Δομή και χημική σύνθεση της χρωματίνης. Χημική σύνθεση και υπερδομή του κυτταρικού πυρήνα. Χαρακτηριστικά της δομής του πυρηνολήματος, της χρωματίνης και του πυρήνα. Επίπεδα οργάνωσης χρωματίνης. Δομικά και λειτουργικά συστατικά της χρωματίνης

Η χρωματίνη είναι μια μάζα γενετικής ύλης που αποτελείται από DNA και πρωτεΐνες που συμπυκνώνονται για να σχηματίσουν χρωμοσώματα κατά τη διάρκεια της ευκαρυωτικής διαίρεσης. Η χρωματίνη βρίσκεται στα κύτταρά μας.

Η κύρια λειτουργία της χρωματίνης είναι να συμπιέζει το DNA σε μια συμπαγή μονάδα που είναι λιγότερο ογκώδης και μπορεί να χωρέσει στον πυρήνα. Η χρωματίνη αποτελείται από σύμπλοκα μικρών πρωτεϊνών γνωστών ως ιστόνες και DNA.

Οι ιστόνες βοηθούν στην οργάνωση του DNA σε δομές που ονομάζονται νουκλεοσώματα, παρέχοντας τη βάση για την περιτύλιξη του DNA. Το νουκλεόσωμα αποτελείται από μια αλληλουχία κλώνων DNA που τυλίγονται γύρω από ένα σύνολο οκτώ ιστονών που ονομάζονται οκτομέρια. Το νουκλεόσωμα αναδιπλώνεται περαιτέρω για να σχηματίσει μια ίνα χρωματίνης. Οι ίνες χρωματίνης περιτυλίγονται και συμπυκνώνονται για να σχηματίσουν χρωμοσώματα. Η χρωματίνη ενεργοποιεί έναν αριθμό κυτταρικών διεργασιών, συμπεριλαμβανομένων της αντιγραφής του DNA, της μεταγραφής, της επιδιόρθωσης του DNA, του γενετικού ανασυνδυασμού και της κυτταρικής διαίρεσης.

Ευχρωματίνη και ετεροχρωματίνη

Η χρωματίνη μέσα σε ένα κύτταρο μπορεί να συμπιεστεί σε διάφορους βαθμούς ανάλογα με το στάδιο του κυττάρου σε . Η χρωματίνη στον πυρήνα περιέχεται με τη μορφή ευχρωματίνης ή ετεροχρωματίνης. Κατά τη διάρκεια της ενδιάμεσης φάσης, το κύτταρο δεν διαιρείται αλλά υφίσταται μια περίοδο ανάπτυξης. Η περισσότερη χρωματίνη είναι σε μια λιγότερο συμπαγή μορφή γνωστή ως ευχρωματίνη.

Το DNA εκτίθεται σε ευχρωματίνη, η οποία επιτρέπει την αντιγραφή και τη μεταγραφή του DNA. Κατά τη μεταγραφή, η διπλή έλικα του DNA ξετυλίγεται και ανοίγει έτσι ώστε να μπορούν να αντιγραφούν οι κωδικοποιητικές πρωτεΐνες. Η αντιγραφή και η μεταγραφή του DNA είναι απαραίτητες για να συνθέσει ένα κύτταρο DNA, πρωτεΐνες και να προετοιμαστεί για κυτταρική διαίρεση (ή).

Ένα μικρό ποσοστό χρωματίνης υπάρχει ως ετεροχρωματίνη κατά τη διάρκεια της ενδιάμεσης φάσης. Αυτή η χρωματίνη είναι πυκνά συσκευασμένη, γεγονός που δεν επιτρέπει τη γονιδιακή μεταγραφή. Η ετεροχρωματίνη χρωματίζεται με βαφές σε πιο σκούρο χρώμα από την ευχρωματίνη.

Χρωματίνη στη μίτωση:

Πρόφαση

Κατά την πρόφαση της μίτωσης, οι ίνες της χρωματίνης μετατρέπονται σε χρωμοσώματα. Κάθε αναδιπλασιασμένο χρωμόσωμα αποτελείται από δύο χρωματίδες συνδεδεμένες σε .

μετάφαση

Κατά τη διάρκεια της μετάφασης, η χρωματίνη συμπιέζεται εξαιρετικά. Τα χρωμοσώματα ευθυγραμμίζονται στην πλάκα μετάφασης.

Ανάφαση

Κατά τη διάρκεια της ανάφασης, τα ζευγαρωμένα χρωμοσώματα () διαχωρίζονται και έλκονται από τους μικροσωληνίσκους της ατράκτου σε αντίθετους πόλους του κυττάρου.

Τελόφαση

Στην τελοφάση, κάθε νέο κινείται στον δικό του πυρήνα. Οι ίνες χρωματίνης ξετυλίγονται και συμπιέζονται λιγότερο. Μετά την κυτταροκίνηση σχηματίζονται δύο γενετικά πανομοιότυπα κύτταρα. Κάθε κύτταρο έχει τον ίδιο αριθμό χρωμοσωμάτων. Τα χρωμοσώματα συνεχίζουν να ξετυλίγονται και να επιμηκύνουν τη σχηματιζόμενη χρωματίνη.

Χρωματίνη, χρωμόσωμα και χρωματίδιο

Οι άνθρωποι συχνά δυσκολεύονται να διακρίνουν μεταξύ των όρων χρωματίνη, χρωμόσωμα και χρωματίδη. Αν και και οι τρεις δομές αποτελούνται από DNA και βρίσκονται εντός του πυρήνα, η καθεμία ορίζεται ξεχωριστά.

Η χρωματίνη αποτελείται από DNA και ιστόνες, οι οποίες είναι συσκευασμένες σε λεπτές ίνες. Αυτές οι ίνες χρωματίνης δεν συμπυκνώνονται, αλλά μπορούν να υπάρχουν είτε σε συμπαγή μορφή (ετεροχρωματίνη) είτε σε λιγότερο συμπαγή μορφή (ευχρωματίνη). Διεργασίες που περιλαμβάνουν αντιγραφή DNA, μεταγραφή και ανασυνδυασμό συμβαίνουν στην ευχρωματίνη. Κατά τη διαίρεση των κυττάρων, η χρωματίνη συμπυκνώνεται για να σχηματίσει χρωμοσώματα.

Είναι μονόκλωνες δομές συμπυκνωμένης χρωματίνης. Κατά τη διάρκεια των διεργασιών της κυτταρικής διαίρεσης μέσω της μίτωσης και της μείωσης, τα χρωμοσώματα αντιγράφονται για να διασφαλιστεί ότι κάθε νέο θυγατρικό κύτταρο λαμβάνει τον σωστό αριθμό χρωμοσωμάτων. Το διπλό χρωμόσωμα είναι δίκλωνο και έχει το γνωστό σχήμα Χ. Οι δύο κλώνοι είναι πανομοιότυποι και συνδέονται σε μια κεντρική περιοχή που ονομάζεται κεντρομερές.

Είναι ένας από τους δύο κλώνους των αναδιπλασιασμένων χρωμοσωμάτων. Οι χρωματίδες που συνδέονται με ένα κεντρομερές ονομάζονται αδελφές χρωματίδες. Στο τέλος της κυτταρικής διαίρεσης, οι αδελφές χρωματίδες διαχωρίζονται από τα θυγατρικά χρωμοσώματα στα νεοσχηματισμένα θυγατρικά κύτταρα.

Ετεροχρωματίνη - τμήματα χρωμοσωμάτων που βρίσκονται συνεχώς σε συμπαγή κατάσταση.

Ευχρωματίνη - κακώς συσκευασμένες (αποσυμπυκνωμένες) περιοχές χρωμοσωμάτων.

Στις σχεδόν κεντρομερείς περιοχές των χρωμοσωμάτων και στους βραχείς βραχίονες των ακροκεντρικών χρωμοσωμάτων, η ετεροχρωματίνη χρωματίζεται, χαρακτηρίζεται ως δομική, η οποία ανιχνεύεται συνεχώς τόσο κατά τη διαίρεση των μιτωτικών κυττάρων όσο και στον πυρήνα της μεσόφασης. Ένας άλλος τύπος ετεροχρωματίνης, προαιρετικός, προκύπτει από τη συμπίεση των ευχρωματικών περιοχών και περιέχει γονίδια που εμπλέκονται στον μεταβολισμό των πρωτεϊνών. Η συμπύκνωση της προαιρετικής περιοχής είναι αναστρέψιμη, με αποτέλεσμα την αποσυμπύκνωση.

Τα χρωμοσώματα αποτελούνται από DNA (περίπου 40%) και πρωτεΐνες (περίπου 60%), σχηματίζοντας ένα σύμπλεγμα νουκλεοπρωτεϊνών. Οι πρωτεΐνες χωρίζονται σε δύο ομάδες: ιστόνη και μη ιστόνη. Οι ιστόνες αντιπροσωπεύονται από πέντε μόρια: H1, H2A, H2B, H3 και H4. Οι πρωτεΐνες ιστόνης αποτελούν το 40 έως 80% όλων των χρωμοσωμικών πρωτεϊνών. Αποτελούνται από μικρά (+) φορτισμένα μόρια. Κυριαρχούνται από τα κύρια αμινοξέα αργινίνη και λυσίνη. Λόγω της δομής τους, οι πρωτεΐνες ιστόνης συνδυάζονται με (-) φορτισμένο DNA, σχηματίζοντας ένα σύμπλεγμα DNA-ιστόνης. Αυτό το σύμπλοκο ονομάζεται χρωματίνη. Gis. Οι πρωτεΐνες εκτελούν τη λειτουργία της ειδικής συσκευασίας ενός τεράστιου μορίου DNA σε μια συμπαγή δομή του χρωμοσώματος. Οι ιστόνες εμποδίζουν την ανάγνωση των βιολογικών πληροφοριών που περιέχονται στο DNA. Αυτός είναι ο ρυθμιστικός τους ρόλος. Επιπλέον, αυτές οι πρωτεΐνες εκτελούν μια δομική λειτουργία, παρέχοντας τη χωρική οργάνωση του DNA στα χρωμοσώματα.

Ο αριθμός των κλασμάτων μη ιστονικών πρωτεϊνών ξεπερνά τα 100. Ανάμεσά τους περιλαμβάνονται ένζυμα για τη σύνθεση και την επεξεργασία του RNA, τον αναδιπλασιασμό και την επιδιόρθωση του DNA. Οι όξινες πρωτεΐνες των χρωμοσωμάτων παίζουν επίσης δομικό και ρυθμιστικό ρόλο. Εκτός από το DNA και τις πρωτεΐνες, RNA, λιπίδια, πολυσακχαρίτες και μεταλλικά ιόντα βρίσκονται επίσης στα χρωμοσώματα. Το RNA του χρωμοσώματος αντιπροσωπεύεται εν μέρει από προϊόντα μεταγραφής που δεν έχουν ακόμη εγκαταλείψει τη θέση σύνθεσης. Ορισμένα κλάσματα έχουν ρυθμιστική λειτουργία. Ο ρυθμιστικός ρόλος των συστατικών των χρωμοσωμάτων είναι να «απαγορεύουν» ή να «επιτρέπουν» τη διαγραφή πληροφοριών από το μόριο του DNA.

