โครงสร้างโครมาตินและองค์ประกอบทางเคมี องค์ประกอบทางเคมีและโครงสร้างพิเศษของนิวเคลียสของเซลล์ คุณสมบัติของโครงสร้างของนิวคลีโอเลมมา โครมาติน และนิวเคลียส ระดับของการจัดระเบียบโครมาติน ส่วนประกอบโครงสร้างและหน้าที่ของโครมาติน

โครมาตินเป็นสารพันธุกรรมจำนวนมากที่ประกอบด้วยดีเอ็นเอและโปรตีนที่ควบแน่นเพื่อสร้างโครโมโซมในระหว่างการแบ่งตัวของยูคาริโอต โครมาตินพบได้ในเซลล์ของเรา

หน้าที่หลักของโครมาตินคือการบีบอัด DNA ให้เป็นหน่วยขนาดกะทัดรัดที่เทอะทะน้อยกว่าและสามารถบรรจุลงในนิวเคลียสได้ โครมาตินประกอบด้วยคอมเพล็กซ์ของโปรตีนขนาดเล็กที่เรียกว่าฮิสโตนและดีเอ็นเอ

ฮีสโตนช่วยจัดระเบียบ DNA ให้เป็นโครงสร้างที่เรียกว่านิวคลีโอโซม ซึ่งเป็นรากฐานสำหรับการห่อหุ้มดีเอ็นเอ นิวคลีโอโซมประกอบด้วยลำดับของสายดีเอ็นเอที่พันรอบฮิสโตนแปดชุดที่เรียกว่าออคโตเมอร์ นิวคลีโอโซมถูกพับต่อไปเพื่อสร้างเส้นใยโครมาติน เส้นใยโครมาตินจะขดและควบแน่นเพื่อสร้างโครโมโซม โครมาตินช่วยให้กระบวนการต่างๆ ของเซลล์รวมถึงการจำลองแบบของดีเอ็นเอ การถอดความ การซ่อมแซมดีเอ็นเอ การรวมตัวกันอีกครั้งทางพันธุกรรม และการแบ่งเซลล์

ยูโครมาตินและเฮเทอโรโครมาติน

โครมาตินภายในเซลล์สามารถบีบอัดได้ในระดับที่แตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับระยะของเซลล์ใน โครมาตินในนิวเคลียสมีอยู่ในรูปของยูโครมาตินหรือเฮเทอโรโครมาติน ในช่วงระหว่างเฟส เซลล์จะไม่แบ่งตัวแต่จะมีการเจริญเติบโตเป็นระยะเวลาหนึ่ง โครมาตินส่วนใหญ่อยู่ในรูปแบบที่มีขนาดกะทัดรัดน้อยกว่าที่เรียกว่ายูโครมาติน

DNA สัมผัสกับ euchromatin ซึ่งช่วยให้สามารถจำลองแบบและถอดรหัส DNA ได้ ในระหว่างการถอดรหัส DNA double helix จะคลายและเปิดออกเพื่อให้สามารถคัดลอกโปรตีนที่เข้ารหัสได้ การจำลองแบบและการถอดความของดีเอ็นเอเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับเซลล์ในการสังเคราะห์ดีเอ็นเอ โปรตีน และเพื่อเตรียมพร้อมสำหรับการแบ่งเซลล์ (หรือ)

มีโครมาตินอยู่เล็กน้อยในรูปของเฮเทอโรโครมาตินระหว่างเฟส โครมาตินนี้บรรจุอย่างหนาแน่นซึ่งไม่อนุญาตให้มีการถอดรหัสยีน เฮเทอโรโครมาตินย้อมด้วยสีย้อมที่มีสีเข้มกว่ายูโครมาติน

โครมาตินในไมโทซิส:

คำทำนาย

ในระหว่างการพยากรณ์ของไมโทซิส เส้นใยโครมาตินจะเปลี่ยนเป็นโครโมโซม โครโมโซมจำลองแต่ละอันประกอบด้วยสองโครมาทิดที่เชื่อมต่อกัน

เมตาเฟส

ในช่วงเมตาเฟส โครมาตินจะถูกบีบอัดอย่างมาก โครโมโซมเรียงตัวอยู่บนแผ่นเมตาเฟส

แอนาเฟส

ในช่วงแอนาเฟส โครโมโซมคู่ () จะถูกแยกออกและดึงออกมาโดยไมโครทูบูลแกนหมุนไปยังขั้วตรงข้ามของเซลล์

เทโลเฟส

ในเทโลเฟส แต่ละนิวเคลียสจะเคลื่อนเข้าสู่นิวเคลียสของตนเอง เส้นใยโครมาตินคลายตัวและกระชับน้อยลง หลังจากไซโตไคเนซิสจะเกิดเซลล์ที่เหมือนกันทางพันธุกรรมสองเซลล์ แต่ละเซลล์มีจำนวนโครโมโซมเท่ากัน โครโมโซมยังคงคลายตัวและยืดโครมาตินที่ขึ้นรูปให้ยาวขึ้น

โครมาติน โครโมโซม และโครมาทิด

ผู้คนมักมีปัญหาในการแยกแยะระหว่างคำว่า โครมาติน โครโมโซม และโครมาทิด แม้ว่าโครงสร้างทั้งสามจะประกอบขึ้นจาก DNA และอยู่ภายในนิวเคลียส แต่แต่ละโครงสร้างก็ถูกกำหนดแยกจากกัน

โครมาตินประกอบด้วย DNA และฮิสโตน ซึ่งบรรจุเป็นเส้นใยบางๆ เส้นใยโครมาตินเหล่านี้ไม่ควบแน่น แต่สามารถมีอยู่ในรูปแบบที่มีขนาดกะทัดรัด (เฮเทอโรโครมาติน) หรือรูปแบบที่มีขนาดกะทัดรัดน้อยกว่า (ยูโครมาติน) กระบวนการต่างๆ รวมถึงการจำลองแบบของดีเอ็นเอ การถอดความ และการรวมตัวกันใหม่เกิดขึ้นในยูโครมาติน ระหว่างการแบ่งเซลล์ โครมาตินจะควบแน่นเพื่อสร้างโครโมโซม

เป็นโครงสร้างแบบเส้นเดี่ยวของโครมาตินควบแน่น ในระหว่างกระบวนการแบ่งเซลล์ผ่านไมโทซิสและไมโอซิส โครโมโซมจะถูกจำลองแบบเพื่อให้แน่ใจว่าเซลล์ลูกใหม่แต่ละเซลล์ได้รับจำนวนโครโมโซมที่ถูกต้อง โครโมโซมที่ทำซ้ำมีลักษณะเป็นเกลียวคู่และมีรูปร่าง X ที่คุ้นเคย ทั้งสองเส้นเหมือนกันและเชื่อมต่อกันในบริเวณศูนย์กลางที่เรียกว่าเซนโทรเมียร์

เป็นหนึ่งในสองสายของโครโมโซมจำลอง โครมาทิดที่เชื่อมต่อกันด้วยเซนโทรเมียร์เรียกว่าซิสเตอร์โครมาทิด เมื่อสิ้นสุดการแบ่งเซลล์ โครมาทิดน้องสาวจะแยกจากโครโมโซมลูกในเซลล์ลูกที่เพิ่งสร้างใหม่

เฮเทอโรโครมาติน - ส่วนของโครโมโซมที่อยู่ในสถานะกะทัดรัดตลอดเวลา

Euchromatin - บริเวณโครโมโซมที่บรรจุไม่ดี (กลั่นตัว)

ในบริเวณใกล้ศูนย์กลางของโครโมโซมและแขนสั้นของโครโมโซมอะโครเซนตริก เฮเทอโรโครมาตินจะถูกย้อม ซึ่งกำหนดให้เป็นโครงสร้าง ซึ่งตรวจพบอย่างต่อเนื่องทั้งในระหว่างการแบ่งเซลล์แบบไมโทติคและในนิวเคลียสระหว่างเฟส เฮเทอโรโครมาตินอีกประเภทหนึ่งเกิดจากการอัดแน่นของบริเวณยูโครมาติกและมียีนที่เกี่ยวข้องกับเมแทบอลิซึมของโปรตีน การควบแน่นของส่วนปัญญาสามารถย้อนกลับได้ ส่งผลให้เกิดการควบแน่น

โครโมโซมประกอบด้วย DNA (ประมาณ 40%) และโปรตีน (ประมาณ 60%) ก่อตัวเป็นนิวคลีโอโปรตีนคอมเพล็กซ์ โปรตีนแบ่งออกเป็นสองกลุ่ม: ฮิสโตนและไม่ใช่ฮิสโตน ฮิสโตนมีห้าโมเลกุล: H1, H2A, H2B, H3 และ H4 โปรตีนฮิสโตนคิดเป็น 40 ถึง 80% ของโปรตีนในโครโมโซมทั้งหมด ประกอบด้วยโมเลกุลขนาดเล็ก (+) ที่มีประจุไฟฟ้า พวกเขาถูกครอบงำโดยกรดอะมิโนหลักอาร์จินีนและไลซีน เนื่องจากโครงสร้าง โปรตีนฮิสโตนจึงรวมตัวกับ (-) DNA ที่มีประจุ ก่อตัวเป็น DNA-histone complex คอมเพล็กซ์นี้เรียกว่าโครมาติน กิส โปรตีนทำหน้าที่เป็นบรรจุภัณฑ์เฉพาะของโมเลกุลดีเอ็นเอขนาดใหญ่ให้เป็นโครงสร้างที่กะทัดรัดของโครโมโซม ฮีสโตนป้องกันไม่ให้อ่านข้อมูลทางชีววิทยาที่มีอยู่ใน DNA นี่คือบทบาทการกำกับดูแลของพวกเขา นอกจากนี้โปรตีนเหล่านี้ยังทำหน้าที่เป็นโครงสร้างโดยจัดให้มีการจัดระเบียบเชิงพื้นที่ของ DNA ในโครโมโซม

จำนวนเศษส่วนของโปรตีนที่ไม่ใช่ฮิสโตนมีมากกว่า 100 ในจำนวนนี้มีเอนไซม์สำหรับการสังเคราะห์และการประมวลผลของ RNA การทำซ้ำและการซ่อมแซม DNA โปรตีนที่เป็นกรดของโครโมโซมก็มีบทบาททางโครงสร้างและกฎระเบียบเช่นกัน นอกจาก DNA และโปรตีนแล้ว RNA, lipids, polysaccharides และ metal ion ยังพบในโครโมโซมอีกด้วย โครโมโซม RNA บางส่วนแสดงโดยผลิตภัณฑ์การถอดรหัสที่ยังไม่ออกจากไซต์ของการสังเคราะห์ เศษส่วนบางส่วนมีหน้าที่กำกับดูแล บทบาทการควบคุมส่วนประกอบของโครโมโซมคือการ "ห้าม" หรือ "อนุญาต" การตัดข้อมูลจากโมเลกุลดีเอ็นเอ

