Kromatiin sõltuvalt selle asukohast tuumas. Üldise tsütoloogia alused
TUUM JA RAKU JAGUNEMINE
Tekkivad mittetuumastruktuurid (erütrotsüüdid, trombotsüüdid, sarvestunud soomused) on tuumarakkude vormide spetsiifilise diferentseerumise tulemus
Keha sisaldab ka kümneid ja sadu tuumasid sisaldavaid struktuure. Nende hulka kuuluvad sümplastid ja süntsütia.
Sümplastid moodustuvad rakkude sulandumise tulemusena ja on mitmetuumalised protoplasmaatilised ahelad.
Süntsütium moodustub rakkude mittetäieliku jagunemise tulemusena ja see on kari, rakkude rühm, mida ühendavad tsütoplasmaatilised sillad.
Tuumikul on erineva kujuga, sagedamini ümarad, harvemini vardakujulised või ebakorrapärased. Tuleb märkida, et tuuma kuju kipub kopeerima raku kuju ja vastab selle funktsionaalsele otstarbele. Näiteks siledatel müotsüütidel, millel on spindli kuju, on vardakujuline tuum. Vere lümfotsüüdid on ümara kujuga ja nende tuumad on tavaliselt ümarad.
Kerneli funktsioonid:
Ladustamine ja teisaldamine pärilikku teavet tütarrakud
Valgu sünteesi reguleerimine
Säilitamine geneetiline teave on tagatud sellega, et kromosoomide DNA sisaldab parandusensüüme, mis taastavad tuuma kromosoomid pärast nende kahjustamist. Päriliku teabe ülekandmine toimub siis, kui emaraku jagunemisel jagunevad identsed DNA koopiad tütarrakkude vahel ühtlaselt.
Valkude süntees on reguleeritud tänu sellele, et DNA kromosoomide pinnal transkribeeritakse kõik RNA tüübid: informatsiooniline, ribosomaalne ja transport, mis osalevad valgu sünteesis granulaarse EPS pinnal.
Tuuma struktuursed moodustised on kõige ilmekamad raku teatud eluperioodil - interfaasis.
Interfaaside tuuma struktuurielemendid:
1) kromatiin
2) tuum
3) karüolemma
4) karüoplasma
KROMATIIN
See on tuumaelement, mis võtab värvaineid hästi vastu (kromos), sellest ka selle nimi. Kromatiin koosneb filamentidest – elementaarfibrillidest, paksusega 20-25 nm, mis paiknevad tuumas lõdvalt või kompaktselt. See on aluseks kromatiini jagamisele kahte tüüpi:
1) eukromatiin on lahtine (dekondenseerunud), põhivärvidega nõrgalt määrdunud.
2) heterokromatiin – kompaktne (kondenseeritud), kergesti määrduv aluseliste värvainetega.
Eukromatiini nimetatakse aktiivseks, heterokromatiini nimetatakse mitteaktiivseks. Eukromatiini aktiivsus on seletatav sellega, et DNA fibrillid on despiraliseeritud, s.t. on avastatud geenid, mille pinnal toimub RNA transkriptsioon. See loob tingimused RNA transkriptsiooniks. Kui kromosoomi DNA ei ole despireeritud, siis on siinsed geenid suletud, mistõttu on nende pinnalt RNA transkribeerimine raskendatud. Selle tulemusena väheneb valkude süntees. Seetõttu on heterokromatiin inaktiivne. Eu- ja heterokromatiini suhe tuumas on rakus toimuvate sünteetiliste protsesside aktiivsuse indikaator.
Kromatiin muudab oma füüsilist olekut sõltuvalt raku funktsionaalsest aktiivsusest. Jagunemise käigus kromatiin kondenseerub ja muundub kromosoomideks. Seetõttu on kromatiin ja kromosoomid erinevad füüsilised tingimused sama aine.
Kromatiini keemiline koostis:
- DNA - 40%
- valgud - 60%
- RNA - 1%
Tuumavalgud on kahel kujul:
Põhilised (histooni) valgud (80-85%)
Happelised (mittehistooni) valgud (15-20%).
