Pagrindiniai branduolinio chromatino komponentai. Chromatinas: apibrėžimas, struktūra ir vaidmuo ląstelių dalijimuisi

Heterochromatinas yra chromosomų sritis, kuri nuolat yra kompaktiška.

Euchromatinas yra laisvai supakuotos (dekondensuotos) chromosomų sritys.

Pericenromerinėse chromosomų srityse ir trumpose akrocentrinių chromosomų rankose heterochromatinas yra nudažytas, vadinamas struktūriniu, kuris nuolat aptinkamas mitozinio ląstelių dalijimosi metu ir tarpfaziniame branduolyje. Kitas heterochromatino tipas yra fakultatyvinis, kuris atsiranda sutankinant euchromatines sritis ir turi genų, dalyvaujančių baltymų metabolizme. Neprivalomos srities kondensacija yra grįžtama, išreikšta dekondensacija.

Chromosomos susideda iš DNR (apie 40 %) ir baltymų (apie 60 %), sudarančių nukleoproteinų kompleksą. Baltymai skirstomi į dvi grupes: histonus ir nehistonus. Histonus vaizduoja penkios molekulės: H1, H2A, H2B, H3 ir H4. Histono baltymai sudaro 40–80% visų chromosomų baltymų. Jie sudaryti iš mažų (+) įkrautų molekulių. Jose vyrauja pagrindinės aminorūgštys argininas ir lizinas. Dėl savo struktūros histono baltymai susijungia su (–) įkrauta DNR ir sudaro DNR-histono kompleksą. Šis kompleksas vadinamas chromatinu. Gis. baltymai atlieka specifiškai supakuoti didžiulę DNR molekulę į kompaktišką chromosomų struktūrą. Histonai neleidžia nuskaityti DNR esančios biologinės informacijos. Tai yra jų reguliavimo vaidmuo. Be to, šie baltymai atlieka struktūrinę funkciją, užtikrinančią DNR erdvinį organizavimą chromosomose

Nehistoninių baltymų frakcijų skaičius viršija 100. Tarp jų yra fermentai, skirti RNR sintezei ir apdorojimui, DNR dauginimui ir taisymui. Rūgštiniai chromosomų baltymai taip pat atlieka struktūrinius ir reguliavimo vaidmenis. Be DNR ir baltymų, chromosomose taip pat yra RNR, lipidų, polisacharidų ir metalų jonų. Chromosomų RNR iš dalies atstovauja transkripcijos produktai, kurie dar nepaliko sintezės vietos. Kai kurios frakcijos atlieka reguliavimo funkciją. Chromosomų komponentų reguliavimo funkcija yra „uždrausti“ arba „leisti“ kopijuoti informaciją iš DNR molekulės.

Skirtinguose chromosomų regionuose DNR skiriasi sudėtimi ir savybėmis.

Centromerinė DNR yra pirminių susiaurėjimų srityje. Telomerai turi specialią DNR, kuri neleidžia chromosomoms sutrumpėti replikacijos metu. Antrinių susiaurėjimų zonose yra DNR skyriai, atsakingi už rRNR sintezę. Pagrindinė DNR dalis, atsakinga už daugelio pasiuntinių RNR sintezę, yra chromosomų rankose.

Išlaikant tęstinumą daugelyje ląstelių kartų, chromatinas keičia savo struktūrą priklausomai nuo ląstelės ciklo laikotarpio ir fazės. organizacija. Interfazėje, atliekant šviesos mikroskopiją, jis aptinkamas branduolio nukleoplazmoje išsibarsčiusių gumulėlių pavidalu. Ląstelei pereinant į mitozę, ypač metafazėje, chromatinas įgauna aiškiai matomų atskirų intensyvių spalvų kūnų išvaizdą. chromosomos.

Tarpfazinės ir metafazės chromatino egzistavimo formos yra laikomos dviem jo struktūrinės organizacijos poliniais variantais, mitoziniame cikle susietais abipusiais perėjimais. Labiausiai paplitęs požiūris yra tas, kad chromatinas (chromosoma) yra spiralinis siūlas. Šiuo atveju išskiriami keli chromatino spiralizacijos (kompaktavimo) lygiai

Nukleosominis siūlas . Tokį chromatino organizavimo lygį užtikrina keturių tipų nukleozominiai histonai: H2A, H2B, H3, H4. Jie sudaro ritulio formos baltymų kūnus - šerdis, susidedančias iš aštuonių molekulių (po dvi kiekvienos rūšies histonų molekules).

Chromatino fibrilė. Tolesnį nukleozominės grandinės tankinimą užtikrina HI stūmoklis, kuris, jungdamasis prie jungiamosios DNR ir dviejų gretimų baltymų kūnų, priartina juos vienas prie kito. Rezultatas yra kompaktiškesnė konstrukcija, galbūt pastatyta kaip solenoidas. Šios chromatino fibrilės, dar vadinamos elementariuoju, skersmuo yra 20-30 nm

Tarpfazinė chromonema . Kitas genetinės medžiagos struktūrinio organizavimo lygis yra dėl chromatino fibrilės susilankstymo į kilpas. Jų formavime, matyt, dalyvauja nehistoniniai baltymai, gebantys atpažinti specifines ekstranukleozominės DNR nukleotidų sekas, nutolusias viena nuo kitos kelių tūkstančių nukleotidų porų atstumu. Šie baltymai sujungia šias sritis, kad sudarytų kilpas iš chromatino fibrilės fragmentų, esančių tarp jų. Dėl šios pakuotės chromatino fibrilė, kurios skersmuo 20-30 nm, paverčiama 100-200 nm skersmens struktūra, vadinama tarpfaze chromonema. .

Atskiros tarpfazinės chromonemos dalys toliau sutankinamos, sudarydamos struktūrinius blokus, jungiančius gretimas kilpas su ta pačia organizacija.

Lempos šepetėlio chromosomos randama žuvų, varliagyvių, roplių ir paukščių oocituose diploteno stadijoje. Kiekviena iš dviejų chromosomų dvivalentiškai susideda iš dviejų chromatidžių, todėl jų konjugacijos metu susidaro išplėstinės keturių chromatidų struktūros. Kiekviena chromatidė susideda iš tvirtai susuktos ašinės grandinės su šoninėmis kilpomis, besitęsiančiomis iš jos, sudarytos iš vienos DNR dvigubos spiralės. Šios kilpos tikriausiai yra DNR, atlaisvinta nuo baltymų, kad galėtų įvykti transkripcija. L tipo chromosomos sch." yra transkribuojami aktyviau nei įprasti įrašai. Taip yra dėl poreikio sukaupti didelį kiekį genų produktų oocituose.

Siųsti savo gerą darbą žinių bazėje yra paprasta. Naudokite žemiau esančią formą

Studentai, magistrantai, jaunieji mokslininkai, kurie naudojasi žinių baze savo studijose ir darbe, bus jums labai dėkingi.

Paskelbta http://www.allbest.ru/

Pranešimas

Chromatino sandara ir chemija

Chromatinas yra sudėtingas medžiagų mišinys, iš kurio susidaro eukariotinės chromosomos. Pagrindiniai chromatino komponentai yra DNR ir chromosomų baltymai, įskaitant histonus ir nehistoninius baltymus, kurie erdvėje sudaro labai tvarkingas struktūras. DNR ir baltymų santykis chromatine yra ~ 1:1, o didžiąją chromatino baltymų dalį sudaro histonai. Terminą „X“ W. Flemmingas įvedė 1880 m., kad apibūdintų intrabranduolines struktūras, nudažytas specialiais dažais.

Chromatinas- pagrindinis ląstelės branduolio komponentas; jį gana lengva gauti iš izoliuotų tarpfazių branduolių ir iš izoliuotų mitozinių chromosomų. Norėdami tai padaryti, jie naudoja savo gebėjimą pereiti į ištirpusią būseną ekstrahuojant vandeniniais tirpalais, kurių jonų stiprumas yra mažas, arba tiesiog dejonizuotu vandeniu.

Chromatino frakcijos, gautos iš skirtingų objektų, turi gana vienodą komponentų rinkinį. Nustatyta, kad bendra chromatino iš tarpfazių branduolių cheminė sudėtis mažai skiriasi nuo chromatino iš mitozinių chromosomų. Pagrindiniai chromatino komponentai yra DNR ir baltymai, kurių didžioji dalis yra histonai ir ne histoniniai baltymai.

