Xromatin tuzilishi va kimyoviy tarkibi. Hujayra yadrosining kimyoviy tarkibi va ultrastrukturasi. Nukleolema, xromatin va yadrochalar tuzilishining xususiyatlari. Xromatinni tashkil qilish darajalari. Xromatinning strukturaviy va funksional komponentlari
Xromatin - eukaryotik bo'linish paytida xromosomalarni hosil qilish uchun kondensatsiyalanadigan DNK va oqsillardan tashkil topgan genetik moddaning massasi. Xromatin bizning hujayralarimizda mavjud.
Xromatinning asosiy vazifasi DNKni kamroq hajmli va yadroga kirishi mumkin bo'lgan ixcham birlikka siqishdir. Xromatin gistonlar va DNK deb nomlanuvchi kichik oqsillar komplekslaridan iborat.
Gistonlar DNKni nukleosomalar deb ataladigan tuzilmalarga ajratishga yordam beradi va DNKni o'rash uchun asos yaratadi. Nukleosoma oktomerlar deb ataladigan sakkiz giston to'plamini o'rab olgan DNK zanjirlari ketma-ketligidan iborat. Nukleosoma yana buklanib, xromatin tolasini hosil qiladi. Xromatin tolalari xromosomalarni hosil qilish uchun o'raladi va kondensatsiyalanadi. Xromatin DNK replikatsiyasi, transkripsiyasi, DNKni tiklash, genetik rekombinatsiya va hujayra bo'linishini o'z ichiga olgan bir qator hujayra jarayonlarini amalga oshiradi.
Evromatin va geterokromatin
Hujayra ichidagi xromatin hujayraning rivojlanish bosqichiga qarab turli darajada siqilishi mumkin. Yadrodagi xromatin euxromatin yoki geterokromatin shaklida bo'ladi. Interfazada hujayra bo'linmaydi, balki o'sish davrini boshdan kechiradi. Ko'pgina kromatinlar euxromatin deb nomlanuvchi kamroq ixcham shakldadir.
DNK euxromatin ta'sirida bo'lib, DNK replikatsiyasi va transkripsiyasi sodir bo'lishiga imkon beradi. Transkripsiya paytida DNK qo'sh spiral bo'shatiladi va ochiladi, shuning uchun kodlangan oqsillarni nusxalash mumkin bo'ladi. DNK replikatsiyasi va transkripsiyasi hujayra uchun DNK, oqsillarni sintez qilish va hujayra bo'linishiga tayyorgarlik ko'rish uchun zarurdir (yoki).
Xromatinning kichik bir qismi interfazada geterokromatin sifatida mavjud. Ushbu xromatin zich o'ralgan bo'lib, gen transkripsiyasini oldini oladi. Geterokromatin euxromatinga qaraganda quyuqroq bo'yoqlar bilan bo'yalgan.
Mitozda xromatin:
Profaza
Mitozning profilaktikasi davrida xromatin tolalari xromosomalarga aylanadi. Har bir replikatsiya qilingan xromosoma bir-biriga bog'langan ikkita xromatiddan iborat.
Metafaza
Metafazada xromatin juda siqiladi. Xromosomalar metafaza plastinkasida hizalanadi.
Anafaza
Anafazada juftlashgan xromosomalar () ajralib chiqadi va shpindel mikronaychalari orqali hujayraning qarama-qarshi qutblariga tortiladi.
Telofaz
Telofazada har bir yangi hujayra o'z yadrosiga o'tadi. Xromatin tolalari ochilib, kamroq siqiladi. Sitokinezdan so'ng ikkita genetik jihatdan bir xil hosil bo'ladi. Har bir hujayrada bir xil miqdordagi xromosomalar mavjud. Xromosomalar hosil qiluvchi xromatinni yechish va uzaytirishda davom etadi.
Xromatin, xromosoma va xromatid
Odamlar ko'pincha xromatin, xromosoma va xromatid atamalarini farqlashda qiyinchiliklarga duch kelishadi. Har uchala tuzilma ham DNKdan tuzilgan va yadroda joylashgan bo'lsa-da, har biri alohida belgilanadi.
Xromatin DNK va gistonlardan iborat bo'lib, ular yupqa tolalarga o'ralgan. Ushbu xromatin tolalari kondensatsiyalanmaydi, lekin ixcham shaklda (heteroxromatin) yoki kamroq ixcham shaklda (euxromatin) mavjud bo'lishi mumkin. Euchromatinda DNK replikatsiyasi, transkripsiyasi va rekombinatsiyasi kabi jarayonlar sodir bo'ladi. Hujayralar bo'linganda, xromatin xromosomalarni hosil qilish uchun kondensatsiyalanadi.
Ular kondensatsiyalangan xromatinning bir ipli tuzilmalaridir. Mitoz va meioz orqali hujayra bo'linish jarayonlarida, har bir yangi qiz hujayra to'g'ri miqdordagi xromosomalarni olishini ta'minlash uchun xromosomalar takrorlanadi. Ko'paytiriladigan xromosoma ikki ipli bo'lib, tanish X shakliga ega.
Replikatsiya qilingan xromosomalarning ikkita zanjiridan biri. Tsentromera bilan bog'langan xromatidalar qardosh xromatidlar deyiladi. Hujayra bo'linishi oxirida opa-singil xromatidlar yangi hosil bo'lgan qiz hujayralardagi qiz xromosomalaridan ajralib chiqadi.
Geterokromatin xromosomalar hududi bo'lib, u doimo ixcham holatda bo'ladi.
Evromatin xromosomalarning bo'shashgan (kondensatsiyalangan) hududlari.
Xromosomalarning peritsenromerik hududlarida va akrosentrik xromosomalarning qisqa qo'llarida, mitotik hujayralar bo'linishi paytida va interfaza yadrosida doimiy ravishda aniqlanadigan strukturaviy deb belgilangan geteroxromatin bo'yalgan. Geterokromatinning yana bir turi fakultativ bo'lib, u evromatik hududlarning siqilishi natijasida paydo bo'ladi va oqsil almashinuvida ishtirok etadigan genlarni o'z ichiga oladi. Fakultativ hududning kondensatsiyasi teskari bo'lib, dekondensatsiyada ifodalanadi.
Xromosomalar DNK (taxminan 40%) va oqsillardan (taxminan 60%) iborat bo'lib, nukleoprotein kompleksini hosil qiladi. Proteinlar ikki guruhga bo'linadi: giston va giston bo'lmagan. Gistonlar beshta molekula bilan ifodalanadi: H1, H2A, H2B, H3 va H4. Giston oqsillari barcha xromosoma oqsillarining 40-80% ni tashkil qiladi. Ular kichik (+) zaryadlangan molekulalardan iborat. Ularda asosiy aminokislotalar arginin va lizin ustunlik qiladi. Giston oqsillari tuzilishiga ko'ra (-) zaryadlangan DNK bilan qo'shilib, DNK-giston kompleksini hosil qiladi. Bu kompleks xromatin deb ataladi. Gis. oqsillar katta DNK molekulasini ixcham xromosoma tuzilishiga maxsus qadoqlash vazifasini bajaradi. Gistonlar DNK tarkibidagi biologik ma'lumotlarni o'qishni oldini oladi. Bu ularning tartibga soluvchi roli. Bundan tashqari, bu oqsillar xromosomalarda DNKning fazoviy tashkil etilishini ta'minlovchi tizimli funktsiyani bajaradi.
Giston bo'lmagan oqsil fraksiyalari soni 100 dan oshadi. Ular orasida RNK sintezi va qayta ishlash, DNKning reduplikatsiyasi va tiklanishi uchun fermentlar mavjud. Xromosomalarning kislotali oqsillari ham strukturaviy va tartibga soluvchi rollarni bajaradi. Xromosomalarda DNK va oqsillardan tashqari RNK, lipidlar, polisaxaridlar va metall ionlari ham mavjud. Xromosoma RNK qisman sintez joyini tark etmagan transkripsiya mahsulotlari bilan ifodalanadi. Ba'zi fraktsiyalar tartibga solish funktsiyasiga ega. Xromosoma tarkibiy qismlarining tartibga soluvchi roli DNK molekulasidan ma'lumotlarni nusxalashni "taqiqlash" yoki "ruxsat berish" dir.
Xromosomalarning turli mintaqalarida DNK tarkibi va xossalari bilan farqlanadi.
