Ядро в эукариотической клетке — центральная органелла, от которой зависит жизнедеятельность и синтетические процессы. Значимая часть содержимого ядра представлена нитевидными молекулами ДНК различной степени компактизации в сочетании с белками. Это эухроматин (деконденсированные ДНК) и гетерохроматин (плотно упакованные части ДНК).

В жизнедеятельности клетки эухроматин играет важную роль. С него считывается «инструкция» по сборке рибонуклеиновой кислоты (РНК), которая становится основой для синтеза молекул полипептидов.

У всех ли есть ядро?

Все живые существа, от самых мелких до гигантских, снабжены генетической информацией в виде дезоксирибонуклеиновой кислоты. Существуют две принципиально отличные формы представления ее в клетках:

  1. Прокариотические организмы (доядерные) имеют не разделенные на компартменты клетки. Хранилище их единственной кольцевой ДНК, не соединенной с белками, это просто участок цитоплазмы, называемый нуклеоидом. Репликация нуклеиновой кислоты и синтез белков проходят у прокариот в едином пространстве клеток. Мы не увидим их невооруженным глазом, ведь представителями этой группы организмов являются микроскопические, размером до 3 мкм, бактерии.

  2. Эукариотические организмы характеризуются более сложным устройством клетки, где наследственная информация защищена двойной мембраной ядра. Линейные молекулы ДНК совместно с белками-гистонами образуют хроматин, активно продуцирующий РНК при помощи полиферментных комплексов. Синтез белка происходит в цитоплазме на рибосомах.

Оформленное ядро в клетках эукариот можно увидеть в период интерфазы. В кариоплазме содержится белковый остов (матрикс), ядрышки и нуклеопротеиновые комплексы, состоящие из участков гетерохроматина и эухроматина. Это состояние ядра сохраняется до момента начала деления клетки, когда оболочка и ядрышки исчезают, а хромосомы приобретают компактную палочковидную форму.

Главный в ядре

Основной компонент содержимого ядра, хроматин, является его смысловой частью. Его функции включают хранение, реализацию и передачу генетической информации о клетке или организме. Непосредственно реплицируемая часть хроматина — это эухроматин, несущий данные о структуре белков и различных типов РНК.

Остальные части ядра выполняют вспомогательные функции, обеспечивают надлежащие условия для реализации генетической информации:

  • ядрышки — уплотненные участки ядерного содержимого, определяющие места синтеза рибонуклеиновых кислот для рибосом;

  • белковый матрикс упорядочивает расположение хромосом и всего содержимого ядра, поддерживает его форму;
  • полужидкая внутренняя среда ядра, кариоплазма, обеспечивает транспорт молекул и протекание различных биохимических процессов;
  • двухслойная оболочка ядра, кариолемма, защищает генетический материал, обеспечивает избирательное двустороннее проведение молекул и молекулярных комплексов за счет сложно устроенных ядерных пор.

Что значит хроматин

Свое название хроматин получил в 1880 году благодаря опытам Флемминга по наблюдению клеток. Дело в том, что во время фиксации и окрашивания некоторые части клетки особенно хорошо проявляются («хроматин» значит «окрашиваемый»). Позже выяснилось, что этот компонент представлен ДНК с белками, которая, благодаря кислотным свойствам, активно воспринимает щелочные красители.

В центральной части клетки на фото видны окрашенные хромосомы, образующие метафазную пластинку.

Формы существования ДНК

В клетках эукариотических организмов нуклеопротеиновые комплексы хроматина могут находиться в двух состояниях.

  1. В процессе деления клетки ДНК достигает максимальной скрученности и представлена митотическими хромосомами. Каждая нить образует отдельную хромосому.
  2. В период интерфазы, когда ДНК клеток наиболее деконденсирована, хроматин равномерно заполняет пространство ядра или образует видимые в световой микроскоп сгустки. Такие хромоцентры чаще выявляются близ ядерной мембраны.

Данные состояния альтернативны друг другу, в интерфазе не сохраняется полностью компактизированных хромосом.

Эухроматин и гетерохроматин

Интерфазный хроматин представляет собой хромосомы, утратившие компактную форму. Их петли разрыхляются, заполняя объем ядра. Существует прямая зависимость между степенью деконденсации и функциональной активностью хроматина.

Его участки, полностью «распутанные», называются диффузным или активным хроматином. Он практически не виден в световой микроскоп после окрашивания. Это объясняется тем, что толщина спирали ДНК составляет всего 2 нм. Другое его название — эухроматин.

Это состояние обеспечивает доступ ферментных комплексов к смысловым фрагментам ДНК, их свободное присоединение и функционирование. С диффузных участков считывается РНК-полимеразами структура информационных РНК (транскрибирование) либо происходит копирование самой ДНК (репликация). Чем выше синтетическая активность клетки в данный момент, тем больше доля эухроматина в ядре.

