadaan kompak.

Euchromatin adalah daerah kromosom yang dikemas secara longgar (terdekondensasi).

Di daerah perikenromerik kromosom dan lengan pendek kromosom akrosentrik, heterokromatin diwarnai, ditetapkan sebagai struktural, yang terus-menerus terdeteksi selama pembelahan sel mitosis dan dalam inti interfase. Jenis heterokromatin lainnya adalah fakultatif, yang muncul melalui pemadatan daerah eukromatik dan mengandung gen yang terlibat dalam metabolisme protein. Kondensasi daerah opsional bersifat reversibel, dinyatakan dalam dekondensasi.

Kromosom terdiri dari DNA (sekitar 40%) dan protein (sekitar 60%), membentuk kompleks nukleoprotein. Protein dibagi menjadi dua kelompok: histon dan non-histon. Histon diwakili oleh lima molekul: H1, H2A, H2B, H3 dan H4. Protein histon membentuk 40 hingga 80% dari seluruh protein kromosom. Mereka terdiri dari molekul kecil bermuatan (+). Asam amino utama arginin dan lisin mendominasi di dalamnya. Karena strukturnya, protein histon bergabung dengan DNA bermuatan (–) untuk membentuk kompleks DNA-histon. Kompleks ini disebut kromatin. Gis. protein melakukan fungsi khusus mengemas molekul DNA besar ke dalam struktur kromosom yang kompak. Histon mencegah informasi biologis yang terkandung dalam DNA dibaca. Ini adalah peran regulasi mereka. Selain itu, protein ini menjalankan fungsi struktural, memastikan organisasi spasial DNA dalam kromosom

Jumlah fraksi protein non-histon melebihi 100. Diantaranya adalah enzim untuk sintesis dan pengolahan RNA, reduplikasi dan perbaikan DNA. Protein asam kromosom juga melakukan peran struktural dan regulasi. Selain DNA dan protein, kromosom juga mengandung RNA, lipid, polisakarida, dan ion logam. RNA kromosom sebagian diwakili oleh produk transkripsi yang belum meninggalkan tempat sintesis. Beberapa pecahan mempunyai fungsi pengaturan. Peran pengaturan komponen kromosom adalah untuk “melarang” atau “mengizinkan” penyalinan informasi dari molekul DNA.

Di berbagai wilayah kromosom, DNA berbeda dalam komposisi dan sifat.

DNA sentromerik terletak di wilayah penyempitan primer. Telomer mengandung DNA khusus yang mencegah pemendekan kromosom selama replikasi. Di zona penyempitan sekunder terdapat bagian DNA yang bertanggung jawab untuk sintesis rRNA. Bagian utama DNA yang bertanggung jawab untuk sintesis banyak RNA pembawa pesan terletak di lengan kromosom.

Sambil menjaga kesinambungan dalam sejumlah generasi sel, kromatin mengubah strukturnya tergantung pada periode dan fase siklus sel. organisasi. Pada interfase, di bawah mikroskop cahaya, terdeteksi dalam bentuk gumpalan yang tersebar di nukleoplasma nukleus. Selama transisi sel ke mitosis, terutama dalam metafase, kromatin tampak seperti benda berwarna intens yang terlihat jelas - kromosom.

Bentuk keberadaan kromatin interfase dan metafase dianggap sebagai dua varian kutub dari organisasi strukturalnya, yang terhubung dalam siklus mitosis melalui transisi timbal balik. Pendapat yang paling umum adalah bahwa kromatin (kromosom) adalah benang spiral. Dalam hal ini, beberapa tingkat spiralisasi kromatin (pemadatan) dibedakan

Benang nukleosom . Tingkat organisasi kromatin ini disediakan oleh empat jenis histon nukleosom: H2A, H2B, H3, H4. Mereka membentuk badan protein berbentuk keping - inti, terdiri dari delapan molekul (dua molekul dari setiap jenis histon)

Fibril kromatin. Pemadatan lebih lanjut dari untai nukleosom disediakan oleh piston HI, yang, dengan menghubungkan ke DNA penghubung dan dua badan protein yang berdekatan, mendekatkan mereka satu sama lain. Hasilnya adalah struktur yang lebih kompak, kemungkinan dibuat seperti solenoida. Fibril kromatin ini, disebut juga elementer, memiliki diameter 20-30 nm

Kromonema interfase . Tingkat organisasi struktural materi genetik berikutnya disebabkan oleh pelipatan fibril kromatin menjadi loop. Protein non-histon, yang mampu mengenali urutan nukleotida spesifik DNA ekstranukleosom, yang berjauhan satu sama lain pada jarak beberapa ribu pasangan nukleotida, tampaknya mengambil bagian dalam pembentukannya. Protein-protein ini menyatukan area-area ini untuk membentuk loop dari fragmen fibril kromatin yang terletak di antara keduanya. Sebagai hasil dari pengemasan ini, fibril kromatin dengan diameter 20-30 nm diubah menjadi struktur dengan diameter 100-200 nm, yang disebut kromonema interfase. .

Bagian individu dari kromonema interfase mengalami pemadatan lebih lanjut, membentuk blok struktural yang menyatukan loop yang berdekatan dengan organisasi yang sama

Kromosom sikat lampu ditemukan pada oosit ikan, amfibi, reptil dan burung pada tahap diploten. Masing-masing dari dua kromosom secara bivalen terdiri dari dua kromatid, oleh karena itu, selama konjugasinya, struktur empat kromatid yang diperluas terbentuk. Setiap kromatid terdiri dari untai aksial yang dipilin rapat dengan lengkung lateral memanjang darinya, dibentuk oleh heliks ganda DNA tunggal. Loop ini mungkin mewakili DNA yang dibebaskan dari protein untuk memungkinkan terjadinya transkripsi. Kromosom tipe L sch." ditranskripsikan lebih aktif dibandingkan rekaman biasa. Hal ini disebabkan kebutuhan untuk mengakumulasi sejumlah besar produk gen dalam oosit.

Mengirimkan karya bagus Anda ke basis pengetahuan itu sederhana. Gunakan formulir di bawah ini

Pelajar, mahasiswa pascasarjana, ilmuwan muda yang menggunakan basis pengetahuan dalam studi dan pekerjaan mereka akan sangat berterima kasih kepada Anda.

Diposting di http://www.allbest.ru/

Laporan

Struktur dan kimia kromatin

Kromatin adalah campuran zat kompleks yang menjadi dasar pembuatan kromosom eukariotik. Komponen utama kromatin adalah DNA dan protein kromosom, yang meliputi protein histon dan non-histon yang membentuk struktur yang sangat teratur dalam ruang. Rasio DNA dan protein dalam kromatin adalah ~1:1, dan sebagian besar protein kromatin diwakili oleh histon. Istilah “X” diperkenalkan oleh W. Flemming pada tahun 1880 untuk menggambarkan struktur intranuklear yang diwarnai dengan pewarna khusus.

Kromatin- komponen utama inti sel; cukup mudah diperoleh dari inti interfase terisolasi dan dari kromosom mitosis terisolasi. Untuk melakukan ini, mereka menggunakan kemampuannya untuk berubah menjadi keadaan terlarut selama ekstraksi dengan larutan berair dengan kekuatan ionik rendah atau hanya air deionisasi.

Fraksi kromatin yang diperoleh dari objek berbeda mempunyai kumpulan komponen yang cukup seragam. Ditemukan bahwa komposisi kimia total kromatin dari inti interfase sedikit berbeda dari kromatin dari kromosom mitosis. Komponen utama kromatin adalah DNA dan protein, yang sebagian besar adalah protein histon dan non-histon.