Sentromerik DNK birlamchi siqilishlar hududida joylashgan. Telomerlarda replikatsiya paytida xromosomalarning qisqarishiga to'sqinlik qiluvchi maxsus DNK mavjud. Ikkilamchi siqilish zonalarida rRNK sintezi uchun mas'ul bo'lgan DNK bo'limlari mavjud. Ko'p sonli xabarchi RNKlarni sintez qilish uchun mas'ul bo'lgan DNKning asosiy qismi xromosoma qo'llarida joylashgan.
Xromatin bir qator hujayra avlodlarida uzluksizlikni saqlagan holda, hujayra siklining davri va fazasiga qarab tuzilishini o'zgartiradi. tashkilot. Interfazada yorug'lik mikroskopida u yadro nukleoplazmasida tarqalgan bo'laklar shaklida aniqlanadi. Hujayraning mitozga o'tishida, ayniqsa metafazada, xromatin aniq ko'rinadigan individual kuchli rangli jismlar ko'rinishini oladi - xromosomalar.
Xromatin mavjudligining interfaza va metafaza shakllari mitotik siklda o'zaro o'tishlar bilan bog'langan uning tarkibiy tuzilishining ikkita qutbli varianti sifatida qaraladi. Eng keng tarqalgan nuqtai nazar shundaki, xromatin (xromosoma) spiral ipdir. Bunday holda, xromatin spiralizatsiyasining bir necha darajalari (siqilish) farqlanadi
Nukleosoma ipi . Xromatinni tashkil etishning bu darajasi to'rt turdagi nukleosoma gistonlari bilan ta'minlanadi: H2A, H2B, H3, H4. Ular sakkiz molekuladan (har bir turdagi gistonning ikkita molekulasidan) iborat shayba shaklidagi oqsil tanalarini - yadrolarni hosil qiladi.
Xromatin fibrillasi. Nukleosoma ipining keyingi siqilishi HI pistoni tomonidan ta'minlanadi, u bog'lovchi DNK va ikkita qo'shni oqsil tanasi bilan bog'lanib, ularni bir-biriga yaqinlashtiradi. Natijada, ehtimol, solenoid kabi qurilgan yanada ixcham tuzilma. Elementar deb ham ataladigan bu xromatin fibrillasining diametri 20-30 nm.
Interfazali xromonema . Genetik materialning strukturaviy tashkil etilishining keyingi darajasi xromatin fibrillasining halqalarga buklanishi bilan bog'liq. Ularning shakllanishida bir-biridan bir necha ming juft nukleotidlar masofasida joylashgan ekstranukleosoma DNKning o'ziga xos nukleotid ketma-ketligini taniy oladigan giston bo'lmagan oqsillar ishtirok etadi. Ushbu oqsillar bu joylarni birlashtirib, ular orasida joylashgan xromatin fibrillasining bo'laklaridan halqa hosil qiladi. Ushbu qadoqlash natijasida diametri 20-30 nm bo'lgan xromatin fibrillasi 100-200 nm diametrli strukturaga aylanadi, bu interfaza xromonema deb ataladi. .
Interfazali xromonemaning alohida bo'limlari qo'shni halqalarni bir xil tashkilot bilan birlashtiruvchi strukturaviy bloklarni hosil qilib, keyingi siqilishdan o'tadi.
Chiroq cho'tkasi xromosomalari diploten bosqichida baliq, amfibiya, sudraluvchilar va qushlarning oositlarida uchraydi. Ikki xromosomaning har biri ikki valentli ravishda ikkita xromatiddan iborat, shuning uchun ularning konjugatsiyasi paytida kengaytirilgan to'rtta xromatidli tuzilmalar hosil bo'ladi. Har bir xromatid bir DNK qo'sh spiraldan hosil bo'lgan, undan cho'zilgan lateral halqalari bo'lgan mahkam o'ralgan eksenel ipdan iborat. Ushbu halqalar, ehtimol, transkripsiyani amalga oshirish uchun oqsillardan ozod qilingan DNKni ifodalaydi. L tipidagi xromosomalar sch." oddiy yozuvlarga qaraganda faolroq transkripsiya qilinadi. Bu oositlarda katta miqdordagi gen mahsulotlarini to'plash zarurati bilan bog'liq.
Ma'ruza No 2.13.9.11. "Shakllanish bosqichlari hujayra nazariyasi. Hujayra tirik mavjudotlarning tarkibiy birligi sifatida"
Hujayra nazariyasining rivojlanish bosqichlari:
1) 1665 - R. Guk hujayra nomini berdi - "cellula"
2) 1839 yil - Shleyden va Shvann yangi qafasni taklif qilishdi. nazariya
Hujayra - o'simliklar va hayvonlarning tarkibiy birligi
Hujayra hosil bo'lish jarayoni ularning o'sishi va rivojlanishini belgilaydi
1858 yil - Virxov qafasga qo'shildi. nazariya
"Hujayraning har bir hujayrasi"
3) zamonaviy qafas. nazariya
Hujayra barcha tirik mavjudotlarning asosiy strukturaviy va funktsional birligidir.
Bitta ko'p hujayrali organizmning hujayralari tuzilishi, tarkibi va hayot faoliyatining muhim ko'rinishlarida o'xshashdir
Ko'payish - asl ona hujayraning bo'linishi
Ko'p hujayrali organizm hujayralari o'z vazifalariga ko'ra to'qimalarni → organlar → organ tizimlari → organizmni hosil qiladi.
Eukariot hujayra tuzilishining umumiy rejasi.
Hujayraning uchta asosiy komponenti:
1)sitoplazmatik membrana (plazmalemma)
Lipid ikki qavati va oqsillarning bir qatlami lipid qatlami yuzasida o'tiradi yoki unga botiriladi.
Funksiyalari:
Demarkatsiya
Transport
Himoya
Retseptor (signal)
2)sitoplazma:
a) gialoplazma ( kolloid eritma oqsillar, fosfolipidlar va boshqa moddalar. Jel yoki solin bo'lishi mumkin)
Gialoplazmaning funktsiyalari:
Transport
Gomeostatik
Metabolizm
Organoidlarning ishlashi uchun maqbul sharoitlarni yaratish
b) Organoidlar - sitoplazmaning o'ziga xos xususiyatiga ega bo'lgan doimiy komponentlari tuzilishi va bajarilishi def. funktsiyalari.
Organoidlarning tasnifi:
○ mahalliylashtirish bo'yicha:
Yadro (nukleolalar va xromosomalar)
Sitoplazmatik (ER, ribosomalar)
○ tuzilishi bo'yicha:
Membran:
a) bir membranali (lizosomalar, ER, Golji apparati, vakuolalar, peroksizomalar, sferosomalar)
b) ikki qavatli membranalar (plastidalar, mitoxondriyalar)
Membran bo'lmagan (ribosomalar, mikrotubulalar, miofibrillar, mikrofilamentlar)
○ maqsadi bo'yicha:
Umumiy (barcha hujayralarda mavjud)
Maxsus (ba'zi hujayralarda joylashgan - plastidlar, kirpiklar, flagellalar)
○ hajmi bo'yicha:
Yorug'lik mikroskopi ostida ko'rinadi (ER, Golji apparati)
Yorug'lik mikroskopi ostida ko'rinmas (ribosomalar)
Qo'shimchalar- o'ziga xos xususiyatga ega bo'lgan hujayraning doimiy bo'lmagan tarkibiy qismlari tuzilishi va bajarilishi def. funktsiyalari.
3)yadro
Yagona membrana.
EPS (endoplazmatik retikulum, retikulum).
Tashqi yadro membranasi bilan bog'langan o'zaro bog'langan bo'shliqlar va naychalar tizimi.
Qo'pol (donali). Ribosomalar → oqsil sintezi mavjud
Silliq (agranulyar). Yog'lar va uglevodlar sintezi.
Funksiyalari:
1) chegaralash
2) transport
3) hujayradan zaharli moddalarni olib tashlash
4) steroidlarning sintezi
Golji apparati (lamellar kompleksi).
Yassilangan tubulalar va sardobalar, deyiladi diktosomalar.
Diktosoma- sisternalar deb ataladigan 3-12 ta tekislangan disklar to'plami (20 tagacha dikto)
Funksiyalari:
1) hujayralararo sekretsiyaning kontsentratsiyasi, chiqarilishi va siqilishi
2) gliko- va lipoproteinlarning to'planishi
3) moddalarning hujayradan to'planishi va chiqarilishi
4) mitoz jarayonida bo'linish jo'yakining hosil bo'lishi
5) birlamchi lizosomalarning shakllanishi
Lizsoma.
