Ano ang chromatin? Mga function ng Chromatin. Karyoplasm, chromatin - cell nucleus

kromatin tinatawag na kumplikadong pinaghalong mga sangkap kung saan nabuo ang mga eukaryotic chromosome. Ang mga pangunahing bahagi ng chromatin ay ang DNA, mga histone, at mga non-histone na protina, na bumubuo ng mga istrukturang napakaayos sa kalawakan. Ang ratio ng DNA at protina sa chromatin ay ~1:1, at ang bulk ng chromatin protein ay kinakatawan ng mga histone. Ang mga histone ay bumubuo ng isang pamilya ng lubos na natipid na mga pangunahing protina na nahahati sa limang malalaking klase na tinatawag H1, H2A, H2B, H3 at H4. Ang laki ng histone polypeptide chain ay nasa loob ng ~ 220 (H1) at 102 (H4) mga residu ng amino acid. Ang Histone H1 ay lubos na pinayaman sa mga nalalabi Lys, ang mga histone H2A at H2B ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang katamtamang nilalaman ng Lys, ang mga polypeptide chain ng mga histone H3 at H4 ay mayaman sa Arg. Sa loob ng bawat klase ng histone (maliban sa H4), ilang mga subtype ng mga protina na ito ay nakikilala batay sa mga pagkakasunud-sunod ng amino acid. Ang multiplicity na ito ay partikular na katangian ng mammalian H1 class histones. Sa kasong ito, pitong subtype ang nakikilala, pinangalanang H1.1–H1.5, H1o at H1t.

kanin. I.2. Schematic na representasyon ng antas ng loop-domain ng chromatin compaction

a– pag-aayos ng chromomere loop sa nuclear matrix gamit ang mga sequence at protina ng MAR/SAR; b– "rosettes" na nabuo mula sa chromomere loop; sa– condensation ng rosette loops na kinasasangkutan ng mga nucleosome at nucleomeres

Ang isang mahalagang resulta ng pakikipag-ugnayan ng DNA sa mga protina sa komposisyon ng chromatin ay ang compaction nito. Ang kabuuang haba ng DNA na nakapaloob sa nucleus ng mga selula ng tao ay lumalapit sa 1 m, habang ang average na diameter ng nucleus ay 10 µm. Ang haba ng isang molekula ng DNA na nasa isang chromosome ng tao ay ~4 cm sa karaniwan. Kasabay nito, ang haba ng isang metaphase chromosome ay ~4 μm. Dahil dito, ang DNA ng mga metaphase chromosome ng tao ay siksik sa haba ng hindi bababa sa 10 4 na beses. Ang antas ng compaction ng DNA sa interphase nuclei ay mas mababa at hindi pantay sa indibidwal na genetic loci. Mula sa isang functional na punto ng view, mayroong euchromatin at heterochromatin . Ang Euchromatin ay nailalarawan sa pamamagitan ng mas kaunting compaction ng DNA kumpara sa heterochromatin, at higit sa lahat ay naglo-localize ito ng mga aktibong ipinahayag na gene. Sa kasalukuyan, malawak na pinaniniwalaan na ang heterochromatin ay genetically inert. Dahil ang mga tunay na pag-andar nito ay hindi maituturing na itinatag ngayon, ang pananaw na ito ay maaaring magbago habang ang kaalaman tungkol sa heterochromatin ay naipon. Ang mga aktibong ipinahayag na gene ay matatagpuan na dito.

Ang heterochromatization ng ilang mga rehiyon ng chromosome ay madalas na sinamahan ng pagsugpo sa transkripsyon ng mga gene na nasa kanila. Ang mga pinalawak na seksyon ng chromosome at maging ang buong chromosome ay maaaring kasangkot sa proseso ng heterochromatization. Alinsunod dito, pinaniniwalaan na ang regulasyon ng eukaryotic gene transcription ay pangunahing nangyayari sa dalawang antas. Sa una sa mga ito, ang compaction o decompactization ng DNA sa chromatin ay maaaring humantong sa pangmatagalang hindi aktibo o pag-activate ng mga pinahabang seksyon ng chromosome o kahit na buong chromosome sa ontogeny ng isang organismo. Ang mas pinong regulasyon ng transkripsyon ng mga aktibong rehiyon ng chromosome ay nakakamit sa pangalawang antas na may pakikilahok ng mga non-histone na protina, kabilang ang maraming mga kadahilanan ng transkripsyon.

Structural organization ng chromatin at eukaryotic chromosomes. Ang tanong ng istrukturang organisasyon ng chromatin sa interphase nuclei ay kasalukuyang malayong malutas. Pangunahing ito ay dahil sa pagiging kumplikado at dynamism ng istraktura nito, na madaling magbago kahit na may mga menor de edad na exogenous na epekto. Karamihan sa mga kaalaman tungkol sa istraktura ng chromatin ay nakuha sa vitro gamit ang mga paghahanda ng fragmented chromatin, ang istraktura na kung saan ay makabuluhang naiiba mula sa na sa katutubong nuclei. Alinsunod sa karaniwang pananaw, mayroong tatlong antas ng istrukturang organisasyon ng chromatin sa mga eukaryote: 1 ) nucleosomal fibril ; 2) solenoid , onucleomer ; 3) istraktura ng domain ng loop , kasama angchromomere .

