Хроматин представляет собой массу генетического вещества, состоящего из ДНК и белков, которые конденсируются с образованием хромосом во время деления эукариотических клеток. Хроматин содержится в ядре наших клеток.

Основная функция хроматина состоит в том, чтобы сжать ДНК в компактную единицу, которая будет менее объемной и сможет войти в ядро. Хроматин состоит из комплексов небольших белков, известных как гистоны и ДНК.

Гистоны помогают организовать ДНК в структуры, называемые нуклеосомами, обеспечивая фундамент для обертывания ДНК. Нуклеосома состоит из последовательности нитей ДНК, которые обертываются вокруг набора из восьми гистонов, называемых октомерами. Нуклеосома дополнительно складывается с получением хроматинового волокна. Хроматиновые волокна свертываются и конденсируются с образованием хромосом. Хроматин позволяет осуществить ряд клеточных процессов, включая репликацию ДНК, транскрипцию, восстановление ДНК, генетическую рекомбинацию и деление клеток.

Эухроматин и гетерохроматин


Хроматин внутри клетки может быть уплотнен в различной степени в зависимости от стадии клетки в клеточном цикле. Хроматин в ядре содержится в виде эухроматина или гетерохроматина. Во время интерфазы, клетка не делится, а подвергается периоду роста. Большая часть хроматина находится в менее компактной форме, известной как эухроматин.

ДНК подвергается воздействию эухроматина, что позволяет проводить репликацию и транскрипцию ДНК. Во время транскрипции двойная спираль ДНК разматывается и открывается, чтобы можно было скопировать гены, кодирующие белки. Репликация и транскрипция ДНК необходимы для того, чтобы клетка синтезировала ДНК, белки и органеллы при подготовке к делению клеток (митоз или мейоз).

Небольшой процент хроматина существует как гетерохроматин во время интерфазы. Этот хроматин плотно упакован, что не позволяет проводить транскрипцию гена. Гетерохроматин окрашивается красителями в более темный цвет, чем эухроматин.

Хроматин в митозе:

Профаза

Во время профазы митоза волокна хроматина превращаются в хромосомы. Каждая реплицированная хромосома состоит из двух хроматид, соединенных в центромере.

Метафаза

Во время метафазы хроматин становится чрезвычайно сжатым. Хромосомы выровнены на метафазной пластинке.

Анафаза

Во время анафазы парные хромосомы (сестринские хроматиды) отделяются и вытягиваются микротрубочками веретена деления на противоположные полюса клетки.

Телофаза

В телофазе каждая новая дочерняя хромосома перемещается в свое собственное ядро. Хроматиновые волокна разматываются и становятся менее уплотненными. После цитокинеза образуются две генетически идентичные дочерние клетки. Каждая клетка имеет одинаковое количество хромосом. Хромосомы продолжают разматывать и удлинять образующий хроматин.

Хроматин, хромосома и хроматида


У людей часто возникают проблемы с различием терминов: хроматин, хромосома и хроматида. Хотя все три структуры состоят из ДНК и находятся внутри ядра, каждый из них определяется отдельно.

Хроматин состоит из ДНК и гистонов, которые упакованы в тонкие волокна. Эти волокна хроматина не конденсируются, но могут существовать либо в компактной форме (гетерохроматин), либо менее компактной форме (эухроматин). Процессы, включая репликацию ДНК, транскрипцию и рекомбинацию, встречаются в эухроматине. При делении клеток хроматин конденсируется с образованием хромосом.

Хромосомы представляют собой одноцепочечные структуры конденсированного хроматина. Во время процессов деления клеток через митоз и мейоз, хромосомы реплицируются, чтобы гарантировать, что каждая новая дочерняя клетка получает правильное количество хромосом. Дублицированная хромосома является двухцепочечной и имеет привычную форму X. Две нити идентичны и связаны в центральной области, называемой центромером.

Хроматидой является одна из двух нитей реплицированных хромосом. Хроматиды, соединенные центромером, называются сестринскими хроматидами. В конце клеточного деления сестринские хроматиды отделяются от дочерних хромосом в новообразованных дочерних клетках.

Понравилась статья? Поделись с друзьями:

Источник: NatWorld.info

К данному материалу относятся разделы:


Закономерности существования клетки во времени. Жизненный цикл клетки, его варианты. Основное содержание и значение периодов жизненного цикла клетки

Половые генетические аномалии. Роль генотипических факторов в формировании патологических изменений фенотипа человека

Класс Цестоды. Морфология, жизненный цикл, патогенность лентеца широкого. Диагностика и профилактика дифиллоботриоза

Организация открытых биологических систем в пространстве и во времени. Поток информации в клетке и ультраструктуры их обеспечивающие (поровый комплекс, рибосомы и т. д.)