Yagona membrana bilan o'ralgan va gidrolitik fermentlarni o'z ichiga olgan pufakcha.
Funksiyalari:
1) so'rilgan materialni hazm qilish
2) bakteriyalar va viruslarni yo'q qilish
3) avtoliz (hujayra qismlari va o'lik organellalarni yo'q qilish)
4) butun hujayralarni va hujayralararo moddani olib tashlash
Peroksizoma.
Peroksidaza o'z ichiga olgan bitta membrana bilan o'ralgan vesikulalar.
Funksiyalar- org ning oksidlanishi. moddalar
Sferosoma.
Yog 'tarkibida bitta membrana bilan o'ralgan oval organellalar.
Funksiyalar- lipidlarning sintezi va to'planishi.
Vakuolalar.
Yagona membrana bilan chegaralangan hujayralar sitoplazmasidagi bo'shliqlar.
O'simliklarda (hujayra shirasi - organik va noorganik moddalarning erishi) va bitta hujayrada. hayvonlar (hazm qilish, kontraktil - osmoregulyatsiya va chiqarish)
Ikki qavatli membrana.
Yadro.
1)membrana (karyolemma):
Teshiklar bilan o'tgan ikkita membrana
Membranalar orasida ko'p yadroli bo'shliq mavjud
Tashqi membrana ER bilan bog'langan
Funksiyalar - himoya va transport
2)yadro teshiklari
3)yadro sharbati:
Jismoniy jihatdan gialoplazmaga yaqin holat
tomonidan kimyoviy holat ko'proq o'z ichiga oladi nuklein kislotalar
4)yadrolar:
Yadroning membrana bo'lmagan komponentlari
Bir yoki bir nechta bo'lishi mumkin
Xromosomalarning ma'lum sohalarida hosil bo'ladi (yadro organizatorlari)
Funksiyalari:
rRNK sintezi
tRNK sintezi
Ribosoma shakllanishi
5)xromatin– DNK zanjirlari + oqsil
6)xromosoma– yuqori spirallashgan kromatin, genlarni o'z ichiga oladi
7)yopishqoq karioplazma
Xromosomalarning ultrastrukturasi.
Xromosoma → 2 xromatid (tsentromera mintaqasida bog'langan) → 2 hemixromatid → xromonema → mikrofibrillalar (30-45% DNK + oqsil)
Sun'iy yo'ldosh- xromosomaning ikkilamchi siqilish bilan ajratilgan hududi.
Telomer- xromosomaning terminal hududi
Tsentromeraning joylashishiga qarab xromosomalarning turlari:
1) teng qo'l (metosentrik)
2) teng bo'lmagan yelkalar (submetasentrik)
3) novdasimon (akrotsentrik)
Karotip- xromosomalarning soni, shakli va hajmi to'g'risidagi ma'lumotlar to'plami.
Idiogramma- karyotipning grafik tuzilishi
Xromosomalarning xossalari:
1)sonning doimiyligi
Bir turda xromosomalar soni doimo doimiy bo'ladi.
2)juftlashtirish- V somatik hujayralar Har bir xromosoma o'z juftligiga ega (homolog xromosomalar)
3)individuallik- har bir xromosoma o'ziga xos xususiyatlarga ega (o'lchami, shakli ...)
4)davomiylik- xromosomadan har bir xromosoma
Xromosomalarning funktsiyalari:
1) saqlash irsiy ma'lumotlar
2) irsiy axborotni uzatish
3) irsiy axborotni amalga oshirish
Mitoxondriya.
1) 2 ta membranadan iborat:
Tashqi (silliq, ichida o'simtalar bor - krista)
Tashqi (qo'pol)
2) Ichkarida bo'shliq matritsa bilan to'ldirilgan, unda quyidagilar mavjud:
Ribosomalar
Proteinlar - fermentlar
Funksiyalari:
1) ATP sintezi
2) mitoxondriyal oqsillarni sintezi
3) nuklonlarning sintezi. kislotalar
4) uglevodlar va lipidlar sintezi
5) mitoxondrial ribosomalarning hosil bo'lishi
Plastidlar.
1) ikki membranali organellalar
2) stroma ichida, kt da. tillakoidlar → grana joylashgan
3) stromada:
Ribosomalar
Uglevodlar
Rangga qarab ular quyidagilarga bo'linadi:
1) xloroplastlar (yashil, xlorofill fotosintezi).
2) xromoplastlar:
Sariq (ksantofil)
Qizil (likopektin)
Apelsin (karotin)
Meva, barglar va ildizlarni bo'yash.
3) leykoplastlar (rangsiz, tarkibida pigmentlar mavjud emas). Proteinlar, yog'lar va uglevodlar zaxirasi.
Membrana bo'lmagan.
Ribosoma
1) rRNK, oqsil va magniydan iborat
2) ikkita kichik birlik: katta va kichik
Funktsiya - oqsil sintezi
Hujayra yadrosining asosiy komponenti bo'lgan xromatinni izolyatsiya qilingan interfaza yadrolaridan va izolyatsiya qilingan mitotik xromosomalardan olish juda oson. Buning uchun ular past ionli quvvatga ega suvli eritmalar yoki oddiygina deionizatsiyalangan suv bilan ekstraktsiya paytida erigan holatga o'tish qobiliyatidan foydalanadilar. Bunday holda, xromatinning bo'laklari shishadi va jelga aylanadi. Bunday dorilarni haqiqiy eritmalarga aylantirish uchun kuchli mexanik ta'sirlar talab qilinadi: chayqash, aralashtirish, qo'shimcha homogenlash. Bu, albatta, asl xromatin tuzilishini qisman yo'q qilishga, uni mayda bo'laklarga bo'lishga olib keladi, lekin amalda uning kimyoviy tarkibini o'zgartirmaydi.
Turli xil ob'ektlardan olingan xromatin fraktsiyalari bir xil tarkibiy qismlarga ega. Interfaza yadrolari va mitotik xromosomalardan xromatinning umumiy kimyoviy tarkibi bir-biridan kam farq qilishi aniqlandi. Xromatinning asosiy tarkibiy qismlari DNK va oqsillar bo'lib, ularning asosiy qismini gistonlar va giston bo'lmagan oqsillar tashkil qiladi (3-jadvalga qarang).
3-jadval. Xromatinning kimyoviy tarkibi. Protein va RNK tarkibi DNKga nisbatan berilgan
Xromatinning o'rtacha 40% DNK va taxminan 60% oqsillar, shu jumladan o'ziga xos yadro oqsillari - gistonlar, izolyatsiya qilingan kromatinni tashkil etuvchi barcha oqsillarning 40 dan 80% gacha. Bundan tashqari, xromatin fraktsiyasiga membrana komponentlari, RNK, uglevodlar, lipidlar va glikoproteinlar kiradi. Ushbu kichik komponentlarning kromatin tarkibiga qanchalik kiritilganligi haqidagi savol haligacha hal qilinmagan. Shunday qilib, masalan, RNK DNK shabloni bilan hali aloqasini yo'qotmagan RNK transkripsiyasi mumkin. Boshqa kichik komponentlar yadro membranasining birgalikda cho'ktirilgan qismlaridan olingan moddalarni ifodalashi mumkin.
Strukturaviy jihatdan xromatin deoksiribonukleoprotein (DNP) molekulalarining filamentli kompleksi bo'lib, ular gistonlar bilan bog'langan DNK dan iborat (57-rasmga qarang). Shuning uchun xromatinning boshqa nomi ildiz otgan - nukleohiston. Gistonlarning DNK bilan bog'lanishi tufayli juda labil, o'zgaruvchan nuklein kislota-giston komplekslari hosil bo'ladi, bu erda DNK: giston nisbati taxminan bir, ya'ni. ular teng vaznli miqdorda mavjud. Ushbu filamentli DNP fibrillalari elementar xromosoma yoki xromatin filamentlari bo'lib, ularning qalinligi DNKning qadoqlanish darajasiga qarab 10 dan 30 nm gacha bo'lishi mumkin. Ushbu DNP fibrillalari, o'z navbatida, mitotik xromosomagacha bo'lgan yuqori darajadagi DNP tuzilishini hosil qilish uchun yanada siqilishi mumkin. Ba'zi giston bo'lmagan oqsillarning roli yuqori darajadagi xromatin siqilish hosil bo'lishida aniq.