Menggeser3 . Ada dua jenis kromatin: heterokromatin dan eukromatin. Yang pertama berhubungan dengan daerah kromosom yang terkondensasi selama interfase; secara fungsional tidak aktif. Kromatin ini terwarnai dengan baik dan dapat dilihat pada spesimen histologis. Heterokromatin dibagi menjadi struktural (ini adalah bagian kromosom yang terus-menerus terkondensasi) dan fakultatif (dapat terdekondensasi dan berubah menjadi eukromatin). Euchromatin berhubungan dengan daerah kromosom yang terdekondensasi selama interfase. Ini adalah kromatin yang berfungsi dan aktif secara fungsional. Itu tidak ternoda dan tidak terlihat pada spesimen histologis. Selama mitosis, semua eukromatin dipadatkan dan dimasukkan ke dalam kromosom.

Rata-rata, sekitar 40% kromatin adalah DNA dan sekitar 60% adalah protein, di antaranya protein histon nuklir spesifik membentuk 40 hingga 80% dari semua protein yang membentuk kromatin terisolasi. Selain itu, fraksi kromatin meliputi komponen membran, RNA, karbohidrat, lipid, dan glikoprotein. Pertanyaan tentang seberapa banyak komponen kecil ini termasuk dalam struktur kromatin belum terpecahkan. Dengan demikian, RNA dapat ditranskripsi sebagai RNA yang belum kehilangan hubungannya dengan cetakan DNA. Komponen kecil lainnya mungkin mengacu pada zat dari fragmen membran inti yang diendapkan bersama.

PROTEIN adalah kelas polimer biologis yang ada di setiap organisme hidup. Dengan partisipasi protein, proses utama yang menjamin fungsi vital tubuh terjadi: pernapasan, pencernaan, kontraksi otot, transmisi impuls saraf.

Protein adalah polimer, dan asam amino adalah unit monomernya.

Asam amino - ini adalah senyawa organik yang dalam komposisinya (sesuai dengan namanya) gugus amino NH2 dan gugus asam organik, yaitu. karboksil, gugus COOH.

Molekul protein terbentuk sebagai hasil gabungan asam amino secara berurutan, sedangkan gugus karboksil dari satu asam berinteraksi dengan gugus amino dari molekul tetangganya, menghasilkan pembentukan ikatan peptida - CO-NH- dan pelepasan sebuah molekul air. Geser 9

Molekul protein mengandung 50 hingga 1500 residu asam amino. Individualitas suatu protein ditentukan oleh kumpulan asam amino yang membentuk rantai polimer dan, yang tidak kalah pentingnya, oleh urutan pergantiannya sepanjang rantai. Misalnya, molekul insulin terdiri dari 51 residu asam amino.

Komposisi kimia histon. Fitur sifat fisik dan interaksi dengan DNA

sejarah- protein yang relatif kecil dengan proporsi asam amino bermuatan positif yang sangat besar (lisin dan arginin); Muatan positif membantu histon berikatan erat dengan DNA (yang bermuatan sangat negatif) terlepas dari urutan nukleotidanya. Kompleks kedua kelas protein dengan DNA inti sel eukariotik disebut kromatin. Histon adalah karakteristik unik eukariota dan terdapat dalam jumlah besar per sel (sekitar 60 juta molekul setiap jenis per sel). Jenis histon terbagi dalam dua kelompok utama - histon nukleosom dan histon H1, membentuk keluarga protein inti yang sangat terkonservasi yang terdiri dari lima kelas besar - H1 dan H2A, H2B, H3 dan H4. Histone H1 lebih besar (sekitar 220 asam amino) dan terbukti kurang kekal selama evolusi. Ukuran rantai polipeptida histon berkisar antara 220 (H1) hingga 102 (H4) residu asam amino. Histone H1 sangat diperkaya dengan residu Lys, histone H2A dan H2B dicirikan oleh kandungan Lys yang moderat, dan rantai polipeptida histone H3 dan H4 kaya akan Arg. Dalam setiap kelas histon (dengan pengecualian H4), beberapa subtipe protein ini dibedakan berdasarkan urutan asam amino. Multiplisitas ini khususnya merupakan karakteristik histon H1 mamalia. Dalam hal ini ada tujuh subtipe yang disebut H1.1-H1.5, H1o dan H1t. Histon H3 dan H4 termasuk dalam protein yang paling terkonservasi. Konservasi evolusioner ini menunjukkan bahwa hampir semua asam aminonya penting untuk fungsi histon ini. Bagian terminal-N dari histon ini dapat dimodifikasi secara reversibel di dalam sel karena asetilasi residu lisin individu, yang menghilangkan muatan positif lisin.

Wilayah inti dari ekor histon.

Manik-manik pada tali A

Rentang interaksi pendek

Histon penghubung

serat 30nm

Serat kromonema

Interaksi Serat Jarak Jauh

histon kromatin nukleosom

Peran histon dalam pelipatan DNA penting karena alasan berikut:

1) Jika kromosom hanya terdiri dari DNA yang diregangkan, sulit membayangkan bagaimana kromosom dapat bereplikasi dan berpisah menjadi sel anak tanpa menjadi kusut atau rusak.

2) Dalam keadaan memanjang, heliks ganda DNA setiap kromosom manusia akan melintasi inti sel ribuan kali; Jadi, histon mengemas molekul DNA yang sangat panjang secara teratur ke dalam inti dengan diameter beberapa mikrometer;

3) Tidak semua DNA terlipat dengan cara yang sama, dan cara suatu wilayah genom dikemas menjadi kromatin kemungkinan besar memengaruhi aktivitas gen yang terdapat di wilayah tersebut.

Dalam kromatin, DNA memanjang sebagai untai ganda yang berkesinambungan dari satu nukleosom ke nukleosom berikutnya. Setiap nukleosom dipisahkan dari nukleosom berikutnya oleh bagian DNA penghubung, yang ukurannya bervariasi dari 0 hingga 80 pasangan nukleotida. Rata-rata, nukleosom berulang mempunyai jarak nukleotida sekitar 200 pasangan nukleotida. Dalam mikrograf elektron, pergantian oktamer histon dengan DNA melingkar dan DNA penghubung memberikan kromatin tampilan “manik-manik pada tali” (setelah perlakuan yang membuka kemasan tingkat tinggi).

Metilasi Sebagai modifikasi kovalen histon, ia lebih kompleks daripada yang lain, karena dapat terjadi pada lisin dan arginin. Selain itu, tidak seperti modifikasi lain di grup 1, efek metilasi dapat positif atau negatif pada ekspresi transkripsi bergantung pada posisi residu dalam histon (Tabel 10.1). Tingkat kerumitan lainnya muncul dari fakta bahwa terdapat beberapa keadaan metilasi pada setiap residu. Lisin dapat termetilasi mono-(me1), di-(me2) atau tri-(me3), sedangkan arginin dapat termetilasi mono-(me1) atau di-(me2).

Fosforilasi adalah PTM yang paling terkenal, karena telah lama dipahami bahwa kinase mengatur transmisi sinyal dari permukaan sel melalui sitoplasma dan ke dalam nukleus, yang menyebabkan perubahan ekspresi gen. Histon adalah salah satu protein pertama yang ditemukan terfosforilasi. Pada tahun 1991, ditemukan bahwa ketika sel distimulasi untuk berkembang biak, apa yang disebut gen “immediate-early” diinduksi dan menjadi aktif secara transkripsi dan berfungsi untuk merangsang siklus sel. Peningkatan ekspresi gen ini berkorelasi dengan fosforilasi histone H3 (Mahadevan et al., 1991). Residu serin 10 histon H3 (H3S10) telah terbukti menjadi situs fosforilasi penting untuk transkripsi dari ragi ke manusia dan tampaknya sangat penting dalam Drosophila (Nowak dan Corces, 2004).