Генотип — сбалансированная система взаимодействующих генов. Медицинские аспекты аллельного взаимодействия генов

Паразитизм как экологический феномен. Классификация паразитов. Понятие о промежуточных, окончательных и резервуарных хозяевах

Закономерности существования клетки во времени. Жизненный цикл клетки, его варианты. Основное содержание и значение периодов жизненного цикла. Ультраструктуры, обеспечивающие нормальный ход жизненного цикла

iv>

Генотип — сбалансированная система взаимодействующих генов. Наследование признаков у человека по типу эпистатического взаимодействия

Экологический анализ качества среды обитания. Экологическая безопасность человека. Экологически приемлемый риск

Свойства и функции наследственного материала. Самовоспроизведение наследственного материала. Принцип и этапы репликации ДНК

Репликация ДНК

Особенности путей инвазии, локализации и дифференциальной диагностики Plasmodium vivax, Plasmodium ovaleи

Неорганические ксенобиотики среды обитания (ртуть, свинец, мышьяк и т. д.). Биоаккумуляция их в организме человека. Тератогенное, мутагенное, канцерогенное

Главные механизмы митотического цикла, обеспечивающие поддержание генетического гомеостаза (редупликация, равномерное распределение генетического материала). Регуляция митоза. Результаты нарушений хода митоза

Генотип — сбалансированная система взаимодействующих генов. Наследование признаков у человека по типу полимерии

Экологические категории организмов биосферы. Система цепей питания. Насыщенность растений и животных ксенобиотиками антропогенного происхождения


Современный экологический кризис. Пути и способы преодоления кризисной экологической ситуации

Современный экологический кризис. Пути и способы преодоления кризисной экологической ситуации

Реакции различных структур клеток, органов и тканей человека на радиационное поражение

Изменчивость-свойство , определяющее возникновение новых признаков в развитии живого.Мутации,механизмы возникновения.Классификация.Медицинское и эволюционное значение мутаций

Формы размножения организмов.Особенности полового размножения, его эволюционное значение.Отличия половых клеток от соматических. Преимущества полового размножения

Экология Жгутиковых.Морфологическая характеристика класса Жгутиковые.Жизненный цикл.Патогенез лямблий.Диагностика и профилактика лямблиоза

Экологическая безопасность человека

Хромосома, ее химический состав. Структурная организация хроматина. Гетерохроматин и эухроматин

Среда как комплекс абиотических, биотических и антропогенных факторов. Экологическая ситуация в урбанизированных экосистемах. Особенности структуры заболеваемости городского населения

>

Этапы реализации генетической информации. Транскрипция. Механизм транскрипции, ферментативное обеспечение, осуществление во времени. Обоснование необходимости явления транскрипции. Стадии транскрипции

Особенности хромосомной организации в зависимости от фазы пролиферативного учения (хроматин, метафазная, хромосома)

Экология ленточных червей. Морфология, жизненный цикл, патогенность эхинококка. Диагностика и профилактика эхинококкоза

Особенности многоклеточной организации биосистем. Иерархические уровни жизни (микросистемы, мезосистемы, макросистемы). Проявления главных свойств жизни на различных уровня ее организации

Типы моногенного наследования. Особенности Х-сцепленного и голандрического типов наследования. Примеры нормальных и патологических признаков, сцепленных с половыми хромосомами

Экология саркодовых. Морфология, жизненный цикл, патогенное действие дизентерийной амебы. Возможные осложнения, диагностика, профилактика амебиаза

Биосинтез белка — процесс реализации генетической информации

Индивидуальное развитие, онтогенез


Экология Самарской области

Геном как эволюционно сложившаяся система генов. Функциональная классификация генов (структурная, регуляторная, модуляторная)

Репарация как процесс поддержания морфологической ценности систем на уровне организма.Физиологическая регенерация, её значение

Место экологии среди других наук

Исторические этапы. Формирования представлений об организации материального субстрата наследственности и изменчивости

Эмбриональный период развития организма. Дробление как процесс образования многоклеточного зародыша. Особенности пролиферации клеток па этапе дробления. Тип дробления у человека

Экология Самарской области. Насыщенность литосферы городов и районов ксенобиотиками антропогенного происхождения. Заболевания населения, экологически зависимые от техногенных загрязнений почвы

Реализация генетической информации. Взаимосвязь между геном и признаком. Центральная догма молекулярной биологии. Смысловое значение ее постулатов

Эмбриональный период индивидуального развития. Гаструляция как процесс формирования многослойного зародыша. Первичный органогенез (нейруляция). Зародышевые листки и их производные


Экология споровиков. Жизненный цикл малярийного плазмодия на примере Plasmodium vivax. Профилактика малярии

Репарация как механизм поддержания генетического гомеостаза. Виды репарации

Дробление как процесс образования многоядерного зародыша. Типы дробления. Связь яйцеклетки с типом дробления

Акариформные клещи: чесоточный зудень и железница угревая — возбудители заболеваний человека. Морфологическая характеристика , цикл развития, географическое распространение . Профилактика

Развитие представлений о сущности жизни. Определение жизни с позиций системного подхода

Биологические и генетические аспекты пола. Типы определения пола

Генетические последствия радиационного облучения. Механизм воздействия излучений на молекулярно-генетический уровень наследственного материала

Ген как единица изменчивости. Генные мутации и их классификация. Причины и механизмы возникновения генных мутаций. Мутон. Последствия генных мутаций для человека

Прогенез. Многофункциональная организация зрелой яйцеклетки. Пространственная упорядоченность цитоплазмы яйца. Значение генома яйцеклетки для начальных стадий онтогенеза


Экология споровиков. Морфология, жизненный цикл токсоплазмы. Приобретенный и врожденный токсоплазмоз. Профилактика токсоплазмоза

Хромосомный уровень организации наследственного материала. Химический состав и структура хроматина. Виды хроматина. Конститутивный и факультативный гетерохроматин

Профилактика наследственных заболеваний. Медико-генетическое консультирование, его медицинское значение. Этапы консультирования

Дифференциальная диагностика Plasmodium malariae, Plasmodium falciparum

Этапы реализации генетической информации. Посттранскриптационные процессы в клетке. Процессинг. Механизм осуществления, ферментативное обеспечение, значение для биосинтеза белка