ในส่วนต่าง ๆ ของโครโมโซม DNA มีองค์ประกอบและคุณสมบัติแตกต่างกัน

ในบริเวณที่มีการหดตัวหลักจะมี DNA ของ centromeric ตั้งอยู่ Telomeres ประกอบด้วย DNA พิเศษที่ป้องกันไม่ให้โครโมโซมสั้นลงระหว่างการจำลองแบบ ในโซนของการหดตัวทุติยภูมิ มีส่วนของ DNA ที่รับผิดชอบในการสังเคราะห์ rRNA ในอ้อมแขนของโครโมโซมนั้นมีส่วนหลักของ DNA ซึ่งมีหน้าที่ในการสังเคราะห์ RNA ของผู้ส่งสารจำนวนมาก

รักษาความต่อเนื่องในการสร้างเซลล์จำนวนหนึ่ง โครมาตินขึ้นอยู่กับช่วงเวลาและระยะของวัฏจักรเซลล์ การเปลี่ยนแปลงของมัน องค์กร.ในเฟสด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบแสงตรวจพบในรูปแบบของกระจุกที่กระจายอยู่ในนิวเคลียสของนิวเคลียส ในระหว่างการเปลี่ยนเซลล์เป็นไมโทซิส โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเมตาเฟส โครมาตินจะอยู่ในรูปของวัตถุที่มีคราบสีเข้มข้นซึ่งมีความแตกต่างอย่างชัดเจน - โครโมโซม

รูปแบบระหว่างเฟสและเมตาเฟสของการมีอยู่ของโครมาตินถือเป็นตัวแปรสองขั้วของการจัดระเบียบโครงสร้างที่เชื่อมต่อกันในวัฏจักรไมโทติคโดยการเปลี่ยนผ่านร่วมกัน มุมมองที่พบบ่อยที่สุดคือโครมาติน (โครโมโซม) เป็นเกลียวเกลียว ในขณะเดียวกันก็มีความแตกต่างของการทำให้เป็นเกลียว (การทำให้แน่น) ของโครมาตินหลายระดับ

เส้นใยนิวคลีโอโซม . การจัดระเบียบโครมาตินในระดับนี้มีให้โดยนิวคลีโอโซมฮิสโตนสี่ประเภท: H2A, H2B, H3, H4 พวกมันก่อตัวเป็นโปรตีนรูปร่างเด็กซน - คอร์เทกซ์ประกอบด้วยแปดโมเลกุล (ฮิสโตนแต่ละชนิดสองโมเลกุล)

ไฟบริลโครมาติน การอัดแน่นเพิ่มเติมของสายนิวคลีโอโซมมีให้โดยลูกสูบ HI ซึ่งโดยการเชื่อมต่อกับตัวเชื่อมโยง DNA และตัวโปรตีนสองตัวที่อยู่ติดกัน ทำให้พวกมันเข้าใกล้กันมากขึ้น เป็นผลให้มีการสร้างโครงสร้างที่กะทัดรัดขึ้น สร้างขึ้น ซึ่งอาจจะเป็นเหมือนโซลินอยด์ ไฟบริลโครมาตินหรือที่เรียกว่ามูลฐานมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 20-30 นาโนเมตร

โครโมนีมาระหว่างเฟส . ระดับต่อไปของการจัดระเบียบโครงสร้างของสารพันธุกรรมเกิดจากการพับของโครมาตินไฟบริลเป็นลูป เห็นได้ชัดว่าโปรตีนที่ไม่ใช่ฮิสโตนมีส่วนเกี่ยวข้องกับการก่อตัวของพวกมัน ซึ่งสามารถจดจำลำดับนิวคลีโอไทด์เฉพาะของ DNA นอกนิวคลีโอโซมที่แยกออกจากกันด้วยคู่เบสหลายพันคู่ โปรตีนเหล่านี้รวบรวมพื้นที่ที่ระบุด้วยการก่อตัวของลูปจากชิ้นส่วนของโครมาตินไฟบริลที่อยู่ระหว่างพวกมัน อันเป็นผลมาจากบรรจุภัณฑ์ดังกล่าว ไฟบริลโครมาตินที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 20-30 นาโนเมตรจะถูกเปลี่ยนเป็นโครงสร้างที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 100-200 นาโนเมตร ซึ่งเรียกว่าโครโมเนมาระหว่างเฟส .

ส่วนที่แยกจากกันของโครโมเนมาระหว่างเฟสได้รับการบดอัดเพิ่มเติม สร้างบล็อกโครงสร้างที่รวมลูปที่อยู่ติดกันเป็นองค์กรเดียวกัน

โครโมโซมพู่กันพบในไข่ของปลา สัตว์สะเทินน้ำสะเทินบก สัตว์เลื้อยคลาน และนกในระยะไดโพลทีน โครโมโซมทั้งสองแต่ละแท่งเป็นไบวาเลนต์และประกอบด้วยโครมาทิด 2 โครมาทิด ดังนั้นเมื่อมีการคอนจูเกต โครงสร้างสี่โครมาทิดที่ขยายออกมาจึงเกิดขึ้น โครมาทิดแต่ละโครมาทิดประกอบด้วยเกลียวในแนวแกนที่บิดแน่นโดยมีลูปด้านข้างยื่นออกมาจากโครมาทิด เกิดจากเกลียวคู่ของดีเอ็นเอเดี่ยว ลูปเหล่านี้อาจเป็นตัวแทนของ DNA ที่เป็นอิสระจากโปรตีนสำหรับการถอดความ โครโมโซมเช่น "ล. sch" มีการถอดเสียงมากกว่า xp-we ทั่วไป นี่เป็นเพราะความต้องการสะสมผลิตภัณฑ์ยีนจำนวนมากในโอโอไซต์

บรรยายครั้งที่ 2.13.9.11. “ขั้นตอนการก่อตัวของทฤษฎีเซลล์ เซลล์เป็นหน่วยโครงสร้างของสิ่งมีชีวิต

ขั้นตอนของการก่อตัวของทฤษฎีเซลล์:

1) 1665 - R. Hooke ตั้งชื่อเซลล์ว่า "cellula"

2) 1839 - Schleiden และ Schwann เสนอกรงใหม่ ทฤษฎี

เซลล์ - หน่วยโครงสร้างของพืชและสัตว์

กระบวนการสร้างเซลล์จะเป็นตัวกำหนดการเจริญเติบโตและพัฒนาการของเซลล์

2401 - Virchow เพิ่มกรง ทฤษฎี

"ทุกเซลล์จากเซลล์"

3) กรงที่ทันสมัย ทฤษฎี

เซลล์เป็นหน่วยโครงสร้างและหน้าที่พื้นฐานของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด

เซลล์ของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์มีโครงสร้าง องค์ประกอบ และการแสดงออกที่สำคัญของกิจกรรมที่สำคัญคล้ายคลึงกัน

การสืบพันธุ์ - การแบ่งเซลล์แม่เดิม

เซลล์ของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ตามหน้าที่และสร้างเนื้อเยื่อ → อวัยวะ → ระบบอวัยวะ → สิ่งมีชีวิต

แผนทั่วไปของโครงสร้างเซลล์ยูคาริโอต

องค์ประกอบหลักสามอย่างของเซลล์คือ:

1)เยื่อหุ้มเซลล์ไซโตพลาสซึม (พลาสมาเลมมา)

ไขมันสองชั้นและโปรตีนหนึ่งชั้นนั่งบนพื้นผิวของชั้นไขมันหรือแช่อยู่ในนั้น

ฟังก์ชั่น:

การกำหนดขอบเขต

ขนส่ง

ป้องกัน

ตัวรับ (สัญญาณ)

2)พลาสซึม:

ก) ไฮยาโลพลาสซึม (สารละลายคอลลอยด์ของโปรตีน ฟอสโฟลิปิด และสารอื่นๆ อาจเป็นเจลและโซลก็ได้)

ฟังก์ชั่นไฮยาโลพลาสซึม:

ขนส่ง

สภาวะสมดุล

การเผาผลาญอาหาร

การสร้างสภาวะที่เหมาะสมสำหรับการทำงานของออร์แกเนลล์

ข) ออร์แกเนลล์ - ส่วนประกอบถาวรของไซโตพลาสซึม, มีการกำหนด. การก่อสร้างและการดำเนินการ แน่นอน ฟังก์ชั่น.

การจำแนกออร์แกเนลล์:

○ โดยการแปล:

นิวเคลียร์ (นิวเคลียสและโครโมโซม)

ไซโตพลาสมิก (ER, ไรโบโซม)

○ ตามโครงสร้าง:

เมมเบรน:

a) เมมเบรนเดี่ยว (lysosomes, ER, Golgi apparatus, vacuoles, peroxisomes, spherosomes)

b) เมมเบรนสองอัน (พลาสมิด, ไมโทคอนเดรีย)

ไม่ใช่เมมเบรน (ไรโบโซม ไมโครทูบูล ไมโอไฟบริล ไมโครฟิลาเมนต์)

○ โดยได้รับการแต่งตั้ง:

ทั่วไป (พบได้ในทุกเซลล์)

พิเศษ (มีในบางเซลล์ - plastids, cilia, flagella)

○ ตามขนาด:

มองเห็นได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง (EPS, Golgi apparatus)

มองไม่เห็นด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง (ไรโบโซม)

การรวม- ส่วนประกอบที่ไม่ถาวรของเซลล์ที่มีการกำหนด การก่อสร้างและการดำเนินการ แน่นอน ฟังก์ชั่น.

3)แกนกลาง

เยื่อหุ้มชั้นเดียว.

ER (เอนโดพลาสมิกเรติคูลัม, เรติคูลัม)

ระบบของโพรงและท่อที่เชื่อมต่อถึงกันซึ่งเชื่อมต่อกับเยื่อหุ้มนิวเคลียสชั้นนอก

หยาบ (เม็ด).มีไรโบโซม → การสังเคราะห์โปรตีน

เรียบ (เป็นเม็ด)การสังเคราะห์ไขมันและคาร์โบไฮเดรต

ฟังก์ชั่น:

1) ตัวคั่น

2) การขนส่ง

3) การกำจัดสารพิษออกจากเซลล์

4) การสังเคราะห์สเตียรอยด์

เครื่องมือ Golgi (คอมเพล็กซ์ lamellar)

กองท่อแบนและถังน้ำซึ่งเรียก ดิกโตโซม.

เผด็จการ- แผ่นดิสก์แบน 3-12 แผ่นที่เรียกว่าถังเก็บน้ำ (มากถึง 20 dictos)

ฟังก์ชั่น:

1) ความเข้มข้น การปลดปล่อย และการอัดแน่นของการหลั่งระหว่างเซลล์

2) การสะสมของไกลโคและไลโปโปรตีน

3) การสะสมและการกำจัดสารออกจากเซลล์

4) การก่อตัวของฟิชชันร่องระหว่างเซลล์

5) การก่อตัวของไลโซโซมหลัก

ไลโซมา.