Mittehistoonvalgud moodustavad karüoplasmas (tuumamaatriksis) valguvõrgu, mis tagab kromatiini paigutuse sisemise korra. Histooni valgud moodustavad plokke, millest igaüks koosneb 8 molekulist. Neid plokke nimetatakse nukleosoomideks. Nukleosoomide ümber on mähitud DNA fibrill. Histooni valkude funktsioonid:
DNA kromosoomide spetsiaalne paigutus
Valgu sünteesi reguleerimine.
Tuumakromatiin on desoksüribonukleiinhapete kompleks valkudega, kus DNA on erineva kondensatsiooniastmega.
Valgusmikroskoopiaga paistab kromatiin ebakorrapärase kujuga tükkidena, millel ei ole selgeid piire ja mis on värvitud põhivärvidega. Nõrgalt ja tugevalt kondenseerunud kromatiini tsoonid lähevad sujuvalt üksteiseks üle. Elektronide ja valguse optilise tiheduse alusel eristatakse elektrontihedat, erksavärvilist heterokromatiini ja vähemvärvilist, vähem elektrontihedat eukromatiini.
Heterokromatiin on tugevalt kondenseerunud DNA tsoon, mis on seotud histooni valkudega. Elektronmikroskoopia all on näha tumedad ebakorrapärase kujuga tükid.
Heterokromatiin on tihedalt pakitud nukleosoomide kogum. Heterokromatiin jaguneb sõltuvalt selle asukohast parietaalseks, maatriksiks ja perinukleaarseks.
Parietaalne heterokromatiin külgneb tuumaümbrise sisepinnaga, maatriksi heterokromatiin on jaotunud karüoplasma maatriksis ja perinukleaarne heterokromatiin külgneb tuumaga.
Eukromatiin on nõrgalt kondenseerunud DNA piirkond. Eukromatiin vastab kromosoomide piirkondadele, mis on muutunud hajusaks, kuid kondenseerunud ja dekondenseerunud kromatiini vahel pole selget piiri. Enamasti seostatakse eukromatiini nukleiinhapetega mittehistoonilisi valke, kuid on ka histoone, mis moodustavad nukleosoome, mis on lõdvalt jaotunud kondenseerimata DNA lõikude vahel. Mittehistoonvalkudel on vähem väljendunud põhiomadused ja need on mitmekesisemad keemiline koostis, zholyutsionno palju muutlikum. Nad osalevad transkriptsioonis ja reguleerivad seda protsessi. Ttasemel on eukromatiin madala elektrontihedusega struktuur, mis koosneb peenteralistest ja peentest fibrillaarsetest struktuuridest.
Nukleosoomid on keerulised desoksüribonukleoproteiini kompleksid, mis sisaldavad DNA-d ja valke diameetriga umbes 10 nm. Nukleosoomid koosnevad 8 valgust – histoonidest H2a, H2b, H3 ja H4, mis on paigutatud 2 rida.
Valgu makromolekulaarse kompleksi ümber moodustab DNA fragment 2,5 spiraalset pööret ja katab 140 nukleotiidipaari. Seda DNA osa nimetatakse tuumaks ja seda nimetatakse tuuma DNA-ks (nDNA). Nukleosoomide vahelist DNA piirkonda nimetatakse mõnikord linkeriks. Linkerpiirkonnad hõivavad umbes 60 nukleotiidipaari ja neid nimetatakse iDNA-ks.
Histoonid on madala molekulmassiga, evolutsiooniliselt konserveerunud valgud, millel on erinevad põhiomadused. Nad kontrollivad geneetilise teabe lugemist. Nukleosoomi piirkonnas on transkriptsiooniprotsess blokeeritud, kuid vajadusel saab DNA spiraal "lahti keerata" ja selle ümber aktiveerub tuuma RNA polümerisatsioon. Seega on histoonid olulised valkudena, mis kontrollivad geneetilise programmi rakendamist ja raku spetsiifilist funktsionaalset aktiivsust.