DNK kromatini
Xromatinli preparatda DNK odatda 30-40% ni tashkil qiladi. Bu DNK ikki zanjirli spiral molekula bo'lib, suvli eritmalardagi sof izolyatsiya qilingan DNKga o'xshaydi. Buni ko'plab eksperimental ma'lumotlar tasdiqlaydi. Shunday qilib, xromatin eritmalari qizdirilganda, eritmaning optik zichligi oshishi kuzatiladi, bu DNK zanjirlari orasidagi nukleotidlararo vodorod aloqalarining uzilishi bilan bog'liq bo'lgan giperxrom effekti, xuddi sof DNK qizdirilganda (eritilganda) sodir bo'ladi. .
Xromatindagi DNK molekulalarining o'lchami va uzunligi haqidagi savol butun xromosoma tuzilishini tushunish uchun muhimdir. Standart DNK izolyatsiyalash usullaridan foydalangan holda, xromatin 7-9 x 10 6 molekulyar og'irligiga ega, bu Escherichia coli (2,8 x 10 9) DNK molekulyar og'irligidan sezilarli darajada kam. Xromatin preparatlaridan DNKning bunday nisbatan past molekulyar og'irligini xromatinni ajratish jarayonida DNKning mexanik shikastlanishi bilan izohlash mumkin. Agar DNK silkinish, gomogenizatsiya va boshqa ta'sirlarni istisno qiladigan sharoitlarda ajratilsa, hujayralardan juda uzun DNK molekulalarini olish mumkin. Eukaryotik hujayralar yadrolari va xromosomalaridan DNK molekulalarining uzunligini xuddi prokaryotik hujayralarda o'rganilgandek yorug'lik-optik avtoradiografiya usuli yordamida o'rganish mumkin.
Xromosomalar ichida individual chiziqli (prokaryotik xromosomalardan farqli o'laroq) DNK molekulalarining uzunligi yuzlab mikrometrlarga va hatto bir necha santimetrga etishi mumkinligi aniqlandi. Shunday qilib, 0,5 mm dan 2 sm gacha bo'lgan DNK molekulalari turli xil ob'ektlardan olingan.
Eukaryotik hujayralarning engil lizisidan so'ng DNK molekulyar og'irliklarini to'g'ridan-to'g'ri aniqlash mumkin fizik va kimyoviy usullar. Drosophila DNK molekulasining maksimal molekulyar og'irligi 41 x 10 9 ni tashkil etishi ko'rsatilgan, bu esa taxminan 2 sm uzunlikka to'g'ri keladi, ba'zi xamirturushlarda molekulyar og'irligi 1 x 10 8 bo'lgan DNK molekulasi mavjud. -10 9, bu taxminan 0,5 mm.
Ba'zi tadqiqotchilarning fikriga ko'ra, bunday uzun DNK bitta molekula bo'lib, bir nechta qisqaroq bo'lmagan molekulalar bo'lib, ular oqsil aloqalari yordamida bitta faylda birlashtirilgan. Dori-darmonlarni proteolitik fermentlar bilan davolashdan keyin DNK molekulalarining uzunligi o'zgarmasligi ma'lum bo'lgandan keyin shunday xulosaga keldi.
Hujayralarning yadro tuzilmalariga, organizmlar genomiga kiradigan DNKning umumiy miqdori turdan turga farq qiladi, garchi mikroorganizmlarda hujayradagi DNK miqdori umurtqasizlar, yuqori o'simliklar va hayvonlarnikiga qaraganda ancha past bo'ladi. Shunday qilib, sichqonchada E. coli dan deyarli 600 marta ko'proq DNK mavjud. Eukaryotik organizmlarda hujayradagi DNK miqdorini solishtirganda, organizmning murakkablik darajasi va yadrodagi DNK miqdori o'rtasidagi bog'liqlikni aniqlash qiyin. Zig'ir, dengiz kirpi, perch (1,4-1,9 pg) yoki char va buqa (6,4 va 7 pg) kabi turli xil organizmlar taxminan bir xil miqdordagi DNKga ega.
Katta taksonomik guruhlarda DNK miqdorida sezilarli tebranishlar mavjud. Yuqori o'simliklar orasida DNK miqdori turli xil turlari yuzlab marta farq qilishi mumkin, xuddi baliqlarda bo'lgani kabi, amfibiyalarda ham DNK miqdori o'nlab marta farq qiladi.
Ba'zi amfibiyalarning yadrolarida inson yadrolariga qaraganda 10-30 marta ko'proq DNK mavjud, ammo odamlarning genetik konstitutsiyasi qurbaqalarnikiga qaraganda ancha murakkabroq. Shuning uchun, quyi uyushgan organizmlarda DNKning "ortiqcha" miqdori genetik rolni bajarish bilan bog'liq emas yoki genlar soni bir necha marta takrorlanadi deb taxmin qilish mumkin.
4-jadval. Ba'zi ob'ektlar hujayralaridagi DNK tarkibi (pg, 10 -12 g)
Renaturatsiya yoki DNK gibridizatsiyasi reaktsiyasining kinetikasini o'rganish orqali bu muammolarni hal qilish mumkin bo'ldi. Agar eritmalardagi parchalangan DNK molekulalari termal denaturatsiyaga duchor bo'lsa va keyin denaturatsiya sodir bo'ladigan haroratdan bir oz pastroq haroratda inkubatsiya qilinsa, u holda qo'shimcha zanjirlarning qayta birlashishi - renaturatsiya tufayli DNK bo'laklarining dastlabki ikki zanjirli tuzilishi tiklanadi. DNK viruslari va prokaryotik hujayralar uchun bunday renaturatsiya tezligi bevosita genom hajmiga bog'liq ekanligi ko'rsatildi; genom qanchalik katta bo'lsa, zarracha yoki hujayradagi DNK miqdori qanchalik ko'p bo'lsa, qo'shimcha zanjirlarning tasodifiy yondashuvi va o'ziga xos qayta assotsiatsiya uchun ko'proq vaqt kerak bo'ladi. Ko'proq Turli nukleotidlar ketma-ketligining DNK qismlari (53-rasm). Prokaryotik hujayralarning DNK qayta assotsiatsiyasi egri chizig'ining tabiati prokaryotik genomda takroriy asoslar ketma-ketligining yo'qligini ko'rsatadi; ularning DNKning barcha bo'limlari noyob ketma-ketliklarga ega bo'lib, ularning soni va xilma-xilligi ob'ektlarning genetik tarkibining murakkablik darajasini va shuning uchun ularning umumiy biologik tuzilishini aks ettiradi.
Eukaryotik organizmlarda DNK qayta assotsiatsiyasining butunlay boshqacha manzarasi kuzatiladi. Ma'lum bo'lishicha, ularning DNKsida ularning genomlari hajmiga qarab kutilganidan ancha yuqori tezlikda renaturatsiyalanadigan fraktsiyalar, shuningdek, prokariotlarning noyob DNK ketma-ketligi kabi sekin renaturatsiyalanadigan DNK qismi mavjud. Biroq, eukaryotlar bu fraktsiyani renaturatsiya qilish uchun sezilarli darajada ko'proq vaqt talab etadi, bu ularning genomining umumiy kattaligi va turli xil noyob genlarning ko'pligi bilan bog'liq.
Eukaryotik DNKning yuqori renaturatsiya tezligi bilan ajralib turadigan qismida ikkita subfraktsiya ajratiladi: 1) o'xshash DNK bo'limlari 10 6 marta takrorlanishi mumkin bo'lgan yuqori yoki tez-tez takrorlanadigan ketma-ketliklarga ega bo'lgan fraktsiya; 2) genomda 10 2 -10 3 marta uchraydigan o'rtacha takrorlanuvchi ketma-ketliklarning bir qismi. Shunday qilib, sichqonchada tez-tez takrorlanadigan ketma-ketliklarga ega bo'lgan DNK fraktsiyasi genomdagi umumiy DNK miqdorining 10% ni o'z ichiga oladi va 15% o'rtacha takrorlanadigan ketma-ketliklarga ega fraktsiyaga to'g'ri keladi. Sichqoncha DNKsining qolgan 75% ko'p sonli takrorlanmaydigan genlarga mos keladigan noyob hududlar bilan ifodalanadi.
Ko'p takrorlanadigan ketma-ketliklarga ega bo'lgan fraktsiyalar DNKning asosiy qismidan farqli suzuvchi zichlikka ega bo'lishi mumkin va shuning uchun ularni ajratib olish mumkin. sof shakl fraktsiyalar deb ataladi sun'iy yo'ldosh DNK. Sichqonchada bu fraktsiyaning zichligi 1,691 g / ml, DNKning asosiy qismi esa 1,700 g / ml ni tashkil qiladi. Ushbu zichlik farqlari nukleotidlar tarkibidagi farqlar bilan belgilanadi. Masalan, sichqonchada bu fraktsiyada 35% G va C juftlari, asosiy DNK cho'qqisida esa 42% mavjud.