ถุงน้ำที่ล้อมรอบด้วยเยื่อเดียวและมีเอนไซม์ไฮโดรไลติก

ฟังก์ชั่น:

1) การย่อยของวัสดุที่ถูกดูดซึม

2) การทำลายแบคทีเรียและไวรัส

3) autolysis (การทำลายชิ้นส่วนของเซลล์และอวัยวะที่ตายแล้ว)

4) การกำจัดเซลล์ทั้งหมดและสารระหว่างเซลล์

เพอรอกซิโซม.

ถุงที่ล้อมรอบด้วยเยื่อเดียวที่มีเปอร์ออกซิเดส

ฟังก์ชั่น- ออกซิเดชัน org. สาร

ทรงกลม

ออร์แกเนลล์ทรงรีล้อมรอบด้วยเยื่อหุ้มชั้นเดียวที่มีไขมัน

ฟังก์ชั่น– การสังเคราะห์และการสะสมไขมัน

แวคิวโอล

โพรงในไซโตพลาสซึมของเซลล์ล้อมรอบด้วยเยื่อหุ้มชั้นเดียว

ในพืช (น้ำเลี้ยงเซลล์ - การละลายของสารอินทรีย์และอนินทรีย์) และเซลล์เดียว สัตว์ (การย่อยอาหาร การหดตัว - การควบคุมการดูดซึมและการขับถ่าย)

เมมเบรนสองชั้น

แกน

1)เปลือก (คารีโอเลมมา):

เยื่อสองชิ้นเต็มไปด้วยรูขุมขน

ช่องว่างระหว่างเยื่อหุ้มเซลล์

เยื่อหุ้มชั้นนอกเกี่ยวข้องกับ ER

ฟังก์ชั่น - ป้องกันและขนส่ง

2)รูขุมขนนิวเคลียร์

3)น้ำนิวเคลียร์:

ตามสภาพร่างกาย สถานะใกล้เคียงกับไฮยาโลพลาสซึม

โดย สถานะทางเคมีมีมากขึ้น กรดนิวคลีอิก

4)นิวเคลียส:

ส่วนประกอบหลักที่ไม่ใช่เมมเบรน

อาจมีอย่างใดอย่างหนึ่งหรือมากกว่านั้น

เกิดขึ้นที่ตำแหน่งเฉพาะบนโครโมโซม (ตัวจัดระเบียบนิวเคลียส)

ฟังก์ชั่น:

การสังเคราะห์ rRNA

การสังเคราะห์ tRNA

การสร้างไรโบโซม

5)โครมาติน– สาย DNA + โปรตีน

6)โครโมโซม- โครมาตินที่มีเกลียวสูงซึ่งประกอบด้วยยีน

7)karyoplasm หนืด

โครงสร้างพิเศษของโครโมโซม

โครโมโซม → 2 โครมาทิด (เชื่อมต่อกันในบริเวณเซนโทรเมียร์) → 2 เซมิโครมาทิด → โครโมเนมาตา → ไมโครไฟบริล (30-45% DNA + โปรตีน)

ดาวเทียมบริเวณของโครโมโซมที่แยกออกจากกันโดยการตีบรอง

เทโลเมียร์- บริเวณปลายของโครโมโซม

ประเภทของโครโมโซมขึ้นอยู่กับตำแหน่งของเซนโทรเมียร์:

1) ด้านเท่ากันหมด (methocentric)

2) ไหล่ไม่เท่ากัน (submetacentric)

3) รูปแท่ง (acrocentric)

คาโรไทป์- ชุดข้อมูลจำนวน รูปร่าง และขนาดของโครโมโซม

สำนวน– การสร้างกราฟิกของคาริโอไทป์

คุณสมบัติของโครโมโซม:

1)ความคงที่ของจำนวน

ในสิ่งมีชีวิตชนิดหนึ่ง จำนวนโครโมโซมจะคงที่เสมอ

2)การจับคู่- ใน เซลล์ร่างกายโครโมโซมแต่ละแท่งมีคู่ของตัวเอง (homologous chromosome)

3)บุคลิกลักษณะ- โครโมโซมแต่ละตัวมีลักษณะเฉพาะของตัวเอง (ขนาด รูปร่าง ...)

4)ความต่อเนื่อง- โครโมโซมแต่ละแท่งของโครโมโซม

หน้าที่ของโครโมโซม:

1) การจัดเก็บข้อมูลทางพันธุกรรม

2) การถ่ายโอนข้อมูลทางพันธุกรรม

3) การใช้ข้อมูลทางพันธุกรรม

ไมโทคอนเดรีย.

1) ประกอบด้วย 2 เยื่อ:

ภายนอก (เรียบ, ด้านในมีส่วนที่ยื่นออกมา - คริสเต)

ภายนอก (หยาบ)

2) ภายในช่องว่างที่เต็มไปด้วยเมทริกซ์ใน ct คือ:

ไรโบโซม

โปรตีนเป็นเอนไซม์

ฟังก์ชั่น:

1) การสังเคราะห์ ATP

2) การสังเคราะห์โปรตีนไมโทคอนเดรีย

3) การสังเคราะห์นิวเคลียส กรด

4) การสังเคราะห์คาร์โบไฮเดรตและไขมัน

5) การก่อตัวของไรโบโซมของไมโทคอนเดรีย

Plastids

1) ออร์แกเนลล์สองเยื่อหุ้ม

2) ภายใน stroma ใน ct ตั้งอยู่tillakoides → Grana

3) ใน stroma:

ไรโบโซม

คาร์โบไฮเดรต

ตามสีจะแบ่งออกเป็น:

1) คลอโรพลาสต์ (สีเขียว, คลอโรฟิลล์). การสังเคราะห์ด้วยแสง.

2) โครโมพลาสต์:

สีเหลือง (แซนโทฟิลล์)

สีแดง (ไลโคเพคติน)

ส้ม (แคโรทีน)

การระบายสีผลไม้ ใบไม้ และราก

3) เม็ดเลือดขาว (ไม่มีสีไม่มีเม็ดสี) สต็อกของโปรตีน ไขมัน และคาร์โบไฮเดรต

ไม่ใช่เมมเบรน

ไรโบโซม

1) ประกอบด้วย rRNA โปรตีน และแมกนีเซียม

2) สองหน่วยย่อย: ใหญ่และเล็ก

การทำงาน - การสังเคราะห์โปรตีน

โครมาตินซึ่งเป็นองค์ประกอบหลักของนิวเคลียสของเซลล์นั้นค่อนข้างง่ายที่จะได้รับจากนิวเคลียสระหว่างเฟสที่แยกได้และจากโครโมโซมแบบไมโทติคที่แยกได้ ในการทำเช่นนี้ ให้ใช้คุณสมบัติของมันเพื่อเข้าสู่สถานะที่ละลายในระหว่างการสกัดด้วยสารละลายน้ำที่มีความแรงของไอออนต่ำหรือเพียงแค่น้ำปราศจากไอออน ในเวลาเดียวกัน ส่วนของโครมาตินจะพองตัวและกลายเป็นเจล ในการถ่ายโอนการเตรียมการดังกล่าวไปสู่การแก้ปัญหาจริง จำเป็นต้องมีอิทธิพลเชิงกลที่แข็งแกร่ง: การเขย่า การผสม การทำให้เป็นเนื้อเดียวกันเพิ่มเติม แน่นอนว่าสิ่งนี้นำไปสู่การทำลายโครงสร้างโครมาตินดั้งเดิมบางส่วนทำให้แตกออกเป็นเศษเล็กเศษน้อย แต่ในทางปฏิบัติจะไม่เปลี่ยนองค์ประกอบทางเคมี

เศษส่วนโครมาตินที่ได้จากวัตถุต่าง ๆ มีชุดส่วนประกอบที่ค่อนข้างสม่ำเสมอ พบว่าองค์ประกอบทางเคมีทั้งหมดของโครมาตินจากนิวเคลียสระหว่างเฟสและโครโมโซมแบบไมโทติคมีความแตกต่างกันเพียงเล็กน้อย ส่วนประกอบหลักของโครมาตินคือ DNA และโปรตีน ซึ่งส่วนใหญ่เป็นฮิสโตนและโปรตีนที่ไม่ใช่ฮิสโตน (ดูตารางที่ 3)

ตารางที่ 3องค์ประกอบทางเคมีของโครมาติน เนื้อหาของโปรตีนและอาร์เอ็นเอมีความสัมพันธ์กับดีเอ็นเอ

โดยเฉลี่ยแล้ว ในโครมาตินมีประมาณ 40% เป็น DNA และประมาณ 60% เป็นโปรตีน รวมถึงโปรตีนนิวเคลียสจำเพาะด้วย - ฮีสโตนสร้างขึ้นจาก 40 ถึง 80% ของโปรตีนทั้งหมดที่ประกอบกันเป็นโครมาตินที่แยกได้ นอกจากนี้ ส่วนประกอบของโครมาตินแฟรกเมนต์ยังรวมถึงส่วนประกอบของเมมเบรน, RNA, คาร์โบไฮเดรต, ไขมัน, ไกลโคโปรตีน คำถามที่ว่าส่วนประกอบย่อยเหล่านี้รวมอยู่ในโครงสร้างของโครมาตินนั้นยังไม่ได้รับการแก้ไข ดังนั้น ตัวอย่างเช่น RNA อาจถูกถอดความ RNA ที่ยังไม่สูญเสียความสัมพันธ์กับแม่แบบ DNA ส่วนประกอบย่อยอื่นๆ อาจเป็นสารจากเศษร่วมของซองจดหมายนิวเคลียร์

โครงสร้าง โครมาตินเป็นโมเลกุลเชิงซ้อนที่เป็นเส้นใยของดีออกซีไรโบนิวคลีโอโปรตีน (DNP) ซึ่งประกอบด้วย DNA ที่เกี่ยวข้องกับฮิสโตน (ดูรูปที่ 57) ดังนั้นชื่ออื่นของโครมาตินจึงหยั่งราก - นิวคลีโอฮิสโตน. เนื่องจากความสัมพันธ์ของฮิสโตนกับ DNA ทำให้เกิดสารประกอบเชิงซ้อนของนิวคลีอิก-ฮิสโตนที่แปรผันได้ ซึ่งอัตราส่วนของ DNA:histone มีค่าเท่ากับหนึ่งโดยประมาณ นั่นคือ มีอยู่ในน้ำหนักที่เท่ากัน เส้นใย DNP ที่เป็นเส้นใยเหล่านี้เป็นเส้นใยของโครโมโซมเบื้องต้นหรือโครมาติน ความหนาของเส้นใยเหล่านี้อาจแตกต่างกันไปตั้งแต่ 10 ถึง 30 นาโนเมตร ขึ้นอยู่กับระดับของการบรรจุดีเอ็นเอ ในทางกลับกันไฟบริล DNP เหล่านี้สามารถบีบอัดได้มากขึ้นด้วยการก่อตัวของโครงสร้าง DNP ในระดับที่สูงขึ้นจนถึงโครโมโซมแบบไมโทติค บทบาทของโปรตีนที่ไม่ใช่ฮิสโตนบางชนิดคือการก่อตัวของการอัดแน่นของโครมาตินในระดับสูง

โครมาตินดีเอ็นเอ

ในการเตรียมโครมาติน DNA มักจะคิดเป็น 30-40% DNA นี้เป็นโมเลกุลเกลียวคู่ที่คล้ายกับ DNA บริสุทธิ์ที่แยกได้ในสารละลายที่เป็นน้ำ นี่คือหลักฐานจากข้อมูลการทดลองจำนวนมาก ดังนั้น เมื่อสารละลายโครมาตินถูกให้ความร้อน ความหนาแน่นเชิงแสงของสารละลายจะเพิ่มขึ้น ซึ่งเรียกว่า เอฟเฟกต์ไฮเปอร์โครมิกที่เกี่ยวข้องกับการทำลายพันธะไฮโดรเจนระหว่างนิวคลีโอไทด์ระหว่างสายดีเอ็นเอ คล้ายกับสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อดีเอ็นเอบริสุทธิ์ถูกทำให้ร้อน (ละลาย) .

