Čo je chromatín: definícia, štruktúra a funkcie. Karyoplazma, chromatín

Štruktúra a chémia chromatínu

Názov parametra	Význam
Téma článku:	Štruktúra a chémia chromatínu
Rubrika (tematická kategória)	Ekológia

Chromatín, hlavná zložka bunkového jadra, sa pomerne ľahko získava z izolovaných interfázových jadier az izolovaných mitotických chromozómov. Na to využívajú jeho schopnosť prejsť do rozpusteného stavu počas extrakcie vodnými roztokmi s nízkou iónovou silou alebo jednoducho deionizovanou vodou. V tomto prípade časti chromatínu napučiavajú a menia sa na gél. Na premenu takýchto liečiv na skutočné roztoky sú potrebné silné mechanické vplyvy: pretrepávanie, miešanie, dodatočná homogenizácia. To samozrejme vedie k čiastočnej deštrukcii pôvodnej chromatínovej štruktúry, jej rozdrveniu na malé fragmenty, ale prakticky sa nemení jej chemické zloženie.

Chromatínové frakcie získané z rôznych predmetov majú pomerne jednotný súbor zložiek. Zistilo sa, že celkové chemické zloženie chromatínu z interfázových jadier a mitotických chromozómov sa od seba len málo líši. Hlavnými zložkami chromatínu sú DNA a proteíny, ktorých väčšinu tvoria históny a nehistónové proteíny (pozri tabuľku 3).

Tabuľka 3. Chemické zloženie chromatín. Obsah bielkovín a RNA je daný vzhľadom na DNA

V priemere asi 40 % chromatínu tvorí DNA a asi 60 % proteíny, medzi ktorými špecifické jadrové histónové proteíny tvoria 40 až 80 % všetkých proteínov, ktoré tvoria izolovaný chromatín. Okrem toho chromatínová frakcia zahŕňa membránové zložky, RNA, sacharidy, lipidy a glykoproteíny. Otázka, do akej miery sú tieto minoritné zložky zahrnuté v štruktúre chromatínu, ešte nebola vyriešená. Takže napríklad RNA môže byť transkribovaná RNA, ktorá ešte nestratila spojenie s templátom DNA. Ďalšie minoritné zložky môžu predstavovať látky z koprecipitovaných fragmentov jadrovej membrány.

Štruktúrne je chromatín filamentózny komplex molekúl deoxyribonukleoproteínu (DNP), ktoré pozostávajú z DNA spojenej s histónmi (pozri obr. 57). Z tohto dôvodu sa zakorenil iný názov chromatínu: nukleohistón. V dôsledku asociácie histónov s DNA vznikajú veľmi labilné, variabilné komplexy nukleová kyselina-histón, kde pomer DNA:histón je približne jedna, ᴛ.ᴇ. sú prítomné v rovnakých hmotnostných množstvách. Tieto filamentózne DNP fibrily sú elementárne chromozomálne alebo chromatínové filamenty, ktorých hrúbka sa môže v závislosti od stupňa balenia DNA pohybovať od 10 do 30 nm. Tieto DNP fibrily sa môžu ďalej zhutňovať, aby vytvorili viac vysoké úrovneštruktúrovanie DNP, až po mitotický chromozóm. Úloha niektorých nehistónových proteínov je práve vo vytváraní vysokých úrovní zhutnenia chromatínu.

Chromatínová DNA. V chromatínovom prípravku tvorí DNA zvyčajne 30 – 40 %. Táto DNA je dvojvláknová špirálovitá molekula, podobná čistej izolovanej DNA vo vodných roztokoch. Dokazujú to mnohé experimentálne údaje. Keď sa teda roztoky chromatínu zahrejú, pozoruje sa zvýšenie optickej hustoty roztoku, takzvaný hyperchrómny efekt spojený s prerušením internukleotidových vodíkových väzieb medzi reťazcami DNA, podobne ako pri zahrievaní (tavení) čistej DNA. .

Otázka veľkosti a dĺžky molekúl DNA v chromatíne je dôležitá pre pochopenie štruktúry chromozómu ako celku. Pri použití štandardných extrakčných metód má chromatínová DNA molekulovú hmotnosť 7-9 x 106, čo je výrazne menej ako molekulová hmotnosť DNA z Escherichia coli (2,8 x 109). Takáto relatívne nízka molekulová hmotnosť DNA z chromatínových prípravkov sa dá vysvetliť mechanickým poškodením DNA počas procesu izolácie chromatínu. Ak sa DNA izoluje za podmienok, ktoré vylučujú pretrepávanie, homogenizáciu a iné vplyvy, je možné z buniek získať veľmi dlhé molekuly DNA. Dĺžka molekúl DNA z jadier a chromozómov eukaryotických buniek by sa mala študovať pomocou metódy svetelno-optickej autorádiografie, rovnako ako to bolo študované na prokaryotických bunkách.

Zistilo sa, že v rámci chromozómov môže dĺžka jednotlivých lineárnych (na rozdiel od prokaryotických chromozómov) molekúl DNA dosahovať stovky mikrometrov až niekoľko centimetrov. Molekuly DNA v rozsahu od 0,5 mm do 2 cm sa teda získali z rôznych objektov. Tieto výsledky ukázali, že existuje úzka zhoda medzi vypočítanou dĺžkou DNA na chromozóm a autorádiografickým pozorovaním.

Po miernej lýze eukaryotických buniek možno priamo určiť molekulové hmotnosti DNA fyzikálno-chemickými metódami. Ukázalo sa, že maximálna molekulová hmotnosť molekuly DNA Drosophila je 41 x 109, čo zodpovedá dĺžke asi 2 cm V niektorých kvasinkách sa na jeden chromozóm nachádza molekula DNA s molekulovou hmotnosťou 1 x 108-109. , ktorý má rozmery cca 0,5 mm.

Takáto dlhá DNA pozostáva z jedinej molekuly, a nie niekoľkých kratších, spojených do jedného súboru pomocou proteínových väzieb, ako sa niektorí výskumníci domnievali. K tomuto záveru sa dospelo po tom, čo sa ukázalo, že dĺžka molekúl DNA sa po ošetrení liekov proteolytickými enzýmami nemení.

Celkové množstvo DNA obsiahnutej v jadrových štruktúrach buniek, v genóme organizmov sa líši od druhu k druhu, hoci u mikroorganizmov je množstvo DNA na bunku podstatne nižšie ako u bezstavovcov, vyšších rastlín a živočíchov. Myš má teda takmer 600-krát viac DNA na jadro ako E. coli. Pri porovnávaní množstva DNA na bunku v eukaryotických organizmoch je ťažké rozlíšiť akúkoľvek koreláciu medzi stupňom zložitosti organizmu a množstvom DNA na jadro. Také rôzne organizmy ako ľan, ježovka, ostriež (1,4-1,9 pg) alebo sivoň a býčie ryby (6,4 a 7 pg) majú približne rovnaké množstvo DNA.

Vo veľkých taxonomických skupinách existujú výrazné výkyvy v množstve DNA. Medzi vyššími rastlinami je množstvo DNA v odlišné typy sa môže líšiť stokrát, rovnako ako medzi rybami, množstvo DNA u obojživelníkov sa líši desaťkrát.

Niektoré obojživelníky majú vo svojich jadrách 10-30-krát viac DNA ako v ľudských, hoci genetická konštitúcia človeka je neporovnateľne zložitejšia ako u žiab. V dôsledku toho možno predpokladať, že „nadmerné“ množstvo DNA v nižšie organizovaných organizmoch buď nesúvisí s plnením genetickej úlohy, alebo sa počet génov toľkokrát opakuje.

Tabuľka 4. Obsah DNA v bunkách niektorých predmetov (str, 10 -12 g)

Ukázalo sa, že tieto problémy je možné vyriešiť štúdiom kinetiky reakcie renaturácie alebo hybridizácie DNA. Ak sa fragmentované molekuly DNA v roztokoch podrobia tepelnej denaturácii a následne sa inkubujú pri teplote o niečo nižšej ako je teplota, pri ktorej dochádza k denaturácii, potom sa obnoví pôvodná dvojvláknová štruktúra fragmentov DNA vďaka opätovnému zjednoteniu komplementárnych reťazcov – renaturácii. Pre DNA vírusy a prokaryotické bunky sa ukázalo, že rýchlosť takejto renaturácie priamo závisí od veľkosti genómu; čím väčší je genóm, tým väčšie množstvo DNA na časticu alebo bunku, tým viac času je potrebné na náhodné priblíženie komplementárnych reťazcov a špecifickú reasociáciu väčšieho počtu fragmentov DNA odlišných nukleotidovou sekvenciou (obr. 53). Povaha DNA reasociačnej krivky prokaryotických buniek indikuje neprítomnosť opakovaných sekvencií báz v prokaryotickom genóme; všetky časti ich DNA nesú jedinečné sekvencie, ktorých počet a rozmanitosť odrážajú stupeň zložitosti genetického zloženia objektov a následne aj ich všeobecnú biologickú organizáciu.

Úplne iný obraz reasociácie DNA je pozorovaný u eukaryotických organizmov. Ukázalo sa, že ich DNA obsahuje frakcie, ktoré sa renaturujú oveľa vyššou rýchlosťou, než by sa dalo očakávať na základe veľkosti ich genómu, ako aj časť DNA, ktorá sa renaturuje pomaly, ako jedinečné sekvencie DNA prokaryotov. Eukaryoty zároveň vyžadujú oveľa viac času na renaturáciu tejto frakcie, čo súvisí s celkovo veľkou veľkosťou ich genómu a veľkým počtom rôznych jedinečných génov.