Σε διαφορετικά μέρη των χρωμοσωμάτων, το DNA διαφέρει ως προς τη σύνθεση και τις ιδιότητες.

Στην περιοχή των πρωτογενών συστολών, εντοπίζεται κεντρομερές DNA. Τα τελομερή περιέχουν ειδικό DNA που αποτρέπει τη βράχυνση των χρωμοσωμάτων κατά την αντιγραφή. Στις ζώνες των δευτερογενών συστολών, υπάρχουν τμήματα DNA που είναι υπεύθυνα για τη σύνθεση του rRNA. Στους βραχίονες των χρωμοσωμάτων, βρίσκεται το κύριο μέρος του DNA, το οποίο είναι υπεύθυνο για τη σύνθεση πολυάριθμων αγγελιαφόρων RNA.

Διατηρώντας τη συνέχεια σε πολλές γενιές κυττάρων, η χρωματίνη, ανάλογα με την περίοδο και τη φάση του κυτταρικού κύκλου, αλλάζει οργάνωση.Στην ενδιάμεση φάση με το μικροσκόπιο φωτός, ανιχνεύεται με τη μορφή συστάδων διάσπαρτων στο πυρηνόπλασμα του πυρήνα. Κατά τη μετάβαση του κυττάρου στη μίτωση, ειδικά στη μετάφαση, η χρωματίνη παίρνει τη μορφή καλά διακεκριμένων μεμονωμένων σωμάτων έντονα χρωματισμένων - χρωμοσώματα.

Οι μορφές μεσόφασης και μεταφάσης της ύπαρξης της χρωματίνης θεωρούνται ως δύο πολικές παραλλαγές της δομικής της οργάνωσης που συνδέονται στον μιτωτικό κύκλο με αμοιβαίες μεταβάσεις. Η πιο κοινή άποψη είναι ότι η χρωματίνη (χρωμόσωμα) είναι ένα σπειροειδές νήμα. Ταυτόχρονα, διακρίνονται πολλά επίπεδα σπειροειδοποίησης (συμπαγοποίησης) της χρωματίνης

Νημάτιο νουκλεοσώματος . Αυτό το επίπεδο οργάνωσης της χρωματίνης παρέχεται από τέσσερις τύπους νουκλεοσωμικών ιστονών: H2A, H2B, H3, H4. Σχηματίζουν πρωτεϊνικά σώματα σε σχήμα ξωτήρα - φλοιό, που αποτελείται από οκτώ μόρια (δύο μόρια από κάθε τύπο ιστόνης)

Ινίδιο χρωματίνης. Περαιτέρω συμπίεση του νουκλεοσωμικού κλώνου παρέχεται από το έμβολο HI, το οποίο, συνδέοντας με το συνδετικό DNA και δύο παρακείμενα πρωτεϊνικά σώματα, τα φέρνει πιο κοντά το ένα στο άλλο. Ως αποτέλεσμα, σχηματίζεται μια πιο συμπαγής δομή, χτισμένη, πιθανώς, σαν σωληνοειδές. Ένα τέτοιο ινίδιο χρωματίνης, που ονομάζεται επίσης στοιχειώδες, έχει διάμετρο 20-30 nm

Διαφασικό χρωμόνημα . Το επόμενο επίπεδο δομικής οργάνωσης του γενετικού υλικού οφείλεται στην αναδίπλωση του ινιδίου της χρωματίνης σε θηλιές. Προφανώς, στο σχηματισμό τους εμπλέκονται πρωτεΐνες μη ιστόνης, οι οποίες είναι ικανές να αναγνωρίζουν συγκεκριμένες αλληλουχίες νουκλεοτιδίων εξωνουκλεοσωμικού DNA, διαχωρισμένες μεταξύ τους κατά πολλές χιλιάδες ζεύγη βάσεων. Αυτές οι πρωτεΐνες συγκεντρώνουν τις υποδεικνυόμενες περιοχές με το σχηματισμό βρόχων από τα θραύσματα του ινιδίου της χρωματίνης που βρίσκονται μεταξύ τους. Ως αποτέλεσμα μιας τέτοιας συσκευασίας, ένα ινίδιο χρωματίνης με διάμετρο 20-30 nm μετασχηματίζεται σε μια δομή με διάμετρο 100-200 nm, που ονομάζεται μεσοφασικό χρωμόνημα .

Ξεχωριστά τμήματα του ενδιάμεσου χρωμονήματος υφίστανται περαιτέρω συμπίεση, σχηματίζοντας δομικά μπλοκ που ενώνουν γειτονικούς βρόχους με την ίδια οργάνωση.

Χρωμοσώματα λυχναριούβρίσκεται σε ωοκύτταρα ψαριών, αμφιβίων, ερπετών και πτηνών στο στάδιο του διπλοτενίου. Κάθε ένα από τα δύο χρωμοσώματα είναι δισθενές και αποτελείται από δύο χρωματίδες, επομένως, όταν συζευχθούν, σχηματίζονται εκτεταμένες τετραχρωματικές δομές. Κάθε χρωματίδα αποτελείται από έναν σφιχτά στριμμένο αξονικό κλώνο με πλευρικούς βρόχους που εκτείνονται από αυτόν, που σχηματίζεται από μια μονή διπλή έλικα DNA. Αυτοί οι βρόχοι πιθανώς αντιπροσωπεύουν DNA που ελευθερώνεται από πρωτεΐνες για μεταγραφή. Χρωμοσώματα όπως το "l. sch." μεταγράφονται πιο ενεργά από το συνηθισμένο xp-we. Αυτό οφείλεται στην ανάγκη συσσώρευσης σημαντικών ποσοτήτων γονιδιακών προϊόντων στα ωοκύτταρα.

Διάλεξη Νο 2.13.9.11. «Στάδια σχηματισμού της κυτταρικής θεωρίας. Το κύτταρο ως δομική μονάδα του ζωντανού

Στάδια σχηματισμού της κυτταρικής θεωρίας:

1) 1665 - Ο R. Hooke έδωσε το όνομα του κελιού - "cellula"

2) 1839 - Ο Schleiden και ο Schwann πρότειναν ένα νέο κλουβί. θεωρία

Κύτταρο - η δομική μονάδα φυτών και ζώων

Η διαδικασία σχηματισμού των κυττάρων καθορίζει την ανάπτυξη και την ανάπτυξή τους

1858 - Ο Virchow πρόσθεσε ένα κλουβί. θεωρία

"Κάθε κύτταρο από ένα κελί"

3) μοντέρνο κλουβί. θεωρία

Το κύτταρο είναι η βασική δομική και λειτουργική μονάδα όλων των ζωντανών όντων.

Τα κύτταρα ενός πολυκύτταρου οργανισμού είναι παρόμοια σε δομή, σύνθεση και σημαντικές εκδηλώσεις ζωτικής δραστηριότητας.

Αναπαραγωγή - διαίρεση του αρχικού μητρικού κυττάρου

Τα κύτταρα ενός πολυκύτταρου οργανισμού κατά λειτουργία και σχηματίζουν ιστούς → όργανα → συστήματα οργάνων → οργανισμό

Γενικό σχέδιο της δομής ενός ευκαρυωτικού κυττάρου.

Τα τρία κύρια συστατικά ενός κυττάρου είναι:

1)κυτταροπλασματική μεμβράνη (πλασμάλεμα)

Ένα διπλό στρώμα λιπιδίων και ένα στρώμα πρωτεϊνών βρίσκονται στην επιφάνεια του στρώματος λιπιδίων ή βυθίζονται σε αυτό.

Λειτουργίες:

οριοθετώντας

Μεταφορά

Προστατευτικός

Υποδοχέας (σήμα)

2)κυτόπλασμα:

α) υαλόπλασμα (κολλοειδές διάλυμα πρωτεϊνών, φωσφολιπιδίων και άλλων ουσιών. Μπορεί να είναι γέλη και κολλοειδές διάλυμα)

Λειτουργίες υαλοπλάσματος:

Μεταφορά

Ομοιοστατικό

Μεταβολισμός

Δημιουργία βέλτιστων συνθηκών για τη λειτουργία των οργανιδίων

σι) Οργανίδια - μόνιμα συστατικά του κυτταροπλάσματος, έχοντας οριστεί. κατασκευή και εκτέλεση def. λειτουργίες.

Ταξινόμηση οργανιδίων:

○ κατά εντοπισμό:

Πυρηνικά (πυρήνες και χρωμοσώματα)

Κυτοπλασματικό (ER, ριβοσώματα)

○ κατά δομή:

Μεμβράνη:

α) μονής μεμβράνης (λυσοσώματα, ER, συσκευή Golgi, κενοτόπια, υπεροξισώματα, σφαιροσώματα)

β) δύο μεμβρανών (πλαστίδια, μιτοχόνδρια)

Μη μεμβράνη (ριβοσώματα, μικροσωληνίσκοι, μυοϊνίδια, μικρονημάτια)

○ με ραντεβού:

Κοινή (βρίσκεται σε όλα τα κελιά)

Ειδικά (υπάρχουν σε ορισμένα κύτταρα - πλαστίδια, βλεφαρίδες, μαστίγια)

○ κατά μέγεθος:

Ορατό σε μικροσκόπιο φωτός (EPS, συσκευή Golgi)

Αόρατο κάτω από μικροσκόπιο φωτός (ριβοσώματα)

εγκλείσματα- μη μόνιμα συστατικά του κυττάρου, με καθορισμένο. κατασκευή και εκτέλεση def. λειτουργίες.

3)πυρήνας

Ενιαία μεμβράνη.

ER (ενδοπλασματικό δίκτυο, δίκτυο).

Ένα σύστημα διασυνδεδεμένων κοιλοτήτων και σωληναρίων που συνδέονται με την εξωτερική πυρηνική μεμβράνη.

Τραχύ (κοκκώδες).Έχουν ριβοσώματα → πρωτεϊνοσύνθεση

Ομαλή (κοκκώδης).Σύνθεση λιπών και υδατανθράκων.

Λειτουργίες:

1) οριοθέτης

2) μεταφορά

3) απομάκρυνση τοξικών ουσιών από το κύτταρο

4) σύνθεση στεροειδών

Συσκευή Golgi (στρωματικό σύμπλεγμα).

Στοίβες από πεπλατυσμένα σωληνάρια και στέρνες, που ονομάζονται δικτοσώματα.