Skaidrė3 . Yra dviejų tipų chromatinas: heterochromatinas ir euchromatinas. Pirmasis atitinka tarpfazės metu kondensuotas chromosomų sritis; ji yra funkciškai neaktyvi. Šis chromatinas gerai nusidažo ir yra tai, ką galima pamatyti histologiniame mėginyje. Heterochromatinas skirstomas į struktūrinį (tai nuolat kondensuojasi chromosomų sekcijos) ir fakultatyvinį (gali dekondensuoti ir virsti euchromatinu). Euchromatinas atitinka chromosomų sritis, kurios dekondensuojasi tarpfazės metu. Tai veikiantis, funkciškai aktyvus chromatinas. Jis nedažo ir histologiniame mėginyje nesimato. Mitozės metu visas euchromatinas kondensuojamas ir įtraukiamas į chromosomas.

Vidutiniškai apie 40 % chromatino sudaro DNR ir apie 60 % – baltymai, tarp kurių specifiniai branduolio histono baltymai sudaro 40–80 % visų baltymų, sudarančių izoliuotą chromatiną. Be to, chromatino frakcijos apima membranos komponentus, RNR, angliavandenius, lipidus ir glikoproteinus. Klausimas, kiek šių smulkių komponentų yra įtraukta į chromatino struktūrą, dar neišspręstas. Taigi, RNR gali būti transkribuota RNR, kuri dar neprarado ryšio su DNR šablonu. Kiti smulkūs komponentai gali būti susiję su medžiagomis iš kartu nusodintų branduolinės membranos fragmentų.

BALTYMAI yra biologinių polimerų klasė, esanti kiekviename gyvame organizme. Dalyvaujant baltymams, vyksta pagrindiniai procesai, užtikrinantys gyvybines organizmo funkcijas: kvėpavimas, virškinimas, raumenų susitraukimas, nervinių impulsų perdavimas.

Baltymai yra polimerai, o aminorūgštys yra jų monomeriniai vienetai.

Amino rūgštys - tai organiniai junginiai, kurių sudėtyje (pagal pavadinimą) yra amino grupė NH2 ir organinė rūgštinė grupė, t.y. karboksilo, COOH grupės.

Baltymų molekulė susidaro dėl nuoseklaus aminorūgščių sujungimo, o vienos rūgšties karboksilo grupė sąveikauja su gretimos molekulės aminogrupe, todėl susidaro peptidinė jungtis - CO-NH- ir išsiskiria vandens molekulė. 9 skaidrė

Baltymų molekulėse yra nuo 50 iki 1500 aminorūgščių liekanų. Baltymų individualumą lemia aminorūgščių, sudarančių polimero grandinę, rinkinys ir, ne mažiau svarbu, jų kaitos grandinėje tvarka. Pavyzdžiui, insulino molekulė susideda iš 51 aminorūgšties liekanos.

Cheminė histonų sudėtis. Fizinių savybių ir sąveikos su DNR ypatumai

Histonai- santykinai maži baltymai su labai didele teigiamai įkrautų aminorūgščių (lizino ir arginino) dalimi; Teigiamas krūvis padeda histonams tvirtai prisijungti prie DNR (kuri yra labai neigiamai įkrauta), nepaisant jos nukleotidų sekos. Abiejų klasių baltymų kompleksas su eukariotinių ląstelių branduoline DNR vadinamas chromatinu. Histonai yra unikali eukariotų savybė ir jų yra didžiuliai kiekiai vienoje ląstelėje (apie 60 milijonų kiekvienos rūšies molekulių vienoje ląstelėje). Histonų tipai skirstomi į dvi pagrindines grupes – nukleozominius histonus ir H1 histonus, sudarančius labai konservuotų pagrindinių baltymų šeimą, susidedančią iš penkių didelių klasių – H1 ir H2A, H2B, H3 ir H4. Histonas H1 yra didesnis (apie 220 aminorūgščių) ir evoliucijos metu pasirodė esantis mažiau konservuotas. Histono polipeptidinių grandinių dydis svyruoja nuo 220 (H1) iki 102 (H4) aminorūgščių liekanų. Histonas H1 yra labai praturtintas Lys liekanomis, histonai H2A ir H2B pasižymi vidutiniu Lys kiekiu, o histonų H3 ir H4 polipeptidinėse grandinėse gausu Arg. Kiekvienoje histonų klasėje (išskyrus H4) pagal aminorūgščių sekas išskiriami keli šių baltymų potipiai. Šis daugialypiškumas ypač būdingas žinduolių H1 histonams. Šiuo atveju yra septyni potipiai, vadinami H1.1-H1.5, H1o ir H1t. Histonai H3 ir H4 priklauso labiausiai konservuotiems baltymams. Šis evoliucinis išsaugojimas rodo, kad beveik visos jų aminorūgštys yra svarbios šių histonų funkcijai. Šių histonų N-galinė dalis gali būti grįžtamai modifikuota ląstelėje dėl atskirų lizino liekanų acetilinimo, dėl kurio pašalinamas teigiamas lizino krūvis.

Pagrindinė histono uodegos sritis.

Karoliukai ant A virvelės

Trumpas sąveikos diapazonas

Linkerio histonai

30 nm pluoštas

Chromonemos pluoštas

Ilgo nuotolio pluošto sąveika

nukleosomų chromatino histonas

Histonų vaidmuo DNR sulankstymui yra svarbus dėl šių priežasčių:

1) Jei chromosomos sudarytos tik iš ištemptos DNR, sunku įsivaizduoti, kaip jos galėtų daugintis ir išsiskirti į dukterines ląsteles nesusipainiodamos ar nesulauždamos.

2) Išsiplėtusioje būsenoje kiekvienos žmogaus chromosomos DNR dviguba spiralė tūkstančius kartų kirstų ląstelės branduolį; Taigi histonai labai ilgą DNR molekulę tvarkingai supakuoja į kelių mikrometrų skersmens šerdį;

3) Ne visos DNR yra sulankstytos vienodai, o tai, kaip genomo regionas yra supakuotas į chromatiną, gali turėti įtakos tame regione esančių genų aktyvumui.

Chromatine DNR tęsiasi kaip ištisinė dvigrandė grandinė iš vienos nukleosomos į kitą. Kiekviena nukleosoma nuo kitos yra atskirta jungiamosios DNR dalimi, kurios dydis skiriasi nuo 0 iki 80 nukleotidų porų. Vidutiniškai pasikartojančių nukleozomų nukleotidų atstumas yra apie 200 nukleotidų porų. Elektroninėse mikrografijose šis histono oktamero kaitaliojimas su suvyniota DNR ir jungiamąją DNR suteikia chromatinui „karoliukų ant stygos“ išvaizdą (po apdorojimo, kuris išskleidžia aukštesnės eilės pakuotę).

Metilinimas Kaip kovalentinė histonų modifikacija, ji yra sudėtingesnė nei bet kuri kita, nes gali atsirasti tiek lizinuose, tiek argininuose. Be to, skirtingai nuo bet kurios kitos 1 grupės modifikacijos, metilinimo poveikis gali būti teigiamas arba neigiamas transkripcijos ekspresijai, priklausomai nuo liekanos padėties histone (10.1 lentelė). Kitas sudėtingumo lygis kyla dėl to, kad kiekvienoje liekanoje gali būti kelios metilinimo būsenos. Lizinai gali būti metilinti mono(me1), di(me2) arba tri(me3), o argininai gali būti metilinti mono(me1) arba di(me2).

Fosforilinimas yra geriausiai žinomas PTM, nes jau seniai buvo suprantama, kad kinazės reguliuoja signalo perdavimą iš ląstelės paviršiaus per citoplazmą ir į branduolį, todėl keičiasi genų ekspresija. Histonai buvo vieni iš pirmųjų baltymų, kurie buvo atrasti kaip fosforilinti. Iki 1991 m. buvo nustatyta, kad kai ląstelės buvo skatinamos daugintis, buvo indukuojami vadinamieji „iš karto ankstyvieji“ genai, kurie tapo transkripciškai aktyvūs ir veikė, kad paskatintų ląstelių ciklą. Ši padidėjusi genų ekspresija koreliuoja su histono H3 fosforilinimu (Mahadevan ir kt., 1991). Įrodyta, kad histono H3 (H3S10) serino 10 liekana yra svarbi fosforilinimo vieta, skirta transkripcijai iš mielių į žmones ir atrodo ypač svarbi Drosophila (Nowak ir Corces, 2004).