V tej časti eukaryotickej DNA, ktorá sa vyznačuje vysokou rýchlosťou renaturácie, sa rozlišujú dve podfrakcie: 1) frakcia s vysoko alebo často opakovanými sekvenciami, kde sa podobné úseky DNA opakujú 106-krát; 2) zlomok stredne sa opakujúcich sekvencií vyskytujúcich sa 102-103-krát v genóme. U myši teda frakcia DNA s často opakovanými sekvenciami zahŕňa 10 % z celkového množstva DNA na genóm a 15 % pripadá na frakciu so stredne opakovanými sekvenciami. Zvyšných 75 % všetkej myšacej DNA predstavujú jedinečné oblasti zodpovedajúce veľkému počtu rôznych neopakujúcich sa génov.

Frakcie s často sa opakujúcimi sekvenciami môžu mať inú vztlakovú hustotu ako väčšina DNA, a preto môžu byť izolované v čistej forme ako takzvané satelitné frakcie DNA. U myši má táto frakcia hustotu 1,691 g/ml a hlavná časť DNA je 1,700 g/ml. Tieto rozdiely v hustote sú určené rozdielmi v zložení nukleotidov. Napríklad u myši je v tejto frakcii 35 % párov G a C a 42 % v hlavnom píku DNA.

Ako sa ukázalo, satelitná DNA alebo frakcia DNA s často opakovanými sekvenciami sa nezúčastňuje syntézy základných typov RNA v bunke a nie je spojená s procesom syntézy proteínov. Tento záver bol urobený na základe skutočnosti, že žiadny z typov bunkovej RNA (tRNA, mRNA, rRNA) nehybridizuje so satelitnou DNA. V dôsledku toho tieto DNA neobsahujú sekvencie zodpovedné za syntézu bunkovej RNA, ᴛ.ᴇ. satelitné DNA nie sú templátmi pre syntézu RNA a nezúčastňujú sa transkripcie.

Existuje hypotéza, že vysoko sa opakujúce sekvencie, ktoré nie sú priamo zapojené do syntézy proteínov, môžu niesť informácie, ktoré zohrávajú dôležitú štrukturálnu úlohu pri udržiavaní a fungovaní chromozómov. Patria sem početné úseky DNA spojené s jadrovými proteínmi interfázového jadra (pozri nižšie), miesta na začiatku replikácie alebo transkripcie, ako aj úseky DNA, ktoré regulujú tieto procesy.

Lokalizácia tejto frakcie bola študovaná pomocou metódy hybridizácie nukleových kyselín priamo na chromozómoch (in situ). Na tento účel bola RNA značená 3H-uridínom syntetizovaná na izolovanej satelitnej DNA pomocou bakteriálnych enzýmov. Ďalej bol cytologický preparát s chromozómami podrobený úprave, ktorá spôsobuje denaturáciu DNA (zvýšená teplota, alkalické prostredie a pod.). Potom sa na prípravok umiestnila RNA značená 3H a dosiahla sa hybridizácia medzi DNA a RNA. Autorádiografia odhalila, že väčšina označenia je lokalizovaná v zóne primárnych zúžení chromozómov, v zóne ich centromerických oblastí. Značka bola detegovaná aj v iných oblastiach chromozómov, ale veľmi slabo (obr. 54).

Za posledných 10 rokov sa dosiahol veľký pokrok v štúdiu centromerickej DNA, najmä v kvasinkových bunkách. V S. cerevisiae teda centromerická DNA pozostáva z opakujúcich sa úsekov s veľkosťou 110 bp. Pozostáva z dvoch konzervovaných oblastí (I a III) a centrálneho prvku (II), obohateného o páry báz AT. Chromozómy Drosophila majú podobnú štruktúru centromérovej DNA. Ľudská centromerická DNA (alfoidná satelitná DNA) pozostáva z tandemu 170 bp monomérov organizovaných do skupín dimérov alebo pentamérov, ktoré zase tvoria veľké sekvencie 1-6 x 103 bp. Táto najväčšia jednotka sa opakuje 100-1000 krát. Špeciálne centromerické proteíny sú komplexované s touto špecifickou centromerickou DNA a podieľajú sa na tvorbe kinetochóru, štruktúry, ktorá zabezpečuje spojenie chromozómov s vretenovitými mikrotubulmi a na pohybe chromozómov v anafáze (pozri nižšie).

DNA s vysoko repetitívnymi sekvenciami sa nachádza aj v telomerických oblastiach chromozómov mnohých eukaryotických organizmov (od kvasiniek až po ľudí). Tu sa najčastejšie nachádzajú opakovania, ktoré zahŕňajú 3-4 guanínové nukleotidy. U ľudí teloméry obsahujú 500-3000 opakovaní TTAGGG. Tieto úseky DNA plnia špeciálnu úlohu – obmedzujú konce chromozómu a zabraňujú jeho skracovaniu počas procesu opakovanej replikácie.

Nedávno sa zistilo, že vysoko repetitívne DNA sekvencie interfázových chromozómov sa špecificky viažu na laminové proteíny pod jadrovým obalom a podieľajú sa na ukotvení rozšírených dekondenzovaných interfázových chromozómov, čím určujú poradie v lokalizácii chromozómov v objeme interfázového jadra.

Bolo navrhnuté, že satelitná DNA sa môže podieľať na rozpoznávaní homológnych oblastí chromozómov počas meiózy. Podľa iných predpokladov zohrávajú oblasti s často opakovanými sekvenciami úlohu separátorov (spacerov) medzi rôznymi funkčnými jednotkami chromozomálnej DNA, napríklad medzi replikónmi (pozri nižšie).

Ako sa ukázalo, frakcia stredne opakovaných (102 až 105-krát) sekvencií patrí do pestrej triedy oblastí DNA, ktoré hrajú dôležitú úlohu v procesoch vytvárania aparátu na syntézu proteínov. Táto frakcia zahŕňa gény ribozomálnej DNA, ktoré sa v rôznych druhoch opakujú 100 až 1000-krát. Táto frakcia obsahuje mnohokrát opakované oblasti na syntézu všetkých tRNA. Navyše niektoré štrukturálne gény zodpovedné za syntézu určitých proteínov sa tiež mnohokrát opakujú a sú zastúpené v mnohých kópiách. Sú to až 400-krát opakované gény pre chromatínové proteíny – históny.

Zároveň táto frakcia zahŕňa úseky DNA s rôznymi sekvenciami (každá 100-400 nukleotidových párov), ktoré sa tiež mnohokrát opakujú, ale sú rozptýlené po celom genóme. Ich úloha ešte nie je úplne jasná. Bolo navrhnuté, že takéto úseky DNA môžu predstavovať akceptorové alebo regulačné oblasti rôznych génov.

DNA eukaryotických buniek má teda heterogénne zloženie, obsahuje niekoľko tried nukleotidových sekvencií: často sa opakujúce sekvencie (> 106-krát), zahrnuté v satelitnej frakcii DNA a neprepísané; zlomok stredne sa opakujúcich sekvencií (102-105), ktoré predstavujú bloky skutočných génov, ako aj krátke sekvencie roztrúsené po celom genóme; frakcia jedinečných sekvencií, ktorá nesie informácie pre väčšinu bunkových proteínov.

Na základe týchto predstáv sa rozdiely v množstve DNA, ktoré sa pozorujú v rôznych organizmoch, stávajú jasnými: súvisia s nerovnakým podielom určitých tried DNA v genóme organizmov. Takže napríklad u obojživelníka Amphiuma (ktorý má 20-krát viac DNA ako u ľudí) tvoria opakujúce sa sekvencie až 80 % celkovej DNA, v cibuli - až 70, v lososovi - až 60 % atď. P. Skutočné bohatstvo genetických informácií by sa malo odrážať v zlomku jedinečných sekvencií. Nesmieme zabúdať, že v natívnej, nefragmentovanej molekule DNA chromozómu sú všetky úseky, ktoré obsahujú jedinečné, stredne a často sa opakujúce sekvencie, spojené do jedného obrovského kovalentného reťazca DNA.

Molekuly DNA sú heterogénne nielen v oblastiach rôznych nukleotidových sekvencií, ale líšia sa aj svojou syntetickou aktivitou.

Replikácia eukaryotickej DNA. Bakteriálny chromozóm sa replikuje ako jedna štruktúrna jednotka, ktorá má jeden štartovací bod replikácie a jeden koncový bod. Bakteriálna kruhová DNA je teda jeden replikón. Od východiskového bodu replikácia prebieha v dvoch opačných smeroch, takže pri syntéze DNA vzniká takzvané replikačné oko, ohraničené na oboch stranách replikačnými vidličkami, ktoré je dobre viditeľné pri elektrónovom mikroskopickom vyšetrení vírusových a bakteriálnych replikujúcich sa chromozómov. .

V eukaryotických bunkách je organizácia replikácie iného charakteru – polyreplikón Ako už bolo spomenuté, pri pulznej inklúzii 3HT sa takmer vo všetkých mitotických chromozómoch objavuje viacnásobná značka. To znamená, že súčasne existuje veľa miest replikácie a veľa autonómnych počiatkov replikácie v interfázovom chromozóme. Tento jav bol podrobnejšie študovaný pomocou autorádiografie značených molekúl izolovaných z DNA (obr. 55). Ak boli bunky pulzne značené 3HT, potom vo svetelnom mikroskope na autografoch izolovanej DNA možno vidieť oblasti redukovaného striebra. vo forme bodkovaných čiar. Sú to malé úseky DNA, ktoré sa dokázali replikovať a medzi nimi sú úseky nereplikovanej DNA, ktoré neopustili autorádiograf, a preto zostávajú neviditeľné. Ako sa čas kontaktu 3HT s bunkou zvyšuje, veľkosť takýchto segmentov sa zvyšuje a vzdialenosť medzi nimi sa zmenšuje. Z týchto experimentov možno presne vypočítať rýchlosť replikácie DNA v eukaryotických organizmoch. Rýchlosť pohybu replikačnej vidlice sa ukázala byť 1-3 kb. za minútu u cicavcov asi 1 kb. za minútu v niektorých rastlinách, ktorá je oveľa nižšia ako rýchlosť replikácie DNA v baktériách (50 kb za minútu). V tých istých experimentoch bola priamo dokázaná polyreplikónová štruktúra DNA eukaryotických chromozómov: pozdĺž chromozomálnej DNA je pozdĺž nej veľa nezávislých replikačných miest - replikónov. Podľa vzdialenosti medzi stredmi susedných značkovacích replikónov ᴛ.ᴇ. Podľa vzdialenosti dvoch susedných začiatočných bodov replikácie zistíte veľkosť jednotlivých replikónov. V priemere je veľkosť replikónu vyšších zvierat asi 30 µm alebo 100 kbp. V haploidnom súbore cicavcov by preto malo byť 20 000 – 30 000 replikónov. U nižších eukaryotov sú replikóny menšie, okolo 40 kb. V Drosophila je teda 3500 replikónov na genóm a v kvasinkách – 400. Ako už bolo spomenuté, syntéza DNA v replikóne prebieha v dvoch opačných smeroch. To sa dá ľahko dokázať autorádiografiou: ak sa bunkám po označení pulzom nechá nejaký čas pokračovať v syntéze DNA v médiu bez 3HT, potom sa jej inklúzia v DNA zníži, dôjde k zriedeniu značky a na autorádiografe bude možné vidieť symetricky na oboch stranách replikovanej oblasti, čím sa zníži počet zŕn redukovaného striebra.