Nii eukromatiinil kui ka heterokromatiinil on nukleosomaalne organiseerituse tase. Kui aga histoon H1 on seotud linkerpiirkonnaga, siis nukleosoomid ühinevad üksteisega ja toimub DNA edasine kondenseerumine (tihendamine) jämedate konglomeraatide - heterokromatiini moodustumisega. Eukromatiini puhul ei toimu olulist DNA kondenseerumist.
DNA kondenseerumine võib toimuda superhelmesena või solenoidina. Sel juhul on kaheksa nukleosoomi kompaktselt üksteise kõrval ja moodustavad superhelme. Nii solenoidmudelis kui ka superhelmes asuvad nukleosoomid suure tõenäosusega spiraalis.
DNA võib muutuda veelgi kompaktsemaks, moodustades kromomeere. Kromomeeris ühendatakse desoksüribonukleoproteiini fibrillid silmusteks, mida hoiavad koos mittehistoonvalgud. Kromomeerid võivad paikneda enam-vähem kompaktselt. Kromomeerid kondenseeruvad mitoosi käigus veelgi rohkem, moodustades kromoneemi (niiditaoline struktuur). Kromoneemid on nähtavad valgusmikroskoobi all, moodustuvad mitoosi profaasis ja osalevad kromosoomide moodustumisel, mis paiknevad spiraalselt.
Kromosoomide morfoloogiat on mugavam uurida siis, kui need on metafaasis kõige rohkem kondenseerunud ja anafaasi alguses. Selles olekus on kromosoomid erineva pikkusega, kuid üsna püsiva paksusega varraste kujulised. Nendes on selgelt nähtav esmane ahenemistsoon, mis jagab kromosoomi kaheks haruks.
Mõned kromosoomid sisaldavad sekundaarset ahenemist. Sekundaarne ahenemine on nukleolaarne korraldaja, kuna interfaasi ajal moodustuvad nukleoolid just nendes piirkondades.
Tsentromeerid ehk kinetokoorid on kinnitatud primaarse ahenemise alale. Kinetokoor on kettakujuline plaat. Kinetokoorid ühendavad mikrovõrgud, mis on ühendatud tsentrioolidega. Mikrotuubulid “tõmbavad lahti” kromosoome mitoosis.
Kromosoomid võivad märkimisväärselt erineda suuruse ja käte suhte poolest. Kui õlad on võrdsed või peaaegu võrdsed, on nad metatsentrilised. Kui üks käsi on väga lühike (peaaegu märkamatu), siis on selline kromosoom akrotsentriline. Submetatsentriline kromosoom on vahepealsel positsioonil. Sekundaarsete kitsendustega kromosoome nimetatakse mõnikord satelliitkromosoomideks.
Barri kehad (sugukromatiin) on spetsiaalsed kromatiini struktuurid, mida leidub sagedamini emaste rakkudes. Neuronites asuvad need kehad tuuma lähedal. Epiteelis asuvad nad parietaalselt ja neil on ovaalne kuju neutrofiilides eenduvad tsütoplasmasse " trummipulk” ja neuronites on neil ümar kuju. Neid leidub 90% naiste ja ainult 10% meeste rakkudes. Barri keha vastab ühele X-sugukromosoomidest, mis arvatakse olevat kondenseerunud olekus. Barri kehade tuvastamine on looma soo määramisel oluline.
Perikromatiini ja kromatiinidevahelised fibrillid asuvad karioplasmaatilises maatriksis ja asuvad kas kromatiini lähedal (perikromatiin) või hajusalt (interkromatiin). Eeldatakse, et need fibrillid on nõrgalt kondenseerunud ribonukleiinhapped, mis on püütud kaldu või pikisuunas.
Perikromatiini graanulid on osakesed suurusega 30...50 nm, suure elektrontihedusega. Need asuvad heterokromatiini äärealal ja sisaldavad DNA-d ja valke; see on kohalik piirkond, kus on tihedalt pakitud nukleosoomid.
Interkromatiini graanulitel on suur elektrontihedus, läbimõõt 20...25 nm ning need on ribonukleiinhapete ja ensüümide kogum. Need võivad olla ribosomaalsed subühikud, mis transporditakse tuumaümbrisesse.
