A heterocromatina é uma região dos cromossomos que está constantemente em estado compacto.

A eucromatina consiste em regiões pouco compactadas (descondensadas) dos cromossomos.

Nas regiões pericenoméricas dos cromossomos e nos braços curtos dos cromossomos acrocêntricos, é corada a heterocromatina, designada como estrutural, que é constantemente detectada durante a divisão celular mitótica e no núcleo interfásico. Outro tipo de heterocromatina é a facultativa, que surge pela compactação de regiões eucromáticas e contém genes envolvidos no metabolismo proteico. A condensação da região opcional é reversível, expressa em descondensação.

Os cromossomos consistem em DNA (aproximadamente 40%) e proteínas (aproximadamente 60%), formando um complexo nucleoproteico. As proteínas são divididas em dois grupos: histonas e não-histonas. As histonas são representadas por cinco moléculas: H1, H2A, H2B, H3 e H4. As proteínas histonas constituem 40 a 80% de todas as proteínas dos cromossomos. Eles são compostos de pequenas moléculas carregadas (+). Neles predominam os principais aminoácidos arginina e lisina. Devido à sua estrutura, as proteínas histonas combinam-se com o DNA carregado (-) para formar um complexo DNA-histona. Este complexo é denominado cromatina. Gis. as proteínas desempenham a função de empacotar especificamente uma enorme molécula de DNA em uma estrutura cromossômica compacta. As histonas impedem a leitura da informação biológica contida no DNA. Este é o seu papel regulador. Além disso, essas proteínas desempenham uma função estrutural, garantindo a organização espacial do DNA nos cromossomos

O número de frações de proteínas não histonas excede 100. Entre elas estão enzimas para síntese e processamento de RNA, reduplicação e reparo de DNA. As proteínas ácidas dos cromossomos também desempenham funções estruturais e reguladoras. Além de DNA e proteínas, os cromossomos também contêm RNA, lipídios, polissacarídeos e íons metálicos. O RNA cromossômico é parcialmente representado por produtos de transcrição que ainda não deixaram o local de síntese. Algumas frações têm função reguladora. O papel regulador dos componentes cromossômicos é “proibir” ou “permitir” a cópia de informações da molécula de DNA.

Em diferentes regiões dos cromossomos, o DNA difere em composição e propriedades.

O DNA centromérico está localizado na região de constrições primárias. Os telômeros contêm DNA especial que evita o encurtamento dos cromossomos durante a replicação. Nas zonas de constrição secundária existem seções de DNA responsáveis ​​pela síntese de rRNA. A parte principal do DNA responsável pela síntese de numerosos RNAs mensageiros está localizada nos braços dos cromossomos.

Embora mantendo a continuidade em várias gerações celulares, a cromatina muda sua estrutura dependendo do período e da fase do ciclo celular. organização. Na interfase, à microscopia óptica, é detectado na forma de aglomerados espalhados no nucleoplasma do núcleo. Durante a transição de uma célula para a mitose, especialmente na metáfase, a cromatina assume a aparência de corpos individuais claramente visíveis e intensamente coloridos - cromossomos.

As formas de existência interfásica e metáfásica da cromatina são consideradas duas variantes polares de sua organização estrutural, conectadas no ciclo mitótico por transições mútuas. O ponto de vista mais comum é que a cromatina (cromossomo) é um fio espiral. Neste caso, vários níveis de espiralização da cromatina (compactação) são distinguidos

Fio nucleossômico . Este nível de organização da cromatina é fornecido por quatro tipos de histonas nucleossômicas: H2A, H2B, H3, H4. Eles formam corpos proteicos em forma de disco - núcleos, consistindo de oito moléculas (duas moléculas de cada tipo de histonas)

Fibra de cromatina. A compactação adicional da fita nucleossômica é garantida pelo pistão HI, que, conectando-se ao DNA ligante e a dois corpos proteicos vizinhos, aproxima-os um do outro. O resultado é uma estrutura mais compacta, possivelmente construída como um solenóide. Esta fibrila de cromatina, também chamada elementar, tem um diâmetro de 20-30 nm

Cromonema interfásico . O próximo nível de organização estrutural do material genético é devido ao dobramento da fibrila da cromatina em alças. Proteínas não histonas, que são capazes de reconhecer sequências de nucleotídeos específicas de DNA extranucleossômico, distantes umas das outras a uma distância de vários milhares de pares de nucleotídeos, aparentemente participam de sua formação. Essas proteínas unem essas áreas para formar alças a partir de fragmentos da fibrila da cromatina localizados entre elas. Como resultado desse empacotamento, uma fibrila de cromatina com diâmetro de 20-30 nm é transformada em uma estrutura com diâmetro de 100-200 nm, chamada cromonema interfásico. .

Seções individuais do cromonema interfásico sofrem ainda mais compactação, formando blocos estruturais que unem alças vizinhas com a mesma organização

Cromossomos Lampbrush encontrado em oócitos de peixes, anfíbios, répteis e aves no estágio diplóteno. Cada um dos dois cromossomos consiste bivalentemente em duas cromátides, portanto, durante sua conjugação, são formadas estruturas estendidas de quatro cromátides. Cada cromátide consiste em uma fita axial firmemente torcida com alças laterais estendendo-se a partir dela, formada por uma única dupla hélice de DNA. Essas alças provavelmente representam DNA livre de proteínas para permitir a ocorrência da transcrição. Cromossomos tipo L sch." são transcritos de forma mais ativa do que os registros comuns. Isto se deve à necessidade de acumular quantidades significativas de produtos gênicos nos oócitos.

Microfilamentos são estruturas filamentosas finas (5-7 nm) constituídas por proteínas contráteis: actina, miosina, tropomiosina. Eles estão localizados predominantemente na camada cortical do citoplasma. Os microfilamentos permeiam toda a célula e formam a base do citoesqueleto. Todas as organelas celulares estão ligadas a eles. A actina representa até 10...15% de todas as proteínas celulares. A G-actina globular existe na forma de moléculas individuais na forma de uma solução coloidal. Na presença de ATP e alguns fatores proteicos, uma estrutura filamentosa é formada a partir de sequências de glóbulos de actina (fibrilar ou F-actina). A miosina sempre existe na forma de filamentos grossos. Ambas as proteínas, com a participação de outras proteínas, formam um complexo actina-miosina, capaz de se contrair devido ao deslizamento dos microfilamentos de actina e miosina entre si (a energia é gasta devido à hidrólise do ATP em certas áreas das moléculas de miosina ). Coletivamente, os microfilamentos constituem o aparelho contrátil da célula, proporcionando diversos tipos de movimentos:

Movimento de organelas;

Fluxo hialoplásmico;

Alterações na superfície celular;

Formação de pseudópodes e movimentação celular.

O acúmulo de microfilamentos nas fibras musculares forma organelas especiais - miofibrilas.