Δικτόσωμα- μια στοίβα από 3-12 πεπλατυσμένους δίσκους που ονομάζονται καζανάκια (έως 20 dictos)

Λειτουργίες:

1) συγκέντρωση, απελευθέρωση και συμπίεση της μεσοκυτταρικής έκκρισης

2) συσσώρευση γλυκο- και λιποπρωτεϊνών

3) συσσώρευση και απομάκρυνση ουσιών από το κύτταρο

4) σχηματισμός αυλακιού σχάσης κατά τη μίτωση

5) ο σχηματισμός πρωτογενών λυσοσωμάτων

Λύσωμα.

Ένα κυστίδιο που περιβάλλεται από μία μόνο μεμβράνη και περιέχει υδρολυτικά ένζυμα.

Λειτουργίες:

1) πέψη του απορροφούμενου υλικού

2) καταστροφή βακτηρίων και ιών

3) αυτόλυση (καταστροφή κυτταρικών μερών και νεκρών οργανιδίων)

4) αφαίρεση ολόκληρων κυττάρων και μεσοκυττάριας ουσίας

Υπεροξίσωμα.

Κυστίδια που περιβάλλονται από μία μόνο μεμβράνη που περιέχει υπεροξειδάση.

Λειτουργίες- οξείδωση οργαν. ουσίες

Σφαιρόσωμα.

Οβάλ οργανίδια που περιβάλλονται από μια ενιαία μεμβράνη που περιέχει λίπος.

Λειτουργίες– σύνθεση και συσσώρευση λιπιδίων.

κενοτόπια.

Κοιλότητες στο κυτταρόπλασμα κυττάρων που οριοθετούνται από μία μόνο μεμβράνη.

Σε φυτά (κυτταρικός χυμός - διάλυση οργανικών και ανόργανων ουσιών) και μεμονωμένα κύτταρα. ζώα (πεπτικό, συσταλτικό - ωσμορύθμιση και απέκκριση)

Διπλή μεμβράνη.

Πυρήνας.

1)κοχύλι (καρυόλεμμα):

Δύο μεμβράνες διαποτισμένες με πόρους

Περιπυρηνικός χώρος μεταξύ των μεμβρανών

Η εξωτερική μεμβράνη σχετίζεται με το ER

Λειτουργίες - προστασία και μεταφορά

2)πυρηνικοί πόροι

3)πυρηνικός χυμός:

Σύμφωνα με τη φυσική κατάσταση κοντά στο υαλόπλασμα

Με χημική κατάστασηπεριέχει περισσότερα νουκλεϊκά οξέα

4)πυρήνες:

Συστατικά πυρήνα χωρίς μεμβράνη

Μπορεί να υπάρχουν ένα ή περισσότερα

Σχηματίζεται σε συγκεκριμένες θέσεις στα χρωμοσώματα (πυρηνικοί οργανωτές)

Λειτουργίες:

Σύνθεση rRNA

σύνθεση tRNA

Σχηματισμός ριβοσώματος

5)χρωματίνη– κλώνοι DNA + πρωτεΐνη

6)χρωμόσωμα- εξαιρετικά σπειροειδής χρωματίνη, η οποία περιέχει γονίδια

7)παχύρρευστο καρυόπλασμα

Η υπερδομή των χρωμοσωμάτων.

Χρωμόσωμα → 2 χρωματίδες (συνδεδεμένες στην περιοχή του κεντρομερούς) → 2 ημιχρωματίδες → χρωμονήματα → μικροϊνίδια (30-45% DNA + πρωτεΐνη)

ΔορυφόροςΜια περιοχή ενός χρωμοσώματος που χωρίζεται από μια δευτερεύουσα συστολή.

Τελομερή- τερματική περιοχή ενός χρωμοσώματος

Τύποι χρωμοσωμάτων ανάλογα με τη θέση του κεντρομερούς:

1) ισόπλευρο (μεθοκεντρικό)

2) ανομοιόμορφοι ώμοι (υπομετακεντρικοί)

3) σε σχήμα ράβδου (ακροκεντρικό)

καρότυπος- ένα σύνολο δεδομένων για τον αριθμό, το σχήμα και το μέγεθος των χρωμοσωμάτων.

Ιδιόγραμμα– γραφική κατασκευή καρυότυπου

Ιδιότητες χρωμοσωμάτων:

1)σταθερότητα αριθμού

Σε ένα είδος, ο αριθμός των χρωμοσωμάτων είναι πάντα σταθερός.

2)ζευγάρωμα- σε σωματικά κύτταρακάθε χρωμόσωμα έχει το δικό του ζευγάρι (ομόλογα χρωμοσώματα)

3)ατομικότητα- κάθε χρωμόσωμα έχει τα δικά του χαρακτηριστικά (μέγεθος, σχήμα ...)

4)συνέχεια- κάθε χρωμόσωμα ενός χρωμοσώματος

Λειτουργίες των χρωμοσωμάτων:

1) αποθήκευση κληρονομικών πληροφοριών

2) η μεταφορά κληρονομικών πληροφοριών

3) εφαρμογή κληρονομικών πληροφοριών

Μιτοχόνδρια.

1) αποτελείται από 2 μεμβράνες:

Εξωτερικό (λείο, εσωτερικά έχει προεξοχές - cristae)

Εξωτερικό (τραχύ)

2) Μέσα στον χώρο που είναι γεμάτος με μια μήτρα σε ct βρίσκονται:

Ριβοσώματα

Οι πρωτεΐνες είναι ένζυμα

Λειτουργίες:

1) Σύνθεση ATP

2) σύνθεση μιτοχονδριακών πρωτεϊνών

3) σύνθεση πυρήνων. οξέα

4) σύνθεση υδατανθράκων και λιπιδίων

5) σχηματισμός μιτοχονδριακών ριβοσωμάτων

Πλασίδια.

1) οργανίδια δύο μεμβρανών

2) εντός του στρώματος, σε ct. εντόπισε ιλακοΐδες → γκράνα

3) στο στρώμα:

Ριβοσώματα

Υδατάνθρακες

Ανά χρώμα χωρίζονται σε:

1) χλωροπλάστες (πράσινοι, χλωροφύλλη).Φωτοσύνθεση.

2) χρωμοπλάστες:

Κίτρινο (ξανθοφύλλη)

Κόκκινα (λυκοπεκτίνη)

Πορτοκάλι (καροτίνη)

Χρωματισμός καρπών, φύλλων και ριζών.

3) λευκοπλάστες (άχρωμοι, δεν περιέχουν χρωστικές). Απόθεμα πρωτεϊνών, λιπών και υδατανθράκων.

Μη μεμβράνη.

Ριβόσωμα

1) αποτελείται από rRNA, πρωτεΐνη και μαγνήσιο

2) δύο υπομονάδες: μεγάλη και μικρή

Λειτουργία - πρωτεϊνοσύνθεση

Η χρωματίνη, το κύριο συστατικό του κυτταρικού πυρήνα, είναι αρκετά εύκολο να ληφθεί από απομονωμένους πυρήνες ενδιάμεσης φάσης και από απομονωμένα μιτωτικά χρωμοσώματα. Για να το κάνετε αυτό, χρησιμοποιήστε την ιδιότητά του να μεταβαίνει σε διαλυμένη κατάσταση κατά την εκχύλιση με υδατικά διαλύματα χαμηλής ιοντικής ισχύος ή απλά απιονισμένο νερό. Ταυτόχρονα, τα τμήματα χρωματίνης διογκώνονται και μετατρέπονται σε γέλη. Για να μεταφερθούν τέτοια παρασκευάσματα σε πραγματικά διαλύματα, απαιτούνται ισχυρές μηχανικές επιδράσεις: ανακίνηση, ανάμειξη, πρόσθετη ομογενοποίηση. Αυτό, φυσικά, οδηγεί σε μερική καταστροφή της αρχικής δομής της χρωματίνης, τη διασπά σε μικρά θραύσματα, αλλά πρακτικά δεν αλλάζει τη χημική της σύνθεση.

Τα κλάσματα χρωματίνης που λαμβάνονται από διαφορετικά αντικείμενα έχουν ένα αρκετά ομοιόμορφο σύνολο συστατικών. Διαπιστώθηκε ότι η συνολική χημική σύνθεση της χρωματίνης από τους πυρήνες μεσοφάσεως και τα μιτωτικά χρωμοσώματα διαφέρουν ελάχιστα μεταξύ τους. Τα κύρια συστατικά της χρωματίνης είναι το DNA και οι πρωτεΐνες, μεταξύ των οποίων ο κύριος όγκος είναι οι ιστόνες και οι μη ιστονικές πρωτεΐνες (βλ. Πίνακα 3).

Πίνακας 3Χημική σύνθεση της χρωματίνης. Η περιεκτικότητα σε πρωτεΐνες και RNA δίνεται σε σχέση με το DNA

Κατά μέσο όρο, στη χρωματίνη, περίπου το 40% είναι DNA και περίπου το 60% είναι πρωτεΐνες, συμπεριλαμβανομένων ειδικών πυρηνικών πρωτεϊνών - ιστόνες, αποτελούν από 40 έως 80% όλων των πρωτεϊνών που συνθέτουν την απομονωμένη χρωματίνη. Επιπλέον, η σύνθεση του κλάσματος χρωματίνης περιλαμβάνει συστατικά μεμβράνης, RNA, υδατάνθρακες, λιπίδια, γλυκοπρωτεΐνες. Το ερώτημα πώς αυτά τα δευτερεύοντα συστατικά περιλαμβάνονται στη δομή της χρωματίνης δεν έχει ακόμη επιλυθεί. Έτσι, για παράδειγμα, το RNA μπορεί να μεταγραφεί RNA που δεν έχει ακόμη χάσει τη συσχέτισή του με το εκμαγείο DNA. Άλλα δευτερεύοντα συστατικά μπορεί να είναι ουσίες συν-κατακρημνισμένων θραυσμάτων του πυρηνικού περιβλήματος.

Δομικά, η χρωματίνη είναι ένα νηματοειδές σύμπλοκο μόρια δεοξυριβονουκλεοπρωτεΐνης (DNP), τα οποία αποτελούνται από DNA που σχετίζεται με ιστόνες (βλ. Εικ. 57). Ως εκ τούτου, ένα άλλο όνομα για τη χρωματίνη ρίζωσε - νουκλεοιστόνη. Λόγω της συσχέτισης των ιστονών με το DNA σχηματίζονται πολύ ασταθή, μεταβλητά σύμπλοκα νουκλεϊνικής-ιστόνης, όπου η αναλογία DNA:ιστόνης είναι περίπου ίση με ένα, δηλ. υπάρχουν σε ίσες ποσότητες βάρους. Αυτά τα νηματώδη ινίδια DNP είναι τα στοιχειώδη χρωμοσωμικά ή χρωματινικά νημάτια, το πάχος των οποίων, ανάλογα με τον βαθμό συσσώρευσης του DNA, μπορεί να κυμαίνεται από 10 έως 30 nm. Αυτά τα ινίδια DNP μπορούν, με τη σειρά τους, να συμπιεστούν περαιτέρω με το σχηματισμό υψηλότερων επιπέδων δομής DNP, μέχρι το μιτωτικό χρωμόσωμα. Ο ρόλος ορισμένων μη ιστονικών πρωτεϊνών είναι ακριβώς στον σχηματισμό υψηλών επιπέδων συμπίεσης χρωματίνης.