Ubiquitinasi proses melekatnya “rantai” molekul ubiquitin ke protein (lihat Ubiquitin). Di U., ujung-C ubiquitin bergabung dengan residu lisin samping di substrat. Rantai poliubiquitin melekat pada momen yang ditentukan secara ketat dan merupakan sinyal yang menunjukkan bahwa protein tersebut mengalami degradasi.

Asetilasi histon memainkan peran penting dalam memodulasi struktur kromatin pada aktivasi transkripsional, meningkatkan aksesibilitas kromatin ke mesin transkripsi. Histon asetat diyakini kurang terikat erat pada DNA sehingga lebih mudah bagi mesin transkripsi untuk mengatasi resistensi kemasan kromatin. Secara khusus, asetilasi dapat memfasilitasi akses dan pengikatan faktor transkripsi ke elemen pengenalannya pada DNA. Enzim yang melakukan proses asetilasi dan deasetilasi histon kini telah diidentifikasi, dan kita mungkin akan segera mempelajari lebih lanjut tentang kaitannya dengan aktivasi transkripsi.

Diketahui bahwa histon asetat adalah tanda kromatin yang aktif secara transkripsi.

Histon adalah protein yang paling banyak dipelajari secara biokimia.

Organisasi nukleosom

Nukleosom adalah unit pengemasan dasar kromatin. Ini terdiri dari heliks ganda DNA yang melilit kompleks spesifik delapan histon nukleosom (histone octamer). Nukleosom adalah partikel berbentuk cakram dengan diameter sekitar 11 nm, berisi dua salinan dari masing-masing histon nukleosom (H2A, H2B, H3, H4). Oktamer histon membentuk inti protein di mana DNA untai ganda dibungkus dua kali (146 pasangan basa DNA per oktamer histon).

Nukleosom yang menyusun fibril terletak kurang lebih merata di sepanjang molekul DNA pada jarak 10-20 nm satu sama lain.

Data tentang struktur nukleosom diperoleh dengan menggunakan analisis difraksi sinar-X resolusi rendah dan tinggi dari kristal nukleosom, ikatan silang protein-DNA antarmolekul, dan pembelahan DNA di dalam nukleosom menggunakan nuklease atau radikal hidroksil. A. Klug membuat model nukleosom, yang menurutnya DNA (146 bp) dalam bentuk B (heliks tangan kanan dengan nada 10 bp) dililitkan di sekitar oktamer histon, di bagian tengahnya terdapat histon H3 dan H4 berada, dan di pinggiran - H2a dan H2b. Diameter piringan nukleosom tersebut adalah 11 nm, dan ketebalannya 5,5 nm. Struktur yang terdiri dari oktamer histon dan luka DNA di sekitarnya disebut partikel inti nukleosom. Partikel inti dipisahkan satu sama lain oleh segmen DNA penghubung. Panjang total segmen DNA yang termasuk dalam nukleosom hewan adalah 200 (+/-15) bp.

Rantai polipeptida histon mengandung beberapa jenis domain struktural. Domain globular pusat dan daerah terminal N dan C yang menonjol dan fleksibel, diperkaya dengan asam amino basa, disebut lengan. Domain terminal-C dari rantai polipeptida yang terlibat dalam interaksi histon-histon di dalam partikel inti sebagian besar berbentuk heliks alfa dengan daerah heliks tengah yang memanjang, di mana satu heliks yang lebih pendek diletakkan di kedua sisi. Semua lokasi modifikasi histon pasca-translasi reversibel yang diketahui yang terjadi sepanjang siklus sel atau selama diferensiasi sel dilokalisasi dalam domain dasar fleksibel rantai polipeptidanya (Tabel I.2). Selain itu, lengan N-terminal histon H3 dan H4 adalah daerah molekul yang paling terkonservasi, dan histon secara umum adalah salah satu protein yang paling terkonservasi secara evolusioner. Studi genetik pada ragi S. cerevisiae telah menunjukkan bahwa penghapusan kecil dan mutasi titik pada bagian N-terminal gen histon disertai dengan perubahan besar dan beragam pada fenotip sel ragi, yang menunjukkan pentingnya integritas molekul histon dalam memastikan berfungsinya gen eukariotik dengan baik. Dalam larutan, histon H3 dan H4 dapat berada dalam bentuk tetramer stabil (H3) 2 (H4) 2, dan histon H2A dan H2B - dalam bentuk dimer stabil. Peningkatan kekuatan ionik secara bertahap dalam larutan yang mengandung kromatin asli menyebabkan pelepasan dimer H2A/H2B terlebih dahulu dan kemudian tetramer H3/H4.

Struktur halus nukleosom dalam kristal diklarifikasi dalam karya K. Lueger et al. (1997) menggunakan analisis difraksi sinar-X resolusi tinggi. Telah ditetapkan bahwa permukaan cembung setiap heterodimer histon dalam oktamer dikelilingi oleh segmen DNA sepanjang 27-28 bp, terletak pada sudut 140 derajat relatif satu sama lain, yang dipisahkan oleh daerah penghubung sepanjang 4 bp.

Tingkat pemadatan DNA: nukleosom, fibril, loop, kromosom mitosis

Tingkat pemadatan DNA yang pertama adalah nukleosom. Jika kromatin terkena nuklease, kromatin dan DNA dipecah menjadi struktur yang berulang secara teratur. Setelah perlakuan nuklease, sebagian kecil partikel dengan laju sedimentasi 11S diisolasi dari kromatin dengan cara sentrifugasi. Partikel 11S mengandung sekitar 200 pasangan basa DNA dan delapan histon. Partikel nukleoprotein yang kompleks disebut Nukleosom. Di dalamnya, histon membentuk inti protein, di permukaannya terdapat DNA. DNA membentuk bagian yang tidak terhubung ke protein inti - sebuah Linker, yang menghubungkan dua nukleosom yang berdekatan, masuk ke dalam DNA nukleosom berikutnya. Mereka membentuk “manik-manik”, formasi globular berukuran sekitar 10 nm, terletak satu demi satu pada molekul DNA yang memanjang. Tingkat pemadatan kedua adalah fibril 30 nm. Yang pertama, tingkat pemadatan kromatin nukleosom, memainkan peran pengaturan dan struktural, memastikan kepadatan pengemasan DNA sebanyak 6-7 kali lipat. Dalam kromosom mitosis dan inti interfase, fibril kromatin dengan diameter 25-30 nm terdeteksi. Jenis pengepakan nukleosom solenoid dibedakan: benang nukleosom padat dengan diameter 10 nm membentuk putaran dengan jarak heliks sekitar 10 nm. Ada 6-7 nukleosom per putaran superheliks tersebut. Sebagai hasil dari pengepakan tersebut, fibril tipe spiral dengan rongga tengah muncul. Kromatin dalam inti memiliki fibril 25 nm, yang terdiri dari butiran-butiran dekat dengan ukuran yang sama - Nukleomer. Nukleomer ini disebut superbeads (“superbeads”). Fibril kromatin utama dengan diameter 25 nm adalah pergantian nukleomer linier sepanjang molekul DNA yang dipadatkan. Sebagai bagian dari nukleomer, dua putaran fibril nukleosom terbentuk, dengan masing-masing 4 nukleosom. Tingkat pengemasan kromatin nukleomerik memastikan pemadatan DNA 40 kali lipat. Tingkat pemadatan kromatin DNA nukleosom dan nukleomer (superbid) dilakukan oleh protein histon. Ulangi domain DNA-Ttingkat ketiga organisasi struktural kromatin. Pada tingkat organisasi kromatin yang lebih tinggi, protein spesifik berikatan dengan bagian DNA tertentu, yang membentuk loop besar, atau domain, di tempat pengikatan. Di beberapa tempat terdapat gumpalan kromatin yang terkondensasi, formasi seperti roset yang terdiri dari banyak loop fibril 30 nm yang terhubung pada pusat padat. Ukuran rata-rata mawar mencapai 100-150 nm. Mawar fibril kromatin - Kromomer. Setiap kromosom terdiri dari beberapa loop yang mengandung nukleosom yang dihubungkan pada satu pusat. Kromomer dihubungkan satu sama lain melalui bagian kromatin nukleosom. Struktur kromatin domain loop ini memastikan pemadatan struktural kromatin dan mengatur unit fungsional kromosom - replika dan gen yang ditranskripsi.