Filamentos intermediários São filamentos finos (10 nm) não ramificados, localizados principalmente na camada cortical (submembrana) do hialoplasma. Cada filamento intermediário é formado por 32 moléculas de proteína fibrilar (nas células epiteliais de queratina, nos fibroblastos de vimentina, nas células musculares desmina). O papel funcional dos filamentos intermediários é fornecer resistência à tração à célula. Em algumas células (epidermócitos da pele), os filamentos intermediários se combinam em feixes e formam tonofibrilas, consideradas organelas especiais que desempenham um papel de suporte.

24. Microtúbulos são cilindros ocos; diâmetro externo - 24 nm, interno - 15 nm. A parede dos microtúbulos consiste em subunidades da proteína globular tubulina, cada subunidade, que se parece com glóbulos redondos, tem um diâmetro de 5 nm. A maioria dos microtúbulos está envolvida na formação do estrutura intracelular, que mantém a forma da célula e determina de certa forma a posição das organelas no citoplasma e também determina a direção dos movimentos intracelulares. As proteínas tubulina não têm a capacidade de se contrair e, portanto, os microtúbulos não se contraem. Porém, como parte dos cílios e flagelos, ocorre interação entre os microtúbulos e seu deslizamento entre si, o que garante a movimentação dos cílios e flagelos.

Os microtúbulos estão concentrados no centro da célula e na sua periferia. Eles fazem parte dos centríolos, organelas de movimento, fusos e formam o citoesqueleto em partes salientes das células (por exemplo, nos axônios das células nervosas). Várias estruturas (mitocôndrias, etc.) podem se mover ao longo dos microtúbulos.

25. Cílios e flagelos.

Todos os eucariontes possuem cílios e flagelos de maneira semelhante. Os flagelos são visivelmente mais longos que os cílios, seu comprimento chega a 150 µm ou mais. O número de flagelos por célula é geralmente pequeno, raramente várias dezenas ou centenas, o número de cílios é geralmente muito maior (até 10...15 mil, menos frequentemente várias centenas).

Um flagelo típico consiste em corpo basal(ou cinetossomos), zona de transição, haste principal E dica. A haste principal e a ponta do flagelo são cobertas por uma membrana, que é uma continuação do plasmalema.

Corpo básicoé um cilindro oco cujas paredes são formadas nove trigêmeos microtúbulos. Assim, o corpo basal e o centríolo possuem a mesma estrutura.

Zona de transição localizado na área de intersecção do flagelo com o plasmalema. No centro da zona de transição encontra-se um grânulo axial, do qual surgem dois microtúbulos únicos, que correm ao longo do eixo do flagelo até o final. Na periferia da zona de transição encontra-se o disco basal, no qual um dos três microtúbulos de cada trigêmeo é perdido, e os trigêmeos se transformam em dupletos.

No centro haste principal flagelo mente axonema– um sistema de microtúbulos orientados paralelamente. Um axonema típico é representado por um cilindro cujas paredes são formadas nove dupletos microtúbulos; Dois microtúbulos únicos se estendem ao longo do eixo do axonema.

À medida que nos aproximamos dica os dupletos perdem gradualmente um dos dois microtúbulos e depois desaparecem completamente. O flagelo termina com dois microtúbulos centrais cobertos por uma membrana.

A flexão do flagelo ocorre devido a mudanças na distância entre dupletos de microtúbulos ou entre microtúbulos únicos. Isso consome energia ATP.

Em vários organismos, foram encontrados alguns desvios da organização típica dos flagelos: os tubos centrais estão ausentes ou existe apenas um. Alguns grupos de eucariontes não possuem flagelos e cílios (angiospermas, nematóides, artrópodes, alguns protistas heterotróficos unicelulares, algas e a maioria das gimnospermas).

O material genético dos organismos eucarióticos possui uma organização muito complexa. As moléculas de DNA localizadas no núcleo da célula fazem parte de uma substância multicomponente especial - a cromatina.

Definição do conceito

A cromatina é o material do núcleo celular que contém informações hereditárias, que é um complexo funcional complexo de DNA com proteínas estruturais e outros elementos que garantem o empacotamento, armazenamento e implementação do genoma cariótico. Numa interpretação simplificada, esta é a substância de que são feitos os cromossomos. O termo vem do grego “cromo” - cor, tinta.

O conceito foi introduzido por Fleming em 1880, mas ainda há debate sobre o que é a cromatina em termos de composição bioquímica. A incerteza diz respeito a uma pequena parte dos componentes que não estão envolvidos na estruturação das moléculas genéticas (algumas enzimas e ácidos ribonucleicos).

Na fotografia eletrônica do núcleo interfásico, a cromatina é visualizada como numerosas áreas de matéria escura, que podem ser pequenas e dispersas ou combinadas em grandes aglomerados densos.

A condensação da cromatina durante a divisão celular resulta na formação de cromossomos, que são visíveis mesmo em um microscópio óptico convencional.

Componentes estruturais e funcionais da cromatina

Para determinar o que é a cromatina no nível bioquímico, os cientistas extraíram essa substância das células, transferiram-na para a solução e, dessa forma, estudaram a composição e a estrutura de seus componentes. Foram utilizados métodos químicos e físicos, incluindo tecnologias de microscopia eletrônica. Descobriu-se que a composição química da cromatina é 40% representada por longas moléculas de DNA e quase 60% por várias proteínas. Estas últimas são divididas em dois grupos: histonas e não-histonas.

As histonas são uma grande família de proteínas nucleares básicas que se ligam firmemente ao DNA, formando o esqueleto estrutural da cromatina. Seu número é aproximadamente igual à porcentagem de moléculas genéticas.

O restante (até 20%) da fração proteica consiste em proteínas de ligação ao DNA e de modificação espacial, bem como enzimas envolvidas nos processos de leitura e cópia da informação genética.

Além dos elementos básicos, ácidos ribonucleicos (RNA), glicoproteínas, carboidratos e lipídios são encontrados em pequenas quantidades na cromatina, mas a questão de sua associação com o complexo de empacotamento do DNA ainda está em aberto.

Histonas e nucleossomos

O peso molecular das histonas varia de 11 a 21 kDa. O grande número de resíduos de aminoácidos básicos lisina e arginina conferem a essas proteínas uma carga positiva, promovendo a formação de ligações iônicas com os grupos fosfato de carga oposta da dupla hélice do DNA.

Existem 5 tipos de histonas: H2A, H2B, H3, H4 e H1. Os primeiros quatro tipos estão envolvidos na formação da principal unidade estrutural da cromatina - o nucleossomo, que consiste em um núcleo (núcleo proteico) e DNA enrolado nele.

O núcleo do nucleossomo é representado por um complexo octâmero de oito moléculas de histonas, que inclui o tetrâmero H3-H4 e o dímero H2A-H2B. Uma seção de DNA de cerca de 146 pares de nucleotídeos é enrolada na superfície da partícula de proteína, formando 1,75 voltas, e passa em uma sequência ligante (aproximadamente 60 pb) conectando os nucleossomos entre si. A molécula H1 se liga ao DNA ligante, protegendo-o da ação das nucleases.

As histonas podem sofrer várias modificações, como acetilação, metilação, fosforilação, ribosilação de ADP e interação com a proteína ubiquitina. Esses processos afetam a configuração espacial e a densidade de empacotamento do DNA.