DNA χρωματίνης

Σε ένα παρασκεύασμα χρωματίνης, το DNA συνήθως αντιστοιχεί στο 30-40%. Αυτό το DNA είναι ένα δίκλωνο ελικοειδές μόριο παρόμοιο με το καθαρό απομονωμένο DNA σε υδατικά διαλύματα. Αυτό αποδεικνύεται από πολλά πειραματικά δεδομένα. Έτσι, όταν θερμαίνονται τα διαλύματα χρωματίνης, παρατηρείται αύξηση της οπτικής πυκνότητας του διαλύματος, το λεγόμενο υπερχρωμικό αποτέλεσμα που σχετίζεται με το σπάσιμο των ενδονουκλεοτιδικών δεσμών υδρογόνου μεταξύ των κλώνων του DNA, παρόμοιο με αυτό που συμβαίνει όταν το καθαρό DNA θερμαίνεται (τήκεται). .

Το ζήτημα του μεγέθους και του μήκους των μορίων DNA στη σύνθεση της χρωματίνης είναι σημαντικό για την κατανόηση της δομής του χρωμοσώματος στο σύνολό του. Με τις τυπικές μεθόδους εκχύλισης DNA, η χρωματίνη έχει μοριακό βάρος 7-9 x 10 6, το οποίο είναι πολύ μικρότερο από το μοριακό βάρος του DNA από το Escherichia coli (2,8 x 10 9). Ένα τέτοιο σχετικά χαμηλό μοριακό βάρος DNA από παρασκευάσματα χρωματίνης μπορεί να εξηγηθεί από μηχανική βλάβη στο DNA κατά την απομόνωση χρωματίνης. Εάν, ωστόσο, το DNA απομονωθεί υπό συνθήκες που αποκλείουν την ανακίνηση, την ομογενοποίηση και άλλες επιδράσεις, τότε μόρια DNA πολύ μεγάλου μήκους μπορούν να ληφθούν από τα κύτταρα. Το μήκος των μορίων DNA από τους πυρήνες και τα χρωμοσώματα των ευκαρυωτικών κυττάρων μπορεί να μελετηθεί με τη μέθοδο της φωτοοπτικής ραδιοαυτογραφίας, όπως ακριβώς μελετήθηκε στα προκαρυωτικά κύτταρα.

Διαπιστώθηκε ότι στη σύνθεση των χρωμοσωμάτων, το μήκος των μεμονωμένων γραμμικών (σε αντίθεση με τα προκαρυωτικά χρωμοσώματα) μορίων DNA μπορεί να φτάσει εκατοντάδες μικρόμετρα και ακόμη και αρκετά εκατοστά. Έτσι, λήφθηκαν μόρια DNA από 0,5 mm έως 2 cm από διαφορετικά αντικείμενα. Αυτά τα αποτελέσματα έδειξαν ότι υπάρχει στενή συμφωνία μεταξύ του υπολογισμένου μήκους του DNA ανά χρωμόσωμα και της ραδιοαυτογραφικής παρατήρησης.

Μετά από ήπια λύση των ευκαρυωτικών κυττάρων, είναι δυνατός ο απευθείας προσδιορισμός των μοριακών μαζών του DNA με φυσικοχημικές μεθόδους. Έχει αποδειχθεί ότι το μέγιστο μοριακό βάρος ενός μορίου DNA της Drosophila είναι 41 x 10 9, που αντιστοιχεί σε μήκος περίπου 2 cm. Σε ορισμένες ζύμες, υπάρχει ένα μόριο DNA ανά χρωμόσωμα με μοριακό βάρος 1 x 10 8 -10 9 , το οποίο έχει μέγεθος περίπου 0,5 mm .

Τέτοια μακριά DNA είναι ένα μόνο μόριο, και όχι πολλά μικρότερα, διασταυρωμένα με τη βοήθεια πρωτεϊνικών δεσμών, όπως νόμιζαν ορισμένοι ερευνητές. Αυτό το συμπέρασμα προέκυψε αφού αποδείχθηκε ότι το μήκος των μορίων DNA δεν αλλάζει μετά την επεξεργασία των σκευασμάτων με πρωτεολυτικά ένζυμα.

Η συνολική ποσότητα DNA που περιλαμβάνεται στις πυρηνικές δομές των κυττάρων, στο γονιδίωμα των οργανισμών, ποικίλλει από είδος σε είδος, αν και στους μικροοργανισμούς η ποσότητα DNA ανά κύτταρο είναι πολύ μικρότερη από ότι στα ασπόνδυλα, τα ανώτερα φυτά και τα ζώα. Έτσι, σε ένα ποντίκι, υπάρχει σχεδόν 600 φορές περισσότερο DNA ανά πυρήνα από ότι στο E. coli. Συγκρίνοντας την ποσότητα του DNA ανά κύτταρο σε ευκαρυωτικούς οργανισμούς, είναι δύσκολο να δούμε οποιαδήποτε συσχέτιση μεταξύ του βαθμού πολυπλοκότητας ενός οργανισμού και της ποσότητας DNA ανά πυρήνα. Τέτοιοι διαφορετικοί οργανισμοί όπως το λινάρι, ο αχινός, η πέρκα (1,4-1,9 pg) ή το ψάρι και ο ταύρος (6,4 και 7 pg) έχουν περίπου την ίδια ποσότητα DNA.

Σημαντικές διακυμάνσεις στην ποσότητα του DNA σε μεγάλες ταξινομικές ομάδες. Μεταξύ των ανώτερων φυτών, η ποσότητα του DNA σε ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟΙ ΤΥΠΟΙμπορεί να διαφέρει κατά εκατοντάδες φορές, όπως και στα ψάρια, η ποσότητα του DNA στα αμφίβια διαφέρει κατά δεκάδες φορές.

Σε ορισμένα αμφίβια, η ποσότητα του DNA στους πυρήνες είναι 10-30 φορές μεγαλύτερη από ό,τι στους ανθρώπινους πυρήνες, αν και η ανθρώπινη γενετική σύσταση είναι ασύγκριτα πιο περίπλοκη από αυτή των βατράχων. Επομένως, μπορεί να υποτεθεί ότι η «υπερβολική» ποσότητα DNA σε κατώτερους οργανωμένους οργανισμούς είτε δεν σχετίζεται με την εκπλήρωση ενός γενετικού ρόλου είτε ο αριθμός των γονιδίων επαναλαμβάνεται πολλές φορές.

Πίνακας 4. Η περιεκτικότητα σε DNA στα κύτταρα ορισμένων αντικειμένων (σελ., 10 -12 g)

Αποδείχθηκε ότι ήταν δυνατό να επιλυθούν αυτά τα ζητήματα με βάση τη μελέτη της κινητικής της αντίδρασης επαναδιάταξης ή υβριδισμού DNA. Εάν τα τεμαχισμένα μόρια DNA σε διαλύματα υποβληθούν σε θερμική μετουσίωση και στη συνέχεια επωαστούν σε θερμοκρασία κάπως χαμηλότερη από αυτή στην οποία συμβαίνει η μετουσίωση, τότε η αρχική δίκλωνη δομή των θραυσμάτων DNA αποκαθίσταται λόγω της επανένωσης των συμπληρωματικών κλώνων - επαναδιάταξη. Για το DNA των ιών και των προκαρυωτικών κυττάρων, αποδείχθηκε ότι ο ρυθμός μιας τέτοιας επαναδιάταξης εξαρτάται άμεσα από το μέγεθος του γονιδιώματος. Όσο μεγαλύτερο είναι το γονιδίωμα, όσο μεγαλύτερη είναι η ποσότητα DNA ανά σωματίδιο ή κύτταρο, τόσο περισσότερος χρόνος χρειάζεται για τυχαία σύγκλιση συμπληρωματικών κλώνων και ειδική επανασύνδεση περισσότεροΘραύσματα DNA διαφορετικά σε αλληλουχία νουκλεοτιδίων (Εικ. 53). Η φύση της καμπύλης επανασύνδεσης DNA των προκαρυωτικών κυττάρων υποδηλώνει την απουσία επαναλαμβανόμενων αλληλουχιών βάσεων στο προκαρυωτικό γονιδίωμα. Όλα τα τμήματα του DNA τους φέρουν μοναδικές αλληλουχίες, ο αριθμός και η ποικιλία των οποίων αντικατοπτρίζει τον βαθμό πολυπλοκότητας της γενετικής σύνθεσης των αντικειμένων και, κατά συνέπεια, τη συνολική βιολογική τους οργάνωση.

Μια εντελώς διαφορετική εικόνα της επανασύνδεσης του DNA παρατηρείται στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς. Αποδείχθηκε ότι το DNA τους περιέχει κλάσματα που ανόπτονται με πολύ υψηλότερο ρυθμό από ό,τι υποδηλώνει το μέγεθος του γονιδιώματός τους, καθώς και ένα κλάσμα DNA που ανόπτεται αργά, παρόμοια με τις μοναδικές αλληλουχίες DNA των προκαρυωτικών. Ωστόσο, οι ευκαρυώτες απαιτούν πολύ περισσότερο χρόνο για να επαναφέρουν αυτό το κλάσμα, το οποίο σχετίζεται με το συνολικό μεγάλο μέγεθος του γονιδιώματός τους και με έναν μεγάλο αριθμό διαφορετικών μοναδικών γονιδίων.

Σε εκείνο το τμήμα του ευκαρυωτικού DNA, το οποίο χαρακτηρίζεται από υψηλό ρυθμό επαναδιάταξης, διακρίνονται δύο υποκλάσματα: 1) ένα κλάσμα με πολύ ή συχνά επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες, όπου παρόμοιες περιοχές DNA μπορούν να επαναληφθούν 10 6 φορές. 2) ένα κλάσμα μετρίως επαναλαμβανόμενων αλληλουχιών που εμφανίζονται στο γονιδίωμα 10 2 - 10 3 φορές. Έτσι, στα ποντίκια, το κλάσμα του DNA με συχνά επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες περιλαμβάνει το 10% της συνολικής ποσότητας DNA ανά γονιδίωμα και το 15% πέφτει στο κλάσμα με μέτρια επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες. Το υπόλοιπο 75% όλου του DNA του ποντικού αντιπροσωπεύεται από μοναδικές περιοχές που αντιστοιχούν σε μεγάλο αριθμό διαφορετικών μη επαναλαμβανόμενων γονιδίων.