Dengan menggunakan metode hamburan neutron, bentuk dan dimensi nukleosom yang tepat dapat ditentukan; secara kasar, itu adalah silinder datar atau mesin cuci dengan diameter 11 nm dan tinggi 6 nm. Terletak pada substrat untuk mikroskop elektron, mereka membentuk "manik-manik" - formasi globular sekitar 10 nm, dalam satu file, duduk bersama-sama pada molekul DNA yang memanjang. Faktanya, hanya daerah penghubung yang memanjang; tiga perempat sisa panjang DNA tersusun secara heliks di sepanjang pinggiran oktamer histon. Oktamer histone sendiri diyakini memiliki bentuk seperti bola rugbi, terdiri dari tetramer (H3·H4)2 dan dua dimer H2A·H2B independen. Pada Gambar. Gambar 60 menunjukkan diagram letak histon di bagian inti nukleosom.

Komposisi sentromer dan telomer

Saat ini hampir semua orang mengetahui apa itu kromosom. Organel inti ini, tempat semua gen terlokalisasi, merupakan kariotipe suatu spesies tertentu. Di bawah mikroskop, kromosom tampak seperti struktur berbentuk batang gelap yang seragam dan memanjang, dan gambar yang Anda lihat sepertinya bukan pemandangan yang menarik. Terlebih lagi, penyusunan kromosom dari banyak sekali makhluk hidup yang hidup di Bumi hanya berbeda dalam jumlah batang dan modifikasi bentuknya. Namun, ada dua sifat yang umum pada kromosom semua spesies.

Lima tahap pembelahan sel (mitosis) biasanya dijelaskan. Untuk mempermudah, kita akan fokus pada tiga tahapan utama dalam perilaku kromosom sel yang sedang membelah. Pada tahap pertama terjadi kompresi linier bertahap dan penebalan kromosom, kemudian terbentuk gelendong pembelahan sel yang terdiri dari mikrotubulus. Yang kedua, kromosom secara bertahap bergerak menuju pusat nukleus dan berbaris di sepanjang ekuator, mungkin untuk memfasilitasi perlekatan mikrotubulus ke sentromer. Dalam hal ini, membran inti menghilang. Pada tahap terakhir, separuh kromosom - kromatid - terpisah. Tampaknya mikrotubulus yang menempel pada sentromer, seperti kapal tunda, menarik kromatid menuju kutub sel. Sejak saat divergensi, kromatid saudara sebelumnya disebut kromosom anak perempuan. Mereka mencapai kutub spindel dan berkumpul dalam pola paralel. Selubung nuklir terbentuk.

Sebuah model yang menjelaskan evolusi sentromer.

Ke atas- sentromer (oval abu-abu) mengandung sekumpulan protein khusus (kinetokor), termasuk histon CENH3 (H) dan CENP-C (C), yang selanjutnya berinteraksi dengan mikrotubulus spindel (garis merah). Dalam taksa yang berbeda, salah satu protein ini berevolusi secara adaptif dan selaras dengan perbedaan struktur DNA primer sentromer.

Di dasar- Perubahan pada struktur primer atau organisasi DNA sentromerik (oval abu-abu tua) dapat menciptakan sentromer yang lebih kuat, sehingga menghasilkan lebih banyak mikrotubulus yang menempel.

Telomer

Istilah "telomer" diusulkan oleh G. Möller pada tahun 1932. Dalam pandangannya, hal ini tidak hanya berarti ujung fisik dari kromosom, tetapi juga adanya “gen terminal dengan fungsi khusus untuk menyegel kromosom,” yang membuatnya tidak dapat diakses oleh pengaruh berbahaya (penyusunan ulang kromosom, penghapusan, tindakan nuklease, dll.). Kehadiran gen terminal tidak dikonfirmasi dalam penelitian selanjutnya, namun fungsi telomer ditentukan secara tepat.

Kemudian fungsi lain ditemukan. Karena mekanisme replikasi normal tidak bekerja pada ujung kromosom, sel memiliki jalur lain yang menjaga kestabilan ukuran kromosom selama pembelahan sel. Peran ini dilakukan oleh enzim khusus, telomerase, yang bertindak seperti enzim lain, transkriptase balik: ia menggunakan templat RNA beruntai tunggal untuk mensintesis untai kedua dan memperbaiki ujung kromosom. Jadi, telomer di semua organisme melakukan dua tugas penting: melindungi ujung kromosom dan menjaga panjang serta integritasnya.

Sebuah model kompleks protein dari enam protein spesifik telomer yang terbentuk pada telomer kromosom manusia telah diusulkan. DNA membentuk t-loop, dan overhang untai tunggal masuk ke wilayah DNA untai ganda yang terletak di distal (Gbr. 6). Kompleks protein memungkinkan sel membedakan telomer dari titik putus kromosom (DNA). Tidak semua protein telomer merupakan bagian dari kompleks yang banyak terdapat di telomer tetapi tidak ada di daerah lain pada kromosom. Sifat pelindung kompleks berasal dari kemampuannya mempengaruhi struktur DNA telomer setidaknya dalam tiga cara: menentukan struktur ujung telomer itu sendiri; berpartisipasi dalam pembentukan t-loop; mengontrol sintesis DNA telomer oleh telomerase. Kompleks terkait juga telah ditemukan pada telomer beberapa spesies eukariotik lainnya.

Ke atas -telomer pada saat replikasi kromosom, ketika ujungnya dapat diakses oleh kompleks telomerase, yang melakukan replikasi (penggandaan untai DNA di ujung paling ujung kromosom). Setelah replikasi, DNA telomer (garis hitam) bersama dengan protein yang terletak di atasnya (ditunjukkan sebagai oval multi-warna) membentuk t - Plingkaran (bagian bawah gambar ).

Waktu pemadatan DNA dalam siklus sel dan faktor utama yang merangsang proses

Mari kita ingat kembali struktur kromosom (dari kursus biologi) - biasanya ditampilkan sebagai sepasang huruf X, di mana setiap kromosom adalah berpasangan, dan masing-masing memiliki dua bagian yang identik - kromatid kiri dan kanan. Kumpulan kromosom ini khas untuk sel yang sudah mulai membelah, mis. sel tempat terjadinya proses duplikasi DNA. Penggandaan jumlah DNA disebut periode sintetik, atau periode S, dari siklus sel. Mereka mengatakan bahwa jumlah kromosom dalam sel tetap sama (2n), dan jumlah kromatid di setiap kromosom menjadi dua kali lipat (4c - 4 kromatid per pasang kromosom) - 2n4c. Selama pembelahan, satu kromatid dari setiap kromosom akan memasuki sel anak dan sel akan menerima set diploid lengkap 2n2c.

Keadaan sel (lebih tepatnya, nukleusnya) antara dua pembelahan disebut interfase. Ada tiga bagian dalam interfase - periode prasintetik, sintetik, dan pascasintesis.