คำถามเกี่ยวกับขนาดและความยาวของโมเลกุล DNA ในองค์ประกอบของโครมาตินมีความสำคัญต่อการทำความเข้าใจโครงสร้างของโครโมโซมโดยรวม ด้วยวิธีการสกัด DNA มาตรฐาน โครมาตินจะมีน้ำหนักโมเลกุล 7-9 x 10 6 ซึ่งน้อยกว่าน้ำหนักโมเลกุลของ DNA จาก Escherichia coli (2.8 x 10 9) มาก น้ำหนักโมเลกุลที่ค่อนข้างต่ำของ DNA จากการเตรียมโครมาตินสามารถอธิบายได้จากความเสียหายเชิงกลต่อ DNA ระหว่างการแยกโครมาติน อย่างไรก็ตาม หาก DNA ถูกแยกเดี่ยวภายใต้เงื่อนไขที่ไม่รวมการเขย่า การทำให้เป็นเนื้อเดียวกัน และอิทธิพลอื่นๆ ดังนั้น โมเลกุล DNA ที่มีความยาวมากๆ สามารถได้รับจากเซลล์ ความยาวของโมเลกุลดีเอ็นเอจากนิวเคลียสและโครโมโซมของเซลล์ยูคารีโอตสามารถศึกษาได้โดยใช้วิธีการถ่ายภาพรังสีด้วยแสงอัตโนมัติ เช่นเดียวกับที่ศึกษาในเซลล์โปรคาริโอต

พบว่าในองค์ประกอบของโครโมโซม ความยาวของโมเลกุล DNA เชิงเส้นแต่ละเส้น ดังนั้นจึงได้โมเลกุล DNA ขนาดตั้งแต่ 0.5 มม. ถึง 2 ซม. จากวัตถุต่าง ๆ ผลลัพธ์เหล่านี้แสดงให้เห็นว่ามีข้อตกลงที่ใกล้เคียงกันระหว่างความยาวของ DNA ที่คำนวณได้ต่อโครโมโซมและการสังเกตด้วยภาพรังสี

หลังจากการสลายเซลล์ยูคาริโอตอย่างอ่อนแล้ว จะสามารถระบุมวลโมเลกุลของ DNA ได้โดยตรงด้วยวิธีทางเคมีกายภาพ แสดงให้เห็นว่าน้ำหนักโมเลกุลสูงสุดของโมเลกุล DNA ของแมลงหวี่คือ 41 x 10 9 ซึ่งมีความยาวประมาณ 2 ซม. ในยีสต์บางชนิดมีโมเลกุล DNA ต่อโครโมโซมที่มีน้ำหนักโมเลกุล 1 x 10 8 -10 9 ซึ่งมีขนาดประมาณ 0.5 มม.

ดีเอ็นเอที่ยาวดังกล่าวเป็นโมเลกุลเดี่ยว ไม่ใช่หลายโมเลกุลที่สั้นกว่า เชื่อมโยงข้ามด้วยความช่วยเหลือของกลุ่มโปรตีนตามที่นักวิจัยบางคนคิด ข้อสรุปนี้เกิดขึ้นหลังจากปรากฎว่าความยาวของโมเลกุล DNA ไม่เปลี่ยนแปลงหลังจากการรักษาด้วยเอนไซม์โปรตีโอไลติก

จำนวนรวมของ DNA ที่รวมอยู่ในโครงสร้างนิวเคลียสของเซลล์ในจีโนมของสิ่งมีชีวิตนั้นแตกต่างกันไปในแต่ละสปีชีส์ แม้ว่าปริมาณของ DNA ต่อเซลล์ในจุลินทรีย์จะต่ำกว่าในสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง พืชชั้นสูง และสัตว์ ดังนั้น ในหนูทดลองหนึ่งตัวจึงมี DNA ต่อนิวเคลียสมากกว่าเชื้อ E. coli เกือบ 600 เท่า การเปรียบเทียบปริมาณของ DNA ต่อเซลล์ในสิ่งมีชีวิตยูคาริโอต เป็นการยากที่จะเห็นความสัมพันธ์ใดๆ ระหว่างระดับความซับซ้อนของสิ่งมีชีวิตและปริมาณของ DNA ต่อนิวเคลียส สิ่งมีชีวิตต่างๆ เช่น แฟลกซ์ เม่นทะเล ปลาคอน (1.4-1.9 pg) หรือปลาถ่านและวัว (6.4 และ 7 pg) มีปริมาณ DNA เท่ากันโดยประมาณ

ความผันผวนอย่างมากของปริมาณ DNA ในกลุ่มอนุกรมวิธานขนาดใหญ่ ในบรรดาพืชชั้นสูง ปริมาณของ DNA ใน ประเภทต่างๆอาจแตกต่างกันหลายร้อยเท่า เช่นเดียวกับปลา ปริมาณ DNA ในสัตว์สะเทินน้ำสะเทินบกต่างกันหลายสิบเท่า

ในสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำบางชนิด ปริมาณของ DNA ในนิวเคลียสนั้นมากกว่าในนิวเคลียสของมนุษย์ถึง 10-30 เท่า แม้ว่าโครงสร้างทางพันธุกรรมของมนุษย์จะซับซ้อนกว่าของกบอย่างไม่มีที่เปรียบ ดังนั้นจึงสามารถสันนิษฐานได้ว่าปริมาณ DNA ที่ "มากเกินไป" ในสิ่งมีชีวิตที่มีการจัดระเบียบต่ำกว่านั้นไม่เกี่ยวข้องกับการปฏิบัติตามบทบาททางพันธุกรรมหรือจำนวนของยีนซ้ำหลายครั้ง

ตารางที่ 4. เนื้อหาของ DNA ในเซลล์ของวัตถุบางชนิด (pg, 10 -12 g)

ปรากฎว่าเป็นไปได้ที่จะแก้ไขปัญหาเหล่านี้บนพื้นฐานของการศึกษาจลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยาการคืนสภาพธรรมชาติของ DNA หรือปฏิกิริยาการผสมพันธุ์ หากโมเลกุลดีเอ็นเอที่แยกส่วนในสารละลายถูกทำให้เสียสภาพธรรมชาติด้วยความร้อนและถูกบ่มที่อุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิที่เกิดการเสียสภาพธรรมชาติเล็กน้อย จากนั้นโครงสร้างสายคู่เดิมของชิ้นส่วนดีเอ็นเอจะได้รับการฟื้นฟูเนื่องจากการรวมตัวของสายโซ่ประกอบกันใหม่ - การเปลี่ยนสภาพธรรมชาติ สำหรับดีเอ็นเอของไวรัสและเซลล์โปรคารีโอตนั้นพบว่าอัตราการเปลี่ยนสภาพดังกล่าวขึ้นอยู่กับขนาดของจีโนมโดยตรง ยิ่งจีโนมใหญ่ขึ้น ปริมาณ DNA ต่ออนุภาคหรือเซลล์ก็ยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ยิ่งต้องใช้เวลามากขึ้นในการบรรจบกันแบบสุ่มของสายเสริมและการเชื่อมโยงใหม่ที่เฉพาะเจาะจง มากกว่าชิ้นส่วนดีเอ็นเอต่างกันในลำดับนิวคลีโอไทด์ (รูปที่ 53) ธรรมชาติของเส้นโค้งการเชื่อมโยงดีเอ็นเอของเซลล์โปรคาริโอตบ่งชี้ว่าไม่มีลำดับเบสซ้ำในจีโนมโปรคาริโอต ทุกส่วนของ DNA ของพวกมันมีลำดับที่ไม่ซ้ำกัน จำนวนและความหลากหลายนั้นสะท้อนถึงระดับความซับซ้อนขององค์ประกอบทางพันธุกรรมของวัตถุ และเป็นผลให้องค์กรทางชีววิทยาโดยรวมของพวกมัน

ภาพที่แตกต่างอย่างสิ้นเชิงของการเชื่อมโยง DNA อีกครั้งนั้นพบได้ในสิ่งมีชีวิตยูคาริโอต ปรากฎว่า DNA ของพวกมันประกอบด้วยเศษส่วนที่หลอมเหลวในอัตราที่สูงกว่าขนาดจีโนมของพวกมันมาก เช่นเดียวกับเศษส่วนของ DNA ที่หลอมละลายอย่างช้าๆ คล้ายกับลำดับดีเอ็นเอเฉพาะของโปรคารีโอต อย่างไรก็ตาม ยูคารีโอตต้องการเวลานานกว่ามากในการคืนสภาพธรรมชาติของเศษส่วนนี้ ซึ่งสัมพันธ์กับขนาดจีโนมโดยรวมที่ใหญ่และยีนเฉพาะที่แตกต่างกันจำนวนมาก

ในส่วนนั้นของยูคาริโอตดีเอ็นเอซึ่งมีอัตราการคืนสภาพธรรมชาติสูง การแยกย่อยออกเป็นสองส่วน: 1) เศษส่วนที่มีลำดับซ้ำสูงหรือบ่อย โดยบริเวณดีเอ็นเอที่คล้ายกันสามารถเกิดซ้ำได้ 10 6 ครั้ง; 2) เศษเสี้ยวของลำดับซ้ำๆ ปานกลางที่เกิดขึ้นในจีโนม 10 2 -10 3 ครั้ง ดังนั้น ในหนูทดลอง เศษส่วนของ DNA ที่มีลำดับซ้ำบ่อยๆ จึงรวม 10% ของจำนวน DNA ทั้งหมดต่อจีโนม และ 15% ตกอยู่กับเศษส่วนที่มีลำดับซ้ำกันในระดับปานกลาง ส่วนที่เหลืออีก 75% ของ DNA ของหนูทั้งหมดแสดงโดยบริเวณเฉพาะที่สอดคล้องกับยีนที่ไม่ซ้ำกันจำนวนมาก