Оплодотворение — начальный этап развития нового организма. Фазы оплодотворения. Оплодотворение — процесс слияния гаплоидных половых клеток, или гамет, приводящий к образованию диплоидной клетки зиготы

Ксенобиотики в пищевых продуктах. Пути поступления ксенобиотиков в продукты. Патогенное действие на организм человека (тератогенный, канцерогенный эффекты)

Пространсвенная организация и местоположение органов в эмбриогенезе. Критические периоды эмбриогенеза


Мутационный груз, его биологическая сущность и значение. Антимутационные механизмы

Основные компоненты экологического кризиса. Последствия кризиса для здоровья человека

Оплодотворение — начальный этап развития нового организма. Фазы Оплодотворения

Методы изучения генетики человека. Селективные диагностические программы. Цитогенетический метод генетики

Экология круглых червей. Понятие о биогельминтах. Морфология, жизненный цикл, патогенное действие трихинеллы. Диагностика и профилактика трихинеллеза

Химические компоненты биологических систем. Роль неорганических соединений в нормальной жизнедеятельности клетки и организма. Металлы жизни. Последствия недостатка биогенных элементов для клеточного метаболизма

Полигенное наследование. Группы сцепления. Кроссинговер как механизм нарушения сцепления генов. Значение генетических рекомбинаций для человека

Пищевые добавки в продуктах питания. Биоаккумуляция в организме человека. Воздействие пищевых добавок на клеточные и тканевые структуры. Мониторинг ксенобиотиков в плодоовощной и мясной продукции

Особенности хромосомной организации в зависимости от степени пролиферации. Морфология хромосом. Правила хромосом

Заключительный этап онтогенеза. Формирование совокупности половых признаков. Их гормональное обеспечение

Класс Сосальщики. Морфология, жизненный цикл, патогенность кошачьего сосальщика. Природная очаговость, диагностика и профилактика описторхоза

Ведущие процессы постэмбрионального онтогенеза. Рост и конституция человека — важнейшие показатели здоровья

Закономерности наследования внеядерных генов. Болезни человека с нетрадиционным типом наследования (митохондриальные)

Основные государственные приоритеты в политике здоровья питания человека Российской Федерации

Геномный уровень организации наследственного материала. Геном, кариотип как видовые характеристики. Кариотип человека. Денверская классификация хромосом

Пол – фенотипическая характеристика организма. Половые генетические и соматические аномалии. Причины и механизмы возникновения

Экология круглых червей. Морфология, жизненный цикл, патогенность власоглава. Диагностика и профилактика трихоцефалёза

Генные мутации. Причина их возникновения. Классификация генных мутаций

Основные положения хромосомной теории. Кроссинговер как механизм, определяющий нарушение сцепления генов

Тип Плоские черви. Морфология, жизненный цикл, пути инвазии, локализация, патогенное действие бычьего цепня. Особенности лабораторной диагностики и профилактики тениаринхоза

Хромосомные аберрации (хромосомные мутации, хромосомные перестройки)

Биохимический метод

Сосальщики с одним промежуточным хозяином, обитающие в пищеварительной системе

Сосальщики с одним промежуточным хозяином, обитающие в кровеносных сосудах

Сосальщики с двумя промежуточными хозяевами

Первичный органогенез (нейруляция) как процесс образования комплекса осевых органов хордовых. Дифференцировка зародышевых листков. Образование органов и тканей

Современный глобальный экологический кризис. Пути и способы преодоления кризисной экологической ситуации

Класс Цестоды. Особенности морфологической характеристики ленточных червей

Репродукция ядерного материала. Амитоз. Специфика течения. Виды прямого деления ядер. Биологическое значение амитоза для многоклеточного организма. Результаты амитотического деления при патологии

Типы моногенного наследования. Критерии аутосомного (доминантного и рецессивного) наследования у человека. Заболевания, наследуемые как менделирующие признаки

Мейоз как процесс формирования гаплоидных гамет. Фазы редукционного и эквационного деления, их характеристика и значение. Нарушения хода мейоза и последствия для потомства

Популяционно-статический метод изучения генетики человека. Закон Харди-Вайнберга. Значение популяционно-статического метода для медицины

Ионизирующая радиация. Опасные виды излучения и дозы воздействия. Искусственные и естественные источники радиации. Виды .облучения

Хромосомные мутации

Особенности профилактики экологически зависимых заболеваний

Медицинская экология. Предмет, содержание, задачи, методы. Появление нового типа заболеваний человека — экологически зависимых болезней

Мутации. Причина возникновения мутаций. Мутагены, их классификация

Органические ксенобиотики среды обитания. Пути поступления и биоаккумуляция в организме человека. Патогенное воздействие на клетки, ткани и органы человека. Меры предупреждения попадания органических экотоксикантов в продукты питания и воду

Мутагенное воздействие ксенобиотиков на человеческий организм. Антимутагенез

Экосистемы и адаптация. Представление об адаптивных типах человека

Класс Ленточные черви (Цестоды). Морфология, жизненный цикл, пути инвазии, локализация, патогенное действие свиного цепня. Возможные осложнения, диагностика и профилактика тениоза

Экология человека

Опасность идуцированного мутагенеза. Мутагенный груз, его биологическая сущность и значение

Паразитоценоз. Взаимоотношения в системе «паразит-хозяин»: действие паразита на хозяина; хозяина на паразита. Адаптация различных представителей к паразитическому образу жизни

Морфология хромосом, нуклеосомная модель строения хромосом. Основные положения хромосомной теории