Jadi, seluruh siklus sel terdiri dari 4 periode waktu: periode interfase mitosis (M), prasintetik (G1), sintetik (S) dan pascasintetik (G2) (Gbr. 19). Huruf G - dari Celah Bahasa Inggris - interval, interval. Pada periode G1, yang terjadi segera setelah pembelahan, sel memiliki kandungan DNA diploid per nukleus (2c). Selama periode G1, pertumbuhan sel dimulai terutama karena akumulasi protein seluler, yang ditentukan oleh peningkatan jumlah RNA per sel. Selama periode ini, sel mulai bersiap untuk sintesis DNA (periode S).

Ditemukan bahwa penekanan sintesis protein atau mRNA pada periode G1 mencegah timbulnya periode S, karena selama periode G1 sintesis enzim diperlukan untuk pembentukan prekursor DNA (misalnya, nukleotida fosfokinase), RNA dan metabolisme protein. enzim terjadi. Hal ini bertepatan dengan peningkatan sintesis RNA dan protein. Pada saat yang sama, aktivitas enzim yang terlibat dalam metabolisme energi meningkat tajam.

Pada periode S berikutnya, jumlah DNA per nukleus menjadi dua kali lipat dan jumlah kromosom juga menjadi dua kali lipat. Dalam sel yang berbeda pada periode S, jumlah DNA yang berbeda dapat ditemukan - dari 2c hingga 4c. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa sel dipelajari pada berbagai tahap sintesis DNA (sel yang baru memulai sintesis dan sel yang telah menyelesaikannya). Periode S adalah periode kunci dalam siklus sel. Tanpa sintesis DNA, tidak ada satu pun kasus sel yang memasuki pembelahan mitosis yang diketahui.

Fase pascasintesis (G2) disebut juga premitotik. Istilah terakhir menekankan pentingnya untuk melewati tahap berikutnya - tahap pembelahan mitosis. Pada fase ini, sintesis mRNA yang diperlukan untuk perjalanan mitosis terjadi. Agak lebih awal, rRNA ribosom disintesis, yang menentukan pembelahan sel. Di antara protein yang disintesis saat ini, tubulin, protein mikrotubulus gelendong mitosis, menempati tempat khusus.

Pada akhir periode G2 atau selama mitosis, saat kromosom mitosis memadat, sintesis RNA menurun tajam dan berhenti total selama mitosis. Sintesis protein selama mitosis menurun hingga 25% dari tingkat awal dan kemudian pada periode berikutnya mencapai maksimum pada periode G2, umumnya mengulangi sifat sintesis RNA.

Dalam jaringan tumbuhan dan hewan yang sedang tumbuh, selalu terdapat sel-sel yang seolah-olah berada di luar siklus. Sel seperti ini biasanya disebut sel periode G0. Sel-sel ini disebut sel istirahat, yang berhenti bereproduksi untuk sementara atau permanen. Di beberapa jaringan, sel-sel tersebut dapat bertahan untuk waktu yang lama tanpa banyak mengubah sifat morfologinya: pada prinsipnya, mereka mempertahankan kemampuan untuk membelah, berubah menjadi sel induk kambial (misalnya, dalam jaringan hematopoietik). Lebih sering, hilangnya (walaupun sementara) kemampuan untuk membagi disertai dengan munculnya kemampuan untuk berspesialisasi dan membedakan. Sel-sel yang berdiferensiasi keluar dari siklus, tetapi dalam kondisi khusus mereka dapat memasuki siklus lagi. Misalnya, sebagian besar sel hati berada pada periode G0; mereka tidak berpartisipasi dalam sintesis DNA dan tidak membelah. Namun, ketika bagian hati diambil dari hewan percobaan, banyak sel mulai bersiap untuk mitosis (periode G1), melanjutkan ke sintesis DNA dan dapat membelah secara mitosis. Dalam kasus lain, misalnya, pada epidermis kulit, setelah keluar dari siklus reproduksi dan diferensiasi, sel-sel berfungsi untuk beberapa waktu dan kemudian mati (sel-sel epitel integumen yang mengalami keratinisasi).

Diposting di Allbest.ru

Dokumen serupa

Pengemasan DNA dalam kromosom, strukturnya, organisasi spasial dan signifikansi fungsionalnya bagi organisme hidup. Ciri-ciri umum histon. Tingkat pemadatan DNA nukleosom. Tingkat pemadatan DNA nukleomerik. Tingkat lingkaran raksasa.

abstrak, ditambahkan 07/10/2015

Ciri-ciri umum tembaga. Sejarah penemuan perunggu. Bentuk yang ditemukan di alam, analog buatan, struktur kristal perunggu. Sifat fisika dan kimia tembaga dan senyawanya. Dasar tembaga karbonat dan sifat kimianya.

tugas kursus, ditambahkan 24/05/2010

Struktur struktur nano karbon. Sejarah penemuan, struktur geometris dan metode produksi fullerene. Sifat fisik, kimia, penyerapan, optik, mekanik dan tribologinya. Prospek penggunaan praktis fullerene.

tugas kursus, ditambahkan 13/11/2011

Ciri-ciri umum, klasifikasi dan tata nama monosakarida, struktur molekulnya, stereoisomerisme dan konformasi. Sifat fisik dan kimia, oksidasi dan reduksi glukosa dan fruktosa. Pembentukan oksim, glikosida dan kompleks khelat.

tugas kursus, ditambahkan 24/08/2014

Ciri-ciri umum plutonium, analisis sifat fisik dan kimia unsur ini. Sifat dan produksi nuklir, ciri-ciri fungsi dalam larutan. Kimia analitik: metode pemurnian, isolasi dan identifikasi unsur yang diteliti.

presentasi, ditambahkan 17/09/2015

Sifat asam-basa oksida dan hidroksida serta perubahannya. Sifat reduktif dan oksidatif unsur d. Seri tegangan logam. Sifat kimia logam. Ciri-ciri umum elemen d. Pembentukan senyawa kompleks.

presentasi, ditambahkan 08/11/2013

Ciri-ciri umum mangan, sifat fisik dan kimia dasarnya, sejarah penemuan dan pencapaian modern dalam penelitian. Prevalensi unsur kimia ini di alam, arah penerapannya dalam industri dan produksi.

tes, ditambahkan 26/06/2013

Klasifikasi saponin, sifat fisik, kimia dan biologi, kelarutan, keberadaannya dalam tumbuhan. Ciri-ciri bahan baku tumbuhan, komposisi kimianya, pengadaan, pengolahan primer, pengeringan, penyimpanan dan kegunaannya dalam pengobatan.

tutorial, ditambahkan 23/08/2013

Informasi umum tentang minyak: sifat fisik, komposisi unsur dan kimia, produksi dan transportasi. Penerapan dan pentingnya minyak secara ekonomi. Asal usul hidrokarbon minyak bumi. Asal biogenik dan abiogenik. Proses dasar pembentukan minyak.

abstrak, ditambahkan 25/02/2016

Konsep dan ciri-ciri umum oksigen sebagai suatu unsur dalam tabel periodik unsur, sifat fisik dan kimia dasarnya, ciri-ciri penerapannya dalam berbagai bidang perekonomian pada tahap sekarang. Konsep dan kemungkinan konsekuensi hipoksia.

Kuliah No.2.13.9.11. “Tahapan terbentuknya teori sel. Sel sebagai unit struktural makhluk hidup"

Tahapan perkembangan teori sel:

1) 1665 – R. Hooke memberi nama sel – “selula”

2) 1839 - Schleiden dan Schwann mengusulkan kandang baru. teori

Sel – unit struktural tumbuhan dan hewan

Proses pembentukan sel menentukan pertumbuhan dan perkembangannya

1858 – Virchow ditambahkan ke kandang. teori

"Setiap sel dalam sel"

3) kandang modern. teori

Sel adalah unit struktural dan fungsional dasar semua makhluk hidup.