Ubikvitinacija ubikvitino molekulių „grandinės“ prijungimo prie baltymo procesas (žr. Ubiquitin). U., ubikvitino C galas jungiasi prie substrato šoninių lizino likučių. Poliubikvitino grandinė yra prijungta griežtai apibrėžtu momentu ir yra signalas, rodantis, kad baltymas yra degraduojamas.

Histono acetilinimas vaidina svarbų vaidmenį moduliuojant chromatino struktūrą po transkripcijos aktyvavimo, padidindamas chromatino prieinamumą transkripcijos mechanizmams. Manoma, kad acetilinti histonai yra mažiau glaudžiai susiję su DNR, todėl transkripcijos aparatui lengviau įveikti chromatino pakuotės atsparumą. Visų pirma, acetilinimas gali palengvinti prieigą prie transkripcijos faktorių ir jų prisijungimą prie jų atpažinimo elementų DNR. Dabar buvo nustatyti fermentai, kurie atlieka histono acetilinimo ir deacetilinimo procesą, ir tikriausiai netrukus sužinosime daugiau apie tai, kaip tai susiję su transkripcijos aktyvavimu.

Yra žinoma, kad acetilinti histonai yra transkripciniu požiūriu aktyvaus chromatino požymis.

Histonai yra labiausiai biochemiškai ištirti baltymai.

Nukleosomų organizacija

Nukleosoma yra pagrindinis chromatino pakavimo vienetas. Jį sudaro dviguba DNR spiralė, apvyniota aplink specifinį aštuonių nukleozominių histonų kompleksą (histono oktamerą). Nukleosoma yra maždaug 11 nm skersmens disko formos dalelė, kurioje yra po dvi kiekvieno nukleozominio histono (H2A, H2B, H3, H4) kopijas. Histono oktameras sudaro baltymo šerdį, aplink kurią du kartus apvyniojama dvigrandė DNR (146 DNR bazių poros viename histono oktamere).

Nukleosomos, sudarančios fibriles, išsidėsčiusios daugiau ar mažiau tolygiai išilgai DNR molekulės 10-20 nm atstumu viena nuo kitos.

Duomenys apie nukleozomų struktūrą buvo gauti taikant mažos ir didelės skiriamosios gebos nukleozomų kristalų rentgeno difrakcijos analizę, tarpmolekulinius baltymo-DNR kryžminius ryšius ir DNR skilimą nukleozomose naudojant nukleazes arba hidroksilo radikalus. A. Klugas sukonstravo nukleosomos modelį, pagal kurį B formos DNR (146 bp) (dešinioji spiralė, kurios žingsnis 10 bp) yra apvyniota aplink histono oktamerą, kurio centrinėje dalyje histonai. H3 ir H4 yra, o periferijoje - H2a ir H2b. Tokio nukleosomos disko skersmuo yra 11 nm, o storis - 5,5 nm. Struktūra, susidedanti iš histono oktamero ir aplink jį suvyniotos DNR, vadinama nukleosomų šerdies dalele. Šerdies dalelės yra atskirtos viena nuo kitos linkerio DNR segmentais. Bendras DNR segmento, įtraukto į gyvūno nukleozomą, ilgis yra 200 (+/-15) bp.

Histono polipeptidinės grandinės turi kelių tipų struktūrinius domenus. Centrinis rutulinis domenas ir lankstūs išsikišę N ir C galiniai regionai, praturtinti bazinėmis aminorūgštimis, vadinami ginklais. Polipeptidinių grandinių C-galiniai domenai, dalyvaujantys histono ir histono sąveikoje šerdies dalelės viduje, daugiausia yra alfa spiralės formos su išplėsta centrine spiraline sritimi, išilgai kurios abiejose pusėse yra viena trumpesnė spiralė. Visos žinomos grįžtamųjų potransliacinių histonų modifikacijų vietos, atsirandančios per visą ląstelių ciklą arba ląstelių diferenciacijos metu, yra lokalizuotos lanksčiose bazinėse jų polipeptidinių grandinių srityse (I.2 lentelė). Be to, histonų H3 ir H4 N-galinės rankos yra labiausiai konservuotos molekulių sritys, o histonai apskritai yra vieni iš labiausiai evoliuciškai konservuotų baltymų. Genetiniai mielių S. cerevisiae tyrimai parodė, kad mažas delecijas ir taškines mutacijas histono genų N-galinėse dalyse lydi gilūs ir įvairūs mielių ląstelių fenotipo pokyčiai, o tai rodo histono molekulių vientisumo svarbą užtikrinant. tinkamas eukariotų genų veikimas. Tirpale histonai H3 ir H4 gali egzistuoti stabilių tetramerų (H3) 2 (H4) 2 pavidalu, o histonai H2A ir H2B – stabilių dimerų pavidalu. Palaipsniui didėjant jonų stiprumui tirpaluose, kuriuose yra natūralaus chromatino, pirmiausia išsiskiria H2A/H2B dimerai, o paskui H3/H4 tetramerai.

Smulkią nukleozomų struktūrą kristaluose išaiškino K. Lueger ir kt. (1997), naudojant didelės skiriamosios gebos rentgeno spindulių difrakcijos analizę. Nustatyta, kad kiekvieno histono heterodimero išgaubtą paviršių oktamere supa 27-28 bp ilgio DNR segmentai, išsidėstę 140 laipsnių kampu vienas kito atžvilgiu, kuriuos skiria 4 bp ilgio linkerio sritys.

DNR sutankinimo lygiai: nukleosomos, fibrilės, kilpos, mitozinė chromosoma

Pirmasis DNR sutankinimo lygis yra nukleosominis. Jei chromatinas yra veikiamas nukleazių, jis ir DNR suskaidomi į reguliariai pasikartojančias struktūras. Po apdorojimo nukleaze dalis dalelių, kurių nusėdimo greitis yra 11S, išskiriama iš chromatino centrifuguojant. 11S dalelėse yra apie 200 bazinių porų DNR ir aštuoni histonai. Tokia sudėtinga nukleoproteino dalelė vadinama nukleosoma. Jame histonai sudaro baltymo šerdį, kurios paviršiuje yra DNR. DNR sudaro atkarpą, nesusijusią su pagrindiniais baltymais – Linkerį, kuris, jungdamas dvi gretimas nukleosomas, pereina į kitos nukleosomos DNR. Jie sudaro „karoliukus“, maždaug 10 nm rutulinius darinius, vienas po kito sėdinčius ant pailgų DNR molekulių. Antrasis sutankinimo lygis yra 30 nm fibrilė. Pirmasis, nukleosominis, chromatino tankinimo lygis atlieka reguliavimo ir struktūrinį vaidmenį, užtikrinantį DNR pakuotės tankį 6-7 kartus. Mitozinėse chromosomose ir tarpfaziniuose branduoliuose aptinkamos 25-30 nm skersmens chromatino fibrilės. Išskiriamas solenoidinis nukleozomų įpakavimo tipas: 10 nm skersmens tankiai supakuotų nukleozomų sriegis sudaro posūkius, kurių spiralinis žingsnis yra apie 10 nm. Viename tokios superspiralės posūkyje yra 6-7 nukleosomos. Dėl tokio pakavimo atsiranda spiralės tipo fibrilė su centrine ertme. Chromatinas branduoliuose turi 25 nm fibriles, kurias sudaro vienodo dydžio artimi rutuliukai – nukleomerai. Šie nukleomerai vadinami superkaroliukais („superkaroliukais“). Pagrindinė chromatino fibrilė, kurios skersmuo 25 nm, yra linijinis nukleomerų kaitaliojimas išilgai sutankintos DNR molekulės. Kaip nukleomero dalis susidaro du nukleozominės fibrilės posūkiai, kurių kiekvienoje yra 4 nukleosomos. Nukleomerinis chromatino pakavimo lygis užtikrina 40 kartų DNR sutankinimą. Nuklesominius ir nukleomerinius (puikus) chromatino DNR sutankinimo lygius atlieka histono baltymai. DNR kilpos domenai-Ttrečias lygis chromatino struktūrinė organizacija. Esant aukštesniam chromatino organizavimo lygiui, specifiniai baltymai jungiasi prie specifinių DNR sekcijų, kurios surišimo vietose sudaro dideles kilpas arba domenus. Kai kuriose vietose yra kondensuoto chromatino gumulėlių, rozetę primenančių darinių, susidedančių iš daugybės 30 nm fibrilių kilpų, jungiančių tankų centrą. Vidutinis rozečių dydis siekia 100-150 nm. Chromatino fibrilių rozetės – Chromomerai. Kiekviena chromomera susideda iš kelių nukleozomų turinčių kilpų, sujungtų viename centre. Chromomerai yra sujungti vienas su kitu nukleozominio chromatino sekcijomis. Ši kilpinio domeno chromatino struktūra užtikrina struktūrinį chromatino sutankinimą ir organizuoja funkcinius chromosomų vienetus – replikonus ir transkribuojamus genus.