Replikujúce sa konce alebo vidlice v replikóne sa prestanú pohybovať, keď sa stretnú s vidlicami susedných replikónov (v koncovom bode spoločnom pre susedné replikóny). V tomto bode sú replikované časti susedných replikónov spojené do jednoduchých kovalentných reťazcov dvoch novosyntetizovaných molekúl DNA. Funkčné delenie chromozómovej DNA na replikóny sa zhoduje so štrukturálnym delením DNA na domény alebo slučky, ktorých základy, ako už bolo spomenuté, držia pohromade proteínovými väzbami.

Celá syntéza DNA na jedinom chromozóme teda prebieha v dôsledku nezávislej syntézy na mnohých jednotlivých replikónoch, po ktorej nasleduje spojenie koncov susedných segmentov DNA. Biologický význam tejto vlastnosti je zrejmý pri porovnaní syntézy DNA v baktériách a eukaryotoch. Takto sa syntetizuje bakteriálny monoreplikónový chromozóm s dĺžkou 1600 mikrónov rýchlosťou asi pol hodiny. Ak by sa aj centimetrová molekula DNA chromozómu cicavca replikovala ako monoreplikónová štruktúra, trvalo by to asi týždeň (6 dní). Ale ak takýto chromozóm obsahuje niekoľko stoviek replikónov, potom jeho úplná replikácia bude trvať len asi hodinu. V skutočnosti je čas replikácie DNA u cicavcov 6-8 hodín. Je to spôsobené tým, že nie všetky replikóny konkrétneho chromozómu sa zapnú súčasne.

V niektorých prípadoch sa pozoruje súčasné zahrnutie všetkých replikónov alebo objavenie sa ďalších počiatkov replikácie, čo umožňuje dokončiť syntézu všetkých chromozómov v minimálne krátkom čase. Tento jav sa vyskytuje v skorej embryogenéze niektorých zvierat. Je známe, že pri rozdrvení vajíčok žabky Xenopus laevis trvá syntéza DNA len 20 minút, zatiaľ čo v kultúre somatických buniek tento proces trvá asi deň. Podobný obraz je pozorovaný u Drosophila: v skorých embryonálnych štádiách trvá celá syntéza DNA v jadre 3,5 minúty a v bunkách tkanivovej kultúry - 600 minút. Zároveň sa ukázalo, že veľkosť replikónov v kultivačných bunkách je takmer 5-krát väčšia ako v embryách.

Syntéza DNA po dĺžke jednotlivého chromozómu prebieha nerovnomerne. Zistilo sa, že v individuálnom chromozóme sú aktívne replikóny zostavené do skupín, replikačných jednotiek, ktoré zahŕňajú 20-80 počiatkov replikácie. Vyplynulo to z rozboru autogramov DNA, kde bolo presne takéto blokovanie replikujúcich sa segmentov pozorované. Ďalším základom pre myšlienku existencie blokov alebo zhlukov replikónov alebo replikačných jednotiek boli experimenty so zahrnutím tymidínového analógu, 5'-brómdeoxyuridínu (BrdU), do DNA. Zahrnutie BrdU do interfázového chromatínu vedie k tomu, že počas mitózy oblasti s BrdU kondenzujú v menšej miere (nedostatočná kondenzácia) ako oblasti, kde bol zahrnutý tymidín. Z tohto dôvodu budú tie oblasti mitotických chromozómov, v ktorých je zahrnutý BrdU, slabo zafarbené počas diferenciálneho farbenia. To umožňuje určiť sekvenciu inkorporácie BrdU, ᴛ.ᴇ, v synchronizovaných bunkových kultúrach. sekvencia syntézy DNA po dĺžke jedného chromozómu. Ukázalo sa, že k inklúzii prekurzora dochádza vo veľkých častiach chromozómu. Zahrnutie rôznych sekcií prebieha striktne postupne počas S-periódy. Každý chromozóm sa vyznačuje vysokou stabilitou poradia replikácie pozdĺž svojej dĺžky a má svoj vlastný špecifický vzor replikácie.

Zhluky replikónov, spojené do replikačných jednotiek, sú spojené s proteínmi jadrovej matrice (pozri nižšie), ktoré spolu s replikačnými enzýmami tvoria tzv. klusterozómy sú zóny v medzifázovom jadre, v ktorých prebieha syntéza DNA.

Poradie, v ktorom sú replikačné jednotky aktivované, môže byť pravdepodobne určené štruktúrou chromatínu v týchto oblastiach. Takže napríklad zóny konštitutívneho heterochromatínu (v blízkosti centroméry) sa zvyčajne replikujú na konci S-periódy aj časť fakultatívneho heterochromatínu sa zdvojuje (napríklad X chromozóm; samíc cicavcov). Sekvencia replikácie chromozómových úsekov obzvlášť jasne časovo koreluje so vzorom rozdielneho sfarbenia chromozómov: R-segmenty patria k skorým sa replikujúcim segmentom, G-segmenty zodpovedajú chromozómovým úsekom s neskorou replikáciou. C-segmenty (centroméry) sú miestami poslednej replikácie.

Keďže v rôznych chromozómoch je veľkosť a počet rôznych skupín odlišne sfarbených segmentov rôzny, vytvára sa tak obraz asynchrónneho začiatku a konca replikácie rôznych chromozómov ako celku. V každom prípade postupnosť začiatku a konca replikácie jednotlivých chromozómov v súbore nie je náhodná. Existuje prísna sekvencia reprodukcie chromozómov vo vzťahu k ostatným chromozómom v sade.

Trvanie procesu replikácie jednotlivých chromozómov priamo nezávisí od ich veľkosti. Veľké ľudské chromozómy skupiny A (1-3) sú teda označené počas celej S-periódy, ako aj kratšie chromozómy skupiny B (4-5).

Syntéza DNA v eukaryotickom genóme však začína takmer súčasne na všetkých chromozómoch jadra na začiatku S-periódy. Zároveň však dochádza k sekvenčnému a asynchrónnemu začleneniu rôznych replikónov v rôznych častiach chromozómov aj v rôznych chromozómoch. Replikačná sekvencia konkrétnej oblasti genómu je striktne určená geneticky. Toto posledné tvrdenie je dokázané nielen vzorom zahrnutia značky do rôznych segmentov S-periódy, ale aj skutočnosťou, že existuje prísna sekvencia výskytu vrcholov v citlivosti určitých génov na mutagény počas S-periódy. - obdobie.

Hlavnými chromatínovými proteínmi sú históny.Úloha DNA v zložení interfázových chromozómov (chromatín interfázového jadra) a mitotických chromozómov je celkom jasná: uchovávanie a implementácia genetickej informácie. Okrem toho, aby bolo možné vykonávať tieto funkcie ako súčasť interfázových jadier, je mimoriadne dôležité mať jasný štruktúrny základ, ktorý by umožnil usporiadať obrovskú dĺžku molekúl DNA v prísnom poradí, aby procesy syntézy RNA a replikácia DNA nastáva s určitým časovým sledom V medzifázovom jadre dosahuje koncentrácia DNA 100 mg/ml (!). Medzifázové jadro cicavca obsahuje v priemere asi 2 m DNA, ktorá je lokalizovaná v sférickom jadre s priemerným priemerom asi 10 μm. To znamená, že taká obrovská masa DNA sa musí nejako poskladať s koeficientom balenia 1 x 103 - 1 x 104. A zároveň musí byť v jadre zachovaný určitý poriadok v usporiadaní čiastočne alebo úplne dekondenzovaných chromozómov. . A okrem toho si treba uvedomiť podmienky pre riadne fungovanie chromozómov. Je jasné, že všetky tieto požiadavky nemožno realizovať v bezštruktúrnom, chaotickom systéme.

V bunkovom jadre majú jadrové proteíny vedúcu úlohu pri organizovaní usporiadania DNA, pri jej zhutňovaní a pri regulácii funkčných záťaží. Ako už bolo naznačené, chromatín je komplexný komplex DNA s proteínmi, deoxyribonukleoproteín (DNP), kde proteíny tvoria asi 60 % sušiny. Proteíny v chromatíne sú veľmi rôznorodé, ale možno ich rozdeliť do dvoch skupín: histónové a nehistónové proteíny. Históny tvoria až 80 % všetkých chromatínových proteínov. Ich interakcia s DNA nastáva prostredníctvom soľných alebo iónových väzieb a je nešpecifická vzhľadom na zloženie alebo sekvenciu nukleotidov v molekule DNA. Napriek ich prevahe v celkovom množstve sú históny zastúpené malým množstvom proteínov: eukaryotické bunky obsahujú iba 5-7 typov molekúl histónov. Na rozdiel od histónov, tzv. nehistónové proteíny z väčšej časti špecificky interagujú s určitými sekvenciami molekúl DNA, v tejto skupine je zahrnutých veľmi veľké množstvo typov proteínov (niekoľko stoviek) a veľké množstvo funkcií, ktoré vykonávajú.