Sel-sel dari organisme multiseluler yang sama memiliki struktur, komposisi, dan manifestasi penting dalam aktivitas kehidupan yang serupa

Reproduksi – pembelahan sel induk asli

Sel-sel organisme multiseluler menurut fungsinya membentuk jaringan → organ → sistem organ → organisme

Rencana umum struktur sel eukariotik.

Tiga komponen utama sel:

1)membran sitoplasma (plasmalemma)

Lapisan ganda lipid dan satu lapisan protein berada di permukaan lapisan lipid atau terbenam di dalamnya.

Fungsi:

Demarkasi

Mengangkut

Protektif

Reseptor (sinyal)

2)sitoplasma:

a) hialoplasma (larutan koloid protein, fosfolipid dan zat lainnya. Dapat berupa gel atau sol)

Fungsi hialoplasma:

Mengangkut

Homeostatis

Metabolisme

Penciptaan kondisi optimal untuk berfungsinya organel

B) Organel – komponen permanen sitoplasma yang memiliki spesifik struktur dan eksekusi def. fungsi.

Klasifikasi organel:

○ menurut lokalisasi:

Nuklir (nukleolus dan kromosom)

Sitoplasma (ER, ribosom)

○ berdasarkan struktur:

Selaput:

a) membran tunggal (lisosom, RE, aparatus Golgi, vakuola, peroksisom, sferosom)

b) membran ganda (plastida, mitokondria)

Non-membran (ribosom, mikrotubulus, miofibril, mikrofilamen)

○ berdasarkan tujuan:

Umum (ditemukan di semua sel)

Khusus (ditemukan pada sel tertentu - plastida, silia, flagela)

○ berdasarkan ukuran:

Terlihat di bawah mikroskop cahaya (ER, aparatus Golgi)

Tidak terlihat di bawah mikroskop cahaya (ribosom)

Inklusi- komponen sel tidak permanen yang mempunyai kekhususan struktur dan eksekusi def. fungsi.

3)inti

Membran tunggal.

EPS (Retikulum Endoplasma, retikulum).

Suatu sistem rongga dan tubulus yang saling berhubungan yang terhubung ke membran inti luar.

Kasar (butiran). Ada ribosom→ sintesis protein

Halus (agranular). Sintesis lemak dan karbohidrat.

Fungsi:

1) membatasi

2) transportasi

3)penghapusan zat beracun dari sel

4) sintesis steroid

Aparat Golgi (kompleks pipih).

Tumpukan tubulus dan tangki yang pipih, disebut diktosom.

Diktosom– setumpuk 3-12 cakram pipih yang disebut cisternae (hingga 20 dictos)

Fungsi:

1) konsentrasi, pelepasan dan pemadatan sekresi antar sel

2) akumulasi gliko- dan lipoprotein

3) akumulasi dan pembuangan zat dari sel

4) pembentukan alur pembelahan selama mitosis

5) pembentukan lisosom primer

Lizsom.

Vesikel yang dikelilingi oleh membran tunggal dan mengandung enzim hidrolitik.

Fungsi:

1) pencernaan bahan yang diserap

2) pemusnahan bakteri dan virus

3) autolisis (penghancuran bagian sel dan organel yang mati)

4)penghapusan seluruh sel dan zat antar sel

Peroksisom.

Vesikel dikelilingi oleh membran tunggal yang mengandung peroksidase.

Fungsi- oksidasi org. zat

Sferosom.

Organel berbentuk oval dikelilingi oleh membran tunggal yang mengandung lemak.

Fungsi– sintesis dan akumulasi lipid.

Vakuola.

Rongga pada sitoplasma sel dibatasi oleh membran tunggal.

Pada tumbuhan (getah sel - pembubaran zat organik dan anorganik) dan sel tunggal. hewan (pencernaan, kontraktil - osmoregulasi dan ekskresi)

Membran ganda.

Inti.

1)membran (kariolema):

Dua membran dipenuhi pori-pori

Di antara membran terdapat ruang perinuklear

Membran luar terhubung ke UGD

Fungsi - pelindung dan transportasi

2)pori-pori nuklir

3)jus nuklir:

Menurut fisik keadaan dekat dengan hialoplasma

Secara kimiawi mengandung lebih banyak asam nukleat

4)nukleolus:

Komponen inti yang bukan membran

Mungkin ada satu atau lebih

Dibentuk di area kromosom tertentu (pengatur nukleolus)

Fungsi:

sintesis rRNA

sintesis tRNA

Pembentukan ribosom

5)kromatin– Untaian DNA + protein

6)kromosom– kromatin yang sangat spiral, mengandung gen

7)karioplasma kental

Ultrastruktur kromosom.

Kromosom → 2 kromatid (terhubung di daerah sentromer) → 2 hemikromatid → kromonema → mikrofibril (30-45% DNA + protein)

Satelit- wilayah kromosom yang dipisahkan oleh penyempitan sekunder.

Telomer– daerah terminal kromosom

Jenis kromosom tergantung pada posisi sentromernya:

1) lengan yang sama (metosentrik)

2) bahu tidak seimbang (submetasentrik)

3) berbentuk batang (akrosentrik)

Karotipe– sekumpulan data tentang jumlah, bentuk dan ukuran kromosom.

Idiogram– konstruksi grafis kariotipe

Sifat-sifat kromosom:

1)keteguhan angka

Pada suatu spesies, jumlah kromosom selalu konstan.

2)berpasangan– pada sel somatik, setiap kromosom mempunyai pasangannya sendiri (kromosom homolog)

3)individualitas– setiap kromosom memiliki karakteristiknya sendiri (ukuran, bentuk...)

4)kontinuitas– setiap kromosom dari satu kromosom

Fungsi kromosom:

1) penyimpanan informasi turun-temurun

2)penularan informasi turun-temurun

3)implementasi informasi turun-temurun

Mitokondria.

1)terdiri dari 2 membran:

Eksternal (halus, di dalam ada tonjolan - krista)

Eksternal (kasar)

2) Di dalam ruang diisi dengan matriks yang didalamnya terdapat:

Ribosom

Protein - enzim

Fungsi:

1)sintesis ATP

2) sintesis protein mitokondria

3) sintesis nukleon. asam

4) sintesis karbohidrat dan lipid

5) pembentukan ribosom mitokondria

Plastida.

1) organel bermembran ganda

2) di dalam stroma, di ct. terletak di Tilakoid → Grana

3) di stroma:

Ribosom

Karbohidrat

Berdasarkan warnanya dibedakan menjadi:

1) kloroplas (hijau, klorofil).

2) kromoplas:

Kuning (xantofil)

Merah (likopektin)

Jeruk (karoten)

Pewarnaan buah, daun dan akar.

3) leukoplas (tidak berwarna, tidak mengandung pigmen). Stok protein, lemak dan karbohidrat.

Non-membran.

Ribosom

1)terdiri dari rRNA, protein dan magnesium

2) dua subunit: besar dan kecil

Fungsi - sintesis protein

Kromatin disebut campuran kompleks zat dari mana kromosom eukariotik dibangun. Komponen utama kromatin adalah DNA, histon, dan protein non-histon, yang membentuk struktur yang sangat teratur dalam ruang. Rasio DNA dan protein dalam kromatin adalah ~1:1, dan sebagian besar protein kromatin diwakili oleh histon. Histon membentuk keluarga protein inti yang sangat terkonservasi yang dibagi menjadi lima kelas besar yang disebut H1, H2A, H2B, H3 dan H4. Ukuran rantai polipeptida histon terletak pada ~ 220 (H1) dan 102 (H4) residu asam amino. Histone H1 sangat diperkaya dengan residu Lys, histon H2A dan H2B dicirikan oleh kandungan Lys yang moderat, rantai polipeptida histon H3 dan H4 kaya Arg. Dalam setiap kelas histon (dengan pengecualian H4), beberapa subtipe protein ini dibedakan berdasarkan urutan asam amino. Multiplisitas ini khususnya merupakan karakteristik histon H1 mamalia. Dalam hal ini, ada tujuh subtipe yang disebut H1.1–H1.5, H1 o dan H1t.