Taikant neutronų sklaidos metodą, buvo galima nustatyti nukleozomų formą ir tikslius matmenis; apytiksliai apytiksliai, tai yra plokščias cilindras arba poveržlė, kurios skersmuo yra 11 nm, o aukštis - 6 nm. Įsikūrę ant elektroninės mikroskopijos pagrindo, jie sudaro „karoliukus“ - maždaug 10 nm rutulinius darinius, vienu failu, sėdinčius kartu ant pailgų DNR molekulių. Tiesą sakant, tik jungties sritys yra pailgos; likę trys ketvirtadaliai DNR ilgio yra spirališkai išdėstyti histono oktamero periferijoje. Manoma, kad pats histono oktameras yra regbio rutulio formos, susidedantis iš (H3·H4)2 tetramero ir dviejų nepriklausomų H2A·H2B dimerų. Fig. 60 paveiksle parodyta histonų išsidėstymo pagrindinėje nukleosomos dalyje diagrama.

Centromerų ir telomerų sudėtis

Šiandien beveik visi žino, kas yra chromosomos. Šios branduolinės organelės, kuriose yra lokalizuoti visi genai, sudaro tam tikros rūšies kariotipą. Žiūrint per mikroskopą, chromosomos atrodo kaip vienodos, pailgos tamsios lazdelės formos struktūros, o matomas vaizdas vargu ar atrodys intriguojantis vaizdas. Be to, daugelio Žemėje gyvenančių būtybių chromosomų preparatai skiriasi tik šių lazdelių skaičiumi ir jų formos modifikacijomis. Tačiau yra dvi savybės, būdingos visų rūšių chromosomoms.

Paprastai aprašomi penki ląstelių dalijimosi (mitozės) etapai. Paprastumo dėlei mes sutelksime dėmesį į tris pagrindinius besidalijančios ląstelės chromosomų elgesio etapus. Pirmajame etape vyksta laipsniškas linijinis chromosomų suspaudimas ir sustorėjimas, tada susidaro ląstelių dalijimosi velenas, susidedantis iš mikrotubulių. Antruoju atveju chromosomos palaipsniui juda link branduolio centro ir išsirikiuoja išilgai pusiaujo, tikriausiai tam, kad būtų lengviau pritvirtinti mikrovamzdelius prie centromerų. Šiuo atveju branduolinė membrana išnyksta. Paskutiniame etape atsiskiria chromosomų pusės – chromatidės. Atrodo, kad prie centromerų pritvirtinti mikrovamzdeliai, kaip vilkikas, traukia chromatides link ląstelės polių. Nuo divergencijos momento buvusios seserinės chromatidės vadinamos dukterinėmis chromosomomis. Jie pasiekia veleno polius ir susijungia lygiagrečiai. Susidaro branduolinis apvalkalas.

Modelis, paaiškinantis centromerų evoliuciją.

Aukštyn- centromeruose (pilkuose ovaluose) yra specializuotas baltymų (kinetochorų) rinkinys, įskaitant histonus CENH3 (H) ir CENP-C (C), kurie savo ruožtu sąveikauja su veleno mikrotubuliais (raudonomis linijomis). Skirtinguose taksonuose vienas iš šių baltymų vystosi adaptyviai ir kartu su centromerų pirminės DNR struktūros skirtumais.

Apačioje- pasikeitus centromerinės DNR pirminei struktūrai arba organizacijai (tamsiai pilkas ovalas) gali susidaryti stipresni centromerai, dėl kurių prisitvirtina daugiau mikrotubulių.

Telomerai

Terminą „telomera“ G. Mölleris pasiūlė dar 1932 m. Jo nuomone, tai reiškė ne tik fizinį chromosomos galą, bet ir „galinio geno, turinčio specialią chromosomos sandarinimo funkciją“, buvimą, dėl kurio ji tapo neprieinama žalingam poveikiui (chromosomų pertvarkymui, ištrynimams, chromosomų veikimui). nukleazės ir kt.). Vėlesniuose tyrimuose galutinio geno buvimas nebuvo patvirtintas, tačiau telomero funkcija buvo tiksliai nustatyta.

Vėliau buvo atrasta kita funkcija. Kadangi normalus replikacijos mechanizmas neveikia chromosomų galuose, ląstelė turi kitą kelią, kuris palaiko stabilų chromosomų dydį ląstelių dalijimosi metu. Šį vaidmenį atlieka specialus fermentas telomerazė, kuri veikia kaip kitas fermentas – atvirkštinė transkriptazė: naudoja vienos grandinės RNR šabloną, kad susintetintų antrąją grandinę ir taisytų chromosomų galus. Taigi telomerai visuose organizmuose atlieka dvi svarbias užduotis: saugo chromosomų galus ir išlaiko jų ilgį bei vientisumą.

Buvo pasiūlytas šešių telomerams būdingų baltymų komplekso, susidarančio žmogaus chromosomų telomeruose, modelis. DNR sudaro t-kilpą, o vienos grandinės iškyša įterpiama į dvigrandės DNR sritį, esančią distaliai (6 pav.). Baltymų kompleksas leidžia ląstelėms atskirti telomerus nuo chromosomų (DNR) lūžio taškų. Ne visi telomerų baltymai yra dalis komplekso, kurio gausu telomeruose, bet kurių nėra kituose chromosomų regionuose. Apsauginės komplekso savybės kyla iš jo gebėjimo paveikti telomerinės DNR struktūrą bent trimis būdais: nustatyti paties telomero galo struktūrą; dalyvauti formuojant t-kilpą; telomerazės pagalba kontroliuoja telomerinės DNR sintezę. Susiję kompleksai taip pat buvo rasti kai kurių kitų eukariotų rūšių telomeruose.

Aukštyn -telomeras chromosomos replikacijos metu, kai jo galas yra prieinamas telomerazės kompleksui, kuris atlieka replikaciją (DNR grandinės padvigubėjimas pačiame chromosomos gale). Po replikacijos telomerinė DNR (juodos linijos) kartu su joje esančiais baltymais (parodyta kaip įvairiaspalviai ovalai) sudaro t - Pkilpa (paveikslo apačioje ).

DNR sutankinimo laikas ląstelės cikle ir pagrindiniai procesus skatinantys veiksniai

Prisiminkime chromosomų sandarą (iš biologijos kurso) – jos dažniausiai rodomos kaip X raidžių pora, kur kiekviena chromosoma yra pora, o kiekviena turi dvi identiškas dalis – kairiąją ir dešiniąją chromatides. Šis chromosomų rinkinys būdingas ląstelei, kuri jau pradėjo dalytis, t.y. ląstelių, kuriose įvyko DNR dubliavimosi procesas. DNR kiekio padvigubėjimas vadinamas ląstelės ciklo sintetiniu periodu arba S periodu. Jie sako, kad chromosomų skaičius ląstelėje išlieka toks pat (2n), o chromatidų skaičius kiekvienoje chromosomoje padvigubėja (4c – 4 chromatidės vienoje chromosomų poroje) – 2n4c. Dalijimosi metu viena chromatidė iš kiekvienos chromosomos pateks į dukterines ląsteles ir ląstelės gaus visą diploidinį 2n2c rinkinį.

Ląstelės (tiksliau, jos branduolio) būsena tarp dviejų padalijimų vadinama tarpfaze. Tarpfazėje yra trys dalys – presintetinis, sintetinis ir postsintetinis periodai.