Kui leiate vea, tõstke esile mõni tekstiosa ja klõpsake Ctrl+Enter.
Raku tuum (tuum) kujutab endast protsesside geneetilise määramise ja reguleerimise süsteemi valkude süntees rakud.
Tuuma struktuur ja keemiline koostis
Tuum sisaldab kromatiini, tuuma, karüoplasma (nukleoplasma) ja tuumaümbrist.
Jagunevas rakus on enamikul juhtudel üks tuum, kuid on rakke, millel on kaks tuuma (20% maksarakkudest on kahetuumalised), samuti mitmetuumalised (luukoe osteoklastid).
¨Mõõtmed - vahemikus 3-4 kuni 40 mikronit.
Iga rakutüüpi iseloomustab konstantne tuumamahu ja tsütoplasma mahu suhe. Seda suhet nimetatakse Hertwingi indeksiks. Sõltuvalt selle indeksi väärtusest jagatakse lahtrid kahte rühma:
tuumaenergia - Hertwingi indeks on olulisem;
tsütoplasmaatiline - Hertwingi indeksil on ebaolulised väärtused.
¨Kuju – võib olla sfääriline, vardakujuline, oakujuline, rõngakujuline, segmenteeritud.
¨Lokaliseerimine – tuum paikneb alati rakus kindlas kohas. Näiteks mao silindrilistes rakkudes on see basaalasendis.
Raku tuum võib olla kahes olekus:
a) mitootiline (jagunemise ajal);
b) interfaas (jaotuste vahel).
Elusrakus näib faasidevaheline tuum optiliselt tühi, nähtav on ainult tuum. Tuuma struktuure niitide ja teradena saab jälgida ainult siis, kui rakk puutub kokku kahjustavate teguritega, kui ta läheb paranekroosi seisundisse (piirseisund elu ja surma vahel). Sellest olekust võib rakk normaliseeruda või surra. Pärast rakusurma eristatakse tuumas morfoloogiliselt järgmisi muutusi:
karüopiknoos - tuuma tihendamine;
karyorrhexis - tuuma lagunemine;
karüolüüs - tuuma lahustumine.
Funktsioonid: 1) geneetilise teabe salvestamine ja edastamine,
2) valkude biosüntees, 3) ribosomaalsete subühikute moodustumine.
Kromatiin
Kromatiin (kreeka keelest chroma - värviline värv) on faasidevahelise tuuma põhistruktuur, mis on põhivärvidega väga hästi värvitud ja määrab tuuma kromatiini mustri iga rakutüübi jaoks.
Tänu võimele hästi värvida erinevate ja eriti aluseliste värvainetega, nimetati seda tuuma komponenti kromatiiniks (Flemming 1880).
Kromatiin on kromosoomide struktuurne analoog ja faasidevahelises tuumas esindab see DNA-d kandvaid kehasid.
Morfoloogiliselt eristatakse kahte tüüpi kromatiini:
heterokromatiin;
eukromatiin.
Heterokromatiin(heterokromatiin) vastab kromosoomipiirkondadele, mis on interfaasis osaliselt kondenseerunud ja on funktsionaalselt inaktiivne. See kromatiin värvib väga hästi ja seda on näha histoloogilistel preparaatidel.
Heterokromatiin omakorda jaguneb:
1) struktuurne; 2) valikuline.
Struktuurne heterokromatiin esindab kromosoomide piirkondi, mis on pidevalt kondenseerunud olekus.
Valikuline heterokromatiin on heterokromatiin, mis võib dekondenseeruda ja muutuda eukromatiiniks.
Eukromatiin- need on kromosoomipiirkonnad, mis on interfaasis dekondenseerunud. See on töötav, funktsionaalselt aktiivne kromatiin. See kromatiin ei värvu ja seda ei tuvastata histoloogilistes preparaatides.