Mga nucleosomal fibril. Sa ilalim ng ilang mga kundisyon (sa mababang lakas ng ionic at sa pagkakaroon ng divalent metal ions), posible na obserbahan ang mga regular na istruktura sa nakahiwalay na chromatin sa anyo ng pinahabang fibrils na 10 nm ang lapad, na binubuo ng mga nucleosome. Ang mga istrukturang ito ng fibrillar, kung saan ang mga nucleosome ay nakaayos tulad ng mga kuwintas sa isang string, ay itinuturing na pinakamababang antas ng packaging ng eukaryotic DNA sa chromatin. Ang mga nucleosome na bumubuo sa mga fibril ay matatagpuan nang higit pa o hindi gaanong pantay sa kahabaan ng molekula ng DNA sa layong 10–20 nm mula sa isa't isa. Ang mga nucleosome ay binubuo ng apat na pares ng mga molekula ng histone: H2a, H2b, H3, at H4, pati na rin ang isang molekula ng histone na H1. Ang data sa istruktura ng mga nucleosome ay pangunahing nakuha gamit ang tatlong pamamaraan: mababa at mataas na resolution X-ray diffraction analysis ng mga nucleosome crystals, protein-DNA intermolecular crosslinks, at DNA cleavage sa loob ng mga nucleosome gamit ang mga nucleases o hydroxyl radical. Batay sa mga datos na ito, nagtayo si A. Klug ng isang modelo ng nucleosome, ayon sa kung saan ang DNA (146 bp) sa B-hugis(isang kanang kamay na helix na may hakbang na 10 bp) ay nasusugatan sa paligid ng isang histone octamer, sa gitnang bahagi kung saan matatagpuan ang mga histone H3 at H4, at sa periphery - H2a at H2b. Ang diameter ng naturang nucleosomal disk ay 11 nm at ang kapal nito ay 5.5 nm. Ang istraktura, na binubuo ng isang histone octamer at DNA na sugat sa paligid nito, ay tinatawag nucleosome saó solid na butil. Upang ó ang mga solidong particle ay pinaghihiwalay sa bawat isa ng mga segment linker DNA. Ang kabuuang haba ng bahagi ng DNA na kasama sa nucleosome ng hayop ay 200 (15) bp.

Ang mga histone polypeptide chain ay naglalaman ng ilang uri ng mga structural domain. Ang central globular domain at flexible protruding N- at C-terminal na mga rehiyon na pinayaman sa mga pangunahing amino acid ay tinatawag balikat(braso). C-terminal na mga domain ng polypeptide chain na kasangkot sa mga pakikipag-ugnayan ng histone-histone sa loob ng c ó Ang mga pangunahing particle ay nakararami sa anyo ng isang α-helix na may pinahabang seksyon ng gitnang spiral, kung saan ang isang mas maikling spiral ay inilalagay sa magkabilang panig. Ang lahat ng kilalang mga site ng nababaligtad na post-translational histone modification na nagaganap sa panahon ng cell cycle o sa panahon ng cell differentiation ay matatagpuan sa mga flexible backbone domain ng kanilang polypeptide chain (Table I.2). Kasabay nito, ang mga N-terminal arm ng H3 at H4 histones ay ang pinaka-conserved na mga rehiyon ng mga molekula, at ang mga histone sa kabuuan ay kabilang sa mga pinaka-ebolusyonaryong conserved na protina. Sa pamamagitan ng genetic na pag-aaral ng yeast S. cerevisiae napag-alaman na ang maliliit na pagtanggal at mga mutasyon ng punto sa mga bahagi ng N-terminal ng histone genes ay sinamahan ng malalim at magkakaibang pagbabago sa phenotype ng yeast cells. Ipinapahiwatig nito ang kritikal na kahalagahan ng integridad ng mga molekula ng histone sa pagtiyak ng wastong paggana ng mga eukaryotic genes.

Sa solusyon, ang mga histone na H3 at H4 ay maaaring umiral bilang mga stable na tetramer (H3) 2 (H4) 2 , habang ang mga histone na H2A at H2B ay maaaring umiral bilang mga stable na dimer. Ang unti-unting pagtaas ng lakas ng ionic sa mga solusyon na naglalaman ng katutubong chromatin ay humahantong muna sa paglabas ng mga H2A/H2B dimer at pagkatapos ay H3/H4 tetramer.

Ang karagdagang pagpipino ng pinong istraktura ng mga nucleosome sa mga kristal ay kamakailan na isinagawa ni K. Luger et al. (1997) gamit ang mataas na resolution X-ray diffraction analysis. Napag-alaman na ang matambok na ibabaw ng bawat histone heterodimer sa octamer ay nababalot ng mga segment ng DNA na 27-28 bp ang haba, na matatagpuan sa isang anggulo na 140 o sa bawat isa, na pinaghihiwalay ng mga rehiyon ng linker na 4 bp ang haba.