Taigi visas ląstelės ciklas susideda iš 4 laikotarpių: tikrosios mitozės (M), presintetinio (G1), sintetinio (S) ir postsintetinio (G2) tarpfazės periodų (19 pav.). Raidė G – iš anglų kalbos Gap – intervalas, intervalas. G1 periodu, kuris įvyksta iš karto po dalijimosi, ląstelės turi diploidinį DNR kiekį viename branduolyje (2c). G1 laikotarpiu ląstelių augimas prasideda daugiausia dėl ląstelių baltymų kaupimosi, kurį lemia RNR kiekio padidėjimas ląstelėje. Šiuo laikotarpiu ląstelė pradeda ruoštis DNR sintezei (S periodas).

Nustatyta, kad baltymų arba mRNR sintezės slopinimas G1 periode neleidžia prasidėti S periodui, nes G1 laikotarpiu vyksta fermentų, reikalingų DNR pirmtakų (pvz., nukleotidų fosfokinazių), RNR ir baltymų apykaitai susidaryti, sintezė. atsiranda fermentų. Tai sutampa su RNR ir baltymų sintezės padidėjimu. Tuo pačiu metu smarkiai padidėja fermentų, dalyvaujančių energijos apykaitoje, aktyvumas.

Kitu S periodu DNR kiekis viename branduolyje padvigubėja, o chromosomų skaičius atitinkamai padvigubėja. Skirtingose S periodo ląstelėse galima rasti skirtingą DNR kiekį – nuo 2c iki 4c. Taip yra dėl to, kad ląstelės tiriamos skirtinguose DNR sintezės etapuose (tos, kurios tik pradėjo sintezę, ir tos, kurios ją jau baigė). S laikotarpis yra pagrindinis ląstelių ciklo laikotarpis. Be DNR sintezės nėra žinomas nei vienas atvejis, kai ląstelės dalijasi mitoziškai.

Postsintetinė (G2) fazė taip pat vadinama premitoze. Paskutinis terminas pabrėžia jo didelę reikšmę pereinant į kitą etapą – mitozinio dalijimosi etapą. Šioje fazėje vyksta mRNR sintezė, būtina mitozei praeiti. Kiek anksčiau susintetinama ribosomų rRNR, kurios lemia ląstelių dalijimąsi. Tarp šiuo metu sintezuojamų baltymų ypatingą vietą užima tubulinai – mitozinio veleno mikrotubulių baltymai.

Pasibaigus G2 periodui arba esant mitozei, kondensuojantis mitozinėms chromosomoms, RNR sintezė smarkiai sumažėja, o mitozės metu visiškai sustoja. Baltymų sintezė mitozės metu sumažėja iki 25% pradinio lygio ir vėlesniais laikotarpiais pasiekia maksimumą G2 periode, paprastai kartodama RNR sintezės pobūdį.

Augančiuose augalų ir gyvūnų audiniuose visada yra ląstelių, kurios tarsi yra už ciklo ribų. Tokios ląstelės paprastai vadinamos G0 laikotarpio ląstelėmis. Šios ląstelės yra vadinamosios ramybės ląstelės, kurios laikinai arba visam laikui nustojo daugintis. Kai kuriuose audiniuose tokios ląstelės gali išlikti ilgą laiką, ypač nepakeisdamos savo morfologinių savybių: iš esmės išsaugo gebėjimą dalytis, virsdamos kambinėmis kamieninėmis ląstelėmis (pavyzdžiui, kraujodaros audinyje). Dažniau gebėjimo skirstytis praradimas (net jei laikinas) yra lydimas gebėjimo specializuotis ir diferencijuotis. Tokios diferencijuojančios ląstelės išeina iš ciklo, tačiau ypatingomis sąlygomis gali vėl patekti į ciklą. Pavyzdžiui, dauguma kepenų ląstelių yra G0 periode; jie nedalyvauja DNR sintezėje ir nesidalija. Tačiau kai iš eksperimentinių gyvūnų pašalinama dalis kepenų, daugelis ląstelių pradeda ruoštis mitozei (G1 periodas), pradeda DNR sintezę ir gali dalytis mitotiškai. Kitais atvejais, pavyzdžiui, odos epidermyje, išėjus iš dauginimosi ir diferenciacijos ciklo, ląstelės kurį laiką funkcionuoja, o vėliau žūva (keratinizuotos plėvelinio epitelio ląstelės).

Paskelbta Allbest.ru

Panašūs dokumentai

DNR pakavimas chromosomose, jų struktūra, erdvinė struktūra ir funkcinė reikšmė gyviems organizmams. Bendrosios histonų savybės. Nukleosominis DNR sutankinimo lygis. Nukleomerinis DNR sutankinimo lygis. Milžiniškas kilpos lygis.

santrauka, pridėta 2015-10-07

Bendrosios vario charakteristikos. Malachito atradimo istorija. Gamtoje randama forma, dirbtiniai analogai, malachito kristalinė struktūra. Vario ir jo junginių fizinės ir cheminės savybės. Pagrindinis vario karbonatas ir jo cheminės savybės.

kursinis darbas, pridėtas 2010-05-24

Anglies nanostruktūrų struktūra. Atradimų istorija, geometrinė struktūra ir fullerenų gamybos metodai. Jų fizinės, cheminės, sorbcinės, optinės, mechaninės ir tribologinės savybės. Fullerenų praktinio panaudojimo perspektyvos.

kursinis darbas, pridėtas 2011-11-13

Bendroji monosacharidų charakteristika, klasifikacija ir nomenklatūra, jų molekulių sandara, stereoizomerija ir konformacija. Gliukozės ir fruktozės fizinės ir cheminės savybės, oksidacija ir redukcija. Oksimų, glikozidų ir chelatų kompleksų susidarymas.

kursinis darbas, pridėtas 2014-08-24

Bendrosios plutonio charakteristikos, šio elemento fizikinių ir cheminių savybių analizė. Branduolinės savybės ir gamyba, funkcionavimo tirpaluose ypatumai. Analitinė chemija: tiriamo elemento gryninimo, išskyrimo ir identifikavimo metodai.

pristatymas, pridėtas 2015-09-17

Oksidų ir hidroksidų rūgščių-šarmų savybės ir jų pokyčiai. Redukcinės ir oksidacinės d elementų savybės. Metalo streso serija. Metalų cheminės savybės. Bendrosios d elementų charakteristikos. Kompleksinių junginių susidarymas.

pristatymas, pridėtas 2013-11-08

Bendrosios mangano charakteristikos, pagrindinės jo fizinės ir cheminės savybės, atradimų istorija ir šiuolaikiniai mokslo pasiekimai. Šio cheminio elemento paplitimas gamtoje, taikymo kryptys pramonėje, gamyboje.

testas, pridėtas 2013-06-26

Saponinų klasifikacija, jų fizikinės, cheminės ir biologinės savybės, tirpumas, buvimas augaluose. Augalinių žaliavų charakteristikos, jų cheminė sudėtis, gavimas, pirminis perdirbimas, džiovinimas, sandėliavimas ir panaudojimas medicinoje.

pamoka, pridėta 2013-08-23

Bendra informacija apie naftą: fizinės savybės, elementinė ir cheminė sudėtis, gamyba ir transportavimas. Naftos panaudojimas ir ekonominė svarba. Naftos angliavandenilių kilmė. Biogeninė ir abiogeninė kilmė. Pagrindiniai aliejaus susidarymo procesai.

santrauka, pridėta 2016-02-25

Deguonies, kaip periodinės elementų lentelės elemento, samprata ir bendrosios charakteristikos, pagrindinės jo fizinės ir cheminės savybės, taikymo įvairiose ekonomikos srityse ypatybės dabartiniame etape. Hipoksijos samprata ir galimos pasekmės.

Paskaita Nr 2.13.9.11. „Ląstelių teorijos formavimosi etapai. Ląstelė kaip gyvų būtybių struktūrinis vienetas"

Ląstelių teorijos raidos etapai:

1) 1665 m. – R. Hukas ląstelei suteikė pavadinimą – „cellula“

2) 1839 m. – Schleidenas ir Schwann pasiūlė naują narvą. teorija

Ląstelė – augalų ir gyvūnų struktūrinis vienetas

Ląstelių formavimosi procesas lemia jų augimą ir vystymąsi

1858 – Virchow įtrauktas į narvą. teorija

"Kiekviena ląstelės ląstelė"

3) modernus narvas. teorija

Ląstelė yra pagrindinis visų gyvų dalykų struktūrinis ir funkcinis vienetas.