Τα κλάσματα με συχνά επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες μπορεί να έχουν διαφορετική πυκνότητα άνωσης από το μεγαλύτερο μέρος του DNA και επομένως μπορούν να απομονωθούν σε καθαρή μορφήόπως οι λεγόμενες παρατάξεις δορυφορικό DNA. Στα ποντίκια, αυτό το κλάσμα έχει πυκνότητα 1,691 g/ml και ο κύριος όγκος του DNA είναι 1,700 g/ml. Αυτές οι διαφορές στην πυκνότητα προσδιορίζονται από διαφορές στη σύνθεση νουκλεοτιδίων. Για παράδειγμα, σε ένα ποντίκι αυτό το κλάσμα περιέχει 35% ζεύγη G και C και στην κύρια κορυφή DNA - 42%.

Όπως αποδείχθηκε, το δορυφορικό DNA, ή ένα κλάσμα DNA με συχνά επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες, δεν εμπλέκεται στη σύνθεση των κύριων τύπων RNA στο κύτταρο και δεν σχετίζεται με τη διαδικασία της πρωτεϊνικής σύνθεσης. Αυτό το συμπέρασμα έγινε με βάση ότι κανένας από τους τύπους RNA κυττάρων (tRNA, mRNA, rRNA) δεν υβριδοποιείται με δορυφορικό DNA. Συνεπώς, αυτά τα DNA δεν περιέχουν αλληλουχίες υπεύθυνες για τη σύνθεση κυτταρικών RNA. Τα δορυφορικά DNA δεν είναι πρότυπα για τη σύνθεση RNA και δεν εμπλέκονται στη μεταγραφή.

Υπάρχει μια υπόθεση ότι οι εξαιρετικά επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες που δεν εμπλέκονται άμεσα στη σύνθεση πρωτεϊνών μπορούν να μεταφέρουν πληροφορίες που διαδραματίζουν σημαντικό δομικό ρόλο στη διατήρηση και τη λειτουργία των χρωμοσωμάτων. Αυτές μπορεί να περιλαμβάνουν πολυάριθμες περιοχές DNA που σχετίζονται με πρωτεΐνες της ραχοκοκαλιάς του πυρήνα μεσοφάσης (βλ. παρακάτω), περιοχές προέλευσης αντιγραφής ή μεταγραφής, καθώς και περιοχές DNA που ρυθμίζουν αυτές τις διεργασίες.

Η μέθοδος υβριδισμού νουκλεϊκών οξέων απευθείας στα χρωμοσώματα ( επί τόπου) μελετήθηκε ο εντοπισμός αυτού του κλάσματος. Για το σκοπό αυτό, RNA σημασμένο με 3Η-ουριδίνη συντέθηκε χρησιμοποιώντας βακτηριακά ένζυμα σε απομονωμένο δορυφορικό DNA. Στη συνέχεια το κυτταρολογικό παρασκεύασμα με χρωμοσώματα υποβλήθηκε σε τέτοια επεξεργασία, στην οποία συμβαίνει μετουσίωση του DNA (αυξημένη θερμοκρασία, αλκαλικό περιβάλλον κ.λπ.). Μετά από αυτό, σημασμένο με 3Η RNA τοποθετήθηκε στο παρασκεύασμα και επιτεύχθηκε υβριδισμός μεταξύ DNA και RNA. Ραδιοαυτογραφικά διαπιστώθηκε ότι τα περισσότερα απόη ετικέτα εντοπίζεται στη ζώνη των πρωτογενών συστολών των χρωμοσωμάτων, στη ζώνη των κεντρομερών περιοχών τους. Η ετικέτα βρέθηκε επίσης σε άλλα μέρη των χρωμοσωμάτων, αλλά πολύ ασθενώς (Εικ. 54).

Τα τελευταία 10 χρόνια, έχουν γίνει μεγάλα βήματα στη μελέτη κεντρομερές DNAειδικά σε κύτταρα ζύμης. Έτσι εσείς S.cerevisiaeΤο κεντρομερές DNA αποτελείται από επαναλαμβανόμενες τομές των 110 bp. Αποτελείται από δύο διατηρημένες περιοχές (I και III) και ένα κεντρικό στοιχείο (II) εμπλουτισμένο σε ζεύγη βάσεων ΑΤ. Τα χρωμοσώματα Drosophila έχουν παρόμοια δομή κεντρομερούς DNA. Το ανθρώπινο κεντρομερές DNA (αλφαοειδές δορυφορικό DNA) αποτελείται από μια σειρά μονομερών 170 bp οργανωμένων σε ομάδες διμερών ή πενταμερών, τα οποία με τη σειρά τους σχηματίζουν μεγάλες αλληλουχίες 1-6 x 10 3 bp. Αυτή η μεγαλύτερη μονάδα επαναλαμβάνεται 100-1000 φορές. Αυτό το συγκεκριμένο κεντρομερές DNA συμπλέκεται με συγκεκριμένες κεντρομερείς πρωτεΐνες που εμπλέκονται στο σχηματισμό κινετοχορ, μια δομή που εξασφαλίζει τη σύνδεση των χρωμοσωμάτων με τους μικροσωληνίσκους της ατράκτου και την κίνηση των χρωμοσωμάτων σε ανάφαση (βλ. παρακάτω).

DNA με εξαιρετικά επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες έχει επίσης βρεθεί σε τελομερικές περιοχέςχρωμοσώματα πολλών ευκαρυωτικών οργανισμών (από ζυμομύκητες έως ανθρώπους). Εδώ, απαντώνται συχνότερα επαναλήψεις, οι οποίες περιλαμβάνουν 3-4 νουκλεοτίδια γουανίνης. Στον άνθρωπο, τα τελομερή περιέχουν 500-3000 επαναλήψεις TTAGGG. Αυτά τα τμήματα του DNA παίζουν έναν ιδιαίτερο ρόλο - να περιορίσουν το χρωμόσωμα από τα άκρα και να αποτρέψουν τη βράχυνσή του στη διαδικασία πολλαπλής αντιγραφής.

Πρόσφατα βρέθηκε ότι άκρως επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες DNA χρωμοσωμάτων μεσοφάσης συνδέονται ειδικά με πρωτεΐνες - λαμίνες που βρίσκονται κάτω από το πυρηνικό περίβλημα και συμμετέχουν στην αγκύρωση των τεντωμένων αποσυμπυκνωμένων χρωμοσωμάτων ενδιάμεσης φάσης, καθορίζοντας έτσι τη σειρά στον εντοπισμό των χρωμοσωμάτων στον όγκο της ενδιάμεσης φάσης πυρήνας.

Έχει προταθεί ότι το δορυφορικό DNA μπορεί να εμπλέκεται στην αναγνώριση ομόλογων περιοχών χρωμοσωμάτων κατά τη διάρκεια της μείωσης. Σύμφωνα με άλλες υποθέσεις, περιοχές με συχνά επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες παίζουν το ρόλο διαχωριστών (διαχωριστών) μεταξύ διαφορετικών λειτουργικών μονάδων χρωμοσωμικού DNA, για παράδειγμα, μεταξύ αντιγράφων (βλ. παρακάτω).

Όπως αποδείχθηκε, το κλάσμα των μετρίως επαναλαμβανόμενων αλληλουχιών (από 10 2 έως 10 5 φορές) ανήκει σε μια ετερόκλητη κατηγορία περιοχών DNA που παίζουν σημαντικό ρόλο στη δημιουργία της συσκευής πρωτεϊνοσύνθεσης. Αυτό το κλάσμα περιλαμβάνει γονίδια ριβοσωμικού DNA που μπορούν να επαναληφθούν σε διαφορετικά είδη από 100 έως 1000 φορές. Αυτό το κλάσμα περιλαμβάνει πολλαπλά επαναλαμβανόμενες θέσεις για τη σύνθεση όλων των tRNA. Επιπλέον, ορισμένα δομικά γονίδια που είναι υπεύθυνα για τη σύνθεση ορισμένων πρωτεϊνών μπορούν επίσης να επαναληφθούν πολλές φορές, αντιπροσωπευόμενα από πολλά αντίγραφα. Αυτά είναι γονίδια για πρωτεΐνες χρωματίνης - ιστόνες, επαναλαμβανόμενα έως και 400 φορές.

Επιπλέον, αυτό το κλάσμα περιλαμβάνει τμήματα DNA με διαφορετικές αλληλουχίες (100-400 ζεύγη νουκλεοτιδίων το καθένα), επίσης επαναλαμβανόμενα πολλές φορές, αλλά διάσπαρτα σε όλο το γονιδίωμα. Ο ρόλος τους δεν είναι ακόμη απολύτως σαφής. Προτείνεται ότι τέτοιες περιοχές DNA μπορεί να αντιπροσωπεύουν περιοχές δέκτη ή ρυθμιστικές περιοχές διαφορετικών γονιδίων.

Έτσι, το DNA των ευκαρυωτικών κυττάρων είναι ετερογενές στη σύσταση, περιέχει πολλές κατηγορίες νουκλεοτιδικών αλληλουχιών: συχνά επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες (> 10 6 φορές) που αποτελούν μέρος του κλάσματος δορυφορικού DNA και δεν μεταγράφονται. ένα κλάσμα μετρίως επαναλαμβανόμενων αλληλουχιών (10 2 - 10 5) που αντιπροσωπεύουν μπλοκ αληθινών γονιδίων, καθώς και σύντομες αλληλουχίες διάσπαρτες σε όλο το γονιδίωμα. ένα κλάσμα μοναδικών αλληλουχιών που μεταφέρει πληροφορίες για τις περισσότερες κυτταρικές πρωτεΐνες.

Με βάση αυτές τις ιδέες, οι διαφορές στην ποσότητα του DNA που παρατηρούνται σε διαφορετικούς οργανισμούς γίνονται σαφείς: μπορούν να συσχετιστούν με άνιση αναλογία ορισμένων κατηγοριών DNA στο γονιδίωμα των οργανισμών. Για παράδειγμα, σε ένα αμφίβιο Αμφιούμα(το οποίο έχει 20 φορές περισσότερο DNA από ένα άτομο) έως και το 80% του συνόλου του DNA είναι επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες, έως και 70% στα κρεμμύδια, έως και 60% στον σολομό κ.λπ. Ο πραγματικός πλούτος των γενετικών πληροφοριών θα πρέπει να αντανακλά το κλάσμα των μοναδικών αλληλουχιών. Δεν πρέπει να ξεχνάμε ότι στο φυσικό, μη κατακερματισμένο μόριο DNA του χρωμοσώματος, όλες οι τομές που περιλαμβάνουν μοναδικές, μέτρια και συχνά επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες συνδέονται σε μια μοναδική γιγάντια αλυσίδα ομοιοπολικού DNA.

Τα μόρια DNA είναι ετερογενή όχι μόνο σε περιοχές διαφορετικών νουκλεοτιδικών αλληλουχιών, αλλά διαφέρουν επίσης ως προς τη συνθετική τους δράση.