Mitoosi ajal kondenseerub kogu eukromatiin maksimaalselt ja muutub kromosoomide osaks. Sel perioodil ei täida kromosoomid mingeid sünteetilisi funktsioone. Sellega seoses võivad raku kromosoomid olla kahes struktuurses ja funktsionaalses olekus:
aktiivsed (töötavad), mõnikord on nad osaliselt või täielikult dekondenseerunud ja nende tuumas osalemisega toimuvad transkriptsiooni- ja reduplikatsiooniprotsessid;
mitteaktiivsed (mittetöötavad, metaboolne puhkus), kui nad on maksimaalselt kondenseerunud, täidavad nad geneetilise materjali jaotamise ja tütarrakkudesse ülekandmise funktsiooni.
Mõnikord võib teatud juhtudel kogu kromosoom jääda interfaasi ajal kondenseerunud olekusse ja sellel on sileda heterokromatiini välimus. Näiteks üks somaatiliste rakkude X-kromosoomidest naise keha allub heterokromatiseerumisele embrüogeneesi algfaasis (lõhustumise ajal) ja ei funktsioneeri. Seda kromatiini nimetatakse sugukromatiiniks või Barri kehadeks.
Erinevates rakkudes on sugukromatiinil erinev välimus:
a) neutrofiilsetes leukotsüütides - trummipulga tüüp;
b) sisse epiteelirakud limaskestad - poolkerakujulise tüki tüüp.
Sugukromatiini määramist kasutatakse geneetilise soo kindlakstegemiseks, samuti X-kromosoomide arvu määramiseks indiviidi karüotüübis (see võrdub sugukromatiini kehade arvuga + 1).
Elektronmikroskoopilised uuringud näitasid, et eraldatud interfaasi kromatiini preparaadid sisaldavad 20-25 nm paksuseid elementaarseid kromosomaalseid fibrille, mis koosnevad 10 nm paksustest fibrillidest.
Keemiliselt on kromatiini fibrillid desoksüribonukleoproteiinide komplekssed kompleksid, mis hõlmavad:
b) spetsiaalsed kromosomaalsed valgud;
DNA, valgu ja RNA kvantitatiivne suhe on 1:1,3:0,2. DNA osakaal kromatiini preparaadis on 30-40%. Üksikute lineaarsete DNA molekulide pikkus varieerub kaudselt ja võib ulatuda sadade mikromeetriteni ja isegi sentimeetriteni. DNA molekulide kogupikkus ühe inimese raku kõigis kromosoomides on umbes 170 cm, mis vastab 6x10 -12 g-le.
Kromatiini valgud moodustavad 60–70% selle kuivmassist ja on esindatud kahes rühmas:
a) histooni valgud;
b) mittehistoonvalgud.
¨ Histooni valgud (histoonid) - aluselisi aminohappeid (peamiselt lüsiini, arginiini) sisaldavad leeliselised valgud paiknevad DNA molekuli pikkuses ebaühtlaselt plokkidena. Üks plokk sisaldab 8 histooni molekuli, mis moodustavad nukleosoomi. Nukleosoomi suurus on umbes 10 nm. Nukleosoom moodustub DNA tihendamisel ja superkerimisel, mis viib kromosoomifibrillide pikkuse lühenemiseni ligikaudu 5 korda.
¨ Mitte-histooni valgud moodustavad 20% histoonide kogusest ja interfaasides moodustavad tuumad tuuma sees struktuurse võrgustiku, mida nimetatakse tuumavalgu maatriksiks. See maatriks esindab karkassi, mis määrab tuuma morfoloogia ja metabolismi.
Perikromatiini fibrillide paksus on 3-5 nm, graanulite läbimõõt on 45 nm ja interkromatiini graanulite läbimõõt on 21-25 nm.
Kromatiin on kromosoomide aine – DNA, RNA ja valkude kompleks. Kromatiin leidub eukarüootsete rakkude tuumas ja on prokarüootide nukleoidi osa. Just kromatiini koostises realiseerub geneetiline informatsioon, samuti DNA replikatsioon ja parandamine.