Vieno daugialąsčio organizmo ląstelės yra panašios savo struktūra, sudėtimi ir svarbiomis gyvybės apraiškomis

Dauginimasis – pirminės motininės ląstelės dalijimasis

Daugialąsčio organizmo ląstelės pagal savo funkcijas sudaro audinius → organus → organų sistemas → organizmą

Bendrasis eukariotinės ląstelės sandaros planas.

Trys pagrindiniai ląstelės komponentai:

1)citoplazminė membrana (plazmalema)

Lipidų dvisluoksnis ir vienas baltymų sluoksnis sėdi ant lipidinio sluoksnio paviršiaus arba yra į jį panardintas.

Funkcijos:

Demarkacija

Transportas

Apsauginis

Receptorius (signalas)

2)citoplazma:

a) hialoplazma (koloidinis baltymų, fosfolipidų ir kitų medžiagų tirpalas. Gali būti gelis arba solas)

Hialoplazmos funkcijos:

Transportas

Homeostatinis

Metabolizmas

Sukurti optimalias sąlygas organelių funkcionavimui

b) Organelės - nuolatiniai citoplazmos komponentai, turintys specifinį struktūra ir vykdymas def. funkcijas.

Organelių klasifikacija:

○ pagal lokalizaciją:

Branduolys (branduoliai ir chromosomos)

Citoplazminė (ER, ribosomos)

○ pagal struktūrą:

Membrana:

a) vienos membranos (lizosomos, ER, Golgi aparatas, vakuolės, peroksisomos, sferosomos)

b) dviguba membrana (plastidai, mitochondrijos)

Ne membranos (ribosomos, mikrotubulės, miofibrilės, mikrofilamentai)

○ pagal paskirtį:

Bendra (randama visose ląstelėse)

Specialusis (randamas tam tikrose ląstelėse – plastidėse, blakstienose, žvyneliuose)

○ pagal dydį:

Matomas pro šviesos mikroskopą (ER, Golgi aparatas)

Nematomas po šviesos mikroskopu (ribosomos)

Inkliuzai- nenuolatiniai ląstelės komponentai, turintys specifinį struktūra ir vykdymas def. funkcijas.

3)šerdis

Viena membrana.

EPS (endoplazminis tinklas, retikulumas).

Tarpusavyje sujungtų ertmių ir kanalėlių sistema, sujungta su išorine branduolio membrana.

Grubus (granuliuotas). Yra ribosomos → baltymų sintezė

Lygus (agranuliuotas). Riebalų ir angliavandenių sintezė.

Funkcijos:

1) atribojant

2) transportas

3)nuodingų medžiagų pašalinimas iš ląstelės

4) steroidų sintezė

Golgi aparatas (lamelių kompleksas).

Suplotų kanalėlių ir cisternų rietuvės, vadinamos diktosomos.

Diktosoma– 3–12 suplotų diskų, vadinamų cisternomis, krūva (iki 20 diktantų)

Funkcijos:

1) tarpląstelinės sekrecijos koncentracija, išsiskyrimas ir sutankinimas

2) gliko- ir lipoproteinų kaupimasis

3) medžiagų kaupimas ir pašalinimas iš ląstelės

4) skilimo vagos susidarymas mitozės metu

5) pirminių lizosomų susidarymas

Lizsoma.

Pūslelė, apsupta vienos membranos ir kurioje yra hidrolizinių fermentų.

Funkcijos:

1) absorbuotos medžiagos virškinimas

2) bakterijų ir virusų naikinimas

3) autolizė (ląstelių dalių ir negyvų organelių sunaikinimas)

4)visų ląstelių ir tarpląstelinės medžiagos pašalinimas

Peroksisomas.

Pūslelės, apsuptos viena membrana, kurioje yra peroksidazės.

Funkcijos- org oksidacija. medžiagų

Sferosoma.

Ovalios organelės, apsuptos viena membrana, kurioje yra riebalų.

Funkcijos– lipidų sintezė ir kaupimasis.

Vakuolės.

Ląstelių citoplazmoje esančios ertmės, apribotos viena membrana.

Augaluose (ląstelių sultys – organinių ir neorganinių medžiagų tirpimas) ir vienaląstelėje. gyvūnai (virškinamieji, susitraukiantys – osmoreguliacija ir išskyrimas)

Dviguba membrana.

Šerdis.

1)membrana (kariolema):

Dvi membranos, persmelktos poromis

Tarp membranų yra daugiabranduolinė erdvė

Išorinė membrana yra prijungta prie ER

Funkcijos - apsauga ir transportavimas

2)branduolinės poros

3)branduolinės sultys:

Pagal fizinį būsena, artima hialoplazmai

Chemiškai jame yra daugiau nukleino rūgščių

4)branduoliai:

Ne membraniniai branduolio komponentai

Gali būti vienas ar daugiau

Susidaro tam tikrose chromosomų srityse (branduoliniai organizatoriai)

Funkcijos:

rRNR sintezė

tRNR sintezė

Ribosomų susidarymas

5)chromatinas– DNR grandinės + baltymas

6)chromosoma– labai spiralizuotas chromatinas, turintis genų

7)klampi karioplazma

Chromosomų ultrastruktūra.

Chromosoma → 2 chromatidės (susijungusios centromerų srityje) → 2 hemichromatidės → chromonema → mikrofibrilės (30-45 % DNR + baltymas)

Palydovas- chromosomos sritis, atskirta antriniu susiaurėjimu.

Telomera– galinė chromosomos sritis

Chromosomų tipai priklausomai nuo centromero padėties:

1) lygia ranka (metocentrinė)

2) nelygūs pečiai (submetacentriniai)

3) strypo formos (akrocentrinis)

Karotipas– duomenų apie chromosomų skaičių, formą ir dydį rinkinys.

Idiograma– grafinė kariotipo konstrukcija

Chromosomų savybės:

1)skaičiaus pastovumas

Vienoje rūšyje chromosomų skaičius visada yra pastovus.

2)poravimas– somatinėse ląstelėse kiekviena chromosoma turi savo porą (homologines chromosomas)

3)individualumas– kiekviena chromosoma turi savo ypatybes (dydis, forma...)

4)tęstinumą– kiekviena chromosoma iš chromosomos

Chromosomų funkcijos:

1) paveldimos informacijos saugojimas

2)paveldimos informacijos perdavimas

3)paveldimos informacijos įgyvendinimas

Mitochondrijos.

1) susideda iš 2 membranų:

Išorė (lygus, viduje yra išsikišimų - cristae)

Išorinis (šiurkštus)

2) Viduje erdvė užpildyta matrica, kurioje yra:

Ribosomos

Baltymai – fermentai

Funkcijos:

1) ATP sintezė

2) mitochondrijų baltymų sintezė

3) nukleonų sintezė. rūgštys

4) angliavandenių ir lipidų sintezė

5) mitochondrijų ribosomų susidarymas

Plastidai.

1) dvigubos membranos organelės

2) stromos viduje, ct. esantys tillakoids → grana

3) stromoje:

Ribosomos

Angliavandeniai

Pagal spalvą jie skirstomi į:

1)chloroplastai (žali, chlorofilas).Fotosintezė.

2) chromoplastai:

Geltona (ksantofilas)

Raudona (likopektinas)

Oranžinė (karotinas)

Vaisių, lapų ir šaknų dažymas.

3) leukoplastai (bespalviai, neturi pigmentų). Baltymų, riebalų ir angliavandenių atsargos.

Ne membrana.

Ribosoma

1) susideda iš rRNR, baltymų ir magnio

2) du subvienetai: didelis ir mažas

Funkcija - baltymų sintezė

Chromatinas vadinamas sudėtingu medžiagų mišiniu, iš kurio susidaro eukariotinės chromosomos. Pagrindiniai chromatino komponentai yra DNR, histonai ir nehistoniniai baltymai, kurie erdvėje sudaro labai tvarkingas struktūras. DNR ir baltymų santykis chromatine yra ~ 1:1, o didžiąją chromatino baltymų dalį sudaro histonai. Histonai sudaro labai konservuotų pagrindinių baltymų šeimą, kuri yra suskirstyta į penkias dideles klases, vadinamas H1, H2A, H2B, H3 ir H4. Histono polipeptidinių grandinių dydis yra ~ 220 (H1) ir 102 (H4) aminorūgščių likučių. Histonas H1 yra labai praturtintas likučiais Lys, histonams H2A ir H2B būdingas vidutinis Lys kiekis, histonų H3 ir H4 polipeptidinės grandinės yra turtingos Arg. Kiekvienoje histonų klasėje (išskyrus H4) pagal aminorūgščių sekas išskiriami keli šių baltymų potipiai. Šis daugialypiškumas ypač būdingas žinduolių H1 histonams. Šiuo atveju yra septyni potipiai, vadinami H1.1–H1.5, H1 o ir H1t.