Proteínas não histonas

Existem várias centenas de tipos de proteínas não histonas com diferentes propriedades e funções. Seu peso molecular varia de 5 a 200 kDa. Um grupo especial consiste em proteínas específicas de sítio, cada uma delas complementar a uma região específica do DNA. Este grupo inclui 2 famílias:

• “dedos de zinco” – reconhecem fragmentos com 5 pares de nucleotídeos;
• homodímeros – caracterizados por uma estrutura hélice-volta-hélice no fragmento associado ao DNA.

As mais bem estudadas são as chamadas proteínas de alta mobilidade (proteínas HGM), que estão constantemente associadas à cromatina. A família recebeu esse nome devido à alta velocidade de movimentação das moléculas de proteínas em um gel de eletroforese. Este grupo ocupa a maior parte da fração não-histona e inclui quatro tipos principais de proteínas HGM: HGM-1, HGM-14, HGM-17 e HMO-2. Eles desempenham funções estruturais e regulatórias.

As proteínas não histonas também incluem enzimas que proporcionam transcrição (processo de síntese do RNA mensageiro), replicação (duplicação do DNA) e reparo (eliminação de danos na molécula genética).

Níveis de compactação de DNA

A peculiaridade da estrutura da cromatina é tal que permite que fitas de DNA com comprimento total superior a um metro caibam em um núcleo com diâmetro de cerca de 10 mícrons. Isto é possível graças a um sistema de empacotamento de moléculas genéticas em vários estágios. O esquema geral de compactação inclui cinco níveis:

1. filamento nucleossômico com diâmetro de 10–11 nm;
2. fibrila 25–30 nm;
3. domínios de loop (300 nm);
4. Fibra com 700 nm de espessura;
5. cromossomos (1200 nm).

Essa forma de organização garante uma redução de 10 mil vezes no comprimento da molécula de DNA original.

Um fio com diâmetro de 11 nm é formado por vários nucleossomos conectados por regiões ligantes de DNA. Em uma micrografia eletrônica, essa estrutura lembra contas amarradas em uma linha de pesca. O filamento do nucleossomo se dobra em espiral como um solenóide, formando uma fibrila de 30 nm de espessura. A histona H1 está envolvida na sua formação.

A fibrila solenóide dobra-se em alças (também conhecidas como domínios), que são ancoradas à matriz intranuclear de suporte. Cada domínio contém de 30 a 100 mil pares de bases. Este nível de compactação é característico da cromatina interfásica.

Uma estrutura de 700 nm de espessura é formada pela helicalização de uma fibrila de domínio e é chamada de cromátide. Por sua vez, as duas cromátides formam o quinto nível de organização do DNA - um cromossomo com diâmetro de 1400 nm, que se torna visível na fase de mitose ou meiose.

Assim, a cromatina e o cromossomo são formas de empacotamento do material genético que dependem do ciclo de vida da célula.

Cromossomos

Um cromossomo consiste em duas cromátides irmãs idênticas, cada uma formada por uma molécula de DNA superenrolada. As metades são conectadas por um corpo fibrilar especial chamado centrômero. Ao mesmo tempo, esta estrutura é uma constrição que divide cada cromátide em braços.

Ao contrário da cromatina, que é um material estrutural, um cromossomo é uma unidade funcional discreta, caracterizada não apenas pela estrutura e composição, mas também por um conjunto genético único, bem como por um certo papel na implementação dos mecanismos de hereditariedade e variabilidade em o nível celular.

Eucromatina e heterocromatina

A cromatina no núcleo existe em duas formas: menos espiralizada (eucromatina) e mais compacta (heterocromatina). A primeira forma corresponde a regiões transcricionalmente ativas do DNA e, portanto, não é tão bem estruturada. A heterocromatina é dividida em facultativa (pode passar de uma forma ativa para uma forma densa inativa, dependendo do estágio do ciclo de vida da célula e da necessidade de implementação de determinados genes) e constitutiva (constantemente compactada). Durante a divisão mitótica ou meiótica, toda a cromatina está inativa.

A heterocromatina constitutiva é encontrada perto dos centrômeros e nas regiões terminais do cromossomo. Os resultados da microscopia eletrônica mostram que essa cromatina retém um alto grau de condensação não apenas na fase de divisão celular, mas também durante a interfase.

Papel biológico da cromatina

A principal função da cromatina é compactar grandes quantidades de material genético. No entanto, simplesmente colocar o DNA no núcleo não é suficiente para o funcionamento da célula. É necessário que essas moléculas “funcionem” adequadamente, ou seja, possam transmitir as informações nelas contidas através do sistema DNA-RNA-proteína. Além disso, a célula precisa distribuir material genético durante a divisão.

A estrutura da cromatina atende plenamente a essas tarefas. A parte proteica contém todas as enzimas necessárias e as características estruturais permitem que interajam com certas seções do DNA. Portanto, a segunda função importante da cromatina é garantir todos os processos associados à implementação do genoma nuclear.

Composição química dos cromossomos

Organização físico-química dos cromossomos de uma célula eucariótica

O estudo da organização química dos cromossomos das células eucarióticas mostrou que eles consistem principalmente de DNA e proteínas que formam um complexo nucleoproteico - cromatina, recebeu esse nome por sua capacidade de ser colorido com corantes básicos.

Como foi comprovado por numerosos estudos (ver § 3.2), o DNA é um portador material das propriedades de hereditariedade e variabilidade e contém informação biológica - um programa para o desenvolvimento de uma célula ou organismo, registrado por meio de um código especial. A quantidade de DNA nos núcleos das células de um organismo de uma determinada espécie é constante e proporcional à sua ploidia. Nas células somáticas diplóides do corpo, é duas vezes maior que nos gametas. Um aumento no número de conjuntos de cromossomos nas células poliplásicas é acompanhado por um aumento proporcional na quantidade de DNA nelas.

As proteínas constituem uma parte significativa da substância dos cromossomos. Eles representam cerca de 65% da massa dessas estruturas. Todas as proteínas cromossômicas são divididas em dois grupos: histonas e proteínas não-histonas.

Histonas representado por cinco frações: HI, H2A, H2B, NZ, H4. Por serem proteínas básicas com carga positiva, ligam-se com bastante firmeza às moléculas de DNA, o que impede a leitura da informação biológica nelas contida. Este é o seu papel regulador. Além disso, estas proteínas desempenham uma função estrutural, garantindo a organização espacial do ADN nos cromossomas (ver secção 3.5.2.2).

Número de facções não-histona proteínas excede 100. Entre elas estão enzimas para síntese e processamento de RNA, reduplicação e reparo de DNA. As proteínas ácidas dos cromossomos também desempenham funções estruturais e reguladoras. Além de DNA e proteínas, os cromossomos também contêm RNA, lipídios, polissacarídeos e íons metálicos.

RNA cromossômico representado em parte por produtos de transcrição que ainda não saíram do local de síntese. Algumas frações têm função reguladora.

O papel regulador dos componentes cromossômicos é “proibir” ou “permitir” a cópia de informações da molécula de DNA.