Alinsunod sa modernong data, ang spatial na istraktura ng DNA sa komposisyon ng ó medyo naiiba ang pore particle sa B-form: ang DNA double helix ay pinaikot ng 0.25–0.35 bp/turn ng double helix, na humahantong sa pagbuo ng helix pitch na 10.2 bp/turn (sa B -forms sa solusyon - 10.5 p.o./turn). Ang katatagan ng histone complex sa komposisyon ng ó ng core particle ay natutukoy sa pamamagitan ng pakikipag-ugnayan ng kanilang mga globular na bahagi; samakatuwid, ang pag-alis ng mga nababaluktot na armas sa ilalim ng mga kondisyon ng banayad na proteolysis ay hindi sinamahan ng pagkasira ng complex. Ang mga N-terminal arm ng histones, tila, ay tinitiyak ang kanilang pakikipag-ugnayan sa mga partikular na rehiyon ng DNA. Kaya, ang mga N-terminal na domain ng histone H3 ay nakikipag-ugnayan sa mga rehiyon ng DNA sa pasukan sa ó particle at lumabas mula dito, habang ang kaukulang histone H4 na domain ay nagbubuklod sa sa loob nucleosome DNA.

Ang mataas na resolution na nucleosome structure na pag-aaral na binanggit sa itaas ay nagpapakita na ang gitnang bahagi ng 121 bp DNA segment bumubuo ng karagdagang mga contact sa H3 histone bilang bahagi ng nucleosome. Sa kasong ito, ang mga N-terminal na bahagi ng H3 at H2B histone polypeptide chain ay dumadaan sa mga channel na nabuo ng mga minor grooves ng katabing DNA supercoils ng nucleosome, at ang N-terminal na bahagi ng H2A histone ay nakikipag-ugnayan sa minor groove ng ang panlabas na bahagi ng DNA supercoil. Kung pinagsama-sama, ipinapakita ng data na may mataas na resolution na ang DNA sa mga pangunahing particle ng mga nucleosome ay hindi nakabalot sa histone octamer nang pantay. Ang curvature ay nasira sa mga site ng pakikipag-ugnayan ng DNA sa ibabaw ng histone, at ang mga naturang break ay pinaka-kapansin-pansin sa layo na 10–15 at 40 bp. mula sa gitna ng DNA supercoil.