Ryžiai. I.2. Scheminis chromatino tankinimo kilpos domeno lygio vaizdas

A– chromomeros kilpos fiksavimas ant branduolio matricos naudojant MAR/SAR sekas ir baltymus; b– „rozetės“, suformuotos iš chromometro kilpos; V– rozetės kilpų kondensacija dalyvaujant nukleozomoms ir nukleomerams

Svarbus DNR sąveikos su chromatino baltymais rezultatas yra jos sutankinimas. Bendras žmogaus ląstelių branduolyje esančios DNR ilgis artėja prie 1 m, o vidutinis branduolio skersmuo yra 10 µm. Vienoje žmogaus chromosomoje esančios DNR molekulės ilgis yra vidutiniškai ~4 cm, o metafazinės chromosomos ilgis ~4 µm. Vadinasi, žmogaus metafazių chromosomų DNR ilgis sutankinama mažiausiai 10 4 kartus. DNR tankinimo laipsnis tarpfaziniuose branduoliuose yra daug mažesnis ir netolygus atskiruose genetiniuose lokusuose. Funkciniu požiūriu yra euchromatinas Ir heterochromatinas . Euchromatinas pasižymi mažesniu DNR sutankinimu, lyginant su heterochromatinu, o jame daugiausia lokalizuojasi aktyviai išreikšti genai. Šiuo metu yra plačiai paplitęs įsitikinimas, kad heterochromatinas yra genetiškai inertiškas. Kadangi tikrosios jo funkcijos šiandien negali būti laikomos nustatytomis, šis požiūris gali keistis, kai kaupiasi žinios apie heterochromatiną. Jau dabar joje randami aktyviai išreikšti genai.

Tam tikrų chromosomų sričių heterochromatizaciją dažnai lydi jose esančių genų transkripcijos slopinimas. Heterochromatizacijos procese gali dalyvauti išplėstinės chromosomų dalys ir net visos chromosomos. Atitinkamai, manoma, kad eukariotų genų transkripcijos reguliavimas daugiausia vyksta dviem lygiais. Pirmajame iš jų DNR sutankinimas arba dekompaktavimas chromatine gali sukelti ilgalaikį išplėstų chromosomų skyrių ar net ištisų chromosomų inaktyvavimą organizmo ontogenezės metu. Tikslesnis aktyvuotų chromosomų regionų transkripcijos reguliavimas pasiekiamas antrame lygyje, dalyvaujant ne histoniniams baltymams, įskaitant daugybę transkripcijos faktorių.

Struktūrinė chromatino ir chromosomų struktūra eukariotuose. Klausimas dėl struktūrinės chromatino organizavimo tarpfaziniuose branduoliuose šiuo metu toli gražu nėra išspręstas. Taip yra visų pirma dėl jo struktūros sudėtingumo ir dinamiškumo, kuris lengvai kinta net esant nedideliam išoriniam poveikiui. Daugiausia žinių apie chromatino struktūrą buvo gauta in vitro naudojant fragmentuoto chromatino preparatus, kurių struktūra labai skiriasi nuo natūralių branduolių struktūros. Remiantis bendru požiūriu, eukariotuose yra trys chromatino struktūros organizavimo lygiai: 1 ) nukleosomų fibrilė ; 2) solenoidas , arbanukleomeras ; 3) kilpos domeno struktūra , įskaitantchromomerų .

Nukleosomų fibrilės. Tam tikromis sąlygomis (esant mažam jonų stiprumui ir esant dvivalenčių metalų jonams) galima stebėti taisyklingas struktūras izoliuotame chromatine 10 nm skersmens išplėstų fibrilių pavidalu, susidedančių iš nukleozomų. Šios fibrilinės struktūros, kuriose nukleosomos išsidėsčiusios kaip karoliukai ant stygos, laikomos žemiausiu eukariotinės DNR pakuotės lygiu chromatine. Nukleosomos, sudarančios fibriles, yra daugiau ar mažiau tolygiai išsidėsčiusios išilgai DNR molekulės 10–20 nm atstumu viena nuo kitos. Nukleosomose yra keturios poros histono molekulių: H2a, H2b, H3 ir H4, taip pat viena histono molekulė H1. Duomenys apie nukleozomų struktūrą daugiausia gaunami naudojant tris metodus: mažos ir didelės skiriamosios gebos nukleozomų kristalų rentgeno difrakcijos analizę, tarpmolekulinius baltymo-DNR kryžminius ryšius ir DNR skilimą nukleozomose naudojant nukleazes arba hidroksilo radikalus. Remdamasis tokiais duomenimis, A. Klugas sukonstravo nukleosomos modelį, pagal kurį DNR (146 bp) m. B formos(dešinioji spiralė, kurios žingsnis yra 10 bp) yra apvyniotas aplink histono oktamerą, kurio centrinėje dalyje yra histonai H3 ir H4, o periferijoje - H2a ir H2b. Tokio nukleosomos disko skersmuo yra 11 nm, o storis - 5,5 nm. Struktūra, susidedanti iš histono oktamero ir aplink jį suvyniotos DNR, vadinama nukleozominis kó griovio dalelės. KAM ó griovio dalelės viena nuo kitos atskirtos segmentais linkerio DNR. Bendras DNR segmento, įtraukto į gyvūno nukleozomą, ilgis yra 200 (15) bp.

Histono polipeptidinės grandinės turi kelių tipų struktūrinius domenus. Centrinis rutulinis domenas ir lanksčios išsikišusios N ir C galinės sritys, praturtintos bazinėmis aminorūgštimis, vadinamos pečių(ranka). Polipeptidinių grandinių C-galiniai domenai, dalyvaujantys histono ir histono sąveikoje ó ry dalelės vyrauja -spiralės formos su išplėstine centrine spirale, išilgai kurios iš abiejų pusių nutiesta po vieną trumpesnę spiralę. Visos žinomos grįžtamųjų potransliacinių histonų modifikacijų vietos, atsirandančios per visą ląstelių ciklą arba ląstelių diferenciacijos metu, yra lokalizuotos lanksčiose bazinėse jų polipeptidinių grandinių srityse (I.2 lentelė). Be to, histonų H3 ir H4 N-galinės rankos yra labiausiai konservuotos molekulių sritys, o histonai apskritai yra vieni iš labiausiai evoliuciškai konservuotų baltymų. Naudojant mielių S. cerevisiae genetinius tyrimus Nustatyta, kad mažas delecijas ir taškines mutacijas histono genų N-galinėse dalyse lydi gilūs ir įvairūs mielių ląstelių fenotipo pokyčiai. Tai rodo ypatingą histono molekulių vientisumo svarbą užtikrinant tinkamą eukariotų genų funkcionavimą.

Tirpale histonai H3 ir H4 gali egzistuoti stabilių tetramerų (H3) 2 (H4) 2 pavidalu, o histonai H2A ir H2B – stabilių dimerų pavidalu. Palaipsniui didėjant jonų stiprumui tirpaluose, kuriuose yra natūralaus chromatino, pirmiausia išsiskiria H2A/H2B dimerai, o paskui H3/H4 tetramerai.

Tolesnis smulkiosios nukleozomų struktūros kristaluose tobulinimas neseniai buvo atliktas K. Lueger ir kt. darbuose. (1997), naudojant didelės skiriamosios gebos rentgeno spindulių difrakcijos analizę. Nustatyta, kad kiekvieno histono heterodimero išgaubtą paviršių oktamere supa 27–28 bp ilgio DNR segmentai, išsidėstę 140° kampu vienas kito atžvilgiu, kuriuos skiria 4 bp ilgio linkerio sritys.