Ma'lum bo'lishicha, sun'iy yo'ldosh DNK yoki tez-tez takrorlanadigan ketma-ketliklarga ega bo'lgan DNK fraktsiyasi hujayradagi RNKning asosiy turlarini sintez qilishda ishtirok etmaydi va oqsil sintezi jarayoni bilan bog'liq emas. Hujayra RNK turlarining hech biri (tRNK, mRNK, rRNK) yo'ldosh DNK bilan gibridlanmasligiga asoslanib, bu xulosa chiqarildi. Binobarin, bu DNKlar hujayra RNK sintezi uchun mas'ul bo'lgan ketma-ketliklarni o'z ichiga olmaydi, ya'ni. sun'iy yo'ldosh DNKlari RNK sintezi uchun shablon emas va transkripsiyada ishtirok etmaydi.
Protein sintezida bevosita ishtirok etmaydigan juda takrorlanuvchi ketma-ketliklar xromosomalarning saqlanishi va faoliyatida muhim tarkibiy rol o'ynaydigan ma'lumotlarni olib yurishi mumkinligi haqidagi faraz mavjud. Bularga interfaza yadrosining yadro oqsillari bilan bog'langan ko'p sonli DNK bo'limlari (pastga qarang), replikatsiya yoki transkripsiyaning kelib chiqishi joylari, shuningdek, ushbu jarayonlarni tartibga soluvchi DNK bo'limlari bo'lishi mumkin.
Nuklein kislotalarni to'g'ridan-to'g'ri xromosomalarda gibridlash usulidan foydalanish ( in situ) bu fraktsiyaning lokalizatsiyasi o'rganildi. Buning uchun 3H-uridin bilan belgilangan RNK bakterial fermentlar yordamida ajratilgan yo'ldosh DNKida sintez qilindi. Keyin xromosomalar bilan sitologik preparat DNK denaturatsiyasi sodir bo'ladigan (ko'tarilgan harorat, ishqoriy muhit va boshqalar) shunday davolashga duchor bo'ldi. Shundan so'ng, 3H etiketli RNK preparatga joylashtirildi va DNK va RNK o'rtasida gibridlanishga erishildi. Buni avtoradiografiya aniqladi eng Belgilar xromosomalarning birlamchi siqilish zonasida, ularning sentromerik hududlari zonasida joylashgan. Belgi xromosomalarning boshqa hududlarida ham aniqlangan, ammo juda zaif (54-rasm).
O'tgan 10 yil ichida o'qish sohasida katta yutuqlarga erishildi sentromerik DNK, ayniqsa xamirturush hujayralarida. Shunday qiling S. cerevisiae Sentromerik DNK 110 bp bo'lgan takrorlanuvchi hududlardan iborat. U ikkita konservatsiyalangan mintaqadan (I va III) va AT tayanch juftliklari bilan boyitilgan markaziy elementdan (II) iborat. Drosophila xromosomalari xuddi shunday sentromera DNK tuzilishiga ega. Inson sentromerik DNK (alfoid yo'ldosh DNK) dimerlar yoki pentamerlar guruhlariga tashkil etilgan 170 bp monomerlar tandemidan iborat bo'lib, ular o'z navbatida 1-6 x 10 3 bp katta ketma-ketliklarni hosil qiladi. Bu eng katta birlik 100-1000 marta takrorlanadi. Maxsus sentromerik oqsillar ushbu o'ziga xos sentromerik DNK bilan murakkablashadi va hosil bo'lishda ishtirok etadilar kinetoxora, xromosomalarning shpindel mikrotubulalari bilan bog'lanishini va anafazada xromosomalarning harakatlanishini ta'minlaydigan struktura (pastga qarang).
Juda takrorlanadigan ketma-ketliklarga ega DNK ham topilgan telomerik hududlar ko'p eukaryotik organizmlarning xromosomalari (xamirturushdan odamlargacha). Takrorlashlar ko'pincha bu erda topiladi, ular 3-4 guanin nukleotidlarini o'z ichiga oladi. Odamlarda telomerlar 500-3000 TTAGGG takrorini o'z ichiga oladi. DNKning ushbu bo'limlari alohida rol o'ynaydi - xromosomaning uchlarini cheklash va takroriy replikatsiya jarayonida uning qisqarishini oldini olish.
Yaqinda ma'lum bo'ldiki, interfaza xromosomalarining juda takrorlanadigan DNK ketma-ketligi yadro konvertining ostida joylashgan lamin oqsillari bilan bog'lanadi va kengaytirilgan dekondensatsiyalangan interfaza xromosomalarini bog'lashda ishtirok etadi va shu bilan interfaza yadrosi hajmida xromosomalarning lokalizatsiyasi tartibini aniqlaydi.
Sun'iy yo'ldosh DNKsi meioz davrida xromosomalarning gomologik hududlarini tanib olishda ishtirok etishi mumkinligi taxmin qilingan. Boshqa taxminlarga ko'ra, tez-tez takrorlanadigan ketma-ketliklarga ega bo'lgan hududlar xromosoma DNKsining turli funktsional birliklari, masalan, replikonlar o'rtasida ajratuvchi (bo'shliq) rolini o'ynaydi (pastga qarang).
Ma'lum bo'lishicha, o'rtacha takrorlanadigan (10 2 dan 10 5 martagacha) ketma-ketliklarning ulushi oqsil sintezi apparatini yaratish jarayonlarida muhim rol o'ynaydigan DNK mintaqalarining rang-barang sinfiga tegishli. Bu fraktsiyaga ribosoma DNK genlari kiradi, ular turli turlarda 100 dan 1000 martagacha takrorlanishi mumkin. Bu fraktsiya barcha tRNKlarni sintez qilish uchun ko'p marta takrorlanadigan hududlarni o'z ichiga oladi. Bundan tashqari, ma'lum oqsillarni sintez qilish uchun mas'ul bo'lgan ba'zi strukturaviy genlar ham ko'p marta takrorlanishi mumkin, ular ko'p nusxalar bilan ifodalanadi. Bular 400 martagacha takrorlanadigan xromatin oqsillari - gistonlar uchun genlardir.
Bundan tashqari, bu fraksiya turli xil ketma-ketliklarga ega bo'lgan DNK bo'limlarini (har biri 100-400 juft nukleotid) o'z ichiga oladi, shuningdek, ko'p marta takrorlanadi, lekin genom bo'ylab tarqalgan. Ularning roli hali to'liq aniq emas. Bunday DNK hududlari turli genlarning qabul qiluvchi yoki tartibga soluvchi hududlarini ifodalashi mumkinligi taxmin qilingan.
Demak, eukaryotik hujayralar DNKsi tarkibi jihatidan heterojen bo'lib, nukleotidlar ketma-ketligining bir necha sinflarini o'z ichiga oladi: tez-tez takrorlanadigan ketma-ketliklar (> 10 6 marta), yo'ldosh DNK fraktsiyasiga kiritilgan va transkripsiyalanmagan; haqiqiy genlar bloklarini ifodalovchi o'rtacha takrorlanuvchi ketma-ketliklarning bir qismi (10 2 -10 5), shuningdek, genom bo'ylab tarqalgan qisqa ketma-ketliklar; hujayra oqsillarining aksariyati uchun ma'lumotni olib yuradigan noyob ketma-ketliklarning bir qismi.
Ushbu g'oyalarga asoslanib, turli organizmlarda kuzatiladigan DNK miqdoridagi farqlar aniq bo'ladi: ular organizmlar genomidagi DNKning ma'lum sinflarining teng bo'lmagan nisbati bilan bog'liq bo'lishi mumkin. Shunday qilib, masalan, amfibiyada Amfiuma(odamnikidan 20 baravar ko'p DNKga ega) takrorlanuvchi ketma-ketliklar umumiy DNKning 80% gacha, piyozda - 70 tagacha, qizil ikra - 60% gacha va hokazo. Genetik ma'lumotlarning haqiqiy boyligi noyob ketma-ketliklarning ulushi bilan aks ettirilishi kerak. Shuni unutmasligimiz kerakki, xromosomaning mahalliy, parchalanmagan DNK molekulasida noyob, o'rtacha va tez-tez takrorlanadigan ketma-ketliklarni o'z ichiga olgan barcha hududlar bitta yirik kovalent DNK zanjiriga bog'langan.