Históny sú spojené s DNA ako molekulárny komplex vo forme podjednotiek alebo nukleozómov. Predtým sa verilo, že DNA je rovnomerne pokrytá týmito proteínmi, ktorých spojenie s DNA bolo určené vlastnosťami histónov.

Históny sú proteíny charakteristické len pre chromatín a majú množstvo špeciálnych vlastností. Ide o zásadité alebo zásadité bielkoviny, ktorých vlastnosti určuje pomerne vysoký obsah základných aminokyselín ako lyzín a arginín. Sú to kladné náboje na aminoskupinách lyzínu a arginínu, ktoré určujú soľ alebo elektrostatickú väzbu týchto proteínov s negatívnymi nábojmi na fosfátových skupinách DNA. Toto spojenie je dosť labilné a ľahko sa preruší, v tomto prípade môže dôjsť k disociácii DNP na DNA a históny. Z tohto dôvodu je chromatín, deoxyribonukleoproteín, alebo ako sa predtým nazýval, nukleohistón, komplexný nukleo-proteínový komplex, ktorý zahŕňa lineárne molekuly DNA s vysokým polymérom a obrovské množstvo molekúl histónu (až 60 miliónov kópií každého typu histónu). na jadro).

Históny sú najviac biochemicky študované proteíny (pozri tabuľku 5).

Tabuľka 5. Všeobecné vlastnosti cicavčích histónov

Históny sú relatívne malé proteíny s molekulovou hmotnosťou. Tieto proteíny majú podobné vlastnosti takmer vo všetkých eukaryotoch; nachádzajú sa rovnaké triedy histónov. Triedy histónov sa navzájom líšia obsahom rôznych základných aminokyselín. Históny H3 a H4 sú teda klasifikované ako bohaté na arginín, kvôli relatívne vysokému obsahu tejto aminokyseliny v nich. Tieto históny sú najkonzervovanejšie zo všetkých študovaných proteínov: ich aminokyselinové sekvencie sú takmer rovnaké aj u tak vzdialených druhov, ako je krava a hrach (iba dve substitúcie aminokyselín).

Ďalšie dva históny, H2A a H2B, sú proteíny mierne obohatené lyzínom. Rôzne objekty v rámci týchto histónových skupín vykazujú medzidruhové variácie vo svojej primárnej štruktúre a sekvencii aminokyselín.

Histón H1 nie je jedinečná molekula, ale trieda proteínov pozostávajúca z niekoľkých pomerne blízko príbuzných proteínov s prekrývajúcimi sa aminokyselinovými sekvenciami. Tieto históny vykazujú významné medzidruhové a medzitkanivové variácie. Zároveň ich spoločný majetok je obohatený o lyzín, čo z nich robí najzákladnejšie proteíny, ktoré sa ľahko oddeľujú od chromatínu vo fyziologickom roztoku (0,5 M). V roztokoch s vysokou iónovou silou (1-2 M NaCl) sú všetky históny úplne oddelené od DNA a prechádzajú do roztoku.

Históny všetkých tried (najmä H1) sa vyznačujú klastrovou distribúciou základných aminokyselín, lyzínu a arginínu, na N- a C-koncoch molekúl. Stredné úseky molekúl histónu tvoria niekoľko (3-4) a-helikálnych úsekov, ktoré sú za izotonických podmienok zhutnené do globulárnej štruktúry (obr. 56). Nezávitnicové konce molekúl histónových proteínov, bohaté na kladné náboje, sú zrejme zodpovedné za ich vzájomné spojenie a spojenie s DNA.

V históne H1 je najvariabilnejší N-koniec, ktorý komunikuje s inými histónmi, a C-koniec, bohatý na lyzín, interaguje s DNA.

Počas života bunky môžu nastať posttranslačné zmeny (modifikácie) histónov: acetylácia a metylácia niektorých lyzínových zvyškov, čo vedie k strate počtu pozitívnych nábojov a fosforylácia serínových zvyškov, čo vedie k vzniku negatívneho náboja . Acetylácia a fosforylácia histónov musí byť reverzibilná. Tieto modifikácie výrazne menia vlastnosti histónov a ich schopnosť viazať DNA. Zvýšená acetylácia histónu teda predchádza aktivácii génu a fosforylácia a defosforylácia sú spojené s kondenzáciou chromatínu, respektíve dekondenzáciou.

Históny sa syntetizujú v cytoplazme, transportujú sa do jadra a viažu sa na DNA pri jej replikácii v S perióde, ᴛ.ᴇ. syntéza histónu a DNA sú synchronizované. Keď bunka zastaví syntézu DNA, histónové mediátorové RNA sa v priebehu niekoľkých minút rozpadnú a syntéza histónu sa zastaví. Históny začlenené do chromatínu sú veľmi stabilné a majú nízku mieru náhrady.

Rozdelenie histónov do piatich skupín a ich dostatočná podobnosť v rámci každej skupiny je vo všeobecnosti charakteristická pre eukaryoty. V čom celý riadok rozdiely v zložení histónov sa pozorujú u vyšších aj nižších eukaryotických organizmov. U nižších stavovcov sa teda namiesto H1, ktorý je charakteristický pre všetky tkanivá týchto organizmov, nachádza v erytrocytoch histón H5, ktorý obsahuje viac arginínu a serínu. Na druhej strane u mnohých eukaryotov chýbajú určité skupiny histónov a v mnohých prípadoch dochádza k úplnému nahradeniu týchto proteínov inými.

Proteíny podobné histónom sa našli vo vírusoch, baktériách a mitochondriách. Takže napríklad v E. coli sa proteíny (HU a H-NS) nachádzajú v bunke vo veľkých množstvách, čo v zložení aminokyselín pripomína históny.

Funkčné vlastnosti históny.Široká distribúcia histónov, ich podobnosť aj u veľmi vzdialených druhov, ich povinné zaradenie do chromozómov, to všetko naznačuje ich mimoriadne dôležitú úlohu v živote buniek. Ešte pred objavom nukleozómov existovali dve komplementárne skupiny hypotéz o funkčnej úlohe histónov, ich regulačnej a štrukturálnej úlohe.

Zistilo sa, že izolovaný chromatín, keď sa k nemu pridá RNA polymeráza, by mal byť templátom pre transkripciu, ale jeho aktivita je len asi 10% aktivity zodpovedajúcej aktivite izolovanej čistej DNA. Táto aktivita sa postupne zvyšuje s odstránením histónových skupín a môže dosiahnuť 100 %. úplné odstránenie históny. Z toho by sa dalo usúdiť, že celkový obsah histónu môže regulovať úroveň transkripcie. Toto pozorovanie je v súlade so skutočnosťou, že ako sa odstraňujú históny, najmä H1, dochádza k progresívnej dekondenzácii a rozvinutiu DNP fibríl, čo pravdepodobne uľahčuje interakciu RNA polymerázy s templátovou DNA. Zistilo sa tiež, že modifikácia histónov vedie k zvýšenej transkripcii a súčasnej dekompakcii chromatínu. V dôsledku toho záver naznačuje, že kvantitatívny a kvalitatívny stav histónov ovplyvňuje stupeň kompaktnosti a aktivity chromatínu. Zároveň zostala otvorená otázka o špecifickosti regulačných vlastností histónov: aká je úloha histónov pri syntéze špecifických mRNA v rôzne diferencovaných bunkách. Táto otázka ešte nie je vyriešená, aj keď je možné urobiť určité zovšeobecnenia: tie skupiny histónov, ktoré sú najmenej konzervované, ako napríklad H 1 alebo H 2 A a H 2 B, ktoré možno výrazne modifikovať a tým zmeniť ich vlastnosti v určitých oblastiach genómu.

Štrukturálna, zhutňovacia úloha histónov v organizácii chromatínu bola tiež zrejmá. Postupné pridávanie histónovej frakcie do roztokov čistej DNA teda vedie k vyzrážaniu DNP komplexu a naopak čiastočné odstránenie histónov z chromatínových preparátov vedie k jeho prechodu do rozpustného stavu. Na druhej strane v cytoplazmatických extraktoch oocytov obojživelníkov alebo vajíčok ježoviek obsahujúcich voľné históny vedie pridanie akejkoľvek DNA (vrátane fágu) k tvorbe chromatínových fibríl (CFP), ktorých dĺžka je niekoľkonásobne kratšia ako pôvodná DNA. Tieto údaje naznačujú štrukturálnu zhutňovaciu úlohu histónov. Aby sa obrovské centimetrové molekuly DNA naskladali po dĺžke chromozómu, ktorý má veľkosť len niekoľko mikrometrov, musí byť molekula DNA nejako skrútená, zhutnená s hustotou balenia 1:10 000 v procese zhutňovania DNA existuje niekoľko úrovní balenia, z ktorých prvá je priamo určená interakciou histónov s DNA.

Prvá úroveň zhutnenia DNA. Skoré štúdie biochemickej a elektrónovej mikroskopie ukázali, že prípravky DNP obsahujú vláknité štruktúry s priemerom 5 až 50 nm. Postupne sa ukázalo, že priemer chromatínových fibríl závisí od spôsobu izolácie liečiva.

Ultratenké rezy interfázových jadier a mitotických chromozómov po fixácii glutaraldehydom odhalili chromatizované fibrily s hrúbkou 30 nm. Chromatínové fibrily mali rovnaké rozmery pri fyzikálnej fixácii jadier - pri rýchlom zmrazení jadier, odrezaní predmetu a získaní replík z takýchto preparátov. V druhom prípade bol vylúčený vplyv rôznych chemických podmienok na chromatín. Ale všetky tieto

Štruktúra a chémia chromatínu - pojem a typy. Klasifikácia a vlastnosti kategórie "Štruktúra a chémia chromatínu" 2017, 2018.

