Що таке хроматин: визначення, будова і функції
Біохімічні дослідження в генетиці - важливий спосіб вивчення основних її елементів - хромосом і генів. У даній статті ми розглянемо, що таке хроматин, з`ясуємо його будова і функції в клітині.
Спадковість - основне властивість живої матерії
До головних процесів, що характеризує організми, що живуть на Землі, належать подих, харчування, зростання, виділення і розмноження. Остання функція є найбільш значущою для збереження життя на нашій планеті. Як не згадати, що першою заповіддю, даною Богом Адаму і Єві була наступна: «Плодіться і розмножуйтеся». На рівні клітини генеративна функція виконується нуклеїновими кислотами (що становить речовина хромосом). Ці структури будуть розглянуті нами в подальшому.
Додамо також, що збереження і передача спадкової інформації нащадкам здійснюється за єдиним механізмом, який абсолютно не залежить від рівня організації особини, тобто і для вірусу, і для бактерій, і для людини він універсальний.
Відео: ЄДІ. Біологія. 3.3. Нуклеїнові кислоти. Будова, нуклеотиди, будова, властивості та функції ДНК.
Що є речовиною спадковості
У даній роботі ми вивчаємо хроматин, будова і функції якого безпосередньо залежать від організації молекул нуклеїнових кислот. Швейцарським вченим Мішером в 1869 році в ядрах клітин імунної системи були виявлені сполуки, що проявляють властивості кислот, названі ним спочатку нуклєїнах, а потім нуклеїновими кислотами. З точки зору хімії, це високомолекулярні сполуки - полімери. Їх мономерами є нуклеотиди, що мають наступну будову: пуриновое або пиримидиновое підставу, пентоза і залишок ортофосфорної кислоти. Вчені встановили, що в клітинах можуть бути присутніми два види нуклеїнових кислот: ДНК і РНК. Вони входять в комплекс з білками і утворюють речовину хромосом. Так само як і білки, нуклеїнові кислоти мають кілька рівнів просторової організації.
У 1953 році лауреатами Нобелівської премії Уотсоном і Криком було розшифровано будова ДНК. Вона являє собою молекулу, що складається з двох ланцюгів, з`єднаних між собою водневими зв`язками, що виникають між азотистими підставами по принципом комплементарності (Навпроти аденіну розташовується тимінових підставу, навпаки цитозину - гуанінових). Хроматин, будова і функції якого ми вивчаємо, містить молекули дезоксирибонуклеїнової і рибонуклеїнової кислоти різної конфігурації. На цьому питанні ми зупинимося більш детально в розділі «Рівні організації хроматину».
Відео: Будова ядра клітини
Локалізація речовини спадковості в клітці
ДНК присутня в таких цітоструктурах, як ядро, а також в органелах, здатних до поділу - мітохондріях і хлоропластах. Це пов`язано з тим, що дані органели виконують найважливіші функції в клітині: синтез АТФ, а також синтез глюкози і утворення кисню в клітинах рослин. На синтетичної стадії життєвого циклу материнські органели подвоюються. Таким чином, дочірні клітини в результаті мітозу (поділу соматичних клітин) або мейозу (освіти яйцеклітин і сперматозоїдів) отримують необхідний арсенал клітинних структур, що забезпечують клітини поживними речовинами і енергією.
Відео: Цитологія. Лекція 2. Будова ядра. Окштейн І.Л.
Рибонуклеїнова кислота складається з одного ланцюга і має меншу молекулярну масу, ніж ДНК. Вона міститься як в ядрі, так і в гіалоплазме, а також входить до складу багатьох клітинних органоїдів: рибосом, мітохондрій, ендоплазматичної мережі, пластид. Хроматин в цих органелах пов`язаний з білками-гистонами і входить до складу плазмід - кільцевих замкнутих молекул ДНК.
Хроматин і його структура
Отже, ми встановили, що нуклеїнові кислоти містяться в речовині хромосом - структурні одиниці спадковості. Їх хроматин під електронним мікроскопом має вигляд гранул або ниткоподібних утворень. Він містить, окрім ДНК, ще й молекули РНК, а також білки, що проявляють основні властивості і названі гистонами. всі перераховані вище структури входять до складу нуклеосом. Вони містяться в хромосомах ядра і називаються фибриллами (нитки-соленоїди). Підводячи підсумок всьому вищесказаному, визначимо, що таке хроматин. Це комплексне з`єднання дезоксирибонуклеїнової кислоти і спеціальних білків - гістонів. На них, як на котушки, накручуються дволанцюжкові молекули ДНК, утворюючи нуклеосоми.