Halos lahat ng DNA ng cell ay nakapaloob sa nucleus. DNA ay isang mahabang linear polymer na naglalaman ng milyun-milyong nucleotides. Ang apat na uri ng DNA nucleotides ay nakikilala mga nitrogenous na base. Nucleotides ay nakaayos sa isang sequence na kumakatawan sa isang code form para sa pagtatala ng namamana na impormasyon.
Upang ipatupad ang impormasyong ito, ito ay muling isinusulat, o isinasalin sa mas maikling mga hibla ng mRNA. Mga simbolo genetic code sa i-RNA, ang mga triplet ng nucleotides ay nagsisilbi - mga codon. Ang bawat codon ay tumutukoy sa isa sa mga amino acid. Ang bawat molekula ng DNA ay tumutugma sa isang hiwalay na chromosome, at ang lahat ng genetic na impormasyon na nakaimbak sa mga chromosome ng isang organismo ay tinatawag genome.
Ang genome ng mas matataas na organismo ay naglalaman ng labis na dami ng DNA, hindi ito dahil sa pagiging kumplikado ng organismo. Ito ay kilala na ang genome ng tao ay naglalaman ng 700 beses na mas maraming DNA kaysa sa isang bacterium. coli. Kasabay nito, ang genome ng ilang amphibian at halaman ay 30 beses na mas malaki kaysa sa genome ng tao. Sa vertebrates, higit sa 90% ng DNA ay hindi mahalaga. Ang impormasyong nakaimbak sa DNA ay inayos, binabasa at ginagaya ng iba't ibang protina.
Ang mga pangunahing istrukturang protina ng nucleus ay mga protina ng histone katangian lamang ng mga eukaryotic cells. Mga histone ay maliit, malakas na pangunahing mga protina. Ang ari-arian na ito ay dahil sa ang katunayan na sila ay pinayaman ng mga pangunahing amino acid - lysine at arginine. Ang mga histones ay nailalarawan din sa kawalan ng tryptophan. Ang mga ito ay kabilang sa mga pinakakonserbatibo sa lahat ng kilalang protina, halimbawa, ang H4 sa mga baka at mga gisantes ay nakikilala lamang ng dalawang residue ng amino acid. Ang complex ng mga protina na may DNA sa cell nuclei ng eukaryotes ay tinutukoy bilang chromatin.
Kapag ang mga cell ay naobserbahan gamit ang isang light microscope, ang chromatin ay natukoy sa nuclei bilang mga zone ng isang siksik na substance na nabahiran ng mga pangunahing tina. Ang isang malalim na pag-aaral ng istraktura ng chromatin ay nagsimula noong 1974, nang ang pangunahing yunit ng istruktura nito ay inilarawan ng mag-asawang Ada at Donald Olins, tinawag itong nucleosome.
Ginagawang posible ng mga nucleosome na tiklop ang isang mahabang kadena ng molekula ng DNA nang mas siksik. Kaya, sa bawat kromosoma ng tao, ang haba ng DNA strand ay libu-libong beses na mas malaki kaysa sa laki ng nucleus. Sa mga litrato ng elektron, ang nucleosome ay mukhang isang hugis-disk na particle na may diameter na humigit-kumulang 11 nm. Ang core nito ay isang kumplikado ng walong molekula ng histone, kung saan ang apat na histone na H2A, H2B, H3 at H4 ay kinakatawan ng dalawang molekula bawat isa. Ang mga histone na ito ay bumubuo sa panloob na bahagi ng nucleosome, ang histone core. Ang isang molekula ng DNA na naglalaman ng 146 na pares ng base ay nakabalot sa histone core. Ito ay bumubuo ng dalawang hindi kumpletong pagliko sa histone core ng nucleosome, na may 83 pares ng nucleotide bawat pagliko. Ang bawat nucleosome ay pinaghihiwalay mula sa susunod sa pamamagitan ng isang DNA linker sequence, na maaaring hanggang sa 80 nucleotides ang haba. Ang istraktura na ito ay kahawig ng mga kuwintas sa isang string.
Ipinapakita ng kalkulasyon na ang DNA ng tao, na mayroong 6x10 9 na pares ng nucleotide, ay dapat maglaman ng 3x10 7 nucleosome. Sa mga buhay na selula, ang chromatin ay bihirang magkaroon ng ganitong hitsura. Ang mga nucleosome ay konektado sa isa't isa sa mas siksik na istruktura. Karamihan sa mga chromatin ay may anyo ng mga fibril na may diameter na 30 nm. Ang nasabing packaging ay isinasagawa sa tulong ng isa pang H1 histone. Mayroong isang molekula ng H1 bawat nucleosome, na pinagsasama-sama ang site ng linker sa mga punto kung saan pumapasok at lumalabas ang DNA sa histone core.
Ang DNA packaging ay makabuluhang binabawasan ang haba nito. Gayunpaman, ang average na haba ng chromatin thread ng isang chromosome sa yugtong ito ay dapat na lumampas sa laki ng nucleus ng 100 beses.
Ang istraktura ng mas mataas na pagkakasunud-sunod na chromatin ay isang serye ng mga loop, ang bawat isa ay naglalaman ng mga 20 hanggang 100 libong mga pares ng base. Sa base ng loop ay isang site-specific na DNA-binding protein. Kinikilala ng mga naturang protina ang ilang mga pagkakasunud-sunod ng nucleotide (mga site) ng dalawang malalayong seksyon ng chromatin thread at inilalapit ang mga ito.

Pinong istraktura ng cell nucleus

cell nucleus

Nucleus(lat. nucleus) - isa ito sa mga bahagi ng istruktura eukaryotic cell na naglalaman ng genetic information (DNA molecules). Sa nucleus, nangyayari ang pagtitiklop - pagdodoble ng mga molekula ng DNA, pati na rin ang transkripsyon - ang synthesis ng mga molekula ng RNA sa isang molekula ng DNA. Sa nucleus, ang mga synthesized na molekula ng RNA ay sumasailalim sa isang bilang ng mga pagbabago, pagkatapos ay lumabas sila sa cytoplasm. Ang pagbuo ng ribosome subunits ay nangyayari rin sa nucleus in espesyal na edukasyon- nucleoli.

Diagram ng istraktura ng cell nucleus.

Ang malaking haba ng mga molekula ng eukaryotic DNA ay paunang natukoy ang paglitaw ng mga espesyal na mekanismo para sa pag-iimbak, pagtitiklop at pagpapatupad ng genetic na materyal. kromatin tinatawag na mga molekula ng chromosomal DNA kasama ng mga tiyak na protina na kinakailangan para sa pagpapatupad ng mga prosesong ito. Ang karamihan ay "mga protina ng imbakan", ang tinatawag na mga histone. Ang mga protina na ito ay binubuo ng nucleosome, ang mga istruktura kung saan nasugatan ang mga hibla ng mga molekula ng DNA. Ang mga nucleosome ay nakaayos nang regular, upang ang nagresultang istraktura ay kahawig ng mga kuwintas. Ang nucleosome ay binubuo ng apat na uri ng mga protina: H2A, H2B, H3, at H4. Ang isang nucleosome ay naglalaman ng dalawang protina ng bawat uri - isang kabuuang walong protina. Ang histone H1, na mas malaki kaysa sa iba pang mga histone, ay nagbubuklod sa DNA sa pagpasok nito sa nucleosome. Nucleosome kasama ang H1 ay tinatawag chromatosome.