Chromatín, hlavná zložka bunkového jadra, sa dá pomerne ľahko získať z izolovaných interfázových jadier az izolovaných mitotických chromozómov. Na to využívajú jeho schopnosť prejsť do rozpusteného stavu počas extrakcie vodnými roztokmi s nízkou iónovou silou alebo jednoducho deionizovanou vodou. V tomto prípade časti chromatínu napučiavajú a menia sa na gél. Na premenu takýchto liečiv na skutočné roztoky sú potrebné silné mechanické vplyvy: pretrepávanie, miešanie, dodatočná homogenizácia. To samozrejme vedie k čiastočnej deštrukcii pôvodnej chromatínovej štruktúry, jej rozdrveniu na malé fragmenty, ale prakticky sa nemení jej chemické zloženie.

Tabuľka 3. Chemické zloženie chromatínu. Obsah bielkovín a RNA je daný vzhľadom na DNA

V priemere asi 40 % chromatínu tvorí DNA a asi 60 % tvoria proteíny vrátane špecifických jadrových proteínov – históny, tvoria 40 až 80 % všetkých bielkovín, ktoré tvoria izolovaný chromatín. Okrem toho chromatínová frakcia zahŕňa membránové zložky, RNA, sacharidy, lipidy a glykoproteíny. Otázka, do akej miery sú tieto minoritné zložky zahrnuté v štruktúre chromatínu, ešte nebola vyriešená. Tak napríklad RNA môže byť transkribovaná RNA, ktorá ešte nestratila spojenie s templátom DNA. Ďalšie minoritné zložky môžu predstavovať látky z koprecipitovaných fragmentov jadrovej membrány.

Štruktúrne je chromatín filamentózny komplex molekúl deoxyribonukleoproteínu (DNP), ktoré pozostávajú z DNA spojenej s histónmi (pozri obr. 57). Preto sa zakorenil iný názov chromatínu - nukleohistónu. Práve asociáciou histónov s DNA vznikajú veľmi labilné, variabilné komplexy nukleová kyselina-histón, kde pomer DNA:histón je približne jedna, t.j. sú prítomné v rovnakých hmotnostných množstvách. Tieto filamentózne DNP fibrily sú elementárne chromozomálne alebo chromatínové filamenty, ktorých hrúbka sa môže v závislosti od stupňa balenia DNA pohybovať od 10 do 30 nm. Tieto fibrily DNP sa môžu ďalej zhutňovať, aby vytvorili vyššie úrovne štruktúrovania DNP, až po mitotický chromozóm. Úloha niektorých nehistónových proteínov je práve vo vytváraní vysokých úrovní zhutnenia chromatínu.

DNA chromatín

V chromatínovom prípravku tvorí DNA zvyčajne 30 – 40 %. Táto DNA je dvojvláknová špirálovitá molekula, podobná čistej izolovanej DNA vo vodných roztokoch. Dokazujú to mnohé experimentálne údaje. Keď sa teda roztoky chromatínu zahrejú, pozoruje sa zvýšenie optickej hustoty roztoku, takzvaný hyperchrómny efekt spojený s prerušením internukleotidových vodíkových väzieb medzi reťazcami DNA, podobne ako pri zahrievaní (tavení) čistej DNA. .

Otázka veľkosti a dĺžky molekúl DNA v chromatíne je dôležitá pre pochopenie štruktúry chromozómu ako celku. Pri použití štandardných metód izolácie DNA má chromatín molekulovú hmotnosť 7-9 x 106, čo je výrazne menej ako molekulová hmotnosť DNA z Escherichia coli (2,8 x 109). Takáto relatívne nízka molekulová hmotnosť DNA z chromatínových prípravkov sa dá vysvetliť mechanickým poškodením DNA počas procesu izolácie chromatínu. Ak sa DNA izoluje za podmienok, ktoré vylučujú pretrepávanie, homogenizáciu a iné vplyvy, je možné z buniek získať veľmi dlhé molekuly DNA. Dĺžku molekúl DNA z jadier a chromozómov eukaryotických buniek je možné študovať pomocou svetelno-optickej autorádiografickej metódy, rovnako ako to bolo študované na prokaryotických bunkách.

Po miernej lýze eukaryotických buniek možno priamo určiť molekulové hmotnosti DNA fyzikálno-chemickými metódami. Ukázalo sa, že maximálna molekulová hmotnosť molekuly DNA Drosophila je 41 x 109, čo zodpovedá dĺžke približne 2 cm V niektorých kvasinkách je molekula DNA na chromozóm s molekulovou hmotnosťou 1 x 108 -109, ktorý meria asi 0,5 mm.

Takáto dlhá DNA je jedna molekula, a nie niekoľko kratších, spojených do jedného súboru pomocou proteínových väzieb, ako sa niektorí výskumníci domnievali. K tomuto záveru sa dospelo po tom, čo sa ukázalo, že dĺžka molekúl DNA sa po ošetrení liekov proteolytickými enzýmami nemení.

Vo veľkých taxonomických skupinách existujú výrazné výkyvy v množstve DNA. Medzi vyššími rastlinami sa množstvo DNA v rôznych druhoch môže líšiť stokrát, rovnako ako u rýb sa množstvo DNA u obojživelníkov líši desaťkrát.

Niektoré obojživelníky majú vo svojich jadrách 10-30-krát viac DNA ako v ľudských, hoci genetická konštitúcia človeka je neporovnateľne zložitejšia ako u žiab. Preto sa dá predpokladať, že „nadbytočné“ množstvo DNA v nižšie organizovaných organizmoch buď nesúvisí s plnením genetickej úlohy, alebo sa počet génov toľkokrát opakuje.

Tabuľka 4. Obsah DNA v bunkách niektorých predmetov (str, 10 -12 g)

Ukázalo sa, že tieto problémy je možné vyriešiť štúdiom kinetiky reakcie renaturácie alebo hybridizácie DNA. Ak sa fragmentované molekuly DNA v roztokoch podrobia tepelnej denaturácii a následne sa inkubujú pri teplote o niečo nižšej ako je teplota, pri ktorej dochádza k denaturácii, potom sa obnoví pôvodná dvojvláknová štruktúra fragmentov DNA vďaka opätovnému zjednoteniu komplementárnych reťazcov – renaturácii. Pre DNA vírusy a prokaryotické bunky sa ukázalo, že rýchlosť takejto renaturácie priamo závisí od veľkosti genómu; čím väčší genóm, tým väčšie množstvo DNA na časticu alebo bunku, tým viac času je potrebné na náhodné priblíženie komplementárnych reťazcov a špecifickú reasociáciu väčšieho počtu fragmentov DNA odlišných nukleotidovou sekvenciou (obr. 53). Povaha DNA reasociačnej krivky prokaryotických buniek indikuje neprítomnosť opakovaných sekvencií báz v prokaryotickom genóme; všetky časti ich DNA nesú jedinečné sekvencie, ktorých počet a rozmanitosť odrážajú stupeň zložitosti genetického zloženia objektov a následne aj ich všeobecnú biologickú organizáciu.

Úplne iný obraz reasociácie DNA je pozorovaný u eukaryotických organizmov. Ukázalo sa, že ich DNA obsahuje frakcie, ktoré sa renaturujú oveľa vyššou rýchlosťou, než by sa dalo očakávať na základe veľkosti ich genómu, ako aj časť DNA, ktorá sa renaturuje pomaly, ako jedinečné sekvencie DNA prokaryotov. Eukaryoty však vyžadujú podstatne viac času na renaturáciu tejto frakcie, čo súvisí s celkovo veľkou veľkosťou ich genómu a veľkým počtom rôznych jedinečných génov.

V tej časti eukaryotickej DNA, ktorá sa vyznačuje vysokou rýchlosťou renaturácie, sa rozlišujú dve podfrakcie: 1) frakcia s vysoko alebo často sa opakujúcimi sekvenciami, kde sa podobné úseky DNA môžu opakovať 10 6-krát; 2) zlomok stredne sa opakujúcich sekvencií, ktoré sa v genóme vyskytujú 102-103-krát. U myši teda frakcia DNA s často opakovanými sekvenciami zahŕňa 10 % z celkového množstva DNA na genóm a 15 % pripadá na frakciu so stredne opakovanými sekvenciami. Zvyšných 75 % všetkej myšacej DNA predstavujú jedinečné oblasti zodpovedajúce veľkému počtu rôznych neopakujúcich sa génov.

Frakcie s vysoko opakovanými sekvenciami môžu mať inú hustotu nadnášania ako väčšina DNA, a preto sa môžu izolovať v čistej forme ako takzvané frakcie satelitnej DNA. U myši má táto frakcia hustotu 1,691 g/ml a hlavná časť DNA je 1,700 g/ml. Tieto rozdiely v hustote sú určené rozdielmi v zložení nukleotidov. Napríklad u myši je v tejto frakcii 35 % párov G a C a 42 % v hlavnom píku DNA.

Ako sa ukázalo, satelitná DNA alebo frakcia DNA s často opakovanými sekvenciami sa nezúčastňuje syntézy hlavných typov RNA v bunke a nie je spojená s procesom syntézy proteínov. Tento záver bol urobený na základe skutočnosti, že žiadny z typov bunkovej RNA (tRNA, mRNA, rRNA) nehybridizuje so satelitnou DNA. V dôsledku toho tieto DNA neobsahujú sekvencie zodpovedné za syntézu bunkovej RNA, t.j. satelitné DNA nie sú templátmi pre syntézu RNA a nezúčastňujú sa transkripcie.

Existuje hypotéza, že vysoko sa opakujúce sekvencie, ktoré nie sú priamo zapojené do syntézy proteínov, môžu niesť informácie, ktoré zohrávajú dôležitú štrukturálnu úlohu pri udržiavaní a fungovaní chromozómov. Tieto môžu zahŕňať početné úseky DNA spojené s jadrovými proteínmi interfázového jadra (pozri nižšie), miesta na začiatku replikácie alebo transkripcie, ako aj úseky DNA, ktoré regulujú tieto procesy.