Mõnda elusrakku, eriti taimerakke või rakke pärast fikseerimist ja värvimist, vaadeldes ilmnevad tuuma sees tiheda aine tsoonid. Kromatiin koosneb DNA-st kompleksis valguga. Interfaasilistes rakkudes võib kromatiin ühtlaselt täita tuuma ruumala või paikneda eraldi klompides (kromotsentrites). Sageli on see eriti selgelt nähtav tuuma perifeerias (parietaalne, membraanilähedane kromatiin) või moodustab tuuma sees üsna paksude (umbes 0,3 μm) ja pikkade kiudude põimumisi, moodustades tuumasisese ahela välimuse.
Interfaaside tuumade kromatiin on DNA-d kandev keha (kromosoomid), mis sel ajal kaotab oma kompaktse kuju, lõdveneb ja dekondenseerub. Sellise kromosoomi dekondensatsiooni aste võib tuumades erineda erinevad rakud. Kui kromosoom või selle osa on täielikult dekondenseerunud, nimetatakse neid tsoone difuusseks kromatiiniks. Kui kromosoomid on mittetäielikult lahti, on faasidevahelises tuumas nähtavad kondenseerunud kromatiini (mida mõnikord nimetatakse heterokromatiiniks) alad. On näidatud, et kromosomaalse materjali dekondensatsiooni aste interfaasis võib peegeldada selle struktuuri funktsionaalset koormust. Mida hajusam on faasidevahelise tuuma kromatiin, seda kõrgemad on sünteetilised protsessid selles. RNA sünteesi vähenemisega rakkudes kaasneb tavaliselt kondenseerunud kromatiini tsoonide suurenemine.
Kromatiin kondenseerub maksimaalselt mitootilise rakkude jagunemise ajal, kui seda leidub tihedate kehade - kromosoomide kujul. Sel perioodil ei kanna kromosoomid sünteetilisi koormusi, DNA ja RNA prekursorid ei ole nendesse lülitatud.
Tööolekus, osaliselt või täielikult dekondenseeritud, kui transkriptsiooni- ja reduplikatsiooniprotsessid toimuvad koos nende osalemisega interfaasi tuumas;
Mitteaktiivsed - metaboolse puhkeolekus maksimaalse kondenseerumisega, kui nad täidavad geneetilise materjali jaotamise ja tütarrakkudesse ülekandmise funktsiooni.
Keemiliselt on kromatiinipreparaadid desoksüribonukleoproteiinide komplekssed kompleksid, mis sisaldavad DNA-d ja spetsiaalseid kromosomaalseid valke – histoone. RNA-d leiti ka kromatiinist. Kvantitatiivselt leitakse DNA, valk ja RNA vahekorras 1: 1, 3: 0, 2. RNA tähtsuse kohta kromatiini koostises pole veel piisavalt ühemõttelisi andmeid. On võimalik, et see RNA esindab sünteesitud RNA ravimiga seotud funktsiooni ja on seetõttu osaliselt seotud DNA-ga või on see eriline liik Kromatiini struktuurile iseloomulik RNA.
Kromatiini kondensatsiooniskeem:
Geneetika biokeemilised uuringud on oluline viis selle põhielementide - kromosoomide ja geenide - uurimiseks. Selles artiklis vaatleme, mis on kromatiin, ning uurime selle struktuuri ja funktsioone rakus.
Pärilikkus on elusaine peamine omadus
Peamised Maal elavaid organisme iseloomustavad protsessid on hingamine, toitumine, kasv, eritumine ja paljunemine. Viimane funktsioon on meie planeedi elu säilitamiseks kõige olulisem. Kuidas ei saa meeles pidada, et esimene käsk, mille Jumal Aadamale ja Eevale andis, oli järgmine: "Olge viljakad ja paljunege." Rakutasandil täidavad generatiivset funktsiooni nukleiinhapped (kromosoomide koostisaine). Vaatleme neid struktuure edasi.
Lisagem veel, et päriliku teabe säilitamine ja järglastele edastamine toimub ühe mehhanismi järgi, mis on täiesti sõltumatu indiviidi organiseerituse tasemest, see tähendab viiruse ja bakterite ja inimeste jaoks. , see on universaalne.