Diagram na nagpapakita ng cytoplasm, kasama ang mga bahagi nito (o organelles) sa isang tipikal na selula ng hayop. Mga Organela:
(1) Nucleolus
(2) Core
(3) ribosome (maliit na tuldok)
(4) Vesicle
(5) magaspang na endoplasmic reticulum (ER)
(6) Golgi apparatus
(7) Cytoskeleton
(8) Makinis na endoplasmic reticulum
(9) Mitokondria
(10) Vacuole
(11) Cytoplasm
(12) Lysosome
(13) Centriole at Centrosome

Ang isang strand ng DNA na may mga nucleosome ay bumubuo ng isang irregular na solenoid-like structure na humigit-kumulang 30 nanometer ang kapal, ang tinatawag na 30 nm fibril. Ang karagdagang pag-iimpake ng fibril na ito ay maaaring may iba't ibang densidad. Kung ang chromatin ay mahigpit na nakaimpake, ito ay tinatawag condensed o heterochromatin Ito ay malinaw na nakikita sa ilalim ng mikroskopyo. Ang DNA na matatagpuan sa heterochromatin ay hindi na-transcribe, kadalasan ang estado na ito ay katangian ng hindi gaanong mahalaga o tahimik na mga rehiyon. Sa interphase, karaniwang matatagpuan ang heterochromatin sa periphery ng nucleus (parietal heterochromatin). Ang kumpletong condensation ng chromosome ay nangyayari bago ang cell division. Kung ang chromatin ay maluwag na nakaimpake, ito ay tinatawag na eu- o interchromatin. Ang ganitong uri ng chromatin ay hindi gaanong siksik kapag sinusunod sa ilalim ng mikroskopyo at kadalasang nailalarawan sa pagkakaroon ng aktibidad ng transkripsyon. Ang density ng packing ng chromatin ay higit na tinutukoy ng mga pagbabago sa histone - acetylation at phosphorylation.

Ito ay pinaniniwalaan na sa nucleus ay may tinatawag na mga functional na domain ng chromatin(Ang DNA ng isang domain ay naglalaman ng humigit-kumulang 30 libong base pairs), iyon ay, ang bawat rehiyon ng chromosome ay may sariling "teritoryo". Sa kasamaang palad, ang tanong ng spatial distribution ng chromatin sa nucleus ay hindi pa sapat na pinag-aralan. Ito ay kilala na ang telomeric (terminal) at centromeric (responsable para sa pagbubuklod ng mga kapatid na chromatids sa mitosis) na mga rehiyon ng chromosome ay naayos sa mga nuclear lamina protein.

Nuclear envelope, nuclear lamina at nuclear pores (karyolemma)

Ang nucleus ay nahiwalay sa cytoplasm nuclear envelope, nabuo dahil sa pagpapalawak at pagsasama ng mga cisterns ng endoplasmic reticulum sa isa't isa sa paraang ang nucleus ay nabuo ng dobleng pader dahil sa makitid na mga compartment na nakapalibot dito. Ang cavity ng nuclear envelope ay tinatawag lumen o perinuclear space. Ang panloob na ibabaw ng nuclear membrane ay may linya na may nuclear lamina, isang matibay na istraktura ng protina na nabuo ng mga lamin na protina, kung saan ang mga hibla ng chromosomal DNA ay nakakabit. Ang mga lamina ay nakakabit sa panloob na lamad ng nuclear envelope sa tulong ng mga transmembrane na protina na naka-angkla dito - mga receptor ng lamin. Sa ilang mga lugar, ang panloob at panlabas na lamad ng nuclear envelope ay nagsasama at bumubuo ng tinatawag na nuclear pores kung saan nangyayari ang pagpapalitan ng materyal sa pagitan ng nucleus at ng cytoplasm. Ang butas ay hindi isang butas sa nucleus, ngunit may isang kumplikadong istraktura na inayos ng ilang dosenang mga espesyal na protina - mga nucleoporin. Sa ilalim ng electron microscope, makikita ito bilang walong magkakaugnay na butil ng protina sa labas at parehong numero sa loob ng nuclear envelope.

Sa ilalim ng mikroskopyo ng elektron, ang nucleolus ay nahahati sa ilang mga subcompartment. Kaya tinatawag mga sentro ng fibrillar napapaligiran ng mga plot siksik na bahagi ng fibrillar kung saan nagaganap ang synthesis ng rRNA. Sa labas ng siksik na bahagi ng fibrillar ay matatagpuan butil na bahagi, na isang akumulasyon ng mga namumuong ribosomal na subparticle.

Ang Chromatin ay isang sangkap ng mga chromosome - isang complex ng DNA, RNA at mga protina. Ang Chromatin ay matatagpuan sa loob ng nucleus ng eukaryotic cells at bahagi ng nucleoid sa prokaryotes. Ito ay nasa komposisyon ng chromatin na ang pagsasakatuparan ng genetic na impormasyon, pati na rin ang pagtitiklop at pagkumpuni ng DNA, ay nagaganap.