Αντιγραφή ευκαρυωτικού DNA

Το βακτηριακό χρωμόσωμα αντιγράφεται ως μία δομική μονάδα με ένα σημείο έναρξης αντιγραφής και ένα σημείο τερματισμού. Έτσι το βακτηριακό κυκλικό DNA είναι ένα αντίγραφο. Από το σημείο εκκίνησης, η αντιγραφή προχωρά σε δύο αντίθετες κατευθύνσεις, έτσι ώστε καθώς συντίθεται το DNA, σχηματίζεται ο λεγόμενος οφθαλμός αντιγραφής, οριοθετημένος και στις δύο πλευρές από διχάλες αντιγραφής, κάτι που είναι σαφώς ορατό στη μελέτη ηλεκτρονικού μικροσκοπίου αντιγραφής ιών και βακτηρίων. χρωμοσώματα.

Στα ευκαρυωτικά κύτταρα, η οργάνωση της αντιγραφής διαφορετικής φύσης είναι το πολυρεπλικόνιο.Όπως ήδη αναφέρθηκε, με την παλμική συμπερίληψη 3 HT, εμφανίζεται μια πολλαπλή επισήμανση σε όλα σχεδόν τα μιτωτικά χρωμοσώματα. Αυτό σημαίνει ότι ταυτόχρονα στο μεσοφασικό χρωμόσωμα υπάρχουν πολλοί τόποι αντιγραφής και πολλά αυτόνομα σημεία προέλευσης αντιγραφής. Αυτό το φαινόμενο μελετήθηκε λεπτομερέστερα χρησιμοποιώντας αυτόγραφα επισημασμένων μορίων που εξήχθησαν από DNA (Εικ. 55).Εάν τα κύτταρα παλμοποιήθηκαν με 3 HT, τότε σε ένα μικροσκόπιο φωτός στα αυτόγραφα του απομονωμένου DNA, μπορούν να φανούν περιοχές μειωμένου αργύρου σε τη μορφή διακεκομμένων γραμμών. Πρόκειται για μικρά τμήματα DNA που έχουν καταφέρει να αντιγραφούν και ανάμεσά τους υπάρχουν τμήματα μη αντιγραφόμενου DNA που δεν άφησαν ακτινογραφία και επομένως παραμένουν αόρατα. Καθώς ο χρόνος επαφής των 3 NT με την κυψέλη αυξάνεται, το μέγεθος τέτοιων τμημάτων αυξάνεται και η απόσταση μεταξύ τους μειώνεται. Από αυτά τα πειράματα, είναι δυνατός ο ακριβής υπολογισμός του ρυθμού αντιγραφής του DNA σε ευκαρυωτικούς οργανισμούς. Ο ρυθμός κίνησης της διχάλας αντιγραφής βρέθηκε να είναι 1–3 kb. ανά λεπτό στα θηλαστικά, περίπου 1 kb. ανά λεπτό σε ορισμένα φυτά, ο οποίος είναι πολύ χαμηλότερος από τον ρυθμό αντιγραφής του DNA στα βακτήρια (50 kb ανά λεπτό). Στα ίδια πειράματα, η δομή του DNA του πολυρεπλικού των ευκαρυωτικών χρωμοσωμάτων αποδείχθηκε άμεσα: κατά μήκος του χρωμοσωμικού DNA, κατά μήκος του, υπάρχουν πολλές ανεξάρτητες θέσεις αντιγραφής - αντίγραφα. Σύμφωνα με την απόσταση μεταξύ των μεσαίων σημείων των παρακείμενων αντιγράφων επισήμανσης, δηλ. Από την απόσταση μεταξύ δύο γειτονικών σημείων έναρξης αναπαραγωγής, μπορεί κανείς να βρει το μέγεθος των μεμονωμένων αντιγράφων. Κατά μέσο όρο, η τιμή του αντιγράφου των υψηλότερων ζώων είναι περίπου 30 μm ή 100 kb. Επομένως, θα πρέπει να υπάρχουν 20.000-30.000 αντίγραφα στο απλοειδές σύνολο των θηλαστικών. Στους κατώτερους ευκαρυώτες, το μέγεθος των αντιγράφων είναι μικρότερο, περίπου 40 kb. Έτσι, στη Drosophila, υπάρχουν 3.500 αντίγραφα ανά γονιδίωμα και στη ζύμη, 400. Όπως αναφέρθηκε, η σύνθεση DNA σε ένα ρεπλικόνιο πηγαίνει σε δύο αντίθετες κατευθύνσεις. Αυτό μπορεί εύκολα να αποδειχθεί με αυτοραδιογραφία: εάν τα κύτταρα μετά την επισήμανση ώθησης αφεθούν να συνεχίσουν να συνθέτουν DNA για κάποιο χρονικό διάστημα σε ένα μέσο χωρίς 3 HT, τότε η ενσωμάτωσή του στο DNA θα μειωθεί, η ετικέτα θα αραιωθεί, όπως ήταν, και ραδιοαυτογράφημα θα είναι δυνατό να δείτε μια συμμετρική αντιγραφόμενη περιοχή και στις δύο πλευρές, μειώνοντας τον αριθμό των κόκκων ανηγμένου αργύρου.

Τα άκρα ή οι διχάλες αντιγραφής σε ένα ρεπλικόνιο σταματούν να κινούνται όταν συναντούν τις διχάλες γειτονικών αντιγράφων (σε ένα τερματικό σημείο κοινό για τα γειτονικά αντίγραφα). Σε αυτό το μέρος, οι αναδιπλασιασμένες περιοχές των γειτονικών αντιγράφων συνδυάζονται σε μονές ομοιοπολικές αλυσίδες δύο μορίων DNA που έχουν πρόσφατα συντεθεί. Η λειτουργική διαίρεση του DNA του χρωμοσώματος σε αντίγραφα συμπίπτει με τη δομική διαίρεση του DNA σε τομείς ή βρόχους, οι βάσεις των οποίων, όπως ήδη αναφέρθηκε, συγκρατούνται μεταξύ τους με πρωτεϊνικούς δεσμούς.

Έτσι, όλη η σύνθεση DNA σε ένα μόνο χρωμόσωμα προχωρά μέσω ανεξάρτητης σύνθεσης σε πολλά μεμονωμένα αντίγραφα, ακολουθούμενη από την ένωση των άκρων των παρακείμενων τμημάτων DNA. Το βιολογικό νόημα αυτής της ιδιότητας γίνεται σαφές όταν συγκρίνουμε τη σύνθεση DNA σε βακτήρια και ευκαρυώτες. Έτσι ένα βακτηριακό μονορεπλικό χρωμόσωμα μήκους 1600 μm συντίθεται με ρυθμό περίπου μισής ώρας. Εάν ένα εκατοστό μόριο DNA χρωμοσώματος θηλαστικού αντιγραφόταν επίσης ως δομή μονορεπλικών, τότε αυτό θα διαρκούσε περίπου μια εβδομάδα (6 ημέρες). Αλλά αν ένα τέτοιο χρωμόσωμα περιέχει αρκετές εκατοντάδες αντίγραφα, τότε θα χρειαστεί μόνο περίπου μία ώρα για την πλήρη αντιγραφή του. Στην πραγματικότητα, ο χρόνος αντιγραφής του DNA στα θηλαστικά είναι 6-8 ώρες. Αυτό συμβαίνει επειδή δεν ενεργοποιούνται ταυτόχρονα όλα τα αντίγραφα σε ένα μεμονωμένο χρωμόσωμα.

Σε ορισμένες περιπτώσεις, παρατηρείται ταυτόχρονη ενεργοποίηση όλων των αντιγράφων ή εμφάνιση πρόσθετων αρχών αντιγραφής, γεγονός που καθιστά δυνατή την ολοκλήρωση της σύνθεσης όλων των χρωμοσωμάτων στο συντομότερο δυνατό χρόνο. Αυτό το φαινόμενο εμφανίζεται στα αρχικά στάδια της εμβρυογένεσης σε ορισμένα ζώα. Έτσι είναι γνωστό ότι κατά τη σύνθλιψη αυγών βατράχων με νύχια Ξενόπους laevisΗ σύνθεση του DNA διαρκεί μόνο 20 λεπτά, ενώ στην καλλιέργεια σωματικών κυττάρων αυτή η διαδικασία διαρκεί περίπου μία ημέρα. Παρόμοια εικόνα παρατηρείται στο Drosophila: στα πρώιμα εμβρυϊκά στάδια, ολόκληρη η σύνθεση DNA στον πυρήνα διαρκεί 3,5 ​​λεπτά και στα κύτταρα ιστοκαλλιέργειας - 600 λεπτά. Ταυτόχρονα, η αξία των αντιγράφων στα κύτταρα καλλιέργειας αποδείχθηκε ότι ήταν σχεδόν 5 φορές μεγαλύτερη από ό,τι στα έμβρυα.

Η σύνθεση του DNA κατά μήκος ενός μεμονωμένου χρωμοσώματος γίνεται άνισα. Διαπιστώθηκε ότι σε ένα μεμονωμένο χρωμόσωμα, τα ενεργά αντίγραφα συναρμολογούνται σε ομάδες, μονάδες αντιγραφής, οι οποίες περιλαμβάνουν 20-80 απαρχές αντιγραφής. Αυτό προέκυψε από την ανάλυση των ραδιοαυτογράφων DNA, όπου παρατηρήθηκε ακριβώς αυτή η συνοχή των αντιγραφόμενων τμημάτων. Ένας άλλος λόγος για την έννοια της ύπαρξης μπλοκ ή συστάδων αντιγράφων ή μονάδων αντιγραφής ήταν τα πειράματα με τη συμπερίληψη του αναλόγου θυμιδίνης 5'-βρωμοδεοξυουριδίνης (BrdU) στο DNA. Η ενσωμάτωση του BrdU στη μεσοφασική χρωματίνη οδηγεί στο γεγονός ότι κατά τη μίτωση, οι περιοχές με BrdU συμπυκνώνονται σε μικρότερο βαθμό (ανεπαρκής συμπύκνωση) από εκείνες τις περιοχές όπου περιλαμβάνεται η θυμιδίνη. Επομένως, εκείνες οι περιοχές των μιτωτικών χρωμοσωμάτων στις οποίες έχει εμπλακεί το BrdU θα χρωματίζονται ασθενώς στη διαφορική χρώση. Αυτό καθιστά δυνατό τον προσδιορισμό της αλληλουχίας της ενσωμάτωσης BrdU σε συγχρονισμένες κυτταρικές καλλιέργειες. η αλληλουχία της σύνθεσης του DNA κατά μήκος ενός λαμβανόμενου χρωμοσώματος. Αποδείχθηκε ότι ο πρόδρομος είναι ενσωματωμένος σε μεγάλα τμήματα του χρωμοσώματος. Η συμπερίληψη διαφορετικών τμημάτων συμβαίνει αυστηρά διαδοχικά κατά τη διάρκεια της περιόδου S. Κάθε χρωμόσωμα χαρακτηρίζεται από υψηλή σταθερότητα της σειράς αναδιπλασιασμού σε όλο το μήκος του, έχει το δικό του συγκεκριμένο σχέδιο αντιγραφής.