Využitím metódy hybridizácie nukleových kyselín priamo na chromozómoch ( in situ) bola študovaná lokalizácia tejto frakcie. Na tento účel bola RNA značená 3H-uridínom syntetizovaná na izolovanej satelitnej DNA pomocou bakteriálnych enzýmov. Potom bol cytologický preparát s chromozómami podrobený takej úprave, aby došlo k denaturácii DNA (zvýšená teplota, alkalické prostredie a pod.). Potom sa na prípravok umiestnila RNA značená 3H a dosiahla sa hybridizácia medzi DNA a RNA. Autorádiografia odhalila, že väčšina označenia je lokalizovaná v zóne primárnych zúžení chromozómov, v zóne ich centromerických oblastí. Značka bola detegovaná aj v iných oblastiach chromozómov, ale veľmi slabo (obr. 54).

Za posledných 10 rokov sa v štúdiu urobili veľké pokroky centromerická DNA najmä v kvasinkových bunkách. Tak to urobte S. cerevisiae Centromerická DNA pozostáva z opakujúcich sa oblastí 110 bp. Pozostáva z dvoch konzervovaných oblastí (I a III) a centrálneho prvku (II), obohateného o páry báz AT. Chromozómy Drosophila majú podobnú štruktúru centromérovej DNA. Ľudská centromerická DNA (alfoidná satelitná DNA) pozostáva z tandemu 170 bp monomérov organizovaných do skupín dimérov alebo pentamérov, ktoré zase tvoria veľké sekvencie 1-6 x 103 bp. Táto najväčšia jednotka sa opakuje 100-1000 krát. Špeciálne centromerické proteíny sú v komplexe s touto špecifickou centromerickou DNA a podieľajú sa na tvorbe kinetochore, štruktúra, ktorá zabezpečuje spojenie chromozómov s vretenovitými mikrotubulmi a pri pohybe chromozómov v anafáze (pozri nižšie).

DNA s vysoko repetitívnymi sekvenciami bola tiež nájdená v telomerické oblasti chromozómy mnohých eukaryotických organizmov (od kvasiniek až po ľudí). Najčastejšie sa tu nachádzajú opakovania, ktoré zahŕňajú 3-4 guanínové nukleotidy. U ľudí teloméry obsahujú 500-3000 opakovaní TTAGGG. Tieto úseky DNA plnia špeciálnu úlohu – obmedzujú konce chromozómu a zabraňujú jeho skracovaniu počas procesu opakovanej replikácie.

Ako sa ukázalo, frakcia stredne sa opakujúcich (102 až 105-krát) sekvencií patrí do pestrej triedy oblastí DNA, ktoré zohrávajú dôležitú úlohu v procesoch vytvárania aparátu syntézy proteínov. Táto frakcia zahŕňa gény ribozomálnej DNA, ktoré sa môžu opakovať 100 až 1000-krát u rôznych druhov. Táto frakcia obsahuje mnohokrát opakované oblasti na syntézu všetkých tRNA. Navyše, niektoré štrukturálne gény zodpovedné za syntézu určitých proteínov sa môžu tiež mnohokrát opakovať, reprezentované mnohými kópiami. Sú to až 400-krát opakované gény pre chromatínové proteíny – históny.

Okrem toho táto frakcia zahŕňa úseky DNA s rôznymi sekvenciami (každá 100-400 nukleotidových párov), ktoré sa tiež mnohokrát opakujú, ale sú rozptýlené po celom genóme. Ich úloha ešte nie je úplne jasná. Bolo navrhnuté, že takéto úseky DNA môžu predstavovať akceptorové alebo regulačné oblasti rôznych génov.

DNA eukaryotických buniek má teda heterogénne zloženie, obsahuje niekoľko tried nukleotidových sekvencií: často sa opakujúce sekvencie (> 106-krát), zahrnuté v satelitnej frakcii DNA a neprepísané; zlomok stredne sa opakujúcich sekvencií (102 - 105), ktoré predstavujú bloky skutočných génov, ako aj krátke sekvencie roztrúsené po celom genóme; frakcia jedinečných sekvencií, ktorá nesie informácie pre väčšinu bunkových proteínov.

Na základe týchto myšlienok sa rozdiely v množstve DNA, ktoré sa pozorujú v rôznych organizmoch, stávajú jasnými: môžu byť spojené s nerovnakým podielom určitých tried DNA v genóme organizmov. Teda napríklad u obojživelníka Amphiuma(ktorý má 20-krát viac DNA ako človek) opakujúce sa sekvencie tvoria až 80 % celkovej DNA, u cibule – až 70, u lososa – až 60 % atď. Skutočné bohatstvo genetických informácií by sa malo odrážať v zlomku jedinečných sekvencií. Nesmieme zabúdať, že v natívnej, nefragmentovanej molekule DNA chromozómu sú všetky oblasti, ktoré obsahujú jedinečné, stredne a často sa opakujúce sekvencie, spojené do jedného obrovského kovalentného reťazca DNA.

Molekuly DNA sú heterogénne nielen v oblastiach rôznych nukleotidových sekvencií, ale líšia sa aj svojou syntetickou aktivitou.

Replikácia eukaryotickej DNA

Bakteriálny chromozóm sa replikuje ako jedna štruktúrna jednotka, ktorá má jeden štartovací bod replikácie a jeden koncový bod. Bakteriálna kruhová DNA je teda jedna replikón. Od východiskového bodu replikácia prebieha v dvoch opačných smeroch, takže pri syntéze DNA vzniká takzvané replikačné oko, ohraničené na oboch stranách replikačnými vidličkami, ktoré je dobre viditeľné pri elektrónovom mikroskopickom vyšetrení vírusových a bakteriálnych replikujúcich sa chromozómov. .

V eukaryotických bunkách je organizácia replikácie iného charakteru – polyreplikón Ako už bolo uvedené, pri pulznej inklúzii 3 HT sa takmer vo všetkých mitotických chromozómoch objavuje viacnásobná značka. To znamená, že súčasne existuje veľa miest replikácie a veľa autonómnych počiatkov replikácie v interfázovom chromozóme. Tento jav bol podrobnejšie študovaný pomocou autorádiografie značených molekúl izolovaných z DNA (obr. 55). Ak boli bunky pulzne značené 3 HT, potom vo svetelnom mikroskope na autografoch izolovanej DNA vidieť oblasti redukovaného striebra. vo forme bodkovaných čiar. Sú to malé úseky DNA, ktoré sa dokázali replikovať a medzi nimi sú úseky nereplikovanej DNA, ktoré neopustili autorádiograf, a preto zostávajú neviditeľné. Keď sa čas kontaktu 3 NT s bunkou zvyšuje, veľkosť takýchto segmentov sa zväčšuje a vzdialenosť medzi nimi sa zmenšuje. Z týchto experimentov možno presne vypočítať rýchlosť replikácie DNA v eukaryotických organizmoch. Rýchlosť pohybu replikačnej vidlice sa ukázala byť 1-3 kb. za minútu u cicavcov asi 1 kb. za minútu v niektorých rastlinách, ktorá je oveľa nižšia ako rýchlosť replikácie DNA v baktériách (50 kb za minútu). V tých istých experimentoch bola priamo dokázaná polyreplikónová štruktúra DNA eukaryotických chromozómov: pozdĺž chromozomálnej DNA je pozdĺž nej veľa nezávislých replikačných miest - replikónov. Podľa vzdialenosti medzi stredmi susedných značkovacích replikónov, t.j. Na základe vzdialenosti medzi dvoma susednými začiatočnými bodmi replikácie možno určiť veľkosť jednotlivých replikónov. V priemere je veľkosť replikónu vyšších zvierat asi 30 µm alebo 100 kbp. V haploidnom súbore cicavcov by preto malo byť 20 000 – 30 000 replikónov. U nižších eukaryotov sú replikóny menšie, okolo 40 kb. V Drosophila je teda 3500 replikónov na genóm a v kvasinkách – 400. Ako už bolo spomenuté, syntéza DNA v replikóne prebieha v dvoch opačných smeroch. To sa dá ľahko dokázať autorádiografiou: ak sa bunkám po označení pulzom nechá nejaký čas pokračovať v syntéze DNA v médiu bez 3 HT, potom sa jej inklúzia v DNA zníži, dôjde k zriedeniu značky a na na autorádiografe bude možné vidieť symetrický vzor na oboch stranách replikovanej oblasti, čím sa zníži počet zŕn redukovaného striebra.

Celá syntéza DNA na jednom chromozóme teda prebieha nezávislou syntézou na mnohých jednotlivých replikónoch, po ktorej nasleduje spojenie koncov susedných segmentov DNA. Biologický význam tejto vlastnosti je zrejmý pri porovnaní syntézy DNA v baktériách a eukaryotoch. Takto sa syntetizuje bakteriálny monoreplikónový chromozóm s dĺžkou 1600 mikrónov rýchlosťou asi pol hodiny. Ak by sa aj centimetrová molekula DNA chromozómu cicavca replikovala ako monoreplikónová štruktúra, trvalo by to asi týždeň (6 dní). Ale ak takýto chromozóm obsahuje niekoľko stoviek replikónov, potom jeho úplná replikácia bude trvať len asi hodinu. V skutočnosti je čas replikácie DNA u cicavcov 6-8 hodín. Je to spôsobené tým, že nie všetky replikóny jednotlivého chromozómu sú zapnuté súčasne.

V niektorých prípadoch sa pozoruje súčasné zahrnutie všetkých replikónov alebo objavenie sa ďalších počiatkov replikácie, čo umožňuje dokončiť syntézu všetkých chromozómov v minimálne krátkom čase. Tento jav sa vyskytuje v skorej embryogenéze niektorých zvierat. Je známe, že pri drvení vajíčok pazúrovitých žiab Xenopus laevis Syntéza DNA trvá len 20 minút, zatiaľ čo v kultúre somatických buniek tento proces trvá asi deň. Podobný obraz je pozorovaný u Drosophila: v skorých embryonálnych štádiách trvá celá syntéza DNA v jadre 3,5 minúty a v bunkách tkanivovej kultúry - 600 minút. Zároveň sa ukázalo, že veľkosť replikónov v kultivačných bunkách je takmer 5-krát väčšia ako v embryách.