Диффузные участки хроматина чередуются с компактными, скрученными в разной степени зонами гетерохроматина. Из-за большей плотности, окрашенный гетерохроматин хорошо заметен в интерфазных ядрах.

На рисунке изображен хроматин различной степени компактизации:

  • 1 — двухцепочечная молекула ДНК;
  • 2 — гистоновые белки;
  • 3 — ДНК, обернутая вокруг гистонного комплекса на 1,67 оборота, формирует нуклеосому;
  • 4 — соленоид;
  • 5 — интерфазная хромосома.
iv>

Тонкости определения

Эухроматин в конкретный момент времени может быть не задействован в синтетических процессах. В таком случае он временно находится в более компактном состоянии и может быть принят за гетерохроматин.

Настоящий гетерохроматин, его еще называют конститутивным, не несет смысловой нагрузки и деконденсируется только в процессе репликации. ДНК в этих местах содержит короткие повторяющиеся последовательности, не кодирующие аминокислот. В митотических хромосомах они оказываются в области первичной перетяжки и теломерных окончаний. Также они разделяют участки танскрибируемой ДНК, образуя вставочные (интеркалярные) фрагменты.

Как «работает» эухроматин

В состав эухроматина входят гены, определяющие в конечном счете структуру белков (структурные гены). Дешифровка нуклеотидной последовательности в белок происходит при помощи посредника, способного, в отличие от хромосом, покинуть ядро — информационной РНК.

В процессе транскрипции РНК синтезируется на матрице ДНК из свободных адениловых, уридиловых, цитидиловых и гуаниловых нуклеотидов. Транскрипцию осуществляет ферментный комплекс РНК-полимераза.

Некоторые гены определяют последовательность других видов РНК (транспортной и рибосомной), необходимых для завершения в цитоплазме процессов синтеза белка из аминокислот.

Гетерохроматин отдельной хромосомы часто бывает собран в хорошо заметный хромоценр. Вокруг него располагаются петли деспирализованного эухроматина. Благодаря такой конфигурации ДНК ядра, к смысловым частям легко подходят ферментные комплексы и свободные нуклеотиды, необходимые для реализации функций эухроматина.

Источник: fb.ru


Функции хроматина в ядре

Хроматин — это вещество хромосом — комплекс ДНК, РНК и белков. Хроматин находится внутри ядра клеток эукариот и входит в состав нуклеоида у прокариот. Именно в составе хроматина происходит реализация генетической информации, а также репликация и репарация ДНК.

При наблюдении некоторых живых клеток, особенно растительных или же клеток после фиксации и окраски, внутри ядра выявляются зоны плотного вещества. В состав хроматина входит ДНК в комплексе с белком. В интерфазных клетках хроматин может равномерно заполнять объем ядра или же располагаться отдельными сгустками (хромоцентры). Часто он особенно четко выявляется на периферии ядра (пристеночный, примембранный хроматин) или образует внутри ядра переплетения довольно толстых (около 0. 3 мкм) и длинных тяжей, образующих подобие внутриядерной цепи.

>

Хроматин интерфазных ядер представляет собой несущие ДНК тельца (хромосомы), которые теряют в это время свою компактную форму, разрыхляются, деконденсируются. Степень такой деконденсации хромосом может быть различной в ядрах разных клеток. Когда хромосома или ее участок полностью деконденсирован, тогда эти зоны называют диффузным хроматином. При неполном разрыхлении хромосом в интерфазном ядре видны участки конденсированного хроматина (иногда называемого гетерохроматин). Показано, что степень деконденсации хромосомного материала в интерфазе может отражать функциональную нагрузку этой структуры. Чем более диффузен хроматин интерфазного ядра, тем выше в нем синтетические процессы. Падение синтеза РНК в клетках обычно сопровождается увеличением зон конденсированного хроматина.

Максимально конденсирован хроматин во время митотического деления клеток, когда он обнаруживается в виде плотных телец — хромосом. В этот период хромосомы не несут никаких синтетических нагрузок, в них не происходит включение предшественников ДНК и РНК.

Исходя из этого можно считать, что хромосомы клеток могут находиться в двух структурно-функциональных состояниях:

В рабочем, частично или полностью деконденсированном, когда с их участием в интерфазном ядре происходят процессы транскрипции и редупликации;

В неактивном — в состоянии метаболического покоя при максимальной их конденсированности, когда они выполняют функцию распределения и перенося генетического материала в дочерние клетки.


В химическом отношении препараты хроматина представляют собой сложные комплексы дезоксирибонуклеопротеидов, в состав которых входит ДНК и специальные хромосомные белки — гистоны. В составе хроматина обнаружено также РНК. В количественном отношении ДНК, белок и РНК находятся как 1: 1, 3: 0, 2. О значении РНК в составе хроматина еще нет достаточно однозначных данных. Возможно, что эта РНК представляет собой сопутствующую препарату функцию синтезирующейся РНК и поэтому частично связанной с ДНК или это особый вид РНК, характерный для структуры хроматина.