Геномные мутации, причины и механизмы их возникновения. Классификация и значение геномных мутаций. Нарушения мейоза и митоза как механизмы возникновения генеративных и соматических мутаций

Экология насекомых. Насекомые — переносчики инфекционных заболеваний. Особенности морфологии и жизненного цикла вшей. Профилактика педикулеза и фтириоза

Неорганические компоненты живых систем. Значение их в жизнедеятельности клетки

Рекомбинация наследственного материала, ее медицинское значение. Рекон. Комбинативная изменчивость и ее механизмы

Экология клещей. Особенности строения, жизненного цикла паразитических клещей. Возбудители клещевой чесотки и демодекоза. Рекомендации к профилактике заражения

Экологические аспекты радиационной биологии

Эмбриональный период развития организма. Дробление как процесс

Рациональное и адекватное питание как профилактика экологически зависимых заболеваний

Процесс образования женских половых клеток – овогенез. Происходит в яичниках

Меры предупреждения попадания ксенобиотиков с пищевыми продуктами

Эхинококкоз

Процесс образования мужских половых клеток

Источник: ifreestore.net

Помощничек
Главная | Обратная связь

Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

В ядре клеток обнаруживаются мелкие зерна и глыбки материала, который окрашивается основными красителями и поэтому был назван хроматином (от греч. chroma – краска).

Хроматин – это деспирализованная форма существования хромосом в неделящемся ядре. Его химическую основу составляет дезоксирибонуклеопротеин – комплекс ДНК с гистоновыми и негистоновыми белками. При этом до момента репликации ДНК каждая хромосома содержит лишь одну линейную молекулу ДНК. Хроматин соответствует хромосомам, которые в интерфазном ядре представлены длинными перекрученными нитями и неразличимы как индивидуальные структуры. Выраженность спирализации каждой из хромосом неодинакова по их длине. Реализацию генетической информации осуществляют деспирализованные участки хромосом.

Белки составляют значительную часть вещества хромосом. На их долю приходится около 65 % массы этих структур. Все хромосомные белки разделяются на две группы: гистоны и негистоновые белки.

Гистоновые белки включают 5 главных видов белков: Н1, Н2А, Н2В, Н3 и Н4 (Н – от histon). Гистоны первых трех классов (Н1, Н2А, Н2В) содержат большое количество аминокислоты лизина. В состав гистонов Н3 и Н4 входит много аминокислоты аргинина. Гистоны — это положительно заряженные основные белки, которые достаточно прочно соединяются с молекулами ДНК, фосфатные группы которых несут отрицательный заряд. Связь гистонов с ДНК препятствуют считыванию заключенной в ДНК биологической информации. В этом состоит их регуляторная роль. Кроме того, эти белки выполняют структурную функцию, обеспечивая пространственную организацию ДНК в хромосомах.

Общее массовое содержание кислых (негистоновых) белков в хромосомах существенно меньше, чем гистонов. Однако эти белки чрезвычайно разнообразны (число фракций негистоновых белков превышает 100).

Вероятно, некоторые из кислых белков играют структурную роль, участвуя в образовании наднуклеосомных уровней укладки хромосом.

Другую группу составляют многочисленные ферменты, обеспечивающие процессы репликации, модификации, репарации и транскрипции.

Самой разнообразной по составу, видимо, является группа регуляторных белков. Они контролируют активность вышеуказанных ферментов, а также доступность тех или иных участков ДНК для этих ферментов.

 

Классификация хроматина.

В ядрах абсолютного большинства клеток генетический материал представлен диффузно расположенным хроматином. Тем не менее, при окраске хроматина уже под световым микроскопом обнаруживается его неоднородность. Основная масса хроматина, имеющая бледную окраску, получила название эухроматина. Кроме эухроматина, в составе хроматина ядра выявляются участки хроматина с более темной окраской. Такой вариант хроматина называют гетерохроматином. (Эухроматин и гетерохроматин отличаются друг от друга по степени спирализации. Гетерохроматин конденсирован более сильно, поэтому и окрашивается более интенсивнее эухроматина.)

Итак, различают два вида хроматина:

1) эухроматин (от греч. eu – хорошо, полностью и хроматин), участки хромосом, сохраняющие деспирализованное состояние в покоящемся ядре (в интерфазе) и спирализующиеся при делении клеток (в профазе); эухроматин соответствует сегментам хромосом, локализующихся ближе к центру ядра. Эухроматин больше деспирализованный, менее компактный, содержит большинство генов и потенциально способен к транскрипции. Предполагается, что в нем сосредоточена та ДНК, которая в интерфазе генетически активна. Эухроматин отличается от гетерохроматина меньшим содержанием метилированных оснований и блоков повторяющихся последовательностей ДНК, большим количеством негистоновых белков и ацетилированных молекул гистонов, менее плотной упаковкой хромосомного материала, что, как полагают, особенно важно для активности эухроматина и делает его потенциально более доступным для ферментов, обеспечивающих транскрипцию. Эухроматин может приобретать свойства факультативного гетерохроматина – инактивироваться, что является одним из способом регуляции генной активности.

2) гетерохроматин часть хроматина, находящаяся в плотно спирализованном, упакованном состоянии в течение всего клеточного цикла. Гетерохроматин соответствует конденсированным, плотно скрученным сегментам хромосом (что делает их недоступными для транскрипции). Он интенсивно окрашивается основными красителями и в световом микроскопе имеет вид темных пятен, гранул. Гетерохроматин располагается ближе к кариолемме, более компактен, чем эухроматин и содержит «молчащие» гены, т.е. гены, которые в настоящий момент неактивны. Гетерохроматичные районы хромосом, как правило, реплицируются позже эухроматиновых и не транскрибируются, т.е. генетически весьма инертны. Ядра активных тканей и эмбриональных клеток большей частью бывают бедны гетерохроматином. Различают конститутивный и факультативный гетерохроматин.