Kapag pinagmamasdan ang ilang mga buhay na selula, lalo na ang mga selula ng halaman o mga selula pagkatapos ng pag-aayos at paglamlam, ang mga zone ng siksik na sangkap ay ipinahayag sa loob ng nucleus. Ang Chromatin ay naglalaman ng DNA kasama ng protina. Sa mga interphase na selula, ang chromatin ay maaaring pantay na punan ang dami ng nucleus o matatagpuan sa magkahiwalay na mga kumpol (chromocenters). Kadalasan ito ay malinaw na nakikita sa paligid ng nucleus (parietal, malapit sa lamad na chromatin) o bumubuo ng mga tangles na medyo makapal (mga 0.3 microns) at mahabang mga hibla sa loob ng nucleus, na bumubuo ng isang uri ng intranuclear chain.

Ang chromatin ng interphase nuclei ay isang katawan na nagdadala ng DNA (chromosome), na sa oras na ito ay nawawala ang compact na hugis nito, lumuwag, nag-decondense. Ang antas ng naturang decondensation ng chromosome ay maaaring iba sa nuclei ng iba't ibang mga cell. Kapag ang isang chromosome o ang segment nito ay ganap na na-decondensed, ang mga zone na ito ay tinatawag na diffuse chromatin. Sa hindi kumpletong pagluwag ng mga chromosome, ang mga bahagi ng condensed chromatin (minsan ay tinatawag na heterochromatin) ay makikita sa interphase nucleus. Ipinakita na ang antas ng decondensation ng chromosomal material sa interphase ay maaaring sumasalamin sa functional load ng istrukturang ito. Kung mas nagkakalat ang chromatin ng interphase nucleus, mas mataas ang mga sintetikong proseso sa loob nito. Ang pagbaba sa RNA synthesis sa mga cell ay kadalasang sinasamahan ng pagtaas ng condensed chromatin zones.

Ang Chromatin ay maximally condensed sa panahon ng mitotic cell division, kapag ito ay matatagpuan sa anyo ng mga siksik na katawan - chromosome. Sa panahong ito, ang mga chromosome ay hindi nagdadala ng anumang synthetic load; hindi nila kasama ang DNA at RNA precursors.

Sa pagtatrabaho, bahagyang o ganap na decondensed, kapag ang mga proseso ng transkripsyon at reduplikasyon ay nangyari sa kanilang pakikilahok sa interphase nucleus;

Hindi aktibo - sa isang estado ng metabolic rest na may kanilang pinakamataas na paghalay, kapag ginagawa nila ang function ng pamamahagi at paglipat ng genetic na materyal sa mga cell ng anak na babae.

Sa kemikal, ang mga paghahanda ng chromatin ay mga kumplikadong complex ng deoxyribonucleoproteins, na kinabibilangan ng DNA at mga espesyal na protina ng chromosomal - mga histone. Ang RNA ay natagpuan din sa chromatin. Sa dami ng mga termino, ang DNA, protina at RNA ay bilang 1: 1, 3: 0, 2. Wala pa ring sapat na hindi malabo na data sa kahalagahan ng RNA sa komposisyon ng chromatin. Posible na ang RNA na ito ay isang kasabay na pag-andar ng synthesized RNA at samakatuwid ay bahagyang nauugnay sa DNA, o ito ay espesyal na uri Katangian ng RNA ng istraktura ng chromatin.

Scheme ng chromatin condensation:

Ang genetic na materyal ng mga eukaryotic na organismo ay may napakakomplikadong organisasyon. Ang mga molekula ng DNA na matatagpuan sa cell nucleus ay bahagi ng isang espesyal na multicomponent substance - chromatin.

Depinisyon ng konsepto

Ang Chromatin ay ang materyal ng cell nucleus na naglalaman ng namamana na impormasyon, na isang kumplikadong functional complex ng DNA na may mga istrukturang protina at iba pang elemento na nagbibigay ng packaging, imbakan at pagpapatupad ng karyotic genome. Sa isang pinasimpleng interpretasyon, ito ang sangkap na bumubuo sa mga chromosome. Ang termino ay nagmula sa Greek na "chrome" - kulay, pintura.

Ang konsepto ay ipinakilala ni Fleming noong 1880, ngunit mayroon pa ring debate tungkol sa kung ano ang chromatin sa mga tuntunin ng biochemical composition. Ang kawalan ng katiyakan ay may kinalaman sa isang maliit na bahagi ng mga bahagi na hindi kasama sa pagbubuo ng mga genetic molecule (ilang mga enzyme at ribonucleic acid).

Sa isang electron photograph ng interphase nucleus, ang chromatin ay nakikita bilang maraming lugar ng dark matter, na maaaring maliit at nakakalat o nagkakaisa sa malalaking siksik na kumpol.