A proporção de massa de DNA: histonas: proteínas não histonas: RNA: lipídios é 1:1:(0,2-0,5):(0,1-0,15):(0,01--0,03). Outros componentes são encontrados em pequenas quantidades.

Embora mantenha a continuidade ao longo de várias gerações celulares, a cromatina muda sua organização dependendo do período e da fase do ciclo celular. Na interfase, à microscopia óptica, é detectado na forma de aglomerados espalhados no nucleoplasma do núcleo. Durante a transição de uma célula para a mitose, especialmente na metáfase, a cromatina assume a aparência de corpos individuais claramente visíveis e intensamente coloridos - cromossomos.

As formas de existência interfásica e metáfásica da cromatina são consideradas duas variantes polares de sua organização estrutural, conectadas no ciclo mitótico por transições mútuas. Esta avaliação é apoiada por dados de microscopia eletrônica de que tanto a forma interfásica quanto a metafásica são baseadas na mesma estrutura filamentosa elementar. No processo de estudos microscópicos eletrônicos e físico-químicos, fios (fibrilas) com diâmetro de 3,0-5,0, 10, 20-30 nm foram identificados na composição da cromatina interfásica e dos cromossomos metafásicos. É útil lembrar que o diâmetro da dupla hélice do DNA é de aproximadamente 2 nm, o diâmetro da estrutura filamentosa da cromatina interfásica é 100-200 nm e o diâmetro de uma das cromátides irmãs do cromossomo metafásico é 500 -600nm.

O ponto de vista mais comum é que a cromatina (cromossomo) é um fio espiral. Neste caso, distinguem-se vários níveis de espiralização (compactação) da cromatina (Tabela 3.2).

Tabela 3.2. Níveis sucessivos de compactação da cromatina

Arroz. 3,46. Organização nucleossômica da cromatina.

A - forma descondensada de cromatina;

B- micrografia eletrônica da cromatina eucariótica:

A - a molécula de DNA é enrolada em núcleos de proteínas;

B- a cromatina é representada por nucleossomos conectados por DNA ligante

Fio nucleossômico. Este nível de organização da cromatina é fornecido por quatro tipos de histonas nucleossômicas: H2A, H2B, H3, H4. Eles formam corpos proteicos em forma de disco - latido, consistindo em oito moléculas (duas moléculas de cada tipo de histona) (Fig. 3.46).

A molécula de DNA é completada com núcleos de proteínas, enrolados em espiral sobre eles. Neste caso, uma seção de DNA composta por 146 pares de nucleotídeos (pb) está em contato com cada núcleo. As regiões do DNA livres de contato com corpos proteicos são chamadas fichários ou vinculador. Eles incluem de 15 a 100 pb. (60 pb em média) dependendo do tipo de célula.

Um segmento de uma molécula de DNA com cerca de 200 pb de comprimento. juntamente com o núcleo proteico que compõe nucleossomo. Graças a esta organização, a estrutura da cromatina é baseada em um fio, que é uma cadeia de unidades repetidas - nucleossomos (Fig. 3.46, B). A este respeito, o genoma humano, que consiste em 3 × 10 9 pb, é representado por uma dupla hélice de DNA compactada em 1,5 × 10 7 nucleossomos.

Ao longo do fio nucleossômico, que se assemelha a uma cadeia de contas, existem regiões de DNA livres de corpos proteicos. Estas regiões, localizadas em intervalos de vários milhares de pares de bases, desempenham um papel importante no subsequente empacotamento da cromatina, uma vez que contêm sequências de nucleótidos especificamente reconhecidas por várias proteínas não histonas.

Como resultado da organização nucleossômica da cromatina, uma dupla hélice de DNA com diâmetro de 2 nm adquire um diâmetro de 10-11 nm.

Fibra de cromatina. A compactação adicional da fita nucleossômica é garantida pelo pistão HI, que, conectando-se ao DNA ligante e a dois corpos proteicos vizinhos, aproxima-os um do outro. O resultado é uma estrutura mais compacta, possivelmente construída como um solenóide. Esta fibrila de cromatina, também chamada elementar, tem um diâmetro de 20-30 nm (Fig. 3.47).

Cromonema interfásico. O próximo nível de organização estrutural do material genético é devido ao dobramento da fibrila da cromatina em alças. Proteínas não histonas, que são capazes de reconhecer sequências de nucleotídeos específicas de DNA extranucleossômico, distantes umas das outras a uma distância de vários milhares de pares de nucleotídeos, aparentemente participam de sua formação. Essas proteínas unem essas áreas para formar alças a partir de fragmentos da fibrila da cromatina localizados entre elas (Fig. 3.48). A seção de DNA correspondente a uma alça contém de 20.000 a 80.000 pb. Talvez cada loop seja uma unidade funcional do genoma. Como resultado desse empacotamento, uma fibrila de cromatina com diâmetro de 20-30 nm é transformada em uma estrutura com diâmetro de 100-200 nm, chamada cromonema interfásico.

Seções individuais do cromonema interfásico sofrem ainda mais compactação, formando blocos estruturais, unindo loops vizinhos com a mesma organização (Fig. 3.49). Eles são detectados no núcleo interfásico na forma de aglomerados de cromatina. Talvez a existência de tais blocos estruturais determine o padrão de distribuição desigual de alguns corantes nos cromossomos metafásicos, que é utilizado em estudos citogenéticos (ver seções 3.5.2.3 e 6.4.3.6).

O grau desigual de compactação de diferentes seções dos cromossomos interfásicos é de grande importância funcional. Dependendo do estado da cromatina, eles são diferenciados eucromático regiões de cromossomos que são caracterizadas por uma densidade de empacotamento mais baixa em células que não se dividem e são potencialmente transcritas, e heterocromáticoáreas caracterizadas por organização compacta e inércia genética. Dentro de seus limites, não ocorre a transcrição da informação biológica.

Existem heterocromatina constitutiva (estrutural) e facultativa.

Constitutivo a heterocromatina está contida nas regiões pericentroméricas e teloméricas de todos os cromossomos, bem como em alguns fragmentos internos de cromossomos individuais (Fig. 3.50). É formado apenas por DNA não transcrito. Provavelmente, seu papel é manter a estrutura geral do núcleo, anexar a cromatina ao envelope nuclear, reconhecer mutuamente os cromossomos homólogos na meiose, separar genes estruturais adjacentes e participar dos processos de regulação de sua atividade.

Arroz. 3,49. Blocos estruturais na organização da cromatina.

A - estrutura de cromatina em loop;

B- condensação adicional de alças de cromatina;

EM - combinar loops com uma estrutura semelhante em blocos para formar a forma final do cromossomo interfásico

Arroz. 3,50. Heterocromatina constitutiva em cromossomos metafásicos humanos

Exemplo opcional a heterocromatina serve como um corpo de cromatina sexual, normalmente formada nas células dos organismos do sexo homogamético (em humanos, o sexo feminino é homogamético) por um dos dois cromossomos X. Os genes neste cromossomo não são transcritos. A formação da heterocromatina facultativa devido ao material genético de outros cromossomos acompanha o processo de diferenciação celular e serve como mecanismo de desligamento de grupos de função ativa de genes cuja transcrição não é necessária em células de uma determinada especialização. A este respeito, o padrão da cromatina dos núcleos celulares de diferentes tecidos e órgãos nas preparações histológicas varia. Um exemplo é a heterocromatização da cromatina nos núcleos de eritrócitos maduros de aves.