Syntéza DNA prebieha nerovnomerne po dĺžke jednotlivého chromozómu. Zistilo sa, že v individuálnom chromozóme sú aktívne replikóny zostavené do skupín, replikačných jednotiek, ktoré zahŕňajú 20-80 počiatkov replikácie. Vyplynulo to z rozboru autogramov DNA, kde bolo presne takéto blokovanie replikujúcich sa segmentov pozorované. Ďalším základom pre myšlienku existencie blokov alebo zhlukov replikónov alebo replikačných jednotiek boli experimenty so zahrnutím tymidínového analógu, 5'-brómdeoxyuridínu (BrdU), do DNA. Zahrnutie BrdU do interfázového chromatínu vedie k tomu, že počas mitózy oblasti s BrdU kondenzujú v menšej miere (nedostatočná kondenzácia) ako oblasti, kde bol zahrnutý tymidín. Preto tie oblasti mitotických chromozómov, v ktorých je zahrnutý BrdU, budú počas diferenciálneho farbenia slabo zafarbené. To umožňuje určiť sekvenciu inkorporácie BrdU pomocou synchronizovaných bunkových kultúr, t.j. sekvencia syntézy DNA po dĺžke jedného chromozómu. Ukázalo sa, že k inklúzii prekurzora dochádza vo veľkých častiach chromozómu. Zahrnutie rôznych sekcií prebieha striktne postupne počas S-periódy. Každý chromozóm sa vyznačuje vysokou stabilitou poradia replikácie pozdĺž svojej dĺžky a má svoj vlastný špecifický vzor replikácie.

Poradie, v ktorom sú replikačné jednotky aktivované, môže byť pravdepodobne určené štruktúrou chromatínu v týchto oblastiach. Napríklad zóny konštitutívneho heterochromatínu (v blízkosti centroméry) sa zvyčajne replikujú na konci S-periódy aj na konci S-periódy sa zdvojuje časť fakultatívneho heterochromatínu (napríklad X chromozóm ženy; cicavce). Sekvencia replikácie chromozómových úsekov obzvlášť jasne časovo koreluje so vzorom rozdielneho sfarbenia chromozómov: R-segmenty patria k skorým sa replikujúcim segmentom, G-segmenty zodpovedajú chromozómovým úsekom s neskorou replikáciou. C-segmenty (centroméry) sú miestami poslednej replikácie.

Syntéza DNA v eukaryotickom genóme teda začína takmer súčasne na všetkých chromozómoch jadra na začiatku S-periódy. Zároveň však dochádza k sekvenčnému a asynchrónnemu začleneniu rôznych replikónov v rôznych častiach chromozómov aj v rôznych chromozómoch. Replikačná sekvencia konkrétnej oblasti genómu je striktne určená geneticky. Toto posledné tvrdenie je dokázané nielen vzorom zahrnutia značky do rôznych segmentov S-periódy, ale aj skutočnosťou, že existuje prísna sekvencia výskytu vrcholov v citlivosti určitých génov na mutagény počas S-periódy. - obdobie.

Jadrový chromatín je komplex deoxyribonukleových kyselín s proteínmi, kde je DNA v rôznom stupni kondenzácie.

Pri svetelnej mikroskopii sa chromatín javí ako nepravidelne tvarované zhluky, ktoré nemajú jasné hranice a sú zafarbené základnými farbivami. Slabo a silne kondenzované zóny chromatínu hladko prechádzajú jedna do druhej. Na základe elektrónovej a svetelnej optickej hustoty sa rozlišuje elektrónovo hustý, pestrofarebný heterochromatín a menej farebný, menej elektrónový euchromatín.

Heterochromatín je zóna vysoko kondenzovanej DNA spojená s histónovými proteínmi. Pod elektrónovou mikroskopiou sú viditeľné tmavé, nepravidelne tvarované hrudky.

Heterochromatín je husto zbalená zbierka nukleozómov. Heterochromatín sa v závislosti od jeho lokalizácie delí na parietálny, matricový a perinukleárny.

Parietálny heterochromatín susedí s vnútorným povrchom jadrového obalu, matrixový heterochromatín je distribuovaný v karyoplazmatickej matrix a perinukleárny heterochromatín susedí s jadierkom.

Euchromatín je oblasť slabo kondenzovanej DNA. Euchromatín zodpovedá oblastiam chromozómov, ktoré sa stali difúznymi, ale neexistuje jasná hranica medzi kondenzovaným a dekondenzovaným chromatínom. Väčšinou sú nehistónové proteíny spojené s nukleovými kyselinami v euchromatíne, ale existujú aj históny, ktoré tvoria nukleozómy, ktoré sú voľne distribuované medzi úsekmi nekondenzovanej DNA. Nehistónové proteíny vykazujú menej výrazné základné vlastnosti, sú rôznorodejšie v chemickom zložení a sú oveľa variabilnejšie v rozlíšení. Podieľajú sa na transkripcii a regulujú tento proces. Na úrovni transmisnej elektrónovej mikroskopie je euchromatín štruktúrou s nízkou elektrónovou hustotou pozostávajúcou z jemných granulárnych a jemných fibrilárnych štruktúr.

Nukleozómy sú komplexné deoxyribonukleoproteínové komplexy obsahujúce DNA a proteíny s priemerom približne 10 nm. Nukleozómy pozostávajú z 8 proteínov – histónov H2a, H2b, H3 a H4, usporiadaných v 2 radoch.

Okolo proteínového makromolekulárneho komplexu tvorí fragment DNA 2,5 špirálového závitu a pokrýva 140 párov nukleotidov. Táto časť DNA sa nazýva jadro a označuje sa jadrová DNA (nDNA). Oblasť DNA medzi nukleozómami sa niekedy nazýva linker. Linkerové oblasti zaberajú približne 60 párov báz a sú označené ako iDNA.

Históny sú nízkomolekulárne, evolučne konzervované proteíny s odlišnými základnými vlastnosťami. Ovládajú čítanie genetickej informácie. V oblasti nukleozómu je proces transkripcie blokovaný, ale v prípade potreby sa môže špirála DNA „rozvinúť“ a okolo nej sa aktivuje polymerizácia jadrovej RNA. Históny sú teda dôležité ako proteíny, ktoré riadia realizáciu genetického programu a špecifickú funkčnú aktivitu bunky.

Euchromatín aj heterochromatín majú nukleozomálnu úroveň organizácie. Ak je však histón H1 pripojený k spojovacej oblasti, potom sa nukleozómy navzájom spájajú a dochádza k ďalšej kondenzácii (zhutňovaniu) DNA s tvorbou hrubých konglomerátov - heterochromatínu. V euchromatíne nedochádza k významnej kondenzácii DNA.

Kondenzácia DNA sa môže vyskytnúť ako superguľôčka alebo solenoid. V tomto prípade je osem nukleozómov kompaktne priľahlých k sebe a tvoria superguľu. V solenoidovom modeli aj v superperličke ležia nukleozómy s najväčšou pravdepodobnosťou v špirále.

DNA sa môže stať ešte kompaktnejšou a vytvárať chromoméry. V chromomére sú deoxyribonukleoproteínové vlákna spojené do slučiek držaných pohromade nehistónovými proteínmi. Chromoméry môžu byť umiestnené viac-menej kompaktne. Chromoméry sa počas mitózy ešte viac kondenzujú a vytvárajú chromonema (vláknitú štruktúru). Chromonémy sú viditeľné pod svetelným mikroskopom, vznikajú v profáze mitózy a podieľajú sa na tvorbe chromozómov, usporiadaných do špirály.

Je vhodnejšie študovať morfológiu chromozómov, keď sú najviac kondenzované v metafáze a na začiatku anafázy. V tomto stave sú chromozómy tvarované ako tyčinky rôznej dĺžky, ale s pomerne konštantnou hrúbkou. V nich je jasne viditeľná primárna konstrikčná zóna, ktorá rozdeľuje chromozóm na dve ramená.

Niektoré chromozómy obsahujú sekundárne zúženie. Sekundárna konstrikcia je nukleolárny organizátor, pretože počas interfázy sa v týchto oblastiach tvoria jadierka.

Centroméry alebo kinetochory sú pripojené k oblasti primárneho zúženia. Kinetochore je diskoidná platnička. Kinetochory sú spojené mikromriežkami, ktoré sú napojené na centrioly. Mikrotubuly „rozdeľujú“ chromozómy v mitóze.

Chromozómy sa môžu výrazne líšiť veľkosťou a pomerom ramien. Ak sú ramená rovnaké alebo takmer rovnaké, potom sú metacentrické. Ak je jedno z ramien veľmi krátke (takmer nepostrehnuteľné), potom je takýto chromozóm akrocentrický. Submetacentrický chromozóm zaujíma strednú polohu. Chromozómy so sekundárnymi zúženiami sa niekedy nazývajú satelitné chromozómy.

Barrove telieska (pohlavný chromatín) sú špeciálne chromatínové štruktúry, ktoré sa častejšie nachádzajú v bunkách samíc. V neurónoch sa tieto telá nachádzajú v blízkosti jadierka. V epiteli ležia blízko stien a majú oválny tvar v neutrofiloch vyčnievajú do cytoplazmy vo forme „bubienok“ a v neurónoch majú okrúhly tvar. Nachádzajú sa v 90% ženských a iba 10% mužských bunkách. Barrovo telo zodpovedá jednému z X pohlavných chromozómov, o ktorom sa predpokladá, že je v kondenzovanom stave. Identifikácia Barrových tiel je dôležitá pre určenie pohlavia zvieraťa.

Perichromatínové a interchromatínové fibrily sa nachádzajú v karyoplazmatickej matrici a ležia buď blízko chromatínu (perichromatín) alebo rozptýlené (interchromatín). Predpokladá sa, že tieto fibrily sú slabo kondenzované ribonukleové kyseliny zachytené v šikmom alebo pozdĺžnom reze.