Ang condensation ng chromatin sa panahon ng cell division ay nagreresulta sa pagbuo ng mga chromosome na nakikita kahit sa ilalim ng isang conventional light microscope.

Structural at functional na mga bahagi ng chromatin

Upang matukoy kung ano ang chromatin sa antas ng biochemical, kinuha ng mga siyentipiko ang sangkap na ito mula sa mga cell, inilipat ito sa isang solusyon, at sa form na ito pinag-aralan ang komposisyon at istraktura ng bahagi. Sa kasong ito, ginamit ang parehong mga kemikal at pisikal na pamamaraan, kabilang ang mga teknolohiyang mikroskopya ng elektron. Yun pala komposisyong kemikal Ang Chromatin ay 40% na kinakatawan ng mahabang molekula ng DNA at halos 60% ng iba't ibang mga protina. Ang huli ay nahahati sa dalawang pangkat: histones at nonhistones.

Ang mga histone ay isang malaking pamilya ng mga pangunahing nuklear na protina na mahigpit na nagbubuklod sa DNA, na bumubuo sa istrukturang balangkas ng chromatin. Ang kanilang bilang ay humigit-kumulang katumbas ng porsyento ng mga genetic molecule.

Ang natitira (hanggang 20%) ng bahagi ng protina ay nahuhulog sa DNA-binding at spatially modifying proteins, pati na rin ang mga enzyme na kasangkot sa mga proseso ng pagbabasa at pagkopya ng genetic na impormasyon.

Bilang karagdagan sa mga pangunahing elemento, ang ribonucleic acid (RNA), glycoproteins, carbohydrates, at lipids ay matatagpuan sa maliit na halaga sa chromatin, ngunit ang tanong ng kanilang kaugnayan sa DNA packaging complex ay bukas pa rin.

Mga histone at nucleosome

Ang molekular na bigat ng mga histone ay nag-iiba mula 11 hanggang 21 kDa. Ang isang malaking bilang ng mga nalalabi ng mga pangunahing amino acid na lysine at arginine ay nagbibigay sa mga protina na ito ng isang positibong singil, na nag-aambag sa pagbuo ng mga ionic na bono na may magkasalungat na sisingilin na mga grupo ng pospeyt ng DNA double helix.

Mayroong 5 uri ng mga histone: H2A, H2B, H3, H4 at H1. Ang unang apat na uri ay kasangkot sa pagbuo ng pangunahing yunit ng istruktura ng chromatin - ang nucleosome, na binubuo ng isang core (protina core) at DNA na nakabalot sa paligid nito.

Ang nucleosomal core ay kinakatawan ng isang octameric complex ng walong histone molecule, na kinabibilangan ng H3-H4 tetramer at ang H2A-H2B dimer. Ang isang kahabaan ng DNA na may haba na humigit-kumulang 146 na mga pares ng nucleotide ay nasugatan sa ibabaw ng isang particle ng protina, na bumubuo ng 1.75 na pagliko, at pumasa sa isang linker sequence (humigit-kumulang 60 bp) na nag-uugnay sa mga nucleosome sa isa't isa. Ang H1 molecule ay nagbubuklod sa linker DNA, pinoprotektahan ito mula sa pagkilos ng mga nucleases.

Ang mga histone ay maaaring sumailalim sa iba't ibang mga pagbabago tulad ng acetylation, methylation, phosphorylation, ADP-ribosylation, at pakikipag-ugnayan sa ubivictin protein. Ang mga prosesong ito ay nakakaapekto sa spatial configuration at packing density ng DNA.

Mga non-histone na protina

Mayroong ilang daang uri ng mga non-histone na protina na may iba't ibang katangian at pag-andar. Ang kanilang molekular na timbang ay nag-iiba mula 5 hanggang 200 kDa. Ang isang espesyal na grupo ay binubuo ng mga protina na partikular sa site, na ang bawat isa ay komplementaryo sa isang partikular na rehiyon ng DNA. Kasama sa grupong ito ang 2 pamilya:

Ang pinakamahusay na pinag-aralan ay ang tinatawag na high mobility proteins (HGM proteins), na permanenteng nauugnay sa chromatin. Natanggap ng pamilya ang pangalang ito dahil sa mataas na bilis ng paggalaw ng mga molekula ng protina sa isang electrophoretic gel. Sinasakop ng pangkat na ito ang karamihan ng non-histone fraction at may kasamang apat na pangunahing uri ng mga protina ng HGM: HGM-1, HGM-14, HGM-17, at HMO-2. Gumaganap sila ng mga tungkulin sa istruktura at regulasyon.

Kasama rin sa mga non-histone na protina ang mga enzyme na nagbibigay ng transkripsyon (ang proseso ng messenger RNA synthesis), pagtitiklop (pagdodoble ng DNA) at pag-aayos (pag-aalis ng pinsala sa genetic molecule).