Рівні організації хроматину
Речовина спадковості має різну структуру, яка залежить від багатьох факторів. Наприклад, від того, яку стадію життєвого циклу переживає клітина: період поділу (метоз або мейоз), пресинтетичний або синтетичний період інтерфази. З форми соленоїда, або фібрили, як найбільш простий, відбувається подальша компактизація хроматину. Гетерохроматин - більш щільний стан, утворюється в інтронних ділянках хромосоми, на яких неможлива транскрипція. У період спокою клітини - інтерфази, коли відсутня процес ділення, - гетерохроматин розташовується в кариоплазме ядра по периферії, поблизу його мембрани. Ущільнення ядерного вмісту відбувається в постсинтетическом стадію життєвого циклу клітини, тобто безпосередньо перед поділом.
Від чого залежить конденсація речовини спадковості
Продовжуючи вивчати питання "що таке хроматин", Вчені встановили, що його ущільнення залежить від білків-гістонів, що входять поряд з молекулами ДНК і РНК до складу нуклеосом. Вони складаються з білків чотирьох видів, званих корів і лінкерних. У момент транскрипції (зчитування інформації з генів за допомогою РНК) речовина спадковості слабо конденсованих і носить назву еухроматину.
В даний час особливості розподілу молекул ДНК, пов`язаних з гістонові білками, продовжують вивчатися. Наприклад, вчені з`ясували, що хроматин різних локусів однієї і тієї ж хромосоми відрізняється рівнем конденсації. Наприклад, в місцях прикріплення до хромосомі ниток веретена поділу, званих центромерами, він більш щільний, ніж в теломерна ділянках - кінцевих локусах.
Гени-регулятори і склад хроматину
У концепції регуляції генної активності, створеної французькими генетиками Жакобом і Моно, дається уявлення про існування ділянок дезоксирибонуклеїнової кислоти, в яких немає інформації про структури білків. Вони виконують чисто бюрократичні - управлінські функції. Називаючись генами-регуляторами, ці частини хромосом, як правило, в своїй структурі позбавлені білків-гістонів. Хроматин, визначення якого було проведено методом секвенування, отримав назву відкритого.
В ході подальших досліджень було встановлено, що в цих локусах розташовані послідовності нуклеотидів, що перешкоджають приєднанню до молекул ДНК білкових частинок. Такі ділянки містять регуляторні гени: промотори, ехансери, активатори. Компактизація хроматину в них висока, а довжина цих ділянок в середньому становить близько 300 нм. Існує біохімічний метод визначення відкритого хроматину в ізольованих ядрах, при якому використовують фермент ДНК-азу. Він дуже швидко розщеплює локуси хромосом, позбавлені білків-гістонів. Хроматин в цих ділянках був названий надчуттєвим.
Роль речовини спадковості
Комплекси, що включають ДНК, РНК і білок, звані хроматином, беруть участь в онтогенезі клітин і змінюють свій склад залежно від типу тканини, а також від стадії розвитку організму в цілому. Наприклад, в епітеліальних клітинах шкіри такі гени, як ехансер і промотор, заблоковані білками-репресор, а ці ж регуляторні гени в секреторних клітинах епітелію кишечника активні і знаходяться в зоні відкритого хроматину. Вчені-генетики встановили, що на частку ДНК, що не кодує білки, припадає понад 95% всього геному людини. Це означає, що керуючих генів набагато більше, ніж тих, які відповідальні за синтез пептидів. Впровадження таких методів, як ДНК-чіпи і секвенування, дозволило з`ясувати, що таке хроматин, і, як наслідок, провести картування геному людини.
Дослідження хроматину дуже важливі в таких галузях науки, як генетика людини і медична генетика. Це пов`язано з різким зростанням рівнем появи спадкових захворювань - як генних, так і хромосомних. Раннє виявлення цих синдромів підвищує відсоток позитивних прогнозів при їх лікуванні.