Os níveis listados de organização estrutural da cromatina são encontrados em uma célula que não se divide, quando os cromossomos ainda não estão compactados o suficiente para serem visíveis em um microscópio óptico como estruturas separadas. Apenas algumas de suas regiões com maior densidade de empacotamento são detectadas nos núcleos na forma de aglomerados de cromatina (Fig. 3.51).

Arroz. 3.51. Heterocromatina no núcleo interfásico

Áreas compactas de heterocromatina são agrupadas perto do nucléolo e da membrana nuclear

Cromossomo metafásico. A entrada de uma célula da interfase para a mitose é acompanhada pela supercompactação da cromatina. Os cromossomos individuais tornam-se claramente visíveis. Este processo começa na prófase, atingindo sua expressão máxima na metáfase da mitose e na anáfase (ver seção 2.4.2). Na telófase da mitose ocorre a descompactação da substância cromossômica, que adquire a estrutura da cromatina interfásica. A supercompactação mitótica descrita facilita a distribuição dos cromossomos aos pólos do fuso mitótico na anáfase da mitose. O grau de compactação da cromatina em diferentes períodos do ciclo mitótico da célula pode ser avaliado a partir dos dados apresentados na Tabela. 3.2.

Cromatinaé uma mistura complexa de substâncias a partir das quais os cromossomos eucarióticos são construídos. Os principais componentes da cromatina são o DNA e as proteínas cromossômicas, que incluem histonas e proteínas não-histonas que formam estruturas altamente ordenadas no espaço. A proporção de DNA e proteína na cromatina é de aproximadamente 1:1, e a maior parte da proteína da cromatina é representada por histonas. O termo “X” foi introduzido por W. Flemming em 1880 para descrever estruturas intranucleares coradas com corantes especiais.

Cromatina- o principal componente do núcleo celular; é bastante fácil de obter a partir de núcleos interfásicos isolados e de cromossomos mitóticos isolados. Para isso, utilizam sua capacidade de entrar em estado dissolvido durante a extração com soluções aquosas de baixa força iônica ou simplesmente água deionizada.

As frações de cromatina obtidas de diferentes objetos possuem um conjunto de componentes bastante uniforme. Verificou-se que a composição química total da cromatina dos núcleos interfásicos difere pouco da cromatina dos cromossomos mitóticos. Os principais componentes da cromatina são o DNA e as proteínas, a maior parte das quais são histonas e proteínas não-histonas.

Deslize 3. Existem dois tipos de cromatina: heterocromatina e eucromatina. O primeiro corresponde a regiões cromossômicas condensadas durante a interfase; é funcionalmente inativo. Essa cromatina cora bem e é o que pode ser visto em uma amostra histológica. A heterocromatina é dividida em estrutural (são seções de cromossomos que estão constantemente condensadas) e facultativa (pode descondensar e se transformar em eucromatina). A eucromatina corresponde a regiões cromossômicas que se descondensam durante a interfase. Isto é cromatina funcional e funcionalmente ativa. Não mancha e não é visível na amostra histológica. Durante a mitose, toda a eucromatina é condensada e incorporada aos cromossomos.

Em média, cerca de 40% da cromatina é DNA e cerca de 60% são proteínas, entre as quais proteínas histonas nucleares específicas constituem de 40 a 80% de todas as proteínas que compõem a cromatina isolada. Além disso, as frações da cromatina incluem componentes de membrana, RNA, carboidratos, lipídios e glicoproteínas. A questão de quanto esses componentes menores estão incluídos na estrutura da cromatina ainda não foi resolvida. Assim, o RNA pode ser RNA transcrito que ainda não perdeu sua conexão com o molde de DNA. Outros componentes menores podem referir-se a substâncias de fragmentos co-precipitados da membrana nuclear.

PROTEÍNAS são uma classe de polímeros biológicos presentes em todos os organismos vivos. Com a participação das proteínas ocorrem os principais processos que garantem as funções vitais do corpo: respiração, digestão, contração muscular, transmissão de impulsos nervosos.

As proteínas são polímeros e os aminoácidos são suas unidades monoméricas.

Aminoácidos - são compostos orgânicos que contêm em sua composição (de acordo com o nome) um grupo amino NH2 e um grupo ácido orgânico, ou seja, carboxila, grupo COOH.

Uma molécula de proteína é formada como resultado da ligação sequencial de aminoácidos, enquanto o grupo carboxila de um ácido interage com o grupo amino de uma molécula vizinha, resultando na formação de uma ligação peptídica - CO-NH- e na liberação de uma molécula de água. Diapositivo 9

As moléculas de proteína contêm de 50 a 1.500 resíduos de aminoácidos. A individualidade de uma proteína é determinada pelo conjunto de aminoácidos que compõem a cadeia polimérica e, não menos importante, pela ordem de sua alternância ao longo da cadeia. Por exemplo, a molécula de insulina consiste em 51 resíduos de aminoácidos.

Composição química das histonas. Características de propriedades físicas e interação com DNA

Histonas- proteínas relativamente pequenas com uma proporção muito grande de aminoácidos carregados positivamente (lisina e arginina); A carga positiva ajuda as histonas a se ligarem firmemente ao DNA (que é altamente carregado negativamente), independentemente de sua sequência de nucleotídeos. O complexo de ambas as classes de proteínas com o DNA nuclear das células eucarióticas é denominado cromatina. As histonas são uma característica única dos eucariotos e estão presentes em grandes quantidades por célula (cerca de 60 milhões de moléculas de cada tipo por célula). Os tipos de histonas se enquadram em dois grupos principais - histonas nucleossômicas e histonas H1, formando uma família de proteínas centrais altamente conservadas que consiste em cinco grandes classes - H1 e H2A, H2B, H3 e H4. A histona H1 é maior (cerca de 220 aminoácidos) e provou ser menos conservada durante a evolução. O tamanho das cadeias polipeptídicas de histonas varia de 220 (H1) a 102 (H4) resíduos de aminoácidos. A histona H1 é altamente enriquecida em resíduos de Lys, as histonas H2A e H2B são caracterizadas por um teor moderado de Lys e as cadeias polipeptídicas das histonas H3 e H4 são ricas em Arg. Dentro de cada classe de histonas (com exceção de H4), vários subtipos destas proteínas são distinguidos com base nas sequências de aminoácidos. Esta multiplicidade é especialmente característica das histonas H1 de mamíferos. Neste caso, existem sete subtipos denominados H1.1-H1.5, H1o e H1t. As histonas H3 e H4 pertencem às proteínas mais conservadas. Esta conservação evolutiva sugere que quase todos os seus aminoácidos são importantes para a função destas histonas. A parte N-terminal destas histonas pode ser modificada reversivelmente na célula devido à acetilação de resíduos de lisina individuais, o que remove a carga positiva das lisinas.