Mis on pärilikkuse sisu
Käesolevas töös uurime kromatiini, mille struktuur ja funktsioonid sõltuvad otseselt nukleiinhappemolekulide organiseeritusest. Šveitsi teadlane Miescher 1869. aastal raku tuumades immuunsussüsteem avastati hapete omadusi avaldavad ühendid, mida ta nimetas algul nukleiinideks ja seejärel nukleiinhapeteks. Keemilisest seisukohast on tegemist kõrgmolekulaarsete ühenditega – polümeeridega. Nende monomeerideks on nukleotiidid, millel on järgmine struktuur: puriin- või pürimidiinalus, pentoos ja ülejäänud.Teadlased on leidnud, et rakkudes võib esineda kahte tüüpi ja RNA-d. Need on kompleksis valkudega ja moodustavad kromosoomide aine. Sarnaselt valkudele on nukleiinhapetel mitu ruumikorralduse taset.
Aastal 1953 laureaadid Nobeli preemia Watson ja Crick dešifreerisid DNA struktuuri. See on molekul, mis koosneb kahest ahelast, mis on omavahel ühendatud vesiniksidemetega, mis tekivad komplementaarsuse põhimõttel lämmastikualuste vahel (adeniini vastas on tümiinalus, tsütosiini vastas guaniini alus). Kromatiin, mille struktuuri ja funktsioone uurime, sisaldab erineva konfiguratsiooniga desoksüribonukleiinhappe ja ribonukleiinhappe molekule. Täpsemalt peatume sellel teemal rubriigis “Kromatiini organiseerituse tasemed”.
Pärilikkusaine lokaliseerimine rakus
DNA esineb tsütostruktuurides nagu tuum, aga ka jagunemisvõimelistes organellides – mitokondrites ja kloroplastides. See on tingitud asjaolust, et need organellid täidavad rakus kõige olulisemaid funktsioone: samuti glükoosi sünteesi ja hapniku moodustumist taimerakkudes. Sünteetilisel etapil eluring ema organellid kahekordistuvad. Seega saavad tütarrakud mitoosi (somaatiliste rakkude jagunemise) või meioosi (munarakkude ja seemnerakkude moodustumine) tulemusena vajaliku arsenali rakulised struktuurid, pakkudes rakke toitaineid ja energiat.
Ribonukleiinhape koosneb ühest ahelast ja sellel on väiksem molekulmass kui DNA. See sisaldub nii tuumas kui ka hüaloplasmas ning on ka osa paljudest raku organellidest: ribosoomid, mitokondrid, endoplasmaatiline retikulum, plastiidid. Nendes organellides sisalduv kromatiin on seotud histooni valkudega ja on osa plasmiididest – ümmargustest suletud DNA molekulidest.
Kromatiin ja selle struktuur
Niisiis, oleme kindlaks teinud, et nukleiinhapped sisalduvad kromosoomide aines - struktuuriüksused pärilikkus. Nende kromatiin elektronmikroskoobi all näeb välja nagu graanulid või niiditaolised moodustised. See sisaldab lisaks DNA-le ka RNA molekule, aga ka valke, millel on põhilised omadused ja mida nimetatakse histoonideks. Kõik ülaltoodud nukleosoomid. Need sisalduvad tuuma kromosoomides ja neid nimetatakse fibrillideks (solenoidniidid). Kõigi ülaltoodu kokkuvõtteks määratleme, mis on kromatiin. See on spetsiaalsete valkude - histoonide - kompleksühend. Kaheahelalised DNA molekulid keritakse neile nagu poolid, moodustades nukleosoomid.
Kromatiini organiseerituse tasemed
Pärilikkuse ainel on erinev struktuur, mis sõltub paljudest teguritest. Näiteks sõltub see sellest, millist elutsükli etappi rakk kogeb: jagunemise periood (metoos või meioos), interfaasi eelsünteetiline või sünteetiline periood. Solenoidi või fibrilli kujul, kui kõige lihtsam, toimub kromatiini edasine tihendamine. Heterokromatiin on tihedam olek, mis moodustub kromosoomi sisemistes piirkondades, kus transkriptsioon on võimatu. Rakkude puhkeperioodil - interfaasis, mil jagunemisprotsess puudub - paikneb heterokromatiin tuuma karüoplasmas piki perifeeriat, selle membraani lähedal. Tuuma sisu tihendamine toimub raku elutsükli postsünteesifaasis, st vahetult enne jagunemist.