DNK molekulalari turli xil nukleotidlar ketma-ketligi sohalarida nafaqat heterojen, balki ularning sintetik faolligi bilan ham farqlanadi.
Eukaryotik DNK replikatsiyasi
Bakterial xromosoma bitta replikatsiyaning boshlang'ich nuqtasi va bitta tugash nuqtasiga ega bo'lgan bitta strukturaviy birlik sifatida takrorlanadi. Shunday qilib, bakterial dumaloq DNK bitta replikon. Dastlabki nuqtadan boshlab replikatsiya ikki qarama-qarshi yo'nalishda davom etadi, shuning uchun DNK sintez qilinganda, virusli va bakterial replikatsiya qiluvchi xromosomalarni elektron mikroskopik tekshirishda aniq ko'rinadigan replikatsiya vilkalari bilan ikki tomondan chegaralangan replikatsiya ko'zi hosil bo'ladi. .
Eukaryotik hujayralarda replikatsiya tashkiloti boshqacha tabiatga ega - polireplikon Yuqorida aytib o'tilganidek, 3 HT ning impulsli kiritilishi bilan deyarli barcha mitotik xromosomalarda bir nechta belgi paydo bo'ladi. Bu interfaza xromosomasida bir vaqtning o'zida ko'plab replikatsiya joylari va ko'plab avtonom replikatsiya kelib chiqishi mavjudligini anglatadi. Bu hodisa DNKdan ajratilgan yorliqli molekulalarning avtoradiografiyasi yordamida batafsilroq o'rganildi (55-rasm) agar hujayralar 3 HT bilan puls bilan etiketlangan bo'lsa, u holda ajratilgan DNKning avtograflarida yorug'lik mikroskopida kumushning kamaygan joylarini ko'rish mumkin. nuqtali chiziqlar shaklida. Bular replikatsiya qilishga muvaffaq bo'lgan DNKning kichik qismlari bo'lib, ular orasida avtoradiografni qoldirmagan va shuning uchun ko'rinmas bo'lib qoladigan takrorlanmagan DNK bo'limlari mavjud. 3 NT ning hujayra bilan aloqa qilish vaqti oshgani sayin, bunday segmentlarning hajmi kattalashadi va ular orasidagi masofa kamayadi. Ushbu tajribalardan eukaryotik organizmlarda DNK replikatsiyasi tezligini aniq hisoblash mumkin. Replikatsiya vilkalarining harakat tezligi 1-3 kb ga aylandi. sutemizuvchilarda daqiqada, taxminan 1 kb. ba'zi o'simliklarda daqiqada, bu bakteriyalardagi DNK replikatsiyasi tezligidan (minutiga 50 kb) ancha past. Xuddi shu tajribalarda eukaryotik xromosomalar DNKsining polireplikon tuzilishi to'g'ridan-to'g'ri isbotlangan: xromosoma DNK uzunligi bo'ylab, uning bo'ylab ko'plab mustaqil replikatsiya joylari - replikonlar mavjud. Qo'shni teglash replikonlarining o'rta nuqtalari orasidagi masofaga ko'ra, ya'ni. Ikki qo'shni replikatsiya boshlang'ich nuqtalari orasidagi masofaga asoslanib, individual replikonlarning hajmini aniqlash mumkin. O'rtacha, yuqori hayvonlarning replikon o'lchami taxminan 30 mikron yoki 100 kb ni tashkil qiladi. Shuning uchun sut emizuvchilarning gaploid to'plamida 20-30 000 replikon bo'lishi kerak. Pastki eukariotlarda replikonlar kichikroq, taxminan 40 kb. Shunday qilib, Drosophilada genomda 3500 replikon, xamirturushda esa 400. Yuqorida aytib o'tilganidek, replikonda DNK sintezi ikki qarama-qarshi yo'nalishda sodir bo'ladi. Buni avtoradiografiya yordamida osongina isbotlash mumkin: agar hujayralar impuls belgisidan keyin 3 HT bo'lmagan muhitda bir muncha vaqt DNK sintezini davom ettirishga ruxsat berilsa, uning DNK tarkibiga kirishi kamayadi, yorliqning suyultirilishi sodir bo'ladi. avtoradiografda takrorlangan hududning har ikki tomonida nosimmetrik naqshni ko'rish mumkin bo'ladi, bu qisqartirilgan kumush donalari sonini kamaytiradi.
Replikondagi replikatsiya uchlari yoki vilkalari qo'shni replikonlarning vilkalari bilan uchrashganda harakatni to'xtatadi (qo'shni replikonlar uchun umumiy terminal nuqtasida). Ushbu nuqtada, qo'shni replikonlarning replikatsiya qilingan bo'limlari ikkita yangi sintez qilingan DNK molekulalarining yagona kovalent zanjirlariga birlashtiriladi. Xromosoma DNK ning replikonlarga funktsional bo'linishi DNK ning domenlarga yoki halqalarga tarkibiy bo'linishi bilan mos keladi, ularning asoslari, yuqorida aytib o'tilganidek, oqsil aloqalari bilan bog'langan.
Shunday qilib, bitta xromosomadagi barcha DNK sintezi ko'plab individual replikonlarda mustaqil sintez orqali sodir bo'ladi, so'ngra qo'shni DNK segmentlarining uchlarini birlashtiradi. Biologik ma'nosi Bu xususiyat bakteriyalar va eukariotlarda DNK sintezini solishtirganda aniq bo'ladi. Shunday qilib, uzunligi 1600 mikron bo'lgan bakterial monoreplikon xromosomasi taxminan yarim soatlik tezlikda sintezlanadi. Agar sutemizuvchilar xromosomasining santimetr uzunlikdagi DNK molekulasi ham monoreplikon tuzilma sifatida replikatsiya qilinsa, bu taxminan bir hafta (6 kun) davom etadi. Ammo agar bunday xromosomada bir necha yuz replikon bo'lsa, uning to'liq replikatsiyasi atigi bir soat davom etadi. Darhaqiqat, sutemizuvchilarda DNK replikatsiyasi vaqti 6-8 soatni tashkil qiladi. Bu individual xromosomaning barcha replikonlari bir vaqtning o'zida yoqilmaganligi bilan bog'liq.
Ba'zi hollarda barcha replikonlarning bir vaqtning o'zida kiritilishi yoki qo'shimcha replikatsiya kelib chiqishining paydo bo'lishi kuzatiladi, bu esa barcha xromosomalarning sintezini minimal qisqa vaqt ichida yakunlash imkonini beradi. Bu hodisa ba'zi hayvonlarning embriogenezining boshida sodir bo'ladi. Ma'lumki, tirnoqli qurbaqalarning tuxumlarini maydalashda Ksenop laevis DNK sintezi atigi 20 daqiqa davom etadi, somatik hujayra madaniyatida esa bu jarayon taxminan bir kun davom etadi. Shunga o'xshash rasm Drosophila'da kuzatiladi: erta embrion bosqichlarida yadroda butun DNK sintezi 3,5 daqiqa, to'qima madaniyati hujayralarida esa 600 daqiqa davom etadi. Shu bilan birga, madaniyat hujayralaridagi replikonlarning hajmi embrionlarga qaraganda deyarli 5 baravar kattaroq bo'lib chiqdi.
DNK sintezi individual xromosoma uzunligi bo'ylab notekis ravishda sodir bo'ladi. Aniqlanishicha, individual xromosomada faol replikonlar guruhlarga, replikativ birliklarga yig'iladi, ular replikatsiyaning 20-80 kelib chiqishini o'z ichiga oladi. Bu replikatsiya segmentlarining aynan shunday bloklanishi kuzatilgan DNK avtograflarini tahlil qilish natijasida yuzaga keldi. Replikonlar yoki replikatsiya birliklarining bloklari yoki klasterlari mavjudligi haqidagi g'oyaning yana bir asosi DNKga timidin analogi, 5'-bromodeoksiuridin (BrdU) ni kiritish bilan tajribalar edi. BrdU ning interfaza kromatin tarkibiga qo'shilishi mitoz jarayonida BrdU bo'lgan joylar timidin kiritilgan joylarga qaraganda kamroq darajada (yetarli darajada kondensatsiyalanmagan) kondensatsiyalanishiga olib keladi. Shuning uchun BrdU kiritilgan mitotik xromosomalarning hududlari differentsial bo'yash paytida zaif bo'yalgan bo'ladi. Bu sinxronlashtirilgan hujayra madaniyati yordamida BrdU ning qo'shilish ketma-ketligini aniqlash imkonini beradi, ya'ni. bitta xromosoma uzunligi bo'yicha DNK sintezi ketma-ketligi. Ma'lum bo'lishicha, prekursorning xromosomaning katta qismlariga kiritilishi sodir bo'ladi. Turli bo'limlarni kiritish S-davrida qat'iy ketma-ketlikda sodir bo'ladi. Har bir xromosoma uning uzunligi bo'yicha replikatsiya tartibining yuqori barqarorligi bilan tavsiflanadi va o'ziga xos replikatsiya naqshiga ega.