Схема конденсации хроматина:

Функции хроматина в ядре

Источник: biology623.blogspot.com

Хроматин ( от греч. сhroma — цвет краска) — это основная структура интерфазного ядра, которая очень хорошо красится основными красителями и обуславливает для каждого типа клеток хроматиновый рисунок ядра.

Благодаря способности хорошо окрашиваться различными красителями и особенно основными этот компонент ядра и получил название «хроматин» (Флемминг 1880).

Хроматин является структурным аналогом хромосом и в интерфазном ядре представляет собой несущие ДНК тельца.

Морфологически различают два вида хроматина:


1) гетерохроматин;

2) эухроматин.

Гетерохроматин (heterochromatinum) соответствует частично конденсированным в интерфазе участкам хромосом и является функционально неактивным. Этот хроматин очень хорошо окрашивается и именно его можна видеть на гистологических препаратах.

Гетерохроматин в свою очередь делится на:

1) структурный; 2) факультативный.

Структурный гетерохроматин представляет участки хромосом, которые постоянно находятся в конденсированном состоянии.

Факультативный гетерохроматин — это гетерохроматин, способный деконденсироваться и превращатся в эухроматин.

Эухроматин — это деконденсированные в интерфазе участки хромосом. Это рабочий, функционально активный хроматин. Этот хроматин не окрашивается и не обнаруживается на гистологических препаратах.

Во время митоза весь эухроматин максимально конденсируется и входит в состав хромосом. В этот период хромосомы не выполняют никаких синтетических функций. В связи с этим хромосомы клеток могут находится в двух структурно-функциональных состояниях:

1) активном (рабочем), иногда они частично или полностью деконденсированы и с их участием в ядре происходят процессы транскрипции и редупликации;

2) неактивном (нерабочем, метаболического покоя), когда они максимально конденсированы выполняют функцию распределения и переноса генетического материала в дочерние клетки.

Иногда в отдельных случаях целая хромосома в период интерфазы может оставаться в конденсированном состоянии, при этом она имеет вид гладкого гетерохроматина. Например, одна из Х-хромосом соматических клеток женского организма подлежит гетерохроматизации на начальных стадиях эмбриогенеза ( во время дробления) и не функционирует. Этот хроматин называется половых хроматином или тельцами Барра.


В разных клетках половой хроматин имеет различный вид:

а) в нейтрофильных лейкоцитах — вид барабанной палочки;

б) в эпителиальных клетках слизистой — вид полусферической глыбки.

Определение полового хроматина используется для установления генетического пола, а также для определения количества Х-хромосом в кариотипе индивидума (оно равняется количеству телец полового хроматина+1).

При электронно-микроскопических исследованиях установлено, что препараты выделенного интерфазного хроматина содержат элементарные хромосомные фибриллы толщиной 20-25 нм, которые состоят из фибрилл толщиной 10 нм.

В химическом отношении фибриллы хроматина представляют собой сложные комплексы дезоксирибонуклеопротеидов, в состав которых входят:

а) ДНК;

б) специальные хромосомные белки;

в) РНК.

Количественное соотношение ДНК, белка и РНК составляет 1:1,3:0,2. На долю ДНК в препарате хроматина приходится 30-40%. Длина индивидуальных линейных молекул ДНК колеблется в непрямых пределах и может достигать сотен микрометров и даже сантиметров. Суммарная длина молекул ДНК во всех хромосомах одной клетки человека составляет около 170 см, что соответствует 6х10-12г.


Белки хроматина составляют 60-70% от его сухой массы и представлены двумя группами:

а) гистоновыми белками;

б) негистоновыми белками.

ЁГистоновые белки (гистоны) — щелочные белки, содержащие основные аминокислоты (главным образом лизин, аргинин) располагаются неравномерно в виде блоков по длине молекулы ДНК. Один блок содержит 8 молекул гистонов, которые образуют нуклеосому. Размер нуклеосомы около 10 нм. Нуклеосома образуется путем компактизации и сверхспирализации ДНК, что приводит к укорачиванию длины хромосомной фибриллы примерно в 5 раз.

ЁНегистоновые белки составляют 20% от количества гистонов и в интерфазных ядрах образуют внутри ядра структурную сеть, которая носит название ядерного белкового матрикса. Этот матрикс представляет основу, которая определяет морфологию и метаболизм ядра.

Ядра содержат кроме хроматиновых участков и матрикса перихроматиновые фибриллы, перихроматиновые и интерхроматиновые гранулы. Они содержат РНК и встречаются практически во всех активных ядрах.

Перихроматиновые фибриллы имеют толщину 3-5 нм, гранулы имеют диаметр 45нм и интерхроматиновые гранулы имеют диаметр 21-25 нм.

Источник: studepedia.org