Millest sõltub pärilikkusaine kondenseerumine?
Jätkates küsimuse "mis on kromatiin" uurimist, on teadlased kindlaks teinud, et selle tihenemine sõltub histooni valkudest, mis sisalduvad nukleosoomides koos DNA ja RNA molekulidega. Need koosnevad nelja tüüpi valkudest, mida nimetatakse tuumaks ja linkeriks. Transkriptsiooni ajal (geenidest informatsiooni lugemine RNA abil) on pärilikkusaine nõrgalt kondenseerunud ja seda nimetatakse eukromatiiniks.
Praegu jätkatakse histooni valkudega seotud DNA molekulide jaotusomaduste uurimist. Näiteks on teadlased leidnud, et sama kromosoomi erinevate lookuste kromatiin erineb kondensatsioonitaseme poolest. Näiteks kohtades, kus kromosoomi külge on kinnitatud spindli keermed, mida nimetatakse tsentromeerideks, on see tihedam kui telomeersetes piirkondades - terminali lookustes.
Geeniregulaatorid ja kromatiini koostis
Prantsuse geneetikute Jacobi ja Monodi loodud geenide aktiivsuse reguleerimise kontseptsioon annab aimu desoksüribonukleiinhappe piirkondade olemasolust, kus puudub teave valgu struktuuride kohta. Nad täidavad puhtalt bürokraatlikke - juhtimisfunktsioone. Neid kromosoomiosasid nimetatakse reguleerivateks geenideks, nende struktuuris puuduvad reeglina histooni valgud. Kromatiini, mis määratakse sekveneerimisega, nimetatakse avatud.
Edasiste uuringute käigus selgus, et need lookused sisaldavad nukleotiidjärjestusi, mis takistavad valguosakeste kinnitumist DNA molekulidele. Sellised alad sisaldavad reguleerivaid geene: promootoreid, võimendajaid, aktivaatoreid. Kromatiini tihendus neis on kõrge ja nende piirkondade pikkus on keskmiselt umbes 300 nm. Eraldatud tuumades on avatud kromatiini definitsioon, milles kasutatakse ensüümi DNAase. See lõikab väga kiiresti kromosomaalseid lookusi, millel puuduvad histooni valgud. Nendes piirkondades olevat kromatiini on nimetatud ülitundlikuks.
Pärilikkuse substantsi roll
Kompleksid, sealhulgas DNA, RNA ja valk, mida nimetatakse kromatiiniks, osalevad raku ontogeneesis ja muudavad oma koostist sõltuvalt koe tüübist, aga ka organismi kui terviku arenguastmest. Näiteks naha epiteelirakkudes blokeerivad repressorvalgud sellised geenid nagu võimendaja ja promootor, samas kui sooleepiteeli sekretoorsetes rakkudes on need samad regulatoorsed geenid aktiivsed ja asuvad avatud kromatiini tsoonis. Geeniteadlased on leidnud, et DNA, mis ei kodeeri valke, moodustab enam kui 95% kogu inimese genoomist. See tähendab, et kontrollgeene on palju rohkem kui neid, mis vastutavad peptiidide sünteesi eest. Selliste meetodite kasutuselevõtt nagu DNA kiibid ja sekveneerimine on võimaldanud välja selgitada, mis on kromatiin, ning selle tulemusena kaardistada inimese genoomi.
Kromatiiniuuringud on väga olulised sellistes teadusharudes nagu inimese geneetika ja meditsiinigeneetika. Selle põhjuseks on järsult suurenenud esinemissagedus pärilikud haigused- nii geneetiline kui kromosomaalne. Varajane avastamine Nende sündroomide korral suureneb nende ravi ajal positiivsete prognooside protsent.