2.1) конститутивный (структурный) хроматин впервые был обнаружен в начале 30-х годов Гейтцем, который заметил, что в интерфазных ядрах существуют постоянные участки конденсированного хроматина. Его наличие не зависит от степени дифференцированности ткани или от функциональной активности. Гетерохроматин – это компактные участки хромосом, которые в профазе появляются раньше других частей в составе митотических хромосом и в телофазе не декондесируются, переходя в интерфазное ядро в виде интенсивно красящихся плотных структур (хромоцентров), которые располагаются неподалеку от кариолеммы. Постоянно конденсированными зонами чаще всего являются центромерные и теломерные участки хромосом. Конститутативный хроматин не транскрибируется, реплицируется позже всего остального хроматина, в его состав входит (сателлитная) ДНК, обогащенная часто повторяющимися последовательностями нуклеотидов; служит для взаимодействия хромосом с ламиной.

 

2.2) факультативный (функциональный) гетерохроматин обнаруживается при сравнении ядер разных клеток одного организма, при этом выявляется, что определенные участки хроматина в одних клетках могут быть гетерохроматиновыми, а в других эухроматиновыми. В ДНК факультативного гетерохроматина локализованы гены, которые неактивны из-за его сильной конденсации. Тем не менее, эти гены способны функционировать, если данный район хроматина переходит в деконденсированное (эухроматиновое) состояние. Таким образом, факультативный гетерохроматин представляет собой отражение одного из способов регуляции действия генов – с его помощью в различных клетках можно «выключать» разные гены. Кроме того, факультативный гетерохроматин может присутствовать только в одной из гомологичных хромосом. Пример гетерохроматина такого типа – вторая Х-хромосома у женских особей млекопитающих, которая в ходе раннего эмбриогенеза инактивируется вследствие ее необратимой конденсации. Так, у человека сначала функционируют две Х-хромосомы (у ♀♀), что необходимо для нормального протекания оогенеза (развития женских половых клеток), на 16-е сутки во всех клетках женского эмбриона одна из Х-хромосом образует тельце полового хроматина (тельце Бара), которое может быть обнаружено вблизи ядерной мембраны интерфазных клеток в виде хорошо окрашивающегося гетерохроматинового образования.

Уровни компактизации хроматина.

Сохраняя преемственность в ряду клеточных поколений, хромосомы в зависимости от периода и фазы клеточного цикла меняют свое строение. В интерфазе они образуют хроматин. При переходе клетки к митозу, особенно в метафазе, хроматин приобретает вид хорошо различимых отдельных интенсивно окрашенных телец – хромосом. Интерфазную и метафазную формы существования хромосом расценивают как два полярных варианта их структурной организации, связанных в клеточном цикле взаимопереходами. Различают следующие уровни компактизации ДНК:

0) Двойная спираль ДНК представлена «голой» ДНК, не связанной с белками. Ширина двойной спирали ДНК составляет 2 нм.

1) Нуклеосомный уровень хроматина возникает при взаимодействии молекулы ДНК с молекулами белков-гистонов. Два с половиной витка двойной спирали ДНК (в146-200 пар нуклеотидов) наматываются снаружи на белковый кор, образуя нуклеосому (рис. 9,10).

Виды хроматина

Кор – это белковый октамер, состоящий из 8-ми гистоновых белков четырех типов (Н2А, Н2В, Н3, Н4). Каждый гистон представлен двумя молекулами. ДНК наматывается на кор снаружи, образуя два споловиной витка (рис. 10). Участок ДНК между нуклеосомами называется линкером и имеет протяженность 50-60 пар нуклеотидов. Толщина нуклеосомной фибриллы (нити)составляет 8-11 нм.

Виды хроматина

Рис. 10. Структура нуклеосомной коровой частицы.

2) Нуклеомерный (хроматиновая фибрилла, или нить). Нуклеосомная структура закручивается, образуя суперспираль. В ее образовании принимает еще один гистоновый белок Н1, лежащий между нуклеосомами и связанный с линкером. К каждому линкеру присоединяется 1 молекула гистона Н1. Молекулы Н1 в комплексе с линкерами взаимодействуют между собой и вызывают суперспирализацию нуклеосомной фибриллы. В результате образуется хроматиновая фибрилла (рис. 11), толщина которой составляет 30 нм:

Виды хроматина

Рис. 11. Хроматиновая фибрилла.

На нуклеомерном уровне ДНК компактизована в 40 раз. Суперспирализация происходит двумя способами. Нуклеосомная фибрилла может образовывать спираль второго порядка, которая имеет форму соленоида. При втором варианте суперспирализация 8-10 нуклеосом образуют крупную компактную структуру – нуклеомеру. В обоих случаях формируется новый уровень пространственной организации хроматина, который называют нуклеомерным уровнем. Этот уровень не допускает синтеза РНК с нуклеомерной ДНК (на нуклеомерном уровне организации хроматина транскрипция не происходит).

Виды хроматина

3) Хромомерный (петельная структура). Хроматиновая фибрилла образует петли, которые сцепляются между собой с помощью особых белков – негистоновых белков, которые находятся на расстоянии 20.000-80.000 пар нуклеотидов. Толщина этой структуры около 300-400 нм.