Beras. saya.2. Representasi skema tingkat pemadatan kromatin tingkat domain loop

A– fiksasi loop kromomer pada matriks inti menggunakan rangkaian MAR/SAR dan protein; B– “mawar” yang dibentuk dari loop kromometer; V– kondensasi loop roset dengan partisipasi nukleosom dan nukleomer

Hasil penting dari interaksi DNA dengan protein dalam kromatin adalah pemadatannya. Panjang total DNA yang terkandung dalam inti sel manusia mendekati 1 m, sedangkan diameter inti rata-rata adalah 10 µm. Panjang molekul DNA yang terkandung dalam satu kromosom manusia rata-rata ~4 cm, sedangkan panjang kromosom metafase adalah ~4 µm. Akibatnya, DNA kromosom metafase manusia dipadatkan panjangnya setidaknya 10 4 kali. Derajat pemadatan DNA pada inti interfase jauh lebih rendah dan tidak merata pada lokus genetik individu. Dari sudut pandang fungsional, ada eukromatin Dan heterokromatin . Euchromatin dicirikan oleh pemadatan DNA yang lebih sedikit dibandingkan dengan heterokromatin, dan gen yang diekspresikan secara aktif sebagian besar terlokalisasi di dalamnya. Saat ini, terdapat kepercayaan luas bahwa heterokromatin bersifat inert secara genetis. Karena fungsi sebenarnya tidak dapat dianggap mapan saat ini, sudut pandang ini dapat berubah seiring dengan bertambahnya pengetahuan tentang heterokromatin. Gen yang diekspresikan secara aktif sudah ditemukan di dalamnya.

Heterokromatisasi pada daerah kromosom tertentu sering kali disertai dengan penekanan transkripsi gen yang ada di dalamnya. Bagian kromosom yang diperluas dan bahkan seluruh kromosom dapat terlibat dalam proses heterokromatisasi. Oleh karena itu, diyakini bahwa regulasi transkripsi gen eukariotik terutama terjadi pada dua tingkat. Yang pertama, pemadatan atau dekompaksi DNA dalam kromatin dapat menyebabkan inaktivasi atau aktivasi jangka panjang pada bagian kromosom yang diperluas atau bahkan seluruh kromosom selama entogenesis suatu organisme. Regulasi transkripsi daerah kromosom yang diaktifkan lebih baik dicapai pada tingkat kedua dengan partisipasi protein non-histon, termasuk berbagai faktor transkripsi.

Organisasi struktural kromatin dan kromosom eukariota. Pertanyaan tentang organisasi struktural kromatin dalam inti interfase saat ini masih jauh dari terselesaikan. Hal ini terutama disebabkan oleh kompleksitas dan dinamisme strukturnya, yang mudah berubah bahkan dengan pengaruh eksogen yang kecil. Sebagian besar pengetahuan tentang struktur kromatin diperoleh secara in vitro pada preparat kromatin terfragmentasi, yang strukturnya berbeda secara signifikan dari struktur inti asli. Sesuai dengan pandangan umum, ada tiga tingkat organisasi struktural kromatin pada eukariota: 1 ) fibril nukleosom ; 2) solenoid , ataunukleomer ; 3) struktur domain lingkaran , termasukkromomer .

Fibril nukleosom. Dalam kondisi tertentu (pada kekuatan ionik rendah dan dengan adanya ion logam divalen), struktur teratur dalam kromatin terisolasi dapat diamati dalam bentuk fibril memanjang dengan diameter 10 nm, terdiri dari nukleosom. Struktur fibrilar ini, di mana nukleosom disusun seperti manik-manik pada tali, dianggap sebagai tingkat terendah pengemasan DNA eukariotik dalam kromatin. Nukleosom yang membentuk fibril terletak kurang lebih merata di sepanjang molekul DNA pada jarak 10-20 nm satu sama lain. Nukleosom mengandung empat pasang molekul histon: H2a, H2b, H3 dan H4, serta satu molekul histon H1. Data tentang struktur nukleosom terutama diperoleh dengan menggunakan tiga metode: analisis difraksi sinar-X resolusi rendah dan tinggi dari kristal nukleosom, ikatan silang protein-DNA antarmolekul, dan pembelahan DNA di dalam nukleosom menggunakan nuklease atau radikal hidroksil. Berdasarkan data tersebut, A. Klug membuat model nukleosom, yang menurutnya DNA (146 bp) di Bentuk B(heliks tangan kanan dengan nada 10 bp) dililitkan di sekitar oktamer histon, di bagian tengahnya terdapat histon H3 dan H4, dan di pinggirannya - H2a dan H2b. Diameter piringan nukleosom tersebut adalah 11 nm, dan ketebalannya 5,5 nm. Struktur yang terdiri dari oktamer histon dan luka DNA di sekitarnya disebut nukleosom kó partikel parit. KE ó partikel parit dipisahkan satu sama lain oleh segmen DNA penghubung. Panjang total segmen DNA yang termasuk dalam nukleosom hewan adalah 200 (15) bp.

Rantai polipeptida histon mengandung beberapa jenis domain struktural. Domain globular pusat dan daerah terminal N dan C menonjol fleksibel yang diperkaya dengan asam amino basa disebut bahu(lengan). Domain terminal-C dari rantai polipeptida yang terlibat dalam interaksi histon-histon di dalam ó partikel ry sebagian besar berbentuk heliks  dengan bagian spiral tengah yang memanjang, di mana satu spiral yang lebih pendek diletakkan di kedua sisinya. Semua lokasi modifikasi histon pasca-translasi reversibel yang diketahui yang terjadi sepanjang siklus sel atau selama diferensiasi sel dilokalisasi dalam domain dasar fleksibel rantai polipeptidanya (Tabel I.2). Selain itu, lengan N-terminal histon H3 dan H4 adalah daerah molekul yang paling terkonservasi, dan histon secara umum adalah salah satu protein yang paling terkonservasi secara evolusioner. Menggunakan studi genetik ragi S. cerevisiae Ditemukan bahwa penghapusan kecil dan mutasi titik pada bagian N-terminal gen histon disertai dengan perubahan besar dan beragam pada fenotip sel ragi. Hal ini menunjukkan betapa pentingnya integritas molekul histon dalam memastikan berfungsinya gen eukariotik.

Dalam larutan, histon H3 dan H4 dapat berada dalam bentuk tetramer stabil (H3) 2 (H4) 2, dan histon H2A dan H2B - dalam bentuk dimer stabil. Peningkatan kekuatan ionik secara bertahap dalam larutan yang mengandung kromatin asli menyebabkan pelepasan dimer H2A/H2B terlebih dahulu dan kemudian tetramer H3/H4.

Penyempurnaan lebih lanjut dari struktur halus nukleosom dalam kristal baru-baru ini dilakukan dalam karya K. Lueger et al. (1997) menggunakan analisis difraksi sinar-X resolusi tinggi. Ditemukan bahwa permukaan cembung setiap heterodimer histon dalam oktamer dikelilingi oleh segmen DNA sepanjang 27–28 bp, terletak pada sudut 140° relatif satu sama lain, yang dipisahkan oleh daerah penghubung sepanjang 4 bp.