A região central da cauda das histonas.

Contas na corda A

Curto alcance de interação

Histonas ligantes

fibra de 30 nm

Fibra cromonema

Interações de fibra de longo alcance

nucleossomo cromatina histona

O papel das histonas no dobramento do DNA é importante pelas seguintes razões:

• 1) Se os cromossomas consistissem apenas em ADN esticado, é difícil imaginar como poderiam replicar-se e separar-se em células-filhas sem ficarem emaranhados ou quebrados.
• 2) Num estado estendido, a dupla hélice do DNA de cada cromossomo humano cruzaria o núcleo da célula milhares de vezes; Assim, as histonas agrupam uma molécula de DNA muito longa de maneira ordenada em um núcleo com vários micrômetros de diâmetro;
• 3) Nem todo o DNA é dobrado da mesma maneira, e a forma como uma região do genoma é empacotada na cromatina provavelmente afeta a atividade dos genes contidos nessa região.

Na cromatina, o DNA se estende como uma fita dupla contínua de um nucleossomo para o outro. Cada nucleossomo é separado do próximo por uma seção de DNA ligante, que varia em tamanho de 0 a 80 pares de nucleotídeos. Em média, os nucleossomos repetidos têm um espaçamento de nucleotídeos de cerca de 200 pares de nucleotídeos. Nas micrografias eletrônicas, essa alternância do octâmero de histonas com DNA enrolado e DNA ligante dá à cromatina uma aparência de “contas em um fio” (após tratamentos que desdobram embalagens de ordem superior).

Metilação Por ser uma modificação covalente das histonas, é mais complexa do que qualquer outra, pois pode ocorrer tanto em lisinas quanto em argininas. Além disso, diferentemente de qualquer outra modificação no grupo 1, os efeitos da metilação podem ser positivos ou negativos na expressão transcricional dependendo da posição do resíduo na histona (Tabela 10.1). Outro nível de complexidade surge do fato de que pode haver múltiplos estados de metilação em cada resíduo. As lisinas podem ser mono-(me1), di-(me2) ou tri-(me3) metiladas, enquanto as argininas podem ser mono-(me1) ou di-(me2) metiladas.

Fosforilaçãoé o PTM mais conhecido, uma vez que há muito se sabe que as quinases regulam a transmissão do sinal da superfície celular através do citoplasma e para o núcleo, levando a alterações na expressão gênica. As histonas estavam entre as primeiras proteínas descobertas como sendo fosforiladas. Em 1991, descobriu-se que quando as células eram estimuladas a proliferar, os chamados genes “imediatamente precoces” eram induzidos e tornavam-se transcricionalmente activos e funcionavam para estimular o ciclo celular. Esta expressão genética aumentada correlaciona-se com a fosforilação da histona H3 (Mahadevan et al., 1991). O resíduo serina 10 da histona H3 (H3S10) demonstrou ser um importante local de fosforilação para a transcrição de leveduras para humanos e parece ser particularmente importante em Drosophila (Nowak e Corces, 2004).

Ubiquitinação o processo de anexar uma “cadeia” de moléculas de ubiquitina a uma proteína (ver Ubiquitina). Em U., o terminal C da ubiquitina une os resíduos laterais de lisina no substrato. A cadeia de poliubiquitina se liga em um momento estritamente definido e é um sinal que indica que a proteína está sujeita a degradação.

A acetilação das histonas desempenha um papel importante na modulação da estrutura da cromatina após a ativação transcricional, aumentando a acessibilidade da cromatina à maquinaria de transcrição. Acredita-se que as histonas acetiladas estão menos fortemente ligadas ao DNA e, portanto, é mais fácil para a máquina de transcrição superar a resistência do empacotamento da cromatina. Em particular, a acetilação pode facilitar o acesso e a ligação dos factores de transcrição aos seus elementos de reconhecimento no ADN. As enzimas que realizam o processo de acetilação e desacetilação das histonas foram agora identificadas e provavelmente aprenderemos em breve mais sobre como isso se relaciona com a ativação da transcrição.

Sabe-se que as histonas acetiladas são um sinal de cromatina transcricionalmente ativa.

As histonas são as proteínas mais estudadas bioquimicamente.

Organização do nucleossomo

O nucleossomo é a unidade elementar de empacotamento da cromatina. Consiste em uma dupla hélice de DNA enrolada em um complexo específico de oito histonas nucleossômicas (octâmero de histonas). O nucleossomo é uma partícula em forma de disco com diâmetro de cerca de 11 nm, contendo duas cópias de cada uma das histonas nucleossômicas (H2A, H2B, H3, H4). O octâmero de histona forma um núcleo proteico em torno do qual o DNA de fita dupla é enrolado duas vezes (146 pares de bases de DNA por octâmero de histona).

Os nucleossomos que compõem as fibrilas estão localizados mais ou menos uniformemente ao longo da molécula de DNA, a uma distância de 10 a 20 nm um do outro.

Os dados sobre a estrutura dos nucleossomos foram obtidos usando análise de difração de raios X de baixa e alta resolução de cristais de nucleossomos, ligações cruzadas proteína-DNA intermoleculares e clivagem de DNA dentro de nucleossomos usando nucleases ou radicais hidroxila. A. Klug construiu um modelo de nucleossomo, segundo o qual o DNA (146 pb) na forma B (uma hélice destra com passo de 10 pb) é enrolado em torno de um octâmero de histonas, na parte central do qual as histonas H3 e H4 estão localizados, e na periferia - H2a e H2b. O diâmetro desse disco de nucleossomo é de 11 nm e sua espessura é de 5,5 nm. A estrutura, que consiste em um octâmero de histona e DNA enrolado em torno dele, é chamada de partícula central nucleossômica. As partículas centrais são separadas umas das outras por segmentos de DNA ligante. O comprimento total do segmento de DNA incluído no nucleossomo animal é de 200 (+/- 15) pb.

As cadeias polipeptídicas de histonas contêm vários tipos de domínios estruturais. O domínio globular central e as regiões N e C-terminais salientes flexíveis, enriquecidas em aminoácidos básicos, são chamadas de braços. Os domínios C-terminais das cadeias polipeptídicas envolvidas nas interações histona-histona dentro da partícula central têm predominantemente a forma de uma hélice alfa com uma região helicoidal central estendida, ao longo da qual uma hélice mais curta é colocada em ambos os lados. Todos os locais conhecidos de modificações pós-traducionais reversíveis de histonas que ocorrem ao longo do ciclo celular ou durante a diferenciação celular estão localizados nos domínios básicos flexíveis de suas cadeias polipeptídicas (Tabela I.2). Além disso, os braços N-terminais das histonas H3 e H4 são as regiões mais conservadas das moléculas, e as histonas em geral são uma das proteínas mais conservadas evolutivamente. Estudos genéticos da levedura S. cerevisiae mostraram que pequenas deleções e mutações pontuais nas porções N-terminais dos genes das histonas são acompanhadas por mudanças profundas e diversas no fenótipo das células de levedura, indicando a importância da integridade das moléculas de histonas para garantir o bom funcionamento dos genes eucarióticos. Em solução, as histonas H3 e H4 podem existir na forma de tetrâmeros estáveis ​​(H3) 2 (H4) 2, e as histonas H2A e H2B - na forma de dímeros estáveis. Um aumento gradual na força iônica em soluções contendo cromatina nativa leva à liberação primeiro de dímeros H2A/H2B e depois de tetrâmeros H3/H4.