Mga antas ng compaction ng DNA

Ang kakaibang istraktura ng chromatin ay tulad na pinapayagan nito ang mga hibla ng DNA na may kabuuang haba na higit sa isang metro na magkasya sa isang nucleus na may diameter na humigit-kumulang 10 microns. Posible ito dahil sa multi-stage packaging system ng mga genetic molecule. Kasama sa pangkalahatang compactization scheme ang limang antas:

nucleosomal thread na may diameter na 10-11 nm;
fibril 25-30 nm;
mga loop na domain (300 nm);
fiber 700 nm makapal;
chromosome (1200 nm).

Ang pormang ito ng organisasyon ay binabawasan ang haba ng orihinal na molekula ng DNA ng 10,000 beses.

Ang isang thread na 11 nm ang lapad ay nabuo sa pamamagitan ng isang bilang ng mga nucleosome na konektado ng mga linker na rehiyon ng DNA. Sa isang electron micrograph, ang gayong istraktura ay kahawig ng mga kuwintas na naka-strung sa isang linya ng pangingisda. Ang nucleosomal filament ay nakapulupot na parang solenoid, na bumubuo ng fibril na 30 nm ang kapal. Ang histone H1 ay kasangkot sa pagbuo nito.

Ang solenoid fibril ay natitiklop sa mga loop (sa madaling salita, mga domain), na naayos sa pagsuporta sa intranuclear matrix. Ang bawat domain ay naglalaman ng mula 30 hanggang 100 thousand base pairs. Ang antas ng compaction na ito ay katangian ng interphase chromatin.

Ang isang istraktura na may kapal na 700 nm ay nabuo sa panahon ng spiralization ng isang domain fibril at tinatawag na isang chromatid. Sa turn, dalawang chromatids ang bumubuo sa ikalimang antas ng organisasyon ng DNA - isang chromosome na may diameter na 1400 nm, na makikita sa yugto ng mitosis o meiosis.

Kaya, ang chromatin at chromosome ay mga anyo ng packaging ng genetic material na nakasalalay sa siklo ng buhay ng cell.

Mga Chromosome

Ang chromosome ay binubuo ng dalawang magkapatid na chromatid na magkapareho sa isa't isa, bawat isa ay nabuo ng isang supercoiled na molekula ng DNA. Ang mga halves ay konektado sa pamamagitan ng isang espesyal na katawan ng fibrillar na tinatawag na sentromere. Kasabay nito, ang istrakturang ito ay isang constriction na naghahati sa bawat chromatid sa mga armas.

Hindi tulad ng chromatin, na isang materyal na istruktura, ang isang chromosome ay isang discrete functional unit, na nailalarawan hindi lamang sa pamamagitan ng istraktura at komposisyon, kundi pati na rin ng isang natatanging genetic set, pati na rin ang isang tiyak na papel sa pagpapatupad ng mga mekanismo ng pagmamana at pagkakaiba-iba sa antas ng cellular.

Euchromatin at heterochromatin

Ang Chromatin sa nucleus ay umiiral sa dalawang anyo: hindi gaanong nakapulupot (euchromatin) at mas compact (heterochromatin). Ang unang anyo ay tumutugma sa mga transkripsyon na aktibong rehiyon ng DNA at samakatuwid ay hindi gaanong nakabalangkas. Ang heterochromatin ay nahahati sa facultative (maaari itong magbago mula sa isang aktibong anyo hanggang sa isang siksik na hindi aktibo, depende sa yugto ikot ng buhay mga cell at ang pangangailangan na ipatupad ang ilang mga gene) at constitutive (patuloy na siksik). Sa panahon ng mitotic o meiotic division, ang lahat ng chromatin ay hindi aktibo.

Ang constitutive heterochromatin ay matatagpuan malapit sa centromere at sa mga dulo ng chromosome. Ang mga resulta ng electron microscopy ay nagpapakita na ang naturang chromatin ay nagpapanatili ng isang mataas na antas ng condensation hindi lamang sa yugto ng cell division, kundi pati na rin sa interphase.

Ang biological na papel ng chromatin

Ang pangunahing pag-andar ng chromatin ay ang mahigpit na pag-iimpake isang malaking bilang genetic na materyal. Gayunpaman, hindi sapat na magkasya lamang ang DNA sa nucleus para sa buhay ng cell. Kinakailangan na ang mga molekulang ito ay "gumana" nang maayos, iyon ay, maaari nilang ipadala ang impormasyong nakapaloob sa kanila sa pamamagitan ng DNA-RNA-protein system. Bilang karagdagan, ang cell ay kailangang ipamahagi ang genetic na materyal sa panahon ng paghahati.

Ang istraktura ng chromatin ay ganap na nakakatugon sa mga gawaing ito. Ang bahagi ng protina ay naglalaman ng lahat ng kinakailangang mga enzyme, at ang mga tampok na istruktura ay nagpapahintulot sa kanila na makipag-ugnayan sa ilang mga seksyon ng DNA. Samakatuwid, ang pangalawang mahalagang pag-andar ng chromatin ay upang magbigay ng lahat ng mga proseso na nauugnay sa pagpapatupad ng nuclear genome.