เศษส่วนที่มีลำดับซ้ำๆ กันบ่อยๆ อาจมีความหนาแน่นของการลอยตัวแตกต่างจากกลุ่มของ DNA ดังนั้นจึงสามารถแยกได้ใน รูปแบบที่บริสุทธิ์เช่นเดียวกับที่เรียกว่ากลุ่ม ดีเอ็นเอของดาวเทียม. ในหนู เศษส่วนนี้มีความหนาแน่น 1.691 g/ml และ DNA จำนวนมากคือ 1.700 g/ml ความแตกต่างของความหนาแน่นเหล่านี้ถูกกำหนดโดยความแตกต่างขององค์ประกอบของนิวคลีโอไทด์ ตัวอย่างเช่น ในหนู เศษส่วนนี้มี 35% ของคู่ G และ C และในจุดสูงสุดของ DNA หลัก - 42%

เมื่อปรากฎว่า DNA ดาวเทียมหรือเศษส่วนของ DNA ที่มีลำดับซ้ำบ่อยๆ จะไม่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ RNA ประเภทหลักในเซลล์ และไม่เกี่ยวข้องกับกระบวนการสังเคราะห์โปรตีน ข้อสรุปนี้ทำขึ้นบนพื้นฐานที่ว่าไม่มีเซลล์ RNA ประเภทใด (tRNA, mRNA, rRNA) ผสมกับ DNA ดาวเทียม ดังนั้น DNA เหล่านี้จึงไม่มีลำดับที่รับผิดชอบในการสังเคราะห์ RNA ของเซลล์ DNA ของดาวเทียมไม่ใช่แม่แบบสำหรับการสังเคราะห์ RNA และไม่เกี่ยวข้องกับการถอดความ

มีสมมติฐานว่าลำดับซ้ำๆ ที่ไม่ได้เกี่ยวข้องโดยตรงกับการสังเคราะห์โปรตีนสามารถนำพาข้อมูลที่มีบทบาทเชิงโครงสร้างที่สำคัญในการเก็บรักษาและการทำงานของโครโมโซม สิ่งเหล่านี้อาจรวมถึงบริเวณ DNA จำนวนมากที่เกี่ยวข้องกับโปรตีนของกระดูกสันหลังของนิวเคลียสระหว่างเฟส (ดูด้านล่าง) บริเวณต้นกำเนิดของการจำลองแบบหรือการถอดรหัส รวมถึงบริเวณ DNA ที่ควบคุมกระบวนการเหล่านี้

วิธีการไฮบริไดเซชันของกรดนิวคลีอิกบนโครโมโซมโดยตรง ( ในแหล่งกำเนิด) ศึกษาการแปลของเศษส่วนนี้ เพื่อจุดประสงค์นี้ RNA ที่ติดฉลากด้วย 3 H-uridine ถูกสังเคราะห์โดยใช้เอนไซม์ของแบคทีเรียบน DNA ดาวเทียมที่แยกได้ จากนั้นการเตรียมทางเซลล์วิทยาด้วยโครโมโซมจะต้องผ่านการบำบัดดังกล่าว ซึ่งเกิดการเสียสภาพของดีเอ็นเอ (อุณหภูมิสูง สภาพแวดล้อมที่เป็นด่าง ฯลฯ) หลังจากนั้นติดป้าย 3 H RNA ไว้บนการเตรียมการและการผสมระหว่าง DNA และ RNA ได้สำเร็จ วิทยุอัตโนมัตพบว่า ส่วนใหญ่ฉลากถูกแปลเป็นภาษาท้องถิ่นในโซนของการหดตัวของโครโมโซมหลักในโซนของภูมิภาคศูนย์กลาง นอกจากนี้ยังพบฉลากในส่วนอื่นๆ ของโครโมโซม แต่พบได้น้อยมาก (รูปที่ 54)

ในช่วง 10 ปีที่ผ่านมา มีความก้าวหน้าอย่างมากในการศึกษาวิจัย DNA ศูนย์กลางโดยเฉพาะในเซลล์ยีสต์ ดังนั้น y S.cerevisiae centromeric DNA ประกอบด้วยส่วนที่ซ้ำกัน 110 bp ประกอบด้วยสองภูมิภาคที่อนุรักษ์ไว้ (I และ III) และองค์ประกอบกลาง (II) ที่อุดมด้วยคู่ฐาน AT โครโมโซมของแมลงหวี่มีโครงสร้างคล้าย centromere DNA Human centromeric DNA (alphanoid satellite DNA) ประกอบด้วยมอนอเมอร์ 170 bp ที่จัดเป็นกลุ่มไดเมอร์หรือเพนทาเมอร์ ซึ่งจะสร้างลำดับขนาดใหญ่ตั้งแต่ 1-6 x 10 3 bp หน่วยที่ใหญ่ที่สุดนี้ทำซ้ำ 100-1,000 ครั้ง DNA ของศูนย์กลางที่เฉพาะเจาะจงนี้มีความซับซ้อนด้วยโปรตีนของศูนย์กลางเฉพาะที่เกี่ยวข้องกับการก่อตัว ไคเนโทชอร์, โครงสร้างที่รับรองการเชื่อมต่อของโครโมโซมกับไมโครทูบูลสปินเดิลและในการเคลื่อนที่ของโครโมโซมในแอนาเฟส (ดูด้านล่าง)

นอกจากนี้ยังพบ DNA ที่มีลำดับซ้ำกันอย่างมากใน บริเวณเทโลเมอริกโครโมโซมของสิ่งมีชีวิตยูคาริโอตจำนวนมาก (จากยีสต์สู่มนุษย์) ที่นี่พบซ้ำบ่อยที่สุดซึ่งรวมถึงนิวคลีโอไทด์ guanine 3-4 ตัว ในมนุษย์ Telomeres มีการทำซ้ำ 500-3,000 TTAGGG ส่วนต่าง ๆ ของ DNA เหล่านี้มีบทบาทพิเศษ - เพื่อ จำกัด โครโมโซมจากปลายและป้องกันไม่ให้สั้นลงในกระบวนการทำซ้ำหลายครั้ง

เมื่อเร็ว ๆ นี้พบว่าลำดับดีเอ็นเอซ้ำ ๆ กันอย่างมากของโครโมโซมระหว่างเฟสจับกับโปรตีนโดยเฉพาะ - ลามินที่อยู่ใต้ซองจดหมายนิวเคลียร์และมีส่วนร่วมในการทอดสมอของโครโมโซมระหว่างเฟสที่ถูกแยกออกซึ่งยืดออก ดังนั้นจึงกำหนดลำดับในการแปลโครโมโซมในปริมาตรของเฟส นิวเคลียส.

มีคนแนะนำว่า DNA ดาวเทียมอาจเกี่ยวข้องกับการรับรู้ของบริเวณที่คล้ายคลึงกันของโครโมโซมระหว่างไมโอซิส ตามสมมติฐานอื่นๆ บริเวณที่มีลำดับซ้ำๆ กันบ่อยๆ มีบทบาทเป็นตัวคั่น (สเปเซอร์) ระหว่างหน่วยการทำงานต่างๆ ของโครโมโซม DNA ตัวอย่างเช่น ระหว่างตัวจำลอง (ดูด้านล่าง)

เมื่อปรากฎว่าเศษส่วนของลำดับที่ทำซ้ำในระดับปานกลาง (จาก 102 ถึง 105 ครั้ง) อยู่ในกลุ่ม DNA ที่มีความหลากหลายซึ่งมีบทบาทสำคัญในการสร้างเครื่องมือสังเคราะห์โปรตีน ส่วนนี้ประกอบด้วยยีน DNA ของไรโบโซมที่สามารถทำซ้ำในสายพันธุ์ต่างๆ ได้ตั้งแต่ 100 ถึง 1,000 ครั้ง เศษส่วนนี้รวมถึงไซต์ที่ทำซ้ำหลายทวีคูณสำหรับการสังเคราะห์ tRNA ทั้งหมด ยิ่งไปกว่านั้น ยีนโครงสร้างบางตัวที่รับผิดชอบในการสังเคราะห์โปรตีนบางชนิดสามารถทำซ้ำได้หลายครั้ง โดยแสดงเป็นสำเนาหลายชุด เหล่านี้เป็นยีนสำหรับโปรตีนโครมาติน - ฮิสโตน ทำซ้ำได้ถึง 400 ครั้ง

นอกจากนี้ เศษส่วนนี้ประกอบด้วยส่วนดีเอ็นเอที่มีลำดับต่างกัน (แต่ละคู่นิวคลีโอไทด์ 100-400 คู่) ทำซ้ำหลายครั้ง แต่กระจัดกระจายไปทั่วจีโนม บทบาทของพวกเขายังไม่ชัดเจน มีข้อเสนอแนะว่าบริเวณ DNA ดังกล่าวอาจเป็นตัวแทนของเขตรับหรือเขตควบคุมของยีนที่แตกต่างกัน

ดังนั้น DNA ของเซลล์ยูคาริโอตจึงมีองค์ประกอบต่างกัน มีลำดับนิวคลีโอไทด์หลายคลาส: ลำดับซ้ำบ่อยๆ (> 10 6 ครั้ง) ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของเศษส่วน DNA ดาวเทียมและไม่ได้ถอดความ เศษเสี้ยวของลำดับซ้ำๆ ปานกลาง (10 2 -10 5) ซึ่งเป็นตัวแทนของบล็อกของยีนที่แท้จริง เช่นเดียวกับลำดับสั้นๆ ที่กระจัดกระจายไปทั่วจีโนม เศษเสี้ยวของลำดับที่ไม่ซ้ำกันซึ่งมีข้อมูลสำหรับโปรตีนในเซลล์ส่วนใหญ่

จากแนวคิดเหล่านี้ ความแตกต่างของปริมาณ DNA ที่สังเกตได้ในสิ่งมีชีวิตต่างๆ มีความชัดเจน: พวกมันสามารถเชื่อมโยงกับสัดส่วนที่ไม่เท่ากันของ DNA บางประเภทในจีโนมของสิ่งมีชีวิต ตัวอย่างเช่นในสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำ อัมพิอุมา(ซึ่งมีดีเอ็นเอมากกว่าคนถึง 20 เท่า) มากถึง 80% ของดีเอ็นเอทั้งหมดเป็นลำดับซ้ำๆ มากถึง 70% ในหัวหอม มากถึง 60% ในปลาแซลมอน เป็นต้น ความมั่งคั่งที่แท้จริงของข้อมูลทางพันธุกรรมควรสะท้อนถึงเศษเสี้ยวของลำดับเฉพาะ ไม่ควรลืมว่าในโมเลกุล DNA ตามธรรมชาติของโครโมโซมที่ไม่มีการแยกส่วน ทุกส่วนที่มีลำดับที่ไม่ซ้ำกัน ปานกลาง และซ้ำบ่อยๆ จะเชื่อมโยงกันเป็นสายโซ่ DNA โควาเลนต์ขนาดยักษ์สายเดียว

โมเลกุลของ DNA นั้นต่างกันไม่เพียง แต่ในบริเวณที่มีลำดับนิวคลีโอไทด์ต่างกันเท่านั้น แต่ยังแตกต่างกันในกิจกรรมสังเคราะห์ของพวกมันด้วย