Perichromatínové granule sú častice s veľkosťou 30...50 nm, vysokou elektrónovou hustotou. Ležia na periférii heterochromatínu a obsahujú DNA a proteíny; toto je miestna oblasť s tesne zbalenými nukleozómami.

Interchromatínové granule majú vysokú elektrónovú hustotu, priemer 20...25 nm a sú súborom ribonukleových kyselín a enzýmov. Môžu to byť ribozomálne podjednotky transportované do jadrového obalu.

Ak nájdete chybu, zvýraznite časť textu a kliknite Ctrl+Enter.

Chromatín je látka chromozómov - komplex DNA, RNA a proteínov. Chromatín sa nachádza vo vnútri jadra eukaryotických buniek a je súčasťou nukleoidu v prokaryotoch. Práve v zložení chromatínu sa realizuje genetická informácia, ako aj replikácia a oprava DNA.

Pri pozorovaní niektorých živých buniek, najmä rastlinných buniek alebo buniek po fixácii a zafarbení, sa vo vnútri jadra odhalia zóny hustej hmoty. Chromatín pozostáva z DNA v komplexe s proteínom. V interfázových bunkách môže chromatín rovnomerne vyplniť objem jadra alebo môže byť umiestnený v samostatných zhlukoch (chrocentrách). Často je obzvlášť jasne viditeľný na periférii jadra (parietálny, blízkomembránový chromatín) alebo vytvára prepletenia pomerne hrubých (asi 0,3 μm) a dlhých vlákien vo vnútri jadra, ktoré tvoria zdanie intranukleárneho reťazca.

Chromatín medzifázových jadier je telo nesúce DNA (chromozómy), ktoré v tomto čase stráca svoj kompaktný tvar, uvoľňuje sa a dekondenzuje. Stupeň takejto dekondenzácie chromozómov sa môže líšiť v jadrách rôznych buniek. Keď je chromozóm alebo jeho časť úplne dekondenzovaná, potom sa tieto zóny nazývajú difúzny chromatín. Keď sú chromozómy neúplne uvoľnené, v medzifázovom jadre sú viditeľné oblasti kondenzovaného chromatínu (niekedy nazývaného heterochromatín). Ukázalo sa, že stupeň dekondenzácie chromozomálneho materiálu v interfáze môže odrážať funkčné zaťaženie tejto štruktúry. Čím je chromatín interfázového jadra difúznejší, tým vyššie sú v ňom syntetické procesy. Zníženie syntézy RNA v bunkách je zvyčajne sprevádzané zvýšením zón kondenzovaného chromatínu.

Chromatín je kondenzovaný na maximum pri delení mitotických buniek, kedy sa nachádza vo forme hustých teliesok - chromozómov. Počas tohto obdobia chromozómy nenesú žiadne syntetické záťaže, nie sú do nich začlenené prekurzory DNA a RNA.

V pracovnom stave, čiastočne alebo úplne dekondenzovaný, keď sa procesy transkripcie a reduplikácie vyskytujú s ich účasťou v interfázovom jadre;

Neaktívne - v stave metabolického pokoja pri ich maximálnej kondenzácii, keď plnia funkciu distribúcie a prenosu genetického materiálu do dcérskych buniek.

Chemicky sú chromatínové prípravky komplexné komplexy deoxyribonukleoproteínov, ktoré zahŕňajú DNA a špeciálne chromozomálne proteíny – históny. RNA sa našla aj v chromatíne. Z kvantitatívneho hľadiska sa DNA, proteín a RNA nachádzajú v pomere 1:1, 3:0, 2. Zatiaľ nie je dostatok jednoznačných údajov o význame RNA v zložení chromatínu. Je možné, že táto RNA predstavuje funkciu syntetizovanej RNA súvisiacu s liekom, a preto je čiastočne spojená s DNA, alebo ide o špeciálny typ RNA charakteristický pre štruktúru chromatínu.

Schéma chromatínovej kondenzácie:

Názov parametra	Význam
Téma článku:	Chromatin
Rubrika (tematická kategória)	Biológia

Jadrová šťava

Jadrový obal

Úloha č.1

Téma 5 Bunkové jadro

1. Prečítajte si nižšie uvedený vzdelávací materiál.

2.Analyzujte tabuľky z aplikácie

3. Odpovedzte na otázky sebakontroly.

Štruktúra jadra

Jadro je najdôležitejšou zložkou bunky.

Funkcie:

1.Uchovávanie a reprodukcia dedičných informácií.

2. Regulácia všetkých metabolických procesov v bunke.

Jadro eukaryotickej bunky môže mať rôzny tvar: okrúhly, eliptický, podlhovastý, závisí to od druhu rastliny a živočícha, ako aj od typu, veku a funkčného stavu bunky.

Bunka má spravidla jedno jadro. Súčasne sú známe viacjadrové bunky, niektoré špecializované eukaryotické bunky nemajú jadro.

Jadro eukaryotickej bunky pozostáva z:

Jadrový obal

Jadrová šťava

Chromatin

Oddeľuje jadro od cytoplazmy, zabezpečuje jeho integritu a zároveň spája jadro s ostatnými časťami bunky.

Jadrový obal pozostáva z dvoch membrán: vonkajšej a vnútornej. Vonkajšia membrána tvorí výbežky, cez ktoré sa pripája k ER kanálom. Sú k nemu pripojené ribozómy; vnútorná membrána v kontakte s karyoplazmou je bez nich. Jadrový obal obsahuje veľa pórov, cez ktoré dochádza k výmene molekúl medzi jadrom a cytoplazmou. Oblasť medzi dvoma membránami sa zvyčajne nazýva perinukleárny priestor, ktorý spája jadro s ER. Vďaka prítomnosti pórov, ktoré poskytujú selektívny pohľad, jadrový obal riadi výmenu látok medzi jadrom a cytoplazmou

Polotekutá látka, ktorá sa nachádza pod jadrovým obalom, predstavuje vnútorné prostredie jadra. Obsahuje vodu, bielkoviny vr. väčšina jadrových enzýmov, chromatínové proteíny, aminokyseliny, všetky typy RNA. Karyoplazma prepája všetky jadrové štruktúry

Sada chromozómov. Toto hlavná zložka jadier.

Zloženie chromatínu zahŕňa: DNA, PROTEÍNY, malé množstvo RNA, anorganické ióny.

Funkcia – prenos genetickej informácie.

Na farbených prípravkoch sú bunky v pokoji sieťou tenkých vlákien, malých granúl alebo zhlukov. Základ chromatínu tvoria nukleoproteíny – dlhé vláknité molekuly DNA spojené so špecifickými proteínmi. Počas procesu delenia jadra sa nukleoproteíny špirálovito skracujú, zhutňujú do kompaktného stavu chromozómov , ktoré sa stanú viditeľnými pod svetelným mikroskopom.

Chromozóm pozostáva z dvoch reťazcov DNA - chromatid. Chromozóm je nezávislá jadrová štruktúra s ramenami a primárnym zúžením centroméra– oblasť, ku ktorej sa pripájajú vretenové vlákna počas delenia buniek. Centroméra rozdeľuje chromatídu na dve ramená. Chromozómy, ktoré majú rovnaký tvar a veľkosť a nesú rovnaké gény, sa nazývajú homológne. Umiestnenie centroméry určuje tri základné typy chromozómov:

Rovnaké ramená

Nepravidelnosť

V tvare tyče

Pravidlá pre chromozómy.

1. Vo všetkých somatických bunkách tela je počet chromozómov rovnaký.

Pohlavné bunky obsahujú vždy o polovicu menej chromozómov ako somatické bunky daného typu organizmu.

2. Všetky organizmy patriace k rovnakému druhu majú vo svojich bunkách rovnaký počet chromozómov.

Počet chromozómov nezávisí od úrovne organizácie a nie vždy naznačuje vzťah. Súbor kvantitatívnych a kvalitatívnych charakteristík chromozómového súboru je tzv karyotyp.

Chromozómová sada somatickej bunky, v ktorej má každý chromozóm pár, sa nazýva diploidný a je označený (2n). Z každého páru homológnych chromozómov sa do zárodočných buniek dostane len jeden a v súvislosti s tým sa chromozómový súbor gamét tzv. haploidné a je označené (n).

Chromatín - pojem a typy. Klasifikácia a vlastnosti kategórie "Chromatín" 2017, 2018.

- SEXUÁLNY CHROMATÍN

Pohlavné chromozómy (gonozómy, heterozómy) sa líšia ako štruktúrou (dĺžka, poloha centroméry, množstvo heterochromatínu), tak aj obsahom génu. Chromozóm X je submetacentrický chromozóm strednej veľkosti, súčasť skupiny C). Nachádza sa v somatických bunkách... .

- Zhutňovanie dedičného materiálu. Chemické zloženie a štruktúra chromatínu.

EUKARYOTY Heteróza v rastlinnej výrobe Podľa stupňa vývoja vegetatívnych orgánov, produktivity, odolnosti voči chorobám, škodcom a nepriaznivým podmienkam prostredia. V rastlinách nie je heteróza fixovaná množením semien. Zemiaky, cibuľa,...

- Expresná metóda na štúdium X-sex chromatínu v jadrách epitelu ústnej sliznice

Cytogenetická analýza karyotypu (založená na mikrofotografiách metafázových doštičiek). Tabuľka Vykonanie analýzy odtlačkov prstov Na vytvorenie vlastných odtlačkov prstov potrebujete nasledujúce vybavenie:... .

- Metóda stanovenia pohlavného chromatínu

Pripravte sklíčka a krycie sklíčka: utrite ich vatovým tampónom namočeným v alkohole. Vezmite špachtľu a utrite jeden koniec alkoholom. Prejdite okrajom špachtle pozdĺž vnútorného povrchu líca a snažte sa odstrániť epitel sliznice. Škrabanie epitelu rozotrite na...