Replikatsiya birliklariga birlashtirilgan replikon klasterlari yadro matritsasi oqsillari bilan bog'langan (pastga qarang), ular replikatsiya fermentlari bilan birgalikda shunday deb ataladi. klasterosomalar DNK sintezi sodir bo'lgan interfaza yadrosidagi zonalardir.
Replikatsiya birliklarini faollashtirish tartibi ushbu hududlardagi xromatin tuzilishi bilan aniqlanishi mumkin. Masalan, konstitutsiyaviy geteroxromatin zonalari (tsentromera yaqinida) odatda S-davrning oxirida, shuningdek, S-davrining oxirida fakultativ geteroxromatinning bir qismi ikki barobar ko'payadi (masalan, ayolning X xromosomasi); sutemizuvchilar). Xromosoma bo'limlarini replikatsiya qilish ketma-ketligi, ayniqsa, xromosomalarning differentsial ranglanishi naqshlari bilan aniq bog'liqdir: R-segmentlar erta replikatsiya qilinadigan segmentlarga tegishli, G-segmentlari kech replikatsiya bilan xromosoma bo'limlariga to'g'ri keladi. C-segmentlar (tsentromeralar) so'nggi replikatsiya joylari.
Turli xil xromosomalarda differensial rangli segmentlarning turli guruhlari hajmi va soni har xil bo'lganligi sababli, bu bir butun sifatida turli xil xromosomalarning asinxron boshlanishi va replikatsiyasining oxiri tasvirini yaratadi. Har holda, to'plamdagi alohida xromosomalarning replikatsiya boshlanishi va oxiri ketma-ketligi tasodifiy emas. To'plamdagi boshqa xromosomalarga nisbatan xromosomalarning ko'payishining qat'iy ketma-ketligi mavjud.
Alohida xromosomalarning replikatsiya jarayonining davomiyligi ularning hajmiga bevosita bog'liq emas. Shunday qilib, A (1-3) guruhining katta odam xromosomalari butun S-davrida, shuningdek, B guruhining (4-5) qisqaroq xromosomalari bilan belgilanadi.
Shunday qilib, eukaryotik genomda DNK sintezi deyarli bir vaqtning o'zida yadroning barcha xromosomalarida S-davrining boshida boshlanadi. Ammo shu bilan birga, turli replikonlarning ketma-ket va asinxron faollashuvi xromosomalarning turli qismlarida ham, turli xromosomalarda ham sodir bo'ladi. Muayyan genom mintaqasining replikatsiya ketma-ketligi genetik jihatdan qat'iy belgilanadi. Ushbu so'nggi bayonot nafaqat S-davrining turli segmentlarida yorliqning qo'shilish sxemasi bilan, balki S davrida mutagenlarga ma'lum genlarning sezgirligida cho'qqilar paydo bo'lishining qat'iy ketma-ketligi bilan ham isbotlangan. -davr.
Kimyoviy tarkibi xromosomalar
Eukaryotik hujayra xromosomalarining fizik-kimyoviy tashkil etilishi
Eukaryotik hujayralar xromosomalarining kimyoviy tuzilishini o'rganish ular asosan DNK va nukleoprotein kompleksini tashkil etuvchi oqsillardan iborat ekanligini ko'rsatdi - xromatin, asosiy bo'yoqlar bilan rang berish qobiliyati uchun o'z nomini oldi.
Ko'pgina tadqiqotlar tomonidan tasdiqlanganidek (3.2-bandga qarang), DNK irsiyat va o'zgaruvchanlik xususiyatlarining moddiy tashuvchisi bo'lib, biologik ma'lumotlarni o'z ichiga oladi - maxsus kod yordamida qayd etilgan hujayra yoki organizmni rivojlantirish dasturi. Muayyan tur organizmlari hujayralari yadrolaridagi DNK miqdori doimiy va ularning ploidligiga mutanosibdir. Tananing diploid somatik hujayralarida gametalarga qaraganda ikki baravar ko'p. Raqamni ko'paytirish xromosoma to'plamlari poliploid hujayralarda ulardagi DNK miqdorining proportsional ortishi bilan birga keladi.
Proteinlar xromosomalar moddasining muhim qismini tashkil qiladi. Ular ushbu tuzilmalar massasining taxminan 65% ni tashkil qiladi. Barcha xromosoma oqsillari ikki guruhga bo'linadi: gistonlar va giston bo'lmagan oqsillar.
Gistonlar besh kasr bilan ifodalanadi: HI, H2A, H2B, NZ, H4. Ijobiy zaryadlangan asosiy oqsillar bo'lib, ular DNK molekulalari bilan juda qattiq bog'lanadi, bu undagi biologik ma'lumotlarni o'qishga to'sqinlik qiladi. Bu ularning tartibga soluvchi roli. Bundan tashqari, bu oqsillar xromosomalarda DNKning fazoviy tashkil etilishini ta'minlovchi tizimli funktsiyani bajaradi (3.5.2.2-bo'limga qarang).
Fraksiyalar soni giston bo'lmagan oqsillar 100 dan oshadi. Ular orasida RNK sintezi va qayta ishlanishi, DNKning takrorlanishi va ta'mirlanishi uchun fermentlar mavjud. Xromosomalarning kislotali oqsillari ham strukturaviy va tartibga soluvchi rollarni bajaradi. Xromosomalarda DNK va oqsillardan tashqari RNK, lipidlar, polisaxaridlar va metall ionlari ham mavjud.
Xromosoma RNK qisman sintez joyini tark etmagan transkripsiya mahsulotlari bilan ifodalanadi. Ba'zi fraktsiyalar tartibga solish funktsiyasiga ega.
Xromosoma tarkibiy qismlarining tartibga soluvchi roli DNK molekulasidan ma'lumotlarni nusxalashni "taqiqlash" yoki "ruxsat berish" dir.
DNKning massa nisbati: gistonlar: giston bo'lmagan oqsillar: RNK: lipidlar 1:1:(0,2-0,5):(0,1-0,15):(0,01--0,03). Boshqa komponentlar oz miqdorda topiladi.
Xromatin bir qator hujayra avlodlari davomida uzluksizlikni saqlab turgan holda, hujayra siklining davri va fazasiga qarab o'z tashkilotini o'zgartiradi. Interfazada yorug'lik mikroskopida u yadro nukleoplazmasida tarqalgan bo'laklar shaklida aniqlanadi. Hujayraning mitozga o'tishida, ayniqsa metafazada, xromatin aniq ko'rinadigan individual kuchli rangli jismlar ko'rinishini oladi - xromosomalar.
Xromatin mavjudligining interfaza va metafaza shakllari mitotik siklda o'zaro o'tishlar bilan bog'langan uning tarkibiy tuzilishining ikkita qutbli varianti sifatida qaraladi. Ushbu baholash interfaza va metafaza shakllari bir xil elementar filamentli tuzilishga asoslangan elektron mikroskop ma'lumotlari bilan tasdiqlangan. Elektron mikroskopik va fizik-kimyoviy tadqiqotlar jarayonida fazalararo xromatin va metafaza xromosomalari tarkibida diametri 3,0-5,0, 10, 20-30 nm bo'lgan iplar (fibrillalar) aniqlandi. Shuni esda tutish kerakki, DNK qo'sh spiralining diametri taxminan 2 nm, interfaza xromatinining filamentli strukturasining diametri 100-200 nm va metafaza xromosomasining opa-singil xromatidlaridan birining diametri 500 ni tashkil qiladi. -600 nm.
Eng keng tarqalgan nuqtai nazar shundaki, xromatin (xromosoma) spiral ipdir. Bunda xromatinning bir necha spirallashuv (siqilish) darajalari ajratiladi (3.2-jadval).
3.2-jadval. Xromatin siqilishning ketma-ket darajalari
Guruch. 3.46. Xromatinning nukleosoma tuzilishi.