Sesuai dengan data modern, struktur spasial DNA sebagai bagiannya ó partikel rovy agak berbeda dari bentuk B: heliks ganda DNA dipelintir sebesar 0,25–0,35 bp/putaran heliks ganda, yang mengarah pada pembentukan pitch heliks sebesar 10,2 bp/putaran (dalam B - bentuk dalam larutan – 10,5 bp/putaran). Stabilitas kompleks histon dalam komposisi ó Pembentukan suatu partikel ditentukan oleh interaksi bagian globularnya; oleh karena itu, penghilangan lengan fleksibel dalam kondisi proteolisis ringan tidak disertai dengan penghancuran kompleks. Lengan N-terminal histon tampaknya memastikan interaksinya dengan wilayah DNA tertentu. Dengan demikian, domain N-terminal histone H3 menghubungi daerah DNA di pintu masuk ó partikel pertama dan keluar darinya, sedangkan domain histon H4 yang sesuai berikatan dengan bagian dalam DNA nukleosom.

Studi struktur nukleosom resolusi tinggi yang disebutkan di atas menunjukkan bahwa bagian tengah dari segmen DNA 121-bp. sebagai bagian dari nukleosom, ia membentuk kontak tambahan dengan histon H3. Dalam hal ini, bagian terminal-N dari rantai polipeptida histon H3 dan H2B melewati saluran yang dibentuk oleh alur kecil dari superkoil DNA yang berdekatan dari nukleosom, dan bagian terminal-N dari histon H2A berkontak dengan alur kecil. bagian luar superkoil DNA. Secara keseluruhan, data resolusi tinggi menunjukkan bahwa DNA di dalam partikel inti nukleosom membelok di sekitar oktamer histon secara tidak merata. Kelengkungan terganggu di tempat DNA berinteraksi dengan permukaan histon, dan kerusakan tersebut paling terlihat pada jarak 10–15 dan 40 bp. dari pusat superkoil DNA.

Geser 3. Ada dua jenis kromatin: heterokromatin dan eukromatin. Yang pertama berhubungan dengan daerah kromosom yang terkondensasi selama interfase; secara fungsional tidak aktif. Kromatin ini terwarnai dengan baik dan dapat dilihat pada spesimen histologis. Heterokromatin dibagi menjadi struktural (ini adalah bagian kromosom yang terus-menerus terkondensasi) dan fakultatif (dapat terdekondensasi dan berubah menjadi eukromatin). Euchromatin berhubungan dengan daerah kromosom yang terdekondensasi selama interfase. Ini adalah kromatin yang berfungsi dan aktif secara fungsional. Itu tidak ternoda dan tidak terlihat pada spesimen histologis. Selama mitosis, semua eukromatin dipadatkan dan dimasukkan ke dalam kromosom.

Protein adalah polimer, dan asam amino adalah unit monomernya.

Asam amino - ini adalah senyawa organik yang dalam komposisinya (sesuai dengan namanya) gugus amino NH2 dan gugus asam organik, yaitu. karboksil, gugus COOH.

Komposisi kimia histon. Fitur sifat fisik dan interaksi dengan DNA

Wilayah inti dari ekor histon.

Manik-manik pada tali A

Rentang interaksi pendek

Histon penghubung

serat 30nm

Serat kromonema

Interaksi Serat Jarak Jauh

histon kromatin nukleosom

Peran histon dalam pelipatan DNA penting karena alasan berikut:

1) Jika kromosom hanya terdiri dari DNA yang diregangkan, sulit membayangkan bagaimana kromosom dapat bereplikasi dan berpisah menjadi sel anak tanpa menjadi kusut atau rusak.
2) Dalam keadaan memanjang, heliks ganda DNA setiap kromosom manusia akan melintasi inti sel ribuan kali; Jadi, histon mengemas molekul DNA yang sangat panjang secara teratur ke dalam inti dengan diameter beberapa mikrometer;
3) Tidak semua DNA terlipat dengan cara yang sama, dan cara suatu wilayah genom dikemas menjadi kromatin kemungkinan besar memengaruhi aktivitas gen yang terdapat di wilayah tersebut.

Diketahui bahwa histon asetat adalah tanda kromatin yang aktif secara transkripsi.

Histon adalah protein yang paling banyak dipelajari secara biokimia.

Organisasi nukleosom

Nukleosom yang menyusun fibril terletak kurang lebih merata di sepanjang molekul DNA pada jarak 10-20 nm satu sama lain.

Tingkat pemadatan DNA: nukleosom, fibril, loop, kromosom mitosis

Tingkat pemadatan DNA yang pertama adalah nukleosom. Jika kromatin terkena nuklease, kromatin dan DNA dipecah menjadi struktur yang berulang secara teratur. Setelah perlakuan nuklease, sebagian kecil partikel dengan laju sedimentasi 11S diisolasi dari kromatin dengan cara sentrifugasi. Partikel 11S mengandung sekitar 200 pasangan basa DNA dan delapan histon. Partikel nukleoprotein yang kompleks disebut Nukleosom. Di dalamnya, histon membentuk inti protein, di permukaannya terdapat DNA. DNA membentuk bagian yang tidak terhubung ke protein inti - sebuah Linker, yang menghubungkan dua nukleosom yang berdekatan, masuk ke dalam DNA nukleosom berikutnya. Mereka membentuk “manik-manik”, formasi globular berukuran sekitar 10 nm, terletak satu demi satu pada molekul DNA yang memanjang. Tingkat pemadatan kedua adalah fibril 30 nm. Yang pertama, tingkat pemadatan kromatin nukleosom, memainkan peran pengaturan dan struktural, memastikan kepadatan pengemasan DNA sebanyak 6-7 kali lipat. Dalam kromosom mitosis dan inti interfase, fibril kromatin dengan diameter 25-30 nm terdeteksi. Jenis pengepakan nukleosom solenoid dibedakan: benang nukleosom padat dengan diameter 10 nm membentuk putaran dengan jarak heliks sekitar 10 nm. Ada 6-7 nukleosom per putaran superheliks tersebut. Sebagai hasil dari pengepakan tersebut, fibril tipe spiral dengan rongga tengah muncul. Kromatin dalam inti memiliki fibril 25 nm, yang terdiri dari butiran-butiran dekat dengan ukuran yang sama - Nukleomer. Nukleomer ini disebut superbeads (“superbeads”). Fibril kromatin utama dengan diameter 25 nm adalah pergantian nukleomer linier sepanjang molekul DNA yang dipadatkan. Sebagai bagian dari nukleomer, dua putaran fibril nukleosom terbentuk, dengan masing-masing 4 nukleosom. Tingkat pengemasan kromatin nukleomerik memastikan pemadatan DNA 40 kali lipat. Tingkat pemadatan kromatin DNA nukleosom dan nukleomer (superbid) dilakukan oleh protein histon. Ulangi domain DNA-tingkat ketiga organisasi struktural kromatin. Pada tingkat organisasi kromatin yang lebih tinggi, protein spesifik berikatan dengan bagian DNA tertentu, yang membentuk loop besar, atau domain, di tempat pengikatan. Di beberapa tempat terdapat gumpalan kromatin yang terkondensasi, formasi seperti roset yang terdiri dari banyak loop fibril 30 nm yang terhubung pada pusat padat. Ukuran rata-rata mawar mencapai 100-150 nm. Mawar fibril kromatin - Kromomer. Setiap kromosom terdiri dari beberapa loop yang mengandung nukleosom yang dihubungkan pada satu pusat. Kromomer dihubungkan satu sama lain melalui bagian kromatin nukleosom. Struktur kromatin domain loop ini memastikan pemadatan struktural kromatin dan mengatur unit fungsional kromosom - replika dan gen yang ditranskripsi.

Komposisi sentromer dan telomer

Sebuah model yang menjelaskan evolusi sentromer.

Telomer

Waktu pemadatan DNA dalam siklus sel dan faktor utama yang merangsang proses

Keadaan sel (lebih tepatnya, nukleusnya) antara dua pembelahan disebut interfase. Ada tiga bagian dalam interfase - periode prasintetik, sintetik, dan pascasintesis.