Συστάδες αντιγραφών, συνδυασμένες σε μονάδες αντιγραφής, συνδέονται με πρωτεΐνες πυρηνικής μήτρας (βλέπε παρακάτω), οι οποίες, μαζί με ένζυμα αντιγραφής, σχηματίζουν τα λεγόμενα. Τα συμπλέγματα είναι ζώνες στον πυρήνα της μεσοφάσεως στις οποίες λαμβάνει χώρα η σύνθεση του DNA.

Η σειρά με την οποία ενεργοποιούνται οι μονάδες αντιγραφής μπορεί πιθανώς να προσδιοριστεί από τη δομή της χρωματίνης σε αυτές τις περιοχές. Για παράδειγμα, οι ζώνες συστατικής ετεροχρωματίνης (κοντά στο κεντρομερίδιο) συνήθως αναπαράγονται στο τέλος της περιόδου S· επίσης, στο τέλος της περιόδου S, ένα μέρος της προαιρετικής ετεροχρωματίνης διπλασιάζεται (για παράδειγμα, το χρωμόσωμα Χ θηλυκών θηλαστικών ). Ιδιαίτερα ξεκάθαρα στο χρόνο, η αλληλουχία αντιγραφής των περιοχών των χρωμοσωμάτων συσχετίζεται με το μοτίβο του διαφορικού χρωματισμού των χρωμοσωμάτων: Τα τμήματα R αναδιπλασιάζονται πρώιμα, τα τμήματα G αντιστοιχούν σε περιοχές χρωμοσωμάτων με όψιμη αντιγραφή. Τα τμήματα C (κεντρομερίδιο) είναι οι θέσεις της τελευταίας αναπαραγωγής.

Δεδομένου ότι το μέγεθος και ο αριθμός των διαφορετικών ομάδων διαφορετικών χρωματισμένων τμημάτων είναι διαφορετικοί σε διαφορετικά χρωμοσώματα, αυτό δημιουργεί μια εικόνα της ασύγχρονης έναρξης και λήξης της αντιγραφής των διαφορετικών χρωμοσωμάτων στο σύνολό τους. Σε κάθε περίπτωση, η αλληλουχία έναρξης και τέλους αντιγραφής μεμονωμένων χρωμοσωμάτων σε ένα σύνολο δεν είναι τυχαία. Υπάρχει μια αυστηρή ακολουθία αναπαραγωγής των χρωμοσωμάτων σε σχέση με άλλα χρωμοσώματα του συνόλου.

Η διάρκεια της διαδικασίας αντιγραφής μεμονωμένων χρωμοσωμάτων δεν εξαρτάται άμεσα από το μέγεθός τους. Έτσι, μεγάλα ανθρώπινα χρωμοσώματα της ομάδας Α (1-3) επισημαίνονται σε όλη την περίοδο S, καθώς και μικρότερα χρωμοσώματα της ομάδας Β (4-5).

Έτσι, η σύνθεση DNA στο ευκαρυωτικό γονιδίωμα ξεκινά σχεδόν ταυτόχρονα σε όλα τα πυρηνικά χρωμοσώματα στην αρχή της περιόδου S. Αλλά σε αυτή την περίπτωση, η διαδοχική και ασύγχρονη ενεργοποίηση διαφορετικών αντιγράφων συμβαίνει τόσο σε διαφορετικά μέρη των χρωμοσωμάτων όσο και σε διαφορετικά χρωμοσώματα. Η αλληλουχία αντιγραφής ενός ή άλλου μέρους του γονιδιώματος καθορίζεται αυστηρά γενετικά. Αυτός ο τελευταίος ισχυρισμός υποστηρίζεται όχι μόνο από το μοτίβο συμπερίληψης της ετικέτας σε διαφορετικά τμήματα της περιόδου S, αλλά και από το γεγονός ότι υπάρχει μια αυστηρή αλληλουχία εμφάνισης κατά τη διάρκεια της περιόδου S των κορυφών στην ευαισθησία ορισμένων γονιδίων σε μεταλλαξιογόνους παράγοντες. .

Χημική σύνθεσηχρωμοσώματα

Φυσικοχημική οργάνωση χρωμοσωμάτων ευκαρυωτικών κυττάρων

Η μελέτη της χημικής οργάνωσης των χρωμοσωμάτων των ευκαρυωτικών κυττάρων έδειξε ότι αποτελούνται κυρίως από DNA και πρωτεΐνες που σχηματίζουν ένα σύμπλεγμα νουκλεοπρωτεϊνών. χρωματίνη,ονομάστηκε για την ικανότητά του να λερώνει με βασικές βαφές.

Όπως έχει αποδειχθεί από πολυάριθμες μελέτες (βλ. § 3.2), το DNA είναι ένας υλικός φορέας των ιδιοτήτων της κληρονομικότητας και της μεταβλητότητας και περιέχει βιολογικές πληροφορίες - ένα πρόγραμμα για την ανάπτυξη ενός κυττάρου, ενός οργανισμού, γραμμένο με ειδικό κωδικό. Η ποσότητα του DNA στους πυρήνες των κυττάρων ενός οργανισμού ενός δεδομένου είδους είναι σταθερή και ανάλογη της πλοειδίας τους. Στα διπλοειδή σωματικά κύτταρα του σώματος είναι διπλάσια από ό,τι στους γαμέτες. Αύξηση του αριθμού σύνολα χρωμοσωμάτωνστα πολυπλοειδή κύτταρα συνοδεύεται από αναλογική αύξηση της ποσότητας του DNA σε αυτά.

Οι πρωτεΐνες αποτελούν σημαντικό μέρος της ουσίας των χρωμοσωμάτων. Αντιπροσωπεύουν περίπου το 65% της μάζας αυτών των δομών. Όλες οι χρωμοσωμικές πρωτεΐνες χωρίζονται σε δύο ομάδες: τις ιστόνες και τις μη ιστονικές πρωτεΐνες.

Ιστόνεςαντιπροσωπεύεται από πέντε κλάσματα: HI, H2A, H2B, H3, H4. Όντας θετικά φορτισμένες βασικές πρωτεΐνες, είναι αρκετά σταθερά συνδεδεμένες με μόρια DNA, γεγονός που εμποδίζει την ανάγνωση των βιολογικών πληροφοριών που περιέχονται σε αυτό. Αυτός είναι ο ρυθμιστικός τους ρόλος. Επιπλέον, αυτές οι πρωτεΐνες εκτελούν μια δομική λειτουργία, παρέχοντας τη χωρική οργάνωση του DNA στα χρωμοσώματα (βλ. Ενότητα 3.5.2.2).

Αριθμός κλασμάτων μη ιστόνηΟι πρωτεΐνες ξεπερνούν τις 100. Ανάμεσά τους είναι ένζυμα για τη σύνθεση και την επεξεργασία του RNA, τον αναδιπλασιασμό και την επιδιόρθωση του DNA. Οι όξινες πρωτεΐνες των χρωμοσωμάτων παίζουν επίσης δομικό και ρυθμιστικό ρόλο. Εκτός από το DNA και τις πρωτεΐνες, RNA, λιπίδια, πολυσακχαρίτες και μεταλλικά ιόντα βρίσκονται επίσης στα χρωμοσώματα.

Χρωμοσωματικό RNAαντιπροσωπεύεται εν μέρει από προϊόντα μεταγραφής που δεν έχουν ακόμη εγκαταλείψει τη θέση σύνθεσης. Ορισμένα κλάσματα έχουν ρυθμιστική λειτουργία.

Ο ρυθμιστικός ρόλος των συστατικών των χρωμοσωμάτων είναι να «απαγορεύουν» ή να «επιτρέπουν» τη διαγραφή πληροφοριών από το μόριο του DNA.

Οι αναλογίες μάζας DNA: ιστόνες: πρωτεΐνες μη ιστόνης: RNA: λιπίδια είναι ίσες με 1:1: (0,2-0,5): (0,1-0,15): (0,01-0,03). Άλλα συστατικά βρίσκονται σε μικρές ποσότητες.

Διατηρώντας τη συνέχεια σε πολλές γενιές κυττάρων, η χρωματίνη αλλάζει την οργάνωσή της ανάλογα με την περίοδο και τη φάση του κυτταρικού κύκλου. Στην ενδιάμεση φάση με το μικροσκόπιο φωτός, ανιχνεύεται με τη μορφή συστάδων διάσπαρτων στο πυρηνόπλασμα του πυρήνα. Κατά τη μετάβαση του κυττάρου στη μίτωση, ειδικά στη μετάφαση, η χρωματίνη παίρνει τη μορφή καλά διακεκριμένων μεμονωμένων σωμάτων έντονα χρωματισμένων - χρωμοσώματα.

Οι μορφές μεσόφασης και μεταφάσης της ύπαρξης της χρωματίνης θεωρούνται ως δύο πολικές παραλλαγές της δομικής της οργάνωσης που συνδέονται στον μιτωτικό κύκλο με αμοιβαίες μεταβάσεις. Αυτή η αξιολόγηση υποστηρίζεται από δεδομένα ηλεκτρονικής μικροσκοπίας ότι τόσο η μεσοφασική όσο και η μεταφασική μορφή βασίζονται στην ίδια στοιχειώδη νηματοειδή δομή. Στη διαδικασία ηλεκτρονικών μικροσκοπικών και φυσικοχημικών μελετών, ανιχνεύθηκαν νημάτια (ινίδια) με διάμετρο 3,0-5,0, 10, 20-30 nm στη σύνθεση της χρωματίνης ενδιάμεσης φάσης και των χρωμοσωμάτων μετάφασης. Είναι χρήσιμο να θυμάστε ότι η διάμετρος της διπλής έλικας του DNA είναι περίπου 2 nm, η διάμετρος της νηματοειδούς δομής της ενδιάμεσης χρωματίνης είναι 100-200 nm και η διάμετρος μιας από τις αδελφές χρωματίδες του μεταφασικού χρωμοσώματος είναι 500–600 nm.

Η πιο κοινή άποψη είναι ότι η χρωματίνη (χρωμόσωμα) είναι ένα σπειροειδές νήμα. Ταυτόχρονα, διακρίνονται αρκετά επίπεδα σπειροειδοποίησης (συμπαγοποίησης) της χρωματίνης (Πίνακας 3.2).

Πίνακας 3.2. Διαδοχικά επίπεδα συμπίεσης χρωματίνης

Ρύζι. 3.46. Πυρηνική οργάνωση της χρωματίνης.

ΑΛΛΑ -αποσυμπυκνωμένη μορφή χρωματίνης.

Β -Ηλεκτρονική μικρογραφία ευκαρυωτικής χρωματίνης:

ΑΛΛΑ -το μόριο DNA τυλίγεται γύρω από τους πυρήνες της πρωτεΐνης.