Remiantis šiuolaikiniais duomenimis, erdvinė DNR struktūra yra dalis ó spiralės dalelės šiek tiek skiriasi nuo B formos: DNR dviguba spiralė pasisuka 0,25–0,35 bp/dvigubos spiralės posūkyje, todėl susidaro spiralės žingsnis, lygus 10,2 bp/apsuka (B - susidaro tirpale – 10,5 bp/aps.). Histono komplekso stabilumas kompozicijoje ó Dalelių susidarymą lemia jų rutulinių dalių sąveika, todėl lanksčių rankų pašalinimas lengvos proteolizės sąlygomis nėra lydimas komplekso sunaikinimo. N-galinės histonų rankos, matyt, užtikrina jų sąveiką su specifinėmis DNR sritimis. Taigi histono H3 N-galiniai domenai susisiekia su DNR regionais prie įėjimo į ó pirmąją dalelę ir iš jos išeina, o atitinkamas histono H4 domenas prisijungia prie vidinės nukleosomos DNR dalies.

Aukščiau paminėti didelės raiškos nukleozomų struktūros tyrimai rodo, kad centrinė 121 bp DNR segmento dalis. nukleozomoje sudaro papildomus kontaktus su histonu H3. Šiuo atveju histonų H3 ir H2B polipeptidinių grandinių N-galinės dalys praeina per kanalus, sudarytus iš gretimų nukleosomos DNR superspiralių smulkiųjų griovelių, o histono H2A N-galinė dalis susisiekia su mažuoju grioveliu. išorinė DNR superspiralės dalis. Apibendrinant, didelės skiriamosios gebos duomenys rodo, kad DNR nukleozomų šerdies dalelėse lenkiasi aplink histono oktamerus netolygiai. Kreivumas sutrinka tose vietose, kur DNR sąveikauja su histono paviršiumi, o tokie lūžiai labiausiai pastebimi 10–15 ir 40 bp atstumu. nuo DNR superspiralės centro.

3 skaidrė. Yra dviejų tipų chromatinas: heterochromatinas ir euchromatinas. Pirmasis atitinka tarpfazės metu kondensuotas chromosomų sritis; ji yra funkciškai neaktyvi. Šis chromatinas gerai nusidažo ir yra tai, ką galima pamatyti histologiniame mėginyje. Heterochromatinas skirstomas į struktūrinį (tai nuolat kondensuojasi chromosomų sekcijos) ir fakultatyvinį (gali dekondensuoti ir virsti euchromatinu). Euchromatinas atitinka chromosomų sritis, kurios dekondensuojasi tarpfazės metu. Tai veikiantis, funkciškai aktyvus chromatinas. Jis nedažo ir histologiniame mėginyje nesimato. Mitozės metu visas euchromatinas kondensuojamas ir įtraukiamas į chromosomas.

Baltymai yra polimerai, o aminorūgštys yra jų monomeriniai vienetai.

Amino rūgštys - tai organiniai junginiai, kurių sudėtyje (pagal pavadinimą) yra amino grupė NH2 ir organinė rūgštinė grupė, t.y. karboksilo, COOH grupės.

Cheminė histonų sudėtis. Fizinių savybių ir sąveikos su DNR ypatumai

Pagrindinė histono uodegos sritis.

Karoliukai ant A virvelės

Trumpas sąveikos diapazonas

Linkerio histonai

30 nm pluoštas

Chromonemos pluoštas

Ilgo nuotolio pluošto sąveika

nukleosomų chromatino histonas

Histonų vaidmuo DNR sulankstymui yra svarbus dėl šių priežasčių:

1) Jei chromosomos sudarytos tik iš ištemptos DNR, sunku įsivaizduoti, kaip jos galėtų daugintis ir išsiskirti į dukterines ląsteles nesusipainiodamos ar nesulauždamos.
2) Išsiplėtusioje būsenoje kiekvienos žmogaus chromosomos DNR dviguba spiralė tūkstančius kartų kirstų ląstelės branduolį; Taigi histonai labai ilgą DNR molekulę tvarkingai supakuoja į kelių mikrometrų skersmens šerdį;
3) Ne visos DNR yra sulankstytos vienodai, o tai, kaip genomo regionas yra supakuotas į chromatiną, gali turėti įtakos tame regione esančių genų aktyvumui.

Yra žinoma, kad acetilinti histonai yra transkripciniu požiūriu aktyvaus chromatino požymis.

Histonai yra labiausiai biochemiškai ištirti baltymai.

Nukleosomų organizacija

Nukleosomos, sudarančios fibriles, išsidėsčiusios daugiau ar mažiau tolygiai išilgai DNR molekulės 10-20 nm atstumu viena nuo kitos.

DNR sutankinimo lygiai: nukleosomos, fibrilės, kilpos, mitozinė chromosoma

Pirmasis DNR sutankinimo lygis yra nukleosominis. Jei chromatinas yra veikiamas nukleazių, jis ir DNR suskaidomi į reguliariai pasikartojančias struktūras. Po apdorojimo nukleaze dalis dalelių, kurių nusėdimo greitis yra 11S, išskiriama iš chromatino centrifuguojant. 11S dalelėse yra apie 200 bazinių porų DNR ir aštuoni histonai. Tokia sudėtinga nukleoproteino dalelė vadinama nukleosoma. Jame histonai sudaro baltymo šerdį, kurios paviršiuje yra DNR. DNR sudaro atkarpą, nesusijusią su pagrindiniais baltymais – Linkerį, kuris, jungdamas dvi gretimas nukleosomas, pereina į kitos nukleosomos DNR. Jie sudaro „karoliukus“, maždaug 10 nm rutulinius darinius, vienas po kito sėdinčius ant pailgų DNR molekulių. Antrasis sutankinimo lygis yra 30 nm fibrilė. Pirmasis, nukleosominis, chromatino tankinimo lygis atlieka reguliavimo ir struktūrinį vaidmenį, užtikrinantį DNR pakuotės tankį 6-7 kartus. Mitozinėse chromosomose ir tarpfaziniuose branduoliuose aptinkamos 25-30 nm skersmens chromatino fibrilės. Išskiriamas solenoidinis nukleozomų įpakavimo tipas: 10 nm skersmens tankiai supakuotų nukleozomų sriegis sudaro posūkius, kurių spiralinis žingsnis yra apie 10 nm. Viename tokios superspiralės posūkyje yra 6-7 nukleosomos. Dėl tokio pakavimo atsiranda spiralės tipo fibrilė su centrine ertme. Chromatinas branduoliuose turi 25 nm fibriles, kurias sudaro vienodo dydžio artimi rutuliukai – nukleomerai. Šie nukleomerai vadinami superkaroliukais („superkaroliukais“). Pagrindinė chromatino fibrilė, kurios skersmuo 25 nm, yra linijinis nukleomerų kaitaliojimas išilgai sutankintos DNR molekulės. Kaip nukleomero dalis susidaro du nukleozominės fibrilės posūkiai, kurių kiekvienoje yra 4 nukleosomos. Nukleomerinis chromatino pakavimo lygis užtikrina 40 kartų DNR sutankinimą. Nuklesominius ir nukleomerinius (puikus) chromatino DNR sutankinimo lygius atlieka histono baltymai. DNR kilpos domenai-trečias lygis chromatino struktūrinė organizacija. Esant aukštesniam chromatino organizavimo lygiui, specifiniai baltymai jungiasi prie specifinių DNR sekcijų, kurios surišimo vietose sudaro dideles kilpas arba domenus. Kai kuriose vietose yra kondensuoto chromatino gumulėlių, rozetę primenančių darinių, susidedančių iš daugybės 30 nm fibrilių kilpų, jungiančių tankų centrą. Vidutinis rozečių dydis siekia 100-150 nm. Chromatino fibrilių rozetės – Chromomerai. Kiekviena chromomera susideda iš kelių nukleozomų turinčių kilpų, sujungtų viename centre. Chromomerai yra sujungti vienas su kitu nukleozominio chromatino sekcijomis. Ši kilpinio domeno chromatino struktūra užtikrina struktūrinį chromatino sutankinimą ir organizuoja funkcinius chromosomų vienetus – replikonus ir transkribuojamus genus.

Centromerų ir telomerų sudėtis

Modelis, paaiškinantis centromerų evoliuciją.

Apačioje- pasikeitus centromerinės DNR pirminei struktūrai arba organizacijai (tamsiai pilkas ovalas) gali susidaryti stipresni centromerai, dėl kurių prisitvirtina daugiau mikrotubulių.

Telomerai

DNR sutankinimo laikas ląstelės cikle ir pagrindiniai procesus skatinantys veiksniai

Ląstelės (tiksliau, jos branduolio) būsena tarp dviejų padalijimų vadinama tarpfaze. Tarpfazėje yra trys dalys – presintetinis, sintetinis ir postsintetinis periodai.