 
 
А) белки образуют непрерывный тяж, к которому крепятся петли ДНП. Б) белки образуют отдельные центры, к которым крепятся петли ДНП; область хроматиновой фибриллы, образованная петлями, которые прикрепляются в одной точке к белку, называется хромомерой.

 

Рис. 12 Петельная структура хроматина.

4) Хромонемный(от chroma – краска, nema – нить) уровень. Хроматин является субстанцией, которая образует хромосомы. В простейшем случае хромосома содержит одну целостную гигантскую молекулу ДНК в комплексе с белками, т.е. фибриллу ДНП. Такая ДНП-фибрилла называется хромонемой. Хромонемный уровень образуется в результате сближения хромомеров по длине. Перед делением клетки, в S-период интерфазы, каждая хромосома, содержащая одну хромонему, удваивается и состоит из двух хромонем. Эти хромонемы соединены в определенном участке хромосомы специальной структурой – центромерой.

 
  Виды хроматина

 

 

5) Хроматидный уровень формируется в результате укладывания хромонемы в очень компактную структуру – хроматиду, при этом хромонема образует множество дополнительных петель. Таким образом, хромонема складывается несколько раз, образуя тело хроматиды. Толщина хроматиды около 700 нм. В норме каждая хроматида содержит одну хромонему, но очень плотно упакованную. Хроматиду можно назвать нереплицированной хромосомой. После репликации ДНК хромосома содержит 2 хроматиды.

 
  Виды хроматина

 

 

Метафазная хромосома состоит из двух хроматид (рис. 15 Е). Толщина ее составляет 1400 нм. Хроматиды соединены центромерой. При делении клетки хроматиды расходятся и попадают в разные дочерние клетки. Последовательность компактизации хроматина, начиная с молекулы ДНК до хромосомы можно проследить на рисунке 15.

Виды хроматина

Рис. 15. Уровни компактизации хроматина:

Виды хроматина А — нуклесомная фибрилла, Б — элементарная хроматиновая фибрилла; В — интерфазная петельная структура, Г- хромонема; Д – хроматида; Е — метафазная хромосома.

Эухроматину соответствует нуклеосомный и нуклеомерный уровни компактизации ДНК. Гетерохроматину – хромомерный и хромонемный уровни компактизации ДНК, а хроматидный и хромосомный уровни наблюдаются во время митоза.

Таким образом, хроматин и хромосомы представляют собой дезоксирибонуклеопротеиды (ДНП), но хроматин* – это раскрученное, а хроматиды, следовательно, и хромосомы – скрученное состояние. Хроматид и хромосом в интерфазном ядре нет, они появляются при разрушении ядерной оболочки (во время деления: на стадиях поздней профазы, метафазы, анафазы, ранней телофазы).

* Термин хроматин употребляется также для обозначения наследственного вещества клетки, представляющего собой дезоксирибонуклеопротеидный комплекс различной степени компактизации.

Строение хромосом

Хромосомы представляют собой наиболее упакованное состояние хроматина. Наиболее компактные хромосомы видны на стадии метафазы, при этом они состоят из двух хроматид, связанных в области центромеры. Хроматиды генетически идентичны, они образуются во время репликации и поэтому называются сестринскими хроматидами.

В хромосомах различают первичную перетяжку (центромеру), разделяющую хромосому на два плеча. Первичная перетяжка – наименее спирализованная часть хромосомы. В области центромеры находится белок кинетохор, к нему во время деления клетки присоединяются нити веретена деления. На некоторых хромосомах есть глубокие вторичные перетяжки, отделяющие небольшие участки хромосом, называемые спутниками. В области вторичных перетяжек находятся гены, кодирующие информацию об р-РНК, поэтому вторичные перетяжки хромосом называются ядрышковыми организаторами.  

Виды хроматина

Рис. 16. Метафазная хромосома.

Виды хроматина
А) метацентрические хромосомы имеют плечи равной или почти равной величины; Б) субметацентрические хромосомы имеют плечи неравной величины; В) акроцентрические хромосомы имеют палочковидную форму с коротким, почти незаметным вторым плечом; Г) хромосома со спутником. 1- хроматиды; 2- центромера; 3- короткое плечо (р); 4 — длинное плечо (q); 5- спутник; 6- вторичная перетяжка.

В зависимости от места расположения центромеры различают следующие типы хромосом:

 

 

Рис. 17. Типы хромосом.

Теломеры (от греч. telos – конец и meros – часть, доля) – это специализированные концевые участки хромосом, которые препятствуют соединению хромосом между собой или соединению хромосом с их фрагментами. Теломеры нередко обогащены структурным гетерохроматином. Таким образом, теломеры поддерживают индивидуальность и целостность хромосом. Теломера содержит повторяющиеся последовательности ДНК АГГГТТ  

При хромосомных аномалиях (нарушениях строения хромосом) могут возникать и телоцентрические хромосомы, если в результате отрыва плеча от хромосомы у нее остается только одно плечо, а центромера находится в конце хромосомы. Концы плеч хромосом называются теломерами.