การจำลองแบบของยูคาริโอตดีเอ็นเอ

โครโมโซมของแบคทีเรียจำลองแบบเป็นหน่วยโครงสร้างเดียวโดยมีจุดเริ่มต้นการจำลองแบบหนึ่งจุดและจุดสิ้นสุดหนึ่งจุด ดังนั้น DNA ของวัฏจักรของแบคทีเรียจึงเป็นหนึ่งเดียว จำลอง. จากจุดเริ่มต้น การจำลองแบบจะดำเนินไปในสองทิศทางที่ตรงกันข้าม ดังนั้นในขณะที่สังเคราะห์ดีเอ็นเอ สิ่งที่เรียกว่าตาจำลองจะก่อตัวขึ้น ล้อมรอบทั้งสองด้านด้วยส้อมจำลอง ซึ่งมองเห็นได้ชัดเจนในการศึกษาด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนของการจำลองแบบของไวรัสและแบคทีเรีย โครโมโซม

ในเซลล์ยูคาริโอต การจัดระเบียบของการจำลองแบบของธรรมชาติที่แตกต่างกันคือ polyreplicon ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว ด้วยการรวม 3 HT แบบพัลซิ่ง ฉลากหลายรายการจะปรากฏในโครโมโซมแบบไมโทติคเกือบทั้งหมด ซึ่งหมายความว่าพร้อมกันในโครโมโซมระหว่างเฟสมีสถานที่จำลองแบบหลายแห่งและจุดกำเนิดของการจำลองแบบอิสระหลายแห่ง ปรากฏการณ์นี้ได้รับการศึกษาในรายละเอียดเพิ่มเติมโดยใช้ลายเซ็นของโมเลกุลที่ติดฉลากซึ่งสกัดจาก DNA (รูปที่ 55) หากเซลล์ถูกพัลส์ด้วย 3 HT จากนั้นในกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง รูปแบบของเส้นประ เหล่านี้คือส่วนเล็กๆ ของ DNA ที่สามารถทำซ้ำได้ และระหว่างนั้นเป็นส่วนของ DNA ที่ไม่ได้จำลองซึ่งไม่ได้ทิ้งภาพถ่ายรังสีไว้ ดังนั้นจึงยังคงมองไม่เห็น เมื่อเวลาสัมผัส 3 NT กับเซลล์เพิ่มขึ้น ขนาดของเซกเมนต์ดังกล่าวก็จะเพิ่มขึ้นและระยะห่างระหว่างเซลล์ก็จะลดลง จากการทดลองเหล่านี้ ทำให้สามารถคำนวณอัตราการจำลองแบบของดีเอ็นเอในสิ่งมีชีวิตยูคาริโอตได้อย่างแม่นยำ อัตราการเคลื่อนที่ของ replication fork พบว่าอยู่ที่ 1–3 kb ต่อนาทีในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ประมาณ 1 กิโลไบต์ ต่อนาทีในพืชบางชนิด ซึ่งต่ำกว่าอัตราการจำลองแบบของ DNA ในแบคทีเรียมาก (50 กิโลไบต์ต่อนาที) ในการทดลองเดียวกันโครงสร้างดีเอ็นเอของโพลีรีพลิคอนของยูคาริโอตโครโมโซมได้รับการพิสูจน์โดยตรง: ตามความยาวของโครโมโซมดีเอ็นเอมีไซต์จำลองแบบอิสระหลายแห่ง - แบบจำลอง ตามระยะห่างระหว่างจุดกึ่งกลางของตัวจำลองการติดแท็กที่อยู่ติดกัน เช่น โดยระยะห่างระหว่างจุดเริ่มต้นการจำลองแบบที่อยู่ใกล้เคียงสองจุด เราสามารถทราบขนาดของแบบจำลองแต่ละรายการได้ โดยเฉลี่ยแล้ว ค่าจำลองของสัตว์ที่สูงขึ้นจะอยู่ที่ประมาณ 30 μm หรือ 100 kb ดังนั้นควรมี 20,000-30,000 replicons ในชุดเดี่ยวของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ในยูคาริโอตระดับล่าง ขนาดของเรพลิคอนจะเล็กกว่าประมาณ 40 กิโลไบต์ ดังนั้นในแมลงหวี่จึงมี 3,500 ตัวจำลองต่อจีโนมหนึ่งตัว และในยีสต์มี 400 ตัว ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว การสังเคราะห์ดีเอ็นเอในตัวจำลองมี 2 ทิศทางที่ตรงกันข้าม สิ่งนี้พิสูจน์ได้ง่ายด้วยการถ่ายภาพด้วยรังสีอัตโนมัติ: หากเซลล์หลังฉลากอิมพัลส์ได้รับอนุญาตให้สังเคราะห์ DNA ต่อไปได้ระยะหนึ่งในตัวกลางที่ไม่มี 3 HT การรวมเข้ากับ DNA จะลดลง ฉลากจะเจือจางดังที่เป็นอยู่ และบน radioautograph เป็นไปได้ที่จะเห็นพื้นที่จำลองแบบสมมาตรทั้งสองด้าน ช่วยลดจำนวนเม็ดเงินที่ลดลง

การทำซ้ำปลายหรือส้อมในแบบจำลองจะหยุดเคลื่อนที่เมื่อพวกเขาพบกับส้อมของแบบจำลองที่อยู่ใกล้เคียง (ที่จุดสิ้นสุดร่วมกันกับแบบจำลองที่อยู่ใกล้เคียง) ในที่นี้ บริเวณจำลองของแบบจำลองที่อยู่ใกล้เคียงจะรวมกันเป็นสายโซ่โควาเลนต์เดี่ยวของโมเลกุลดีเอ็นเอที่สังเคราะห์ขึ้นใหม่สองโมเลกุล การแบ่งหน้าที่ของโครโมโซม DNA ออกเป็นแบบจำลองนั้นเกิดขึ้นพร้อมกับการแบ่งโครงสร้างของ DNA เป็นโดเมนหรือลูปซึ่งฐานดังกล่าวถูกยึดเข้าด้วยกันด้วยพันธะโปรตีน

ดังนั้น การสังเคราะห์ DNA ทั้งหมดบนโครโมโซมเดี่ยวจึงดำเนินการผ่านการสังเคราะห์อิสระในแบบจำลองแต่ละอันจำนวนมาก ตามด้วยการรวมปลายของส่วน DNA ที่อยู่ติดกัน ความหมายทางชีววิทยาของคุณสมบัตินี้จะชัดเจนเมื่อเปรียบเทียบการสังเคราะห์ DNA ในแบคทีเรียและยูคาริโอต ดังนั้น โครโมโซม monoreplicon ของแบคทีเรียที่มีความยาว 1600 μm จึงถูกสังเคราะห์ขึ้นในอัตราประมาณครึ่งชั่วโมง หากโมเลกุลของโครโมโซมของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมในหน่วยเซนติเมตรถูกจำลองแบบเป็นโครงสร้างโมโนรีพลิคอนด้วย ก็จะใช้เวลาประมาณหนึ่งสัปดาห์ (6 วัน) แต่ถ้าโครโมโซมดังกล่าวมีตัวจำลองหลายร้อยตัว ก็จะใช้เวลาประมาณหนึ่งชั่วโมงในการจำลองแบบให้สมบูรณ์ ในความเป็นจริง เวลาการจำลองแบบของ DNA ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมคือ 6-8 ชั่วโมง เนื่องจากไม่ได้เปิดแบบจำลองทั้งหมดในโครโมโซมแต่ละอันพร้อมกัน

ในบางกรณีมีการสังเกตการเปิดใช้งานแบบจำลองทั้งหมดพร้อมกันหรือการปรากฏตัวของต้นกำเนิดการจำลองแบบเพิ่มเติมซึ่งทำให้การสังเคราะห์โครโมโซมทั้งหมดเสร็จสมบูรณ์ในเวลาที่สั้นที่สุด ปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นในช่วงแรกของการกำเนิดตัวอ่อนในสัตว์บางชนิด ดังนั้นจึงเป็นที่รู้กันว่าเมื่อบดไข่ของกบเล็บ Xenopus ลาวิสการสังเคราะห์ดีเอ็นเอใช้เวลาเพียง 20 นาที ในขณะที่การเพาะเลี้ยงเซลล์ร่างกายกระบวนการนี้ใช้เวลาประมาณหนึ่งวัน ภาพที่คล้ายกันนี้พบได้ใน Drosophila: ในระยะแรกของตัวอ่อนการสังเคราะห์ DNA ทั้งหมดในนิวเคลียสใช้เวลา 3.5 นาทีและในเซลล์เพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อ - 600 นาที ในเวลาเดียวกันมูลค่าของแบบจำลองในเซลล์เพาะเลี้ยงมีค่ามากกว่าตัวอ่อนเกือบ 5 เท่า

การสังเคราะห์ DNA ตามความยาวของโครโมโซมแต่ละตัวนั้นไม่สม่ำเสมอ พบว่าในโครโมโซมแต่ละแท่ง แอคทีฟเรพลิคอนจะรวมกันเป็นกลุ่ม หน่วยการจำลองแบบ ซึ่งรวมถึง 20-80 ต้นกำเนิดของการจำลองแบบ สิ่งนี้ตามมาจากการวิเคราะห์ DNA radioautographs ซึ่งมีการสังเกตการทำงานร่วมกันของส่วนที่จำลองแบบ เหตุผลอีกประการหนึ่งสำหรับแนวคิดของการมีอยู่ของบล็อกหรือกลุ่มของแบบจำลองหรือหน่วยการจำลองแบบคือการทดลองด้วยการรวม 5'-bromodeoxyuridine (BrdU) ของไทมิดีนอะนาลอกใน DNA การรวม BrdU เข้าไปใน interphase chromatin นำไปสู่ความจริงที่ว่าระหว่างการแบ่งเซลล์ บริเวณที่มี BrdU จะควบแน่นในระดับที่น้อยกว่า (การควบแน่นไม่เพียงพอ) กว่าบริเวณเหล่านั้นที่รวม thymidine ดังนั้นบริเวณของโครโมโซมแบบไมโทติคซึ่ง BrdU มีส่วนเกี่ยวข้องจะถูกย้อมสีเล็กน้อยในการย้อมสีที่แตกต่างกัน สิ่งนี้ทำให้สามารถกำหนดลำดับของการรวมตัวกันของ BrdU ในการเพาะเลี้ยงเซลล์ที่ซิงโครไนซ์ ลำดับการสังเคราะห์ DNA ตามความยาวของโครโมโซมที่ได้รับ ปรากฎว่าสารตั้งต้นรวมอยู่ในโครโมโซมส่วนใหญ่ การรวมส่วนต่าง ๆ เกิดขึ้นตามลำดับอย่างเคร่งครัดในช่วง S โครโมโซมแต่ละตัวมีความเสถียรสูงของลำดับการจำลองตามความยาวของมัน มีรูปแบบการจำลองแบบเฉพาะของตัวเอง