Β -Η χρωματίνη αποτελείται από νουκλεοσώματα που συνδέονται με συνδετικό DNA

Νουκλεοσωμικό νήμα.Αυτό το επίπεδο οργάνωσης της χρωματίνης παρέχεται από τέσσερις τύπους νουκλεοσωμικών ιστονών: H2A, H2B, H3, H4. Σχηματίζουν πρωτεϊνικά σώματα σε σχήμα ξωτήρα - φλοιός,που αποτελείται από οκτώ μόρια (δύο μόρια από κάθε τύπο ιστόνης) (Εικ. 3.46).

Το μόριο του DNA συμπληρώνεται με πυρήνες πρωτεϊνών, που τυλίγονται σπειροειδώς γύρω τους. Σε αυτή την περίπτωση, ένα τμήμα DNA που αποτελείται από 146 ζεύγη βάσεων (bp) βρίσκεται σε επαφή με κάθε πυρήνα. Τα τμήματα DNA που δεν έρχονται σε επαφή με πρωτεϊνικά σώματα ονομάζονται συνδετικάή συνδέτης.Περιλαμβάνουν από 15 έως 100 bp. (μέσος όρος 60 bp) ανάλογα με τον τύπο κυττάρου.

Ένα τμήμα ενός μορίου DNA μήκους περίπου 200 bp. μαζί με τον πρωτεϊνικό πυρήνα είναι νουκλεόσωμα.Χάρη σε αυτή την οργάνωση, η δομή της χρωματίνης βασίζεται σε ένα νήμα, το οποίο είναι μια αλυσίδα επαναλαμβανόμενων μονάδων - νουκλεοσωμάτων (Εικ. 3.46, σι). Από αυτή την άποψη, το ανθρώπινο γονιδίωμα, που αποτελείται από 3 × 10 9 bp, αντιπροσωπεύεται από μια διπλή έλικα DNA συσκευασμένη σε 1,5 × 10 7 νουκλεοσώματα.

Κατά μήκος του νουκλεοσωμικού νήματος, που μοιάζει με μια αλυσίδα σφαιριδίων, υπάρχουν περιοχές του DNA που είναι απαλλαγμένες από πρωτεϊνικά σώματα. Αυτές οι περιοχές, που βρίσκονται σε διαστήματα πολλών χιλιάδων ζευγών βάσεων, παίζουν σημαντικό ρόλο στην περαιτέρω συσκευασία της χρωματίνης, καθώς περιέχουν αλληλουχίες νουκλεοτιδίων που αναγνωρίζονται ειδικά από διάφορες πρωτεΐνες μη ιστόνης.

Ως αποτέλεσμα της νουκλεοσωμικής οργάνωσης της χρωματίνης, η διπλή έλικα του DNA με διάμετρο 2 nm αποκτά διάμετρο 10-11 nm.

Ινίδιο χρωματίνης.Περαιτέρω συμπίεση του νουκλεοσωμικού κλώνου παρέχεται από το έμβολο HI, το οποίο, συνδέοντας με το συνδετικό DNA και δύο παρακείμενα πρωτεϊνικά σώματα, τα φέρνει πιο κοντά το ένα στο άλλο. Ως αποτέλεσμα, σχηματίζεται μια πιο συμπαγής δομή, χτισμένη, πιθανώς, σαν σωληνοειδές. Αυτό το ινίδιο χρωματίνης, που ονομάζεται επίσης στοιχειώδης,έχει διάμετρο 20-30 nm (Εικ. 3.47).

Διαφασικό χρωμόνημα.Το επόμενο επίπεδο δομικής οργάνωσης του γενετικού υλικού οφείλεται στην αναδίπλωση του ινιδίου της χρωματίνης σε θηλιές. Προφανώς, στο σχηματισμό τους εμπλέκονται πρωτεΐνες μη ιστόνης, οι οποίες είναι ικανές να αναγνωρίζουν συγκεκριμένες αλληλουχίες νουκλεοτιδίων εξωνουκλεοσωμικού DNA, διαχωρισμένες μεταξύ τους κατά πολλές χιλιάδες ζεύγη βάσεων. Αυτές οι πρωτεΐνες συγκεντρώνουν τις υποδεικνυόμενες περιοχές με το σχηματισμό βρόχων από τα θραύσματα του ινιδίου της χρωματίνης που βρίσκονται μεταξύ τους (Εικ. 3.48). Το τμήμα του DNA που αντιστοιχεί σε έναν βρόχο περιέχει από 20.000 έως 80.000 bp. Ίσως κάθε βρόχος είναι μια λειτουργική μονάδα του γονιδιώματος. Ως αποτέλεσμα μιας τέτοιας συσκευασίας, ένα ινίδιο χρωματίνης με διάμετρο 20-30 nm μετατρέπεται σε μια δομή με διάμετρο 100-200 nm, που ονομάζεται μεσοφασικό χρωμόνημα.

Ξεχωριστές περιοχές του μεσοφασικού χρωμονήματος υφίστανται περαιτέρω συμπίεση, σχηματίζοντας δομικά μπλοκ,ενώνοντας γειτονικούς βρόχους με την ίδια οργάνωση (Εικ. 3.49). Βρίσκονται στον πυρήνα της μεσόφασης με τη μορφή σβώλων χρωματίνης. Είναι πιθανό η ύπαρξη τέτοιων δομικών μπλοκ να καθορίζει το μοτίβο ανομοιόμορφης κατανομής ορισμένων χρωστικών στα χρωμοσώματα μεταφάσεως, το οποίο χρησιμοποιείται σε κυτταρογενετικές μελέτες (βλ. Ενότητες 3.5.2.3 και 6.4.3.6).

Ο άνισος βαθμός συμπίεσης διαφορετικών τμημάτων των μεσοφασικών χρωμοσωμάτων έχει μεγάλο λειτουργική αξία. Ανάλογα με την κατάσταση της χρωματίνης, υπάρχουν ευχρωματικότμήματα χρωμοσωμάτων που είναι λιγότερο πυκνά συσκευασμένα σε μη διαιρούμενα κύτταρα και δυνητικά μεταγράφονται, και ετεροχρωματικήπεριοχές που χαρακτηρίζονται από συμπαγή οργάνωση και γενετική αδράνεια. Μέσα στα όριά τους, η μεταγραφή βιολογικών πληροφοριών δεν συμβαίνει.

Υπάρχουν συστατική (δομική) και προαιρετική ετεροχρωματίνη.

συστατικόΗ ετεροχρωματίνη βρίσκεται στις περικεντρομερείς και τελομερείς περιοχές όλων των χρωμοσωμάτων, καθώς και σε ορισμένα εσωτερικά θραύσματα μεμονωμένων χρωμοσωμάτων (Εικ. 3.50). Σχηματίζεται μόνο από μη μεταγραφόμενο DNA. Πιθανώς, ο ρόλος του είναι η διατήρηση της συνολικής δομής του πυρήνα, η σύνδεση της χρωματίνης στο πυρηνικό περίβλημα, η αμοιβαία αναγνώριση ομόλογων χρωμοσωμάτων κατά τη διάρκεια της μείωσης, ο διαχωρισμός των γειτονικών δομικών γονιδίων και η συμμετοχή στη ρύθμιση της δραστηριότητάς τους.

Ρύζι. 3.49. Δομικοί λίθοι στην οργάνωση της χρωματίνης.

ΑΛΛΑ -κυκλική δομή της χρωματίνης.

Β -περαιτέρω συμπύκνωση των βρόχων χρωματίνης.

AT -συσχέτιση βρόχων με παρόμοια δομή σε μπλοκ με το σχηματισμό της τελικής μορφής του ενδιάμεσου χρωμοσώματος

Ρύζι. 3,50. Συστατική ετεροχρωματίνη σε ανθρώπινα χρωμοσώματα μεταφάσης

Ενα παράδειγμα προαιρετικόςΗ ετεροχρωματίνη χρησιμεύει ως σώμα φυλετικής χρωματίνης, η οποία σχηματίζεται κανονικά στα κύτταρα των οργανισμών του ομογαματικού φύλου (στον άνθρωπο, το γυναικείο φύλο είναι ομογαμητικό) ενός από τα δύο χρωμοσώματα Χ. Τα γονίδια σε αυτό το χρωμόσωμα δεν μεταγράφονται. Ο σχηματισμός προαιρετικής ετεροχρωματίνης σε βάρος του γενετικού υλικού άλλων χρωμοσωμάτων συνοδεύει τη διαδικασία της κυτταρικής διαφοροποίησης και χρησιμεύει ως μηχανισμός για την απενεργοποίηση της ενεργού λειτουργίας ομάδων γονιδίων των οποίων η μεταγραφή δεν απαιτείται σε κύτταρα μιας δεδομένης εξειδίκευσης. Από αυτή την άποψη, το πρότυπο της χρωματίνης των κυτταρικών πυρήνων από διαφορετικούς ιστούς και όργανα στα ιστολογικά παρασκευάσματα ποικίλλει. Ένα παράδειγμα είναι η ετεροχρωματοποίηση της χρωματίνης στους πυρήνες των ώριμων ερυθροκυττάρων πτηνών.

Τα αναφερόμενα επίπεδα δομικής οργάνωσης της χρωματίνης βρίσκονται σε ένα μη διαιρούμενο κύτταρο, όταν τα χρωμοσώματα δεν είναι ακόμη αρκετά συμπιεσμένα ώστε να είναι ορατά σε ένα μικροσκόπιο φωτός ως ξεχωριστές δομές. Μόνο μερικές από τις περιοχές τους με μεγαλύτερη πυκνότητα συσσώρευσης ανιχνεύονται στους πυρήνες με τη μορφή συστάδων χρωματίνης (Εικ. 3.51).

Ρύζι. 3.51. Η ετεροχρωματίνη στον πυρήνα της μεσοφάσεως

Συμπαγείς κηλίδες ετεροχρωματίνης συγκεντρώθηκαν γύρω από τον πυρήνα και την πυρηνική μεμβράνη

χρωμόσωμα μεταφάσεως.Η είσοδος ενός κυττάρου από τη μεσοφάση στη μίτωση συνοδεύεται από υπερσυμπύκνωση της χρωματίνης. Τα μεμονωμένα χρωμοσώματα γίνονται σαφώς διακριτά. Αυτή η διαδικασία ξεκινά στην προφάση, φτάνοντας στη μέγιστη έκφρασή της στη μετάφαση της μίτωσης και της ανάφασης (βλ. Ενότητα 2.4.2). Στην τελόφαση της μίτωσης, εμφανίζεται αποσυμπύκνωση της χρωμοσωμικής ουσίας, η οποία αποκτά τη δομή της χρωματίνης μεσοφάσης. Η περιγραφόμενη μιτωτική υπερσυμπύκνωση διευκολύνει την κατανομή των χρωμοσωμάτων στους πόλους της μιτωτικής ατράκτου στην ανάφαση της μίτωσης. Ο βαθμός συμπίεσης της χρωματίνης σε διαφορετικές περιόδους του μιτωτικού κύκλου του κυττάρου μπορεί να εκτιμηθεί από τα δεδομένα που δίνονται στον Πίνακα 1. 3.2.