 
  Виды хроматина

V. Ядрышко

Ядрышко – это хорошо заметная в световой микроскоп округлая структура, является самой плотной структурой ядра. Ядрышко находится внутри ядра. Ядрышко интенсивно окрашивается ядерными красителями, т.к. содержит большое количество РНК и ДНК. В состав ядрышка входят рибонуклеопротеиды (РНП). В ядрах клеток эукариот может быть одно, два или несколько ядрышек. Ядрышко – это не отдельная от хроматина структура, а его производная. Ядрышко лишено мембраны и образуется вокруг участков хромосом, в ДНК которых закодирована информация структуре р-РНК. Эти специализированные структуры (петли) хромосом носят название ядрышковых организаторов. Ядрышковые организаторы расположены в области вторичной перетяжки спутничных хромосом. На ДНК ядрышкового организатора синтезируются р-РНК. Обычно функцию ядрышкового организатора выполняет вторичная перетяжка спутничных хромосом. У человека такие участки имеются в 5-ти хромосомах – 13-й, 14-й, 15-й, 21-й и 22-й, где располагаются многочисленные копии генов, кодирующих рибосомальные РНК (р-РНК). Размеры и число ядрышек увеличивается при повышении функциональной активности клетки. Особенно крупные ядрышки характерны для эмбриональных и активно синтезирующих белки клеток, а также для клеток быстрорастущих злокачественных опухолей. Ядрышко исчезает в профазе митоза, когда ядрышковые организаторы «растаскиваются» в ходе конденсации соответствующих хромосом, вновь формируясь в телофазе.

Функции ядрышка заключаются в синтезе р-РНК и ее сборке в предшественники рибосомальных субъединиц.

Под электронным микроскопом в ядрышке обнаруживают две области:

1) фибриллярная область состоит из множества тонких нитей (5-8 нм) и располагаются во внутренней части ядрышка. Здесь же располагаются участки ДНК ядрышковых организаторов. В фибриллярной части ядрышка происходит образование р-РНК в процессе транскрипции, созревание (процессинг) р-РНК.

2) глобулярная часть (гранулярный компонент) образована скоплением плотных частиц диаметром 10-20 нм. В глобулярной части происходит объединение р-РНК с белками, поступившими из цитоплазмы, т.е. происходит образование субъединиц рибосом.

Фибриллярный и гранулярный и гранулярный компоненты ядрышка образуют т.н. ядрышковую нить (нуклеосому) толщиной 60-80 нм, которая в пределах ядрышка формирует широкопелистую сеть, выделяющуюся большей плотностью на фоне менее плотного матрикса.

Ядрышко окружено перинуклеальным хроматином, небольшое количество хроматина проникает с периферии внутрь ядрышка (интрануклеолярный хроматин). В ядрышке клеток обнаруживаются мелкие зернышки и глыбки хроматина, который окрашивается основными красителями; состоит из комплекса ДНК и белка и соответствует хромосомам, которые в интерфазном ядре представлены длинными тонкими перекрученными нитями и неразличимы как визуальные структуры.

 

Источник: studopedya.ru

Определение понятия

Хроматином называется содержащий наследственную информацию материал клеточного ядра, представляющий собой сложный функциональный комплекс ДНК со структурными белками и другими элементами, обеспечивающими упаковку, хранение и реализацию кариотического генома. В упрощенной трактовке это вещество, из которого состоят хромосомы. Термин происходит от греческого «хрома» – цвет, краска.

Понятие было введено Флемингом еще в 1880 году, но до сих пор идут споры о том, что такое хроматин, с точки зрения биохимического состава. Неопределенность касается небольшой части компонентов, не участвующих в структурировании генетических молекул (некоторые ферменты и рибонуклеиновые кислоты).

На электронной фотографии интерфазного ядра хроматин визуализируется как многочисленные участки темной материи, которые могут быть мелкими и разрозненными или объединяться в крупные плотные скопления.

Что такое хроматин? Функции хроматина

Конденсация хроматина во время клеточного деления приводит к образованию хромосом, которые видны даже в обычном световом микроскопе.

Структурные и функциональные компоненты хроматина

С целью определить, что такое хроматин на биохимическом уровне, ученые экстрагировали это вещество из клеток, переводили в раствор и в таком виде изучали компонентный состав и структуру. При этом использовались как химические, так и физические методы, включая технологии электронной микроскопии. Выяснилось, что химический состав хроматина на 40% представлен длинными молекулами ДНК и почти на 60% – различными белками. Последние подразделяются на две группы: гистоны и негистоновые.

Гистонами называют большое семейство основных ядерных белков, которые прочно связываются с ДНК, формируя структурный скелет хроматина. Их количество примерно равно процентному содержанию генетических молекул.

Остальная часть (до 20%) протеиновой фракции приходится на ДНК-связывающие и пространственно-модифицирующие белки, а также ферменты, принимающие участие в процессах считывания и копирования генетической информации.

Помимо основных элементов, в составе хроматина в небольшом количестве обнаруживаются рибонуклеиновые кислоты (РНК), гликопротеиды, углеводы и липиды, однако вопрос об их ассоциации с ДНК-упаковочным комплексом до сих пор открыт.

Гистоны и нуклеосомы

Молекулярная масса гистонов варьирует в пределах от 11 до 21 кДа. Большое количество остатков основных аминокислот лизина и аргинина придают этим белкам положительный заряд, способствуя формированию ионных связей с противоположно заряженными фосфатными группами двойной спирали ДНК.

Выделяют 5 разновидностей гистонов: H2A, H2B, H3, H4 и H1. Первые четыре типа участвуют в формировании основной структурной единицы хроматина – нуклеосомы, которая состоит из кора (белковой сердцевины) и обмотанной вокруг него ДНК.