A estrutura fina dos nucleossomos em cristais foi esclarecida no trabalho de K. Lueger et al. (1997) usando análise de difração de raios X de alta resolução. Foi estabelecido que a superfície convexa de cada heterodímero de histona no octâmero é envolvida por segmentos de DNA com 27-28 pb de comprimento, localizados entre si em um ângulo de 140 graus, que são separados por regiões ligantes de 4 pb de comprimento.

Níveis de compactação do DNA: nucleossomos, fibrilas, alças, cromossomo mitótico

O primeiro nível de compactação do DNA é o nucleossômico. Se a cromatina for exposta a nucleases, ela e o DNA serão decompostos em estruturas que se repetem regularmente. Após o tratamento com nuclease, uma fração de partículas com taxa de sedimentação de 11S é isolada da cromatina por centrifugação. As partículas 11S contêm cerca de 200 pares de bases de DNA e oito histonas. Uma partícula de nucleoproteína tão complexa é chamada de Nucleossomo. Nele, as histonas formam um núcleo protéico, em cuja superfície está localizado o DNA. O DNA forma uma seção que não está conectada às proteínas centrais - um Linker, que, conectando dois nucleossomos vizinhos, passa para o DNA do próximo nucleossomo. Eles formam “contas”, formações globulares de cerca de 10 nm, posicionadas uma após a outra em moléculas alongadas de DNA. O segundo nível de compactação é a fibrila de 30 nm. O primeiro nível de compactação da cromatina, nucleossômico, desempenha um papel regulador e estrutural, garantindo a densidade de empacotamento do DNA em 6 a 7 vezes. Nos cromossomos mitóticos e nos núcleos interfásicos, são detectadas fibrilas de cromatina com diâmetro de 25-30 nm. Distingue-se um tipo solenóide de empacotamento de nucleossomos: um fio de nucleossomos densamente compactados com um diâmetro de 10 nm forma voltas com um passo helicoidal de cerca de 10 nm. Existem 6-7 nucleossomos por volta dessa superhélice. Como resultado desse empacotamento, surge uma fibrila do tipo espiral com cavidade central. A cromatina nos núcleos possui fibrilas de 25 nm, que consistem em glóbulos próximos do mesmo tamanho - Nucleômeros. Esses nucleômeros são chamados de superpérolas (“superpérolas”). A principal fibrila da cromatina com diâmetro de 25 nm é uma alternância linear de nucleômeros ao longo de uma molécula de DNA compactada. Como parte do nucleômero, são formadas duas voltas da fibrila nucleossômica, com 4 nucleossomos cada. O nível nucleomérico de empacotamento da cromatina garante uma compactação de 40 vezes do DNA. Os níveis nuclesomais e nucleoméricos (superbid) de compactação do DNA da cromatina são realizados por proteínas histonas. Domínios de loop do DNA-terceiro nivel organização estrutural da cromatina. Em níveis mais elevados de organização da cromatina, proteínas específicas ligam-se a secções específicas de ADN, que formam grandes voltas, ou domínios, nos locais de ligação. Em alguns lugares há aglomerados de cromatina condensada, formações semelhantes a rosetas que consistem em muitas voltas de fibrilas de 30 nm conectadas em um centro denso. O tamanho médio das rosetas atinge 100-150 nm. Rosetas de fibrilas de cromatina - Cromômeros. Cada cromômero consiste em várias alças contendo nucleossomos que estão conectadas em um único centro. Os cromômeros são conectados entre si por seções de cromatina nucleossômica. Esta estrutura de cromatina de domínio em loop garante a compactação estrutural da cromatina e organiza as unidades funcionais dos cromossomos - replicons e genes transcritos.

Utilizando o método de espalhamento de nêutrons, foi possível determinar a forma e as dimensões exatas dos nucleossomos; aproximadamente, é um cilindro plano ou arruela com diâmetro de 11 nm e altura de 6 nm. Localizados em um substrato para microscopia eletrônica, eles formam “esferas” - formações globulares de cerca de 10 nm, em fila única, assentadas em conjunto sobre moléculas alongadas de DNA. Na verdade, apenas as regiões ligantes são alongadas; os três quartos restantes do comprimento do DNA estão dispostos helicoidalmente ao longo da periferia do octâmero de histonas. Acredita-se que o próprio octâmero de histona tenha uma forma semelhante a uma bola de rugby, consistindo de um tetrâmero (H3·H4)2 e dois dímeros H2A·H2B independentes. Na Fig. A Figura 60 mostra um diagrama da localização das histonas na parte central do nucleossomo.

Composição de centrômeros e telômeros

Hoje quase todo mundo sabe o que são cromossomos. Essas organelas nucleares, nas quais todos os genes estão localizados, constituem o cariótipo de uma determinada espécie. Sob um microscópio, os cromossomos parecem estruturas escuras uniformes e alongadas em forma de bastonete, e é improvável que a imagem que você vê pareça intrigante. Além disso, as preparações de cromossomos de muitas criaturas vivas que vivem na Terra diferem apenas no número desses bastonetes e nas modificações de sua forma. No entanto, existem duas propriedades comuns aos cromossomos de todas as espécies.

Geralmente são descritos cinco estágios de divisão celular (mitose). Para simplificar, focaremos em três estágios principais do comportamento dos cromossomos de uma célula em divisão. No primeiro estágio, ocorre compressão linear gradual e espessamento dos cromossomos, formando-se então um fuso de divisão celular composto por microtúbulos. No segundo, os cromossomos movem-se gradualmente em direção ao centro do núcleo e alinham-se ao longo do equador, provavelmente para facilitar a fixação dos microtúbulos aos centrômeros. Neste caso, a membrana nuclear desaparece. No último estágio, as metades dos cromossomos - cromátides - se separam. Parece que os microtúbulos presos aos centrômeros, como um rebocador, puxam as cromátides em direção aos pólos da célula. A partir do momento da divergência, as antigas cromátides irmãs são chamadas de cromossomos filhos. Eles alcançam os pólos do fuso e se unem em um padrão paralelo. O envelope nuclear é formado.

Um modelo que explica a evolução dos centrômeros.

Acima- os centrômeros (ovais cinzas) contêm um conjunto especializado de proteínas (cinetócoros), incluindo as histonas CENH3 (H) e CENP-C (C), que por sua vez interagem com os microtúbulos do fuso (linhas vermelhas). Em diferentes táxons, uma dessas proteínas evolui de forma adaptativa e em conjunto com a divergência da estrutura primária do DNA dos centrômeros.

No fundo- alterações na estrutura primária ou organização do DNA centromérico (oval cinza escuro) podem criar centrômeros mais fortes, resultando em microtúbulos mais aderidos.