กลุ่มของเรพลิคอนซึ่งรวมกันเป็นหน่วยเรพลิเคชัน มีความเกี่ยวข้องกับโปรตีนนิวเคลียสเมทริกซ์ (ดูด้านล่าง) ซึ่งร่วมกับเอ็นไซม์การจำลองแบบ ก่อให้เกิดสิ่งที่เรียกว่า คลัสเตอร์โซมเป็นโซนในนิวเคลียสระหว่างเฟสที่มีการสังเคราะห์ดีเอ็นเอ

ลำดับในการเปิดใช้งานหน่วยการจำลองแบบอาจถูกกำหนดโดยโครงสร้างของโครมาตินในบริเวณเหล่านี้ ตัวอย่างเช่น โซนของเฮเทอโรโครมาตินที่เป็นส่วนประกอบ (ใกล้เซนโทรเมียร์) มักจะทำซ้ำเมื่อสิ้นสุดช่วงเวลา S นอกจากนี้ เมื่อสิ้นสุดช่วงเวลา S ส่วนหนึ่งของเฮเทอโรโครมาตินเชิงโครงสร้างจะเพิ่มเป็นสองเท่า (ตัวอย่างเช่น โครโมโซม X ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเพศเมีย ). โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเวลาที่ชัดเจน ลำดับของการจำลองแบบของบริเวณโครโมโซมมีความสัมพันธ์กับรูปแบบของการเปลี่ยนสีที่แตกต่างกันของโครโมโซม: ส่วน R มีการจำลองแบบในช่วงต้น ส่วน G สอดคล้องกับบริเวณโครโมโซมที่มีการจำลองแบบในภายหลัง C-segments (centromere) เป็นไซต์ของการจำลองแบบล่าสุด

เนื่องจากขนาดและจำนวนของกลุ่มต่างๆ ของส่วนที่ย้อมสีแตกต่างกันจะแตกต่างกันในโครโมโซมที่แตกต่างกัน สิ่งนี้สร้างภาพการเริ่มต้นและการสิ้นสุดของการจำลองแบบอะซิงโครนัสของโครโมโซมที่แตกต่างกันโดยรวม ไม่ว่าในกรณีใด ลำดับจุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของการจำลองแบบของโครโมโซมแต่ละตัวในชุดจะไม่สุ่ม มีลำดับการสืบพันธุ์ของโครโมโซมที่เข้มงวดเมื่อเทียบกับโครโมโซมอื่นในชุด

ระยะเวลาของกระบวนการจำลองแบบของโครโมโซมแต่ละตัวไม่ได้ขึ้นอยู่กับขนาดโดยตรง โครโมโซมมนุษย์ขนาดใหญ่ของกลุ่ม A (1-3) จึงมีป้ายกำกับตลอดช่วงเวลา S เช่นเดียวกับโครโมโซมที่สั้นกว่าของกลุ่ม B (4-5)

ดังนั้น การสังเคราะห์ดีเอ็นเอในยูคาริโอตจีโนมจึงเริ่มต้นขึ้นเกือบพร้อมกันในโครโมโซมนิวเคลียร์ทั้งหมดที่จุดเริ่มต้นของช่วง S แต่ในกรณีนี้ การเปิดใช้งานแบบจำลองที่แตกต่างกันแบบต่อเนื่องและแบบอะซิงโครนัสเกิดขึ้นทั้งในส่วนต่าง ๆ ของโครโมโซมและในโครโมโซมที่แตกต่างกัน ลำดับของการจำลองแบบของส่วนหนึ่งส่วนใดของจีโนมถูกกำหนดโดยพันธุกรรมอย่างเคร่งครัด การยืนยันครั้งสุดท้ายนี้ไม่เพียงได้รับการสนับสนุนโดยรูปแบบการรวมฉลากในส่วนต่าง ๆ ของช่วงเวลา S เท่านั้น แต่ยังรวมถึงความจริงที่ว่ามีลำดับที่เข้มงวดของลักษณะที่ปรากฏในช่วง S- ของจุดสูงสุดในความไวของยีนบางชนิดต่อสารก่อกลายพันธุ์ .

องค์ประกอบทางเคมีโครโมโซม

การจัดระเบียบทางกายภาพและเคมีของโครโมโซมเซลล์ยูคาริโอต

การศึกษาโครงสร้างทางเคมีของโครโมโซมของเซลล์ยูคาริโอตพบว่าพวกมันประกอบด้วย DNA และโปรตีนเป็นส่วนใหญ่ซึ่งก่อตัวเป็นนิวคลีโอโปรตีนคอมเพล็กซ์ โครมาติน,ได้รับการตั้งชื่อตามความสามารถในการย้อมด้วยสีย้อมพื้นฐาน

ตามที่ได้รับการพิสูจน์แล้วจากการศึกษาจำนวนมาก (ดู§ 3.2) DNA เป็นพาหะของคุณสมบัติทางพันธุกรรมและความแปรปรวนและมีข้อมูลทางชีววิทยา - โปรแกรมสำหรับการพัฒนาเซลล์สิ่งมีชีวิตที่เขียนโดยใช้รหัสพิเศษ ปริมาณของ DNA ในนิวเคลียสของเซลล์ของสิ่งมีชีวิตในสปีชีส์หนึ่ง ๆ นั้นคงที่และเป็นสัดส่วนกับจำนวนที่ผิดปกติ ในเซลล์ร่างกายแบบดิพลอยด์ของร่างกายจะมีมากเป็นสองเท่าในเซลล์สืบพันธุ์ เพิ่มจำนวน ชุดโครโมโซมในเซลล์โพลีพลอยด์นั้นมีปริมาณ DNA เพิ่มขึ้นตามสัดส่วน

โปรตีนเป็นส่วนสำคัญของสารในโครโมโซม มีสัดส่วนประมาณ 65% ของมวลของโครงสร้างเหล่านี้ โปรตีนในโครโมโซมทั้งหมดแบ่งออกเป็นสองกลุ่ม: ฮิสโตนและโปรตีนที่ไม่ใช่ฮิสโตน

ฮีสโตนแสดงด้วยเศษส่วนห้าส่วน: HI, H2A, H2B, H3, H4 เนื่องจากเป็นโปรตีนพื้นฐานที่มีประจุบวก พวกมันจึงติดแน่นกับโมเลกุลของ DNA ซึ่งทำให้ไม่สามารถอ่านข้อมูลทางชีววิทยาที่อยู่ในนั้นได้ นี่คือบทบาทการกำกับดูแลของพวกเขา นอกจากนี้ โปรตีนเหล่านี้ยังทำหน้าที่เป็นโครงสร้าง ทำให้เกิดการจัดระเบียบเชิงพื้นที่ของ DNA ในโครโมโซม (ดูหัวข้อ 3.5.2.2)

จำนวนเศษส่วน ไม่ใช่ฮิสโตนโปรตีนเกิน 100 ในหมู่พวกเขาคือเอนไซม์สำหรับการสังเคราะห์และการประมวลผลของ RNA การทำซ้ำและการซ่อมแซม DNA โปรตีนที่เป็นกรดของโครโมโซมก็มีบทบาททางโครงสร้างและกฎระเบียบเช่นกัน นอกจาก DNA และโปรตีนแล้ว RNA, lipids, polysaccharides และ metal ion ยังพบในโครโมโซมอีกด้วย

โครโมโซม RNAบางส่วนแสดงโดยผลิตภัณฑ์การถอดความที่ยังไม่ได้ออกจากไซต์ของการสังเคราะห์ เศษส่วนบางส่วนมีหน้าที่กำกับดูแล

บทบาทการควบคุมส่วนประกอบของโครโมโซมคือการ "ห้าม" หรือ "อนุญาต" การตัดข้อมูลจากโมเลกุลดีเอ็นเอ

อัตราส่วนมวลของ DNA: ฮิสโตน: โปรตีนที่ไม่ใช่ฮิสโตน: RNA: ไขมัน เท่ากับ 1:1:(0.2-0.5):(0.1-0.15):(0.01-0.03) ส่วนประกอบอื่น ๆ พบในปริมาณน้อย

ในขณะที่รักษาความต่อเนื่องในการสร้างเซลล์จำนวนหนึ่ง โครมาตินจะเปลี่ยนองค์กรของมันขึ้นอยู่กับช่วงเวลาและระยะของวัฏจักรเซลล์ ในเฟสด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบแสงตรวจพบในรูปแบบของกระจุกที่กระจายอยู่ในนิวเคลียสของนิวเคลียส ในระหว่างการเปลี่ยนเซลล์เป็นไมโทซิส โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเมตาเฟส โครมาตินจะอยู่ในรูปของวัตถุที่มีคราบสีเข้มข้นซึ่งมีความแตกต่างอย่างชัดเจน - โครโมโซม

รูปแบบระหว่างเฟสและเมตาเฟสของการมีอยู่ของโครมาตินถือเป็นตัวแปรสองขั้วของการจัดระเบียบโครงสร้างที่เชื่อมต่อกันในวัฏจักรไมโทติคโดยการเปลี่ยนผ่านร่วมกัน การประเมินนี้ได้รับการสนับสนุนจากข้อมูลกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนที่ทั้งรูปแบบอินเตอร์เฟสและเมตาเฟสอิงตามโครงสร้างฟิลาเมนต์มูลฐานเดียวกัน ในกระบวนการของการศึกษาด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนและเคมีฟิสิกส์ เส้นใย (ไฟบริล) ที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 3.0-5.0, 10, 20-30 นาโนเมตรถูกตรวจพบในองค์ประกอบของโครโมโซมระหว่างเฟสและโครโมโซมเมทาเฟส มีประโยชน์ที่ต้องจำไว้ว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของเกลียวคู่ของ DNA อยู่ที่ประมาณ 2 นาโนเมตร เส้นผ่านศูนย์กลางของโครงสร้างเส้นใยของโครมาตินระหว่างเฟสคือ 100–200 นาโนเมตร และเส้นผ่านศูนย์กลางของหนึ่งในโครมาทิดน้องสาวของโครโมโซมเมตาเฟสคือ 500–600 นาโนเมตร

มุมมองที่พบบ่อยที่สุดคือโครมาติน (โครโมโซม) เป็นเกลียวเกลียว ในเวลาเดียวกันการทำให้เกลียวเป็นเกลียว (การทำให้แน่น) ของโครมาตินมีหลายระดับ (ตารางที่ 3.2)

ตารางที่ 3.2 ระดับการบดอัดโครมาตินที่ต่อเนื่องกัน

ข้าว. 3.46. การจัดระเบียบนิวเคลียสของโครมาติน

และ -รูปแบบของโครมาตินที่แยกตัวออก

บี -ไมโครกราฟอิเล็กตรอนของยูคาริโอตโครมาติน:

และ -โมเลกุลดีเอ็นเอพันรอบแกนโปรตีน

บี -โครมาตินประกอบด้วยนิวคลีโอโซมที่เชื่อมต่อกันด้วยลิงเกอร์ดีเอ็นเอ

ด้ายนิวคลีโอโซมการจัดระเบียบโครมาตินในระดับนี้มีให้โดยนิวคลีโอโซมฮิสโตนสี่ประเภท: H2A, H2B, H3, H4 พวกมันก่อตัวเป็นโปรตีนรูปร่างเด็กซน - เห่า,ประกอบด้วยแปดโมเลกุล (สองโมเลกุลของฮิสโตนแต่ละชนิด) (รูปที่ 3.46)

โมเลกุล DNA นั้นสมบูรณ์ด้วยแกนโปรตีนที่พันเป็นเกลียวรอบๆ ในกรณีนี้ ส่วน DNA ที่ประกอบด้วย 146 คู่เบส (bp) สัมผัสกับแต่ละแกน ส่วนดีเอ็นเอที่ปราศจากการสัมผัสกับเนื้อโปรตีนเรียกว่า สารยึดเกาะหรือ ตัวเชื่อมโยงรวมตั้งแต่ 15 ถึง 100 bp (เฉลี่ย 60 bp) ขึ้นอยู่กับชนิดของเซลล์

ส่วนของโมเลกุล DNA ยาวประมาณ 200 bp ร่วมกับแกนโปรตีนคือ นิวคลีโอโซมด้วยองค์กรนี้โครงสร้างของโครมาตินนั้นขึ้นอยู่กับเธรดซึ่งเป็นสายโซ่ของหน่วยการทำซ้ำ - นิวคลีโอโซม (รูปที่ 3.46, ข). ในเรื่องนี้ จีโนมมนุษย์ซึ่งประกอบด้วย 3 × 10 9 bp แสดงด้วย DNA double helix ที่อัดแน่นอยู่ในนิวคลีโอโซม 1.5 × 10 7

ตามแนวนิวคลีโอโซมซึ่งมีลักษณะคล้ายกับสายลูกปัด มีบริเวณของ DNA ที่ปราศจากโปรตีน บริเวณเหล่านี้ตั้งอยู่ที่ระยะห่างของคู่เบสหลายพันคู่ มีบทบาทสำคัญในการบรรจุโครมาตินเพิ่มเติม เนื่องจากมีลำดับนิวคลีโอไทด์ที่โปรตีนที่ไม่ใช่ฮิสโตนหลายชนิดรู้จักเป็นพิเศษ

อันเป็นผลมาจากการจัดระเบียบนิวคลีโอโซมของโครมาติน เกลียวคู่ของ DNA ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 2 นาโนเมตรจะมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 10-11 นาโนเมตร

ไฟบริลโครมาตินการอัดแน่นเพิ่มเติมของสายนิวคลีโอโซมมีให้โดยลูกสูบ HI ซึ่งโดยการเชื่อมต่อกับตัวเชื่อมโยง DNA และตัวโปรตีนสองตัวที่อยู่ติดกัน ทำให้พวกมันเข้าใกล้กันมากขึ้น เป็นผลให้มีการสร้างโครงสร้างที่กะทัดรัดขึ้น สร้างขึ้น ซึ่งอาจจะเป็นเหมือนโซลินอยด์ ไฟบริลโครมาตินนี้เรียกอีกอย่างว่า ประถมศึกษา,มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 20-30 นาโนเมตร (รูปที่ 3.47)

โครโมนีมาระหว่างเฟสระดับต่อไปของการจัดระเบียบโครงสร้างของสารพันธุกรรมเกิดจากการพับของโครมาตินไฟบริลเป็นลูป เห็นได้ชัดว่าโปรตีนที่ไม่ใช่ฮิสโตนมีส่วนเกี่ยวข้องกับการก่อตัวของพวกมัน ซึ่งสามารถจดจำลำดับนิวคลีโอไทด์เฉพาะของ DNA นอกนิวคลีโอโซมที่แยกออกจากกันด้วยคู่เบสหลายพันคู่ โปรตีนเหล่านี้รวบรวมพื้นที่ที่ระบุด้วยการก่อตัวของลูปจากชิ้นส่วนของโครมาตินไฟบริลที่อยู่ระหว่างพวกมัน (รูปที่ 3.48) ส่วนของ DNA ที่สอดคล้องกับหนึ่งลูปมีตั้งแต่ 20,000 ถึง 80,000 bp บางทีแต่ละลูปอาจเป็นหน่วยการทำงานของจีโนม อันเป็นผลมาจากการบรรจุดังกล่าวไฟบริลโครมาตินที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 20-30 นาโนเมตรจะถูกเปลี่ยนเป็นโครงสร้างที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 100-200 นาโนเมตรซึ่งเรียกว่า โครโมนีมาระหว่างเฟส

พื้นที่ที่แยกจากกันของโครโมเนมาระหว่างเฟสได้รับการบดอัดเพิ่มเติม การขึ้นรูป บล็อกโครงสร้าง,รวมลูปที่อยู่ติดกันกับองค์กรเดียวกัน (รูปที่ 3.49) พบได้ในนิวเคลียสระหว่างเฟสในรูปของก้อนโครมาติน เป็นไปได้ว่าการมีอยู่ของบล็อกโครงสร้างดังกล่าวจะเป็นตัวกำหนดรูปแบบการกระจายตัวที่ไม่สม่ำเสมอของสีย้อมบางชนิดในโครโมโซมระยะเมตาเฟส ซึ่งใช้ในการศึกษาทางเซลล์พันธุศาสตร์ (ดูหัวข้อ 3.5.2.3 และ 6.4.3.6)

ระดับการบดอัดที่ไม่เท่ากันของส่วนต่าง ๆ ของโครโมโซมระหว่างเฟสมีขนาดใหญ่ ค่าการทำงาน. ขึ้นอยู่กับสถานะของโครมาติน ยูโครมาติกส่วนของโครโมโซมที่มีความหนาแน่นน้อยกว่าในเซลล์ที่ไม่แบ่งตัวและอาจถอดความได้ และ เฮเทอโรโครมาติกพื้นที่ที่โดดเด่นด้วยองค์กรที่กะทัดรัดและความเฉื่อยทางพันธุกรรม ภายในขอบเขตจำกัด การถอดความข้อมูลทางชีววิทยาจะไม่เกิดขึ้น

มีเฮเทอโรโครมาตินที่เป็นส่วนประกอบ (โครงสร้าง) และเชิงวิชาการ

ประกอบด้วยพบ heterochromatin ในบริเวณ pericentromeric และ telomeric ของโครโมโซมทั้งหมด เช่นเดียวกับชิ้นส่วนภายในบางส่วนของโครโมโซมแต่ละตัว (รูปที่ 3.50) มันถูกสร้างขึ้นโดย DNA ที่ไม่ได้ถอดรหัสเท่านั้น อาจเป็นไปได้ว่าบทบาทของมันคือการรักษาโครงสร้างโดยรวมของนิวเคลียส การแนบโครมาตินกับเปลือกนิวเคลียส การรับรู้ร่วมกันของโครโมโซมที่คล้ายคลึงกันระหว่างไมโอซิส การแยกยีนโครงสร้างข้างเคียง และการมีส่วนร่วมในการควบคุมกิจกรรมของพวกมัน

ข้าว. 3.49. บล็อกโครงสร้างในองค์กรของโครมาติน

และ -โครงสร้างแบบลูปของโครมาติน

บี -การควบแน่นเพิ่มเติมของโครมาตินลูป

ที่ -การเชื่อมโยงของลูปที่มีโครงสร้างคล้ายกันเป็นบล็อกด้วยการก่อตัวของรูปแบบสุดท้ายของโครโมโซมระหว่างเฟส

ข้าว. 3.50 น. เฮเทอโรโครมาตินที่เป็นส่วนประกอบในโครโมโซมเมตาเฟสของมนุษย์

ตัวอย่าง ไม่จำเป็นเฮเทอโรโครมาตินทำหน้าที่เป็นร่างกายของโครมาตินเพศ ซึ่งโดยปกติจะเกิดขึ้นในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตที่มีเพศโฮโมกาเมติก (ในมนุษย์ เพศหญิงจะเป็นโฮโมกาเมติก) ของหนึ่งในโครโมโซม X สองตัว ยีนบนโครโมโซมนี้ไม่ได้ถูกถอดความ การก่อตัวของ heterochromatin facultative ด้วยค่าใช้จ่ายของสารพันธุกรรมของโครโมโซมอื่น ๆ มาพร้อมกับกระบวนการสร้างความแตกต่างของเซลล์และทำหน้าที่เป็นกลไกในการปิดกลุ่มฟังก์ชันที่ใช้งานของยีนซึ่งไม่จำเป็นต้องมีการถอดความในเซลล์ของความเชี่ยวชาญเฉพาะด้าน ในเรื่องนี้ รูปแบบของโครมาตินของนิวเคลียสของเซลล์จากเนื้อเยื่อและอวัยวะต่างๆ ในการเตรียมเนื้อเยื่อจะแตกต่างกันไป ตัวอย่างคือโครมาตินเฮเทอโรโครมาติเซชันในนิวเคลียสของเม็ดเลือดแดงของนกที่โตเต็มที่

ระดับที่ระบุไว้ในการจัดโครงสร้างของโครมาตินพบได้ในเซลล์ที่ไม่แบ่ง เมื่อโครโมโซมยังไม่ถูกบีบอัดให้แน่นพอที่จะมองเห็นได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงเป็นโครงสร้างที่แยกจากกัน ตรวจพบพื้นที่บางส่วนที่มีความหนาแน่นของการบรรจุสูงกว่าในนิวเคลียสในรูปของก้อนโครมาติน (รูปที่ 3.51)

ข้าว. 3.51 เฮเทอโรโครมาตินในนิวเคลียสระหว่างเฟส

แผ่นเล็ก ๆ ของเฮเทอโรโครมาตินกระจุกตัวรอบนิวเคลียสและเยื่อหุ้มนิวเคลียส

โครโมโซมระยะเมตาเฟสการเข้ามาของเซลล์จากอินเตอร์เฟสเข้าสู่ไมโทซีสจะมาพร้อมกับโครมาติน โครโมโซมแต่ละตัวสามารถแยกความแตกต่างได้อย่างชัดเจน กระบวนการนี้เริ่มต้นในเฟสพยากรณ์จนถึงการแสดงออกสูงสุดในเมตาเฟสของไมโทซิสและแอนาเฟส (ดูหัวข้อ 2.4.2) ใน telophase ของ mitosis เกิดการแตกตัวของสารโครโมโซมซึ่งได้รับโครงสร้างของโครมาตินระหว่างเฟส การกระชับสัดส่วนแบบไมโทติคที่อธิบายไว้ช่วยอำนวยความสะดวกในการกระจายโครโมโซมไปยังขั้วของแกนหมุนแบบไมโทติคในแอนาเฟสของไมโทซิส ระดับของการอัดแน่นของโครมาตินในช่วงเวลาต่างๆ ของวัฏจักรไมโทติคของเซลล์สามารถประมาณได้จากข้อมูลที่ให้ไว้ในตารางที่ 1 3.2.