A - xromatinning dekondensatsiyalangan shakli;
B - eukaryotik kromatinning elektron mikrografi:
A - DNK molekulasi oqsil yadrolariga o'raladi;
B - Xromatin bog'lovchi DNK bilan bog'langan nukleosomalar bilan ifodalanadi
Nukleosoma ipi. Xromatinni tashkil etishning bu darajasi to'rt turdagi nukleosoma gistonlari bilan ta'minlanadi: H2A, H2B, H3, H4. Ular pak shaklidagi oqsil tanalarini hosil qiladi - qobiq, sakkiz molekuladan iborat (har bir turdagi gistonning ikkita molekulasi) (3.46-rasm).
DNK molekulasi spiral tarzda o'ralgan oqsil yadrolari bilan yakunlanadi. Bunday holda, 146 juft nukleotiddan (bp) tashkil topgan DNK bo'limi har bir yadro bilan aloqa qiladi. Protein tanalari bilan aloqa qilmaydigan DNK hududlari deyiladi bog'lovchilar yoki bog'lovchi. Ular 15 dan 100 bp gacha. Hujayra turiga qarab (o'rtacha 60 bp).
Taxminan 200 bp uzunlikdagi DNK molekulasining segmenti. oqsil yadrosi bilan birgalikda u hosil qiladi nukleosoma. Ushbu tashkilot tufayli xromatin tuzilishi takrorlanuvchi birliklar - nukleosomalar zanjiri bo'lgan ipga asoslangan (3.46-rasm, 3.46-rasm). B). Shu munosabat bilan, 3 × 10 9 bp dan iborat bo'lgan inson genomi 1,5 × 10 7 nukleosomalarga o'ralgan DNKning qo'sh spiral bilan ifodalanadi.
Boncuklar zanjiriga o'xshash nukleosoma iplari bo'ylab oqsil tanalaridan xoli DNK hududlari mavjud. Bir necha ming tayanch juftlik oralig'ida joylashgan bu hududlar xromatinning keyingi qadoqlanishida muhim rol o'ynaydi, chunki ular turli xil giston bo'lmagan oqsillar tomonidan tan olingan nukleotidlar ketma-ketligini o'z ichiga oladi.
Xromatinning nukleosomali tashkil etilishi natijasida diametri 2 nm bo'lgan DNK qo'sh spiral 10-11 nm diametrga ega bo'ladi.
Xromatin fibrillasi. Nukleosoma ipining keyingi siqilishi HI pistoni tomonidan ta'minlanadi, u bog'lovchi DNK va ikkita qo'shni oqsil tanasi bilan bog'lanib, ularni bir-biriga yaqinlashtiradi. Natijada, ehtimol, solenoid kabi qurilgan yanada ixcham tuzilma. Bu xromatin fibrillasi ham deyiladi boshlang'ich, 20-30 nm diametrga ega (3.47-rasm).
Interfazali xromonema. Genetik materialning strukturaviy tashkil etilishining keyingi darajasi xromatin fibrillasining halqalarga buklanishi bilan bog'liq. Ularning shakllanishida bir-biridan bir necha ming juft nukleotidlar masofasida joylashgan ekstranukleosoma DNKning o'ziga xos nukleotid ketma-ketligini taniy oladigan giston bo'lmagan oqsillar ishtirok etadi. Bu oqsillar bu joylarni birlashtirib, ular orasida joylashgan xromatin fibrillasining bo'laklaridan halqa hosil qiladi (3.48-rasm). Bitta halqaga mos keladigan DNK bo'limi 20 000 dan 80 000 bp gacha. Ehtimol, har bir halqa genomning funktsional birligidir. Ushbu qadoqlash natijasida diametri 20-30 nm bo'lgan xromatin fibrillasi 100-200 nm diametrli strukturaga aylanadi, bu deyiladi. interfazali xromonema.
Interfazali xromonemaning alohida bo'limlari yanada siqilib, shakllanadi Strukturaviy bloklar, qo'shni looplarni bir xil tashkilot bilan birlashtirish (3.49-rasm). Ular fazalararo yadroda xromatin bo'laklari shaklida aniqlanadi. Ehtimol, bunday strukturaviy bloklarning mavjudligi sitogenetik tadqiqotlarda qo'llaniladigan metafaza xromosomalarida ba'zi bo'yoqlarning notekis taqsimlanishining naqshini aniqlaydi (3.5.2.3 va 6.4.3.6 bo'limlarga qarang).
Interfaza xromosomalarining turli bo'limlarining teng bo'lmagan siqilish darajasi katta funktsional qiymat. Xromatin holatiga qarab, ular farqlanadi evromatik bo'linmaydigan hujayralardagi kamroq o'rash zichligi bilan tavsiflangan va potentsial transkripsiyalangan xromosomalar hududlari va geterokromatik ixcham tashkilot va genetik inertsiya bilan tavsiflangan hududlar. Ularning chegaralarida biologik ma'lumotlarning transkripsiyasi sodir bo'lmaydi.
Konstitutsiyaviy (strukturaviy) va fakultativ geterokromatin mavjud.
Konstitutsiyaviy heteroxromatin barcha xromosomalarning perisentromerik va telomerik hududlarida, shuningdek, alohida xromosomalarning ba'zi ichki qismlari bo'ylab joylashgan (3.50-rasm). U faqat transkripsiyalanmagan DNK tomonidan hosil bo'ladi. Uning roli, ehtimol, saqlab qolishdir umumiy tuzilishi yadro, xromatinning yadro membranasiga biriktirilishi, meyozda gomologik xromosomalarning o'zaro tan olinishi, qo'shni strukturaviy genlarning ajralishi, ularning faoliyatini tartibga solish jarayonlarida ishtirok etishi.
Guruch. 3.49. Xromatinni tashkil etishdagi strukturaviy bloklar.
A - halqa kromatin tuzilishi;
B - xromatin halqalarining yanada kondensatsiyasi;
IN - o'xshash tuzilishga ega bo'lgan halqalarni bloklarga birlashtirib, interfaza xromosomasining yakuniy shaklini hosil qiladi
Guruch. 3.50. Inson metafazasi xromosomalarida konstitutsiyaviy heterokromatin
Misol ixtiyoriy geteroxromatin jinsiy xromatin tanasi boʻlib xizmat qiladi, odatda gomogametik jinsdagi organizmlar hujayralarida (odamlarda ayol jinsi homogametik boʻladi) ikkita X xromosomasidan biri tomonidan hosil boʻladi. Ushbu xromosomadagi genlar transkripsiya qilinmaydi. Boshqa xromosomalarning genetik materiali tufayli fakultativ heteroxromatinning shakllanishi hujayralar differentsiatsiyasi jarayoni bilan birga keladi va ma'lum bir ixtisoslik hujayralarida transkripsiyasi talab qilinmaydigan genlarning faol funktsiyali guruhlarini o'chirish mexanizmi bo'lib xizmat qiladi. Shu munosabat bilan, gistologik preparatlarda turli to'qimalar va organlardan hujayra yadrolarining xromatin naqshlari farq qiladi. Qushlarning etuk eritrotsitlari yadrolarida xromatinning geteroxromatizatsiyasi bunga misoldir.
Xromatinning tizimli tashkil etilishining sanab o'tilgan darajalari bo'linmaydigan hujayrada, xromosomalar yorug'lik mikroskopida alohida tuzilmalar sifatida ko'rinadigan darajada siqilmagan bo'lsa, topiladi. Yadrolarda xromatin bo'laklari ko'rinishidagi yuqori o'rash zichligiga ega bo'lgan ularning ayrim hududlarigina aniqlanadi (3.51-rasm).
Guruch. 3.51. Interfaza yadrosidagi geterokromatin
Geterokromatinning ixcham joylari yadro va yadro membranasi yaqinida guruhlangan
Metafaza xromosomasi. Hujayraning interfazadan mitozga kirishi xromatinning super siqilishi bilan birga kechadi. Shaxsiy xromosomalar aniq ko'rinadigan bo'ladi. Bu jarayon profilaktika bosqichida boshlanadi, mitoz va anafaza metafazalarida o'zining maksimal ifodasiga etadi (2.4.2-bo'limga qarang). Mitozning telofazasida xromosoma moddasining dekompaktizatsiyasi sodir bo'lib, u fazalararo xromatin tuzilishini oladi. Ta'riflangan mitotik o'ta siqilish mitozning anafazasida xromosomalarning mitotik milning qutblariga tarqalishini osonlashtiradi. Hujayraning mitotik siklining turli davrlarida xromatinning siqilish darajasini jadvalda keltirilgan ma'lumotlar asosida baholash mumkin. 3.2.