Нуклеосомный кор представлен октамерным комплексом из восьми молекул гистонов, в который входят тетрамер H3-H4 и димер Н2A-H2B. Участок ДНК протяженностью около 146 нуклеотидных пар накручивается на поверхность белковой частицы, образуя 1,75 витка, и переходит в линкерную последовательность (примерно 60 н. п.), соединяющую нуклеосомы друг с другом. Молекула H1 связывается с линкерной ДНК, защищая ее от действия нуклеаз.

Что такое хроматин? Функции хроматина

Гистоны могут подвергаться различным модификациям, таким как ацетилирование, метилирование, фосфорилирование, ADP-рибозилирование и взаимодействие с убивиктиновым белком. Эти процессы влияют на пространственную конфигурацию и плотность упаковки ДНК.

Негистоновые белки

Существует несколько сотен разновидностей негистоновых белков с различными свойствами и функциями. Их молекулярная масса варьирует от 5 до 200 кДа. Особую группу составляют сайт-специфические белки, каждый из которых комплементарен определенному участку ДНК. В эту группу входят 2 семейства:

  • «цинковые пальцы» – узнают фрагменты длиной в 5 нуклеотидных пар;
  • гомодимеры – характеризуются структурой «спираль-поворот-спираль» во фрагменте, связанном с ДНК.

Лучше всего изучены так называемые белки высокой подвижности (HGM-белки), постоянно ассоциированые с хроматином. Такое наименование семейство получило из-за высокой скорости перемещения белковых молекул в электрофорезном геле. Эта группа занимает большую часть негистоновой фракции и включает в себя четыре основных типа HGM-белков: HGM-1, HGM-14, HGM-17 и HMO-2. Они выполняют структурную и регуляторную функции.

К негистоновым белкам относят также ферменты, обеспечивающие транскрипцию (процесс синтеза матричной РНК), репликацию (удвоение ДНК) и репарацию (устранение повреждений в генетической молекуле).

Уровни компактизации ДНК

Особенность структуры хроматина такая, что позволяет нитям ДНК с суммарной длиной более метра поместиться в ядро диаметром около 10 мкм. Такое возможно благодаря многоступенчатой системе упаковки генетических молекул. Общая схема компактизации включает пять уровней:

  1. нуклеосомная нить диаметром 10–11 нм;
  2. фибрилла 25–30 нм;
  3. петлевые домены (300 нм);
  4. волокно толщиной 700 нм;
  5. хромосомы (1200 нм).

Такая форма организации обеспечивает уменьшение длины исходной молекулы ДНК в 10 тысяч раз.

Что такое хроматин? Функции хроматина

Нить диаметром 11 нм образована рядом нуклеосом, связанных линкерными участками ДНК. На электронной микрофотографии такая структура напоминает нанизанные на леску бусы. Нуклеосомная нить сворачивается в спираль по типу соленоида, образуя фибриллу толщиной 30 нм. В ее формировании участвует гистон H1.

Что такое хроматин? Функции хроматина

Соленоидная фибрилла складывается в петли (иначе – домены), которые закрепляются на поддерживающем внутриядерном матриксе. Каждый домен содержит от 30 до 100 тысяч пар нуклеотидов. Такой уровень компактизации характерен для интерфазного хроматина.

Структура толщиной 700 нм образуется при спирализации доменной фибриллы и называется хроматидой. В свою очередь, две хроматиды формируют пятый уровень организации ДНК – хромосому диаметром 1400 нм, которая становится видна на стадии митоза или мейоза.

Таким образом, хроматин и хромосома – это формы упаковки генетического материала, зависящие от жизненного цикла клетки.

Хромосомы

Хромосома состоит из двух идентичных друг другу сестринских хроматид, каждая из которых образована одной суперспирализованной молекулой ДНК. Половинки соединяются особым фибриллярным тельцем, называемым центромерой. Одновременно эта структура является перетяжкой, разделяющей каждую хроматиду на плечи.

Что такое хроматин? Функции хроматина

В отличие хроматина, представляющего собой структурный материал, хромосома – это дискретная функциональная единица, характеризующаяся не только структурой и составом, но и уникальным генетическим набором, а также определенной ролью в реализации механизмов наследственности и изменчивости на клеточном уровне.

Эухроматин и гетерохроматин

Хроматин в ядре существует в двух формах: менее спирализованной (эухроматин) и более компактной (гетерохроматин). Первая форма соответствует транскрипционно-активным участкам ДНК и поэтому структурирована не так плотно. Гетерохроматин подразделяется на факультативный (может переходить из активной формы в плотную неактивную в зависимости от стадии жизненного цикла клетки и необходимости реализовать те или иные гены) и конститутивный (постоянно уплотнен). Во время митотического или мейотического деления весь хроматин неактивен.

Конститутивный гетерохроматин обнаружен возле центромер и в концевых участках хромосомы. Результаты электронной микроскопии показывают, что такой хроматин сохраняет высокую степень конденсации не только на стадии деления клетки, но и во время интерфазы.

Биологическая роль хроматина

Основная функция хроматина заключается в плотной упаковке большого количества генетического материала. Однако просто уместить ДНК в ядре для жизнедеятельности клетки недостаточно. Необходимо, чтобы эти молекулы должным образом «работали», то есть, могли передавать заключенную в них информацию по системе ДНК-РНК-белок. Кроме этого, клетке нужно распределять генетический материал во время деления.

Устройство хроматина полностью отвечает этим задачам. Белковая часть содержит все необходимые ферменты, а особенности структуры позволяют им взаимодействовать с определенными участками ДНК. Поэтому, второй важной функцией хроматина является обеспечение всех процессов, связанных с реализацией ядерного генома.

Источник: www.nastroy.net