Telômeros

O termo “telômero” foi proposto por G. Möller em 1932. Para ele, significava não apenas o fim físico do cromossomo, mas também a presença de um “gene terminal com função especial de selar o cromossomo”, o que o tornava inacessível a influências nocivas (rearranjos cromossômicos, deleções, ação de nucleases, etc.). A presença do gene terminal não foi confirmada em estudos subsequentes, mas a função do telômero foi determinada com precisão.

Mais tarde, outra função foi descoberta. Como o mecanismo normal de replicação não funciona nas extremidades dos cromossomos, a célula possui outra via que mantém tamanhos cromossômicos estáveis ​​durante a divisão celular. Essa função é desempenhada por uma enzima especial, a telomerase, que atua como outra enzima, a transcriptase reversa: ela usa um modelo de RNA de fita simples para sintetizar a segunda fita e reparar as extremidades dos cromossomos. Assim, os telômeros em todos os organismos desempenham duas tarefas importantes: protegem as extremidades dos cromossomos e mantêm seu comprimento e integridade.

Foi proposto um modelo de um complexo proteico de seis proteínas específicas de telômeros que se formam nos telômeros dos cromossomos humanos. O DNA forma uma alça em T e a saliência de fita simples se insere na região de fita dupla do DNA localizada distalmente (Fig. 6). O complexo proteico permite que as células distingam os telômeros dos pontos de quebra dos cromossomos (DNA). Nem todas as proteínas dos telômeros fazem parte de um complexo abundante nos telômeros, mas ausente em outras regiões dos cromossomos. As propriedades protetoras do complexo decorrem de sua capacidade de influenciar a estrutura do DNA telomérico de pelo menos três maneiras: determinando a estrutura da própria ponta do telômero; participar da formação de um loop t; controlar a síntese de DNA telomérico pela telomerase. Complexos relacionados também foram encontrados nos telômeros de algumas outras espécies eucarióticas.

Acima -telômero no momento da replicação do cromossomo, quando sua extremidade fica acessível ao complexo telomerase, que realiza a replicação (duplicação da fita de DNA na ponta do cromossomo). Após a replicação, o DNA telomérico (linhas pretas), juntamente com as proteínas localizadas nele (mostradas como ovais multicoloridas), formam uma alça em T ( parte inferior da imagem).

Tempo de compactação do DNA no ciclo celular e os principais fatores que estimulam os processos

Vamos relembrar a estrutura dos cromossomos (de um curso de biologia) - eles geralmente são exibidos como um par de letras X, onde cada cromossomo é um par e cada um tem duas partes idênticas - as cromátides esquerda e direita. Este conjunto de cromossomos é típico de uma célula que já iniciou sua divisão, ou seja, células nas quais ocorreu o processo de duplicação do DNA. A duplicação da quantidade de DNA é chamada de período sintético, ou período S, do ciclo celular. Dizem que o número de cromossomos em uma célula permanece o mesmo (2n), e o número de cromátides em cada cromossomo é duplicado (4c - 4 cromátides por par de cromossomos) - 2n4c. Durante a divisão, uma cromátide de cada cromossomo entrará nas células-filhas e as células receberão o conjunto diplóide completo de 2n2c.

O estado da célula (mais precisamente, seu núcleo) entre duas divisões é denominado interfase. Existem três partes na interfase - períodos pré-sintético, sintético e pós-sintético.

Assim, todo o ciclo celular consiste em 4 períodos de tempo: mitose propriamente dita (M), períodos pré-sintéticos (G1), sintéticos (S) e pós-sintéticos (G2) de interfase (Fig. 19). A letra G - do inglês Gap - intervalo, intervalo. No período G1, que ocorre imediatamente após a divisão, as células apresentam conteúdo diplóide de DNA por núcleo (2c). Durante o período G1, o crescimento celular inicia-se principalmente devido ao acúmulo de proteínas celulares, que é determinado pelo aumento na quantidade de RNA por célula. Durante este período, a célula começa a se preparar para a síntese de DNA (período S).

Verificou-se que a supressão da síntese de proteínas ou mRNA no período G1 impede o início do período S, pois durante o período G1 ocorre a síntese de enzimas necessárias para a formação de precursores de DNA (por exemplo, nucleotídeos fosfoquinases), RNA e metabolismo proteico ocorre enzimas. Isso coincide com um aumento na síntese de RNA e proteínas. Ao mesmo tempo, a atividade das enzimas envolvidas no metabolismo energético aumenta acentuadamente.

No próximo período S, a quantidade de DNA por núcleo dobra e o número de cromossomos também dobra. Diferentes células do período S podem encontrar diferentes quantidades de DNA - de 2c a 4c. Isso se deve ao fato de as células serem estudadas em diferentes estágios da síntese de DNA (aquelas que acabaram de iniciar a síntese e aquelas que já a completaram). O período S é um período chave no ciclo celular. Sem a síntese de DNA, não se conhece um único caso de células que entrem na divisão mitótica.

A fase pós-sintética (G2) também é chamada de pré-mitótica. O último termo enfatiza sua grande importância para a passagem ao próximo estágio - o estágio da divisão mitótica. Nesta fase ocorre a síntese do mRNA necessário para a passagem da mitose. Um pouco antes, o rRNA dos ribossomos, que determinam a divisão celular, é sintetizado. Dentre as proteínas sintetizadas nessa época, as tubulinas, proteínas dos microtúbulos do fuso mitótico, ocupam um lugar especial.

No final do período G2 ou na mitose, à medida que os cromossomos mitóticos se condensam, a síntese de RNA cai drasticamente e para completamente durante a mitose. A síntese proteica durante a mitose diminui para 25% do nível inicial e depois nos períodos subsequentes atinge o seu máximo no período G2, geralmente repetindo a natureza da síntese de RNA.

Nos tecidos em crescimento de plantas e animais sempre existem células que estão, por assim dizer, fora do ciclo. Essas células são geralmente chamadas de células do período G0. Essas células são as chamadas células em repouso, que pararam de se reproduzir temporária ou permanentemente. Em alguns tecidos, essas células podem permanecer por muito tempo sem alterar particularmente suas propriedades morfológicas: retêm, em princípio, a capacidade de se dividir, transformando-se em células-tronco cambiais (por exemplo, no tecido hematopoiético). Mais frequentemente, a perda (mesmo que temporária) da capacidade de divisão é acompanhada pelo aparecimento da capacidade de especialização e diferenciação. Essas células diferenciadoras saem do ciclo, mas sob condições especiais podem entrar novamente no ciclo. Por exemplo, a maioria das células do fígado está no período G0; eles não participam da síntese de DNA e não se dividem. No entanto, quando parte do fígado é removida de animais experimentais, muitas células iniciam a preparação para a mitose (período G1), prosseguem para a síntese de DNA e podem dividir-se mitoticamente. Em outros casos, por exemplo, na epiderme da pele, após sair do ciclo de reprodução e diferenciação, as células funcionam por algum tempo e depois morrem (células queratinizadas do epitélio tegumentar).