Heterocromatina - secțiuni de cromozomi care sunt în mod constant într-o stare compactă.

Eucromatina - regiuni slab împachetate (decondensate) ale cromozomilor.

În regiunile aproape centromerice ale cromozomilor și brațele scurte ale cromozomilor acrocentrici, heterocromatina este colorată, desemnată ca structurală, care este detectată în mod constant atât în ​​timpul diviziunii celulare mitotice, cât și în nucleul de interfază. Un alt tip de heterocromatina, facultativ, ia naștere din compactarea regiunilor eucromatice și conține gene implicate în metabolismul proteinelor. Condensarea regiunii facultative este reversibilă, rezultând decondensare.

Cromozomii constau din ADN (aprox. 40%) și proteine ​​(aprox. 60%), formând un complex nucleoproteic. Proteinele sunt împărțite în două grupe: histonă și non-histone. Histonele sunt reprezentate de cinci molecule: H1, H2A, H2B, H3 și H4. Proteinele histonice reprezintă 40 până la 80% din toate proteinele cromozomiale. Sunt formate din molecule mici (+) încărcate. Ele sunt dominate de principalii aminoacizi arginina si lizina. Datorită structurii lor, proteinele histone se combină cu ADN-ul încărcat (-), formând un complex ADN-histone. Acest complex se numește cromatină. Gis. proteinele îndeplinesc funcția de ambalare specifică a unei uriașe molecule de ADN într-o structură compactă a cromozomului. Histonele împiedică citirea informațiilor biologice conținute în ADN. Acesta este rolul lor de reglementare. În plus, aceste proteine ​​îndeplinesc o funcție structurală, asigurând organizarea spațială a ADN-ului în cromozomi.

Numărul de fracții de proteine ​​non-histone depășește 100. Printre acestea se numără enzimele pentru sinteza și procesarea ARN-ului, reduplicarea și repararea ADN-ului. Proteinele acide ale cromozomilor joacă, de asemenea, un rol structural și de reglare. Pe lângă ADN și proteine, în cromozomi se găsesc și ARN, lipide, polizaharide și ioni metalici. ARN-ul cromozomului este reprezentat parțial de produse de transcripție care nu au părăsit încă locul de sinteză. Unele fracții au o funcție de reglare. Rolul de reglementare al componentelor cromozomilor este de a „interzice” sau „permite” eliminarea informațiilor din molecula de ADN.

În diferite părți ale cromozomilor, ADN-ul diferă ca compoziție și proprietăți.

În regiunea constricțiilor primare se află ADN-ul centromer. Telomerii conțin ADN special care împiedică scurtarea cromozomilor în timpul replicării. În zonele de constricții secundare, există secțiuni de ADN responsabile de sinteza ARNr. În brațele cromozomilor se află partea principală a ADN-ului, care este responsabilă de sinteza a numeroși ARN mesageri.

Menținând continuitatea într-un număr de generații de celule, cromatina, în funcție de perioada și faza ciclului celular, își schimbă organizare.În interfaza cu microscopia luminoasă este detectată sub formă de aglomerări împrăștiate în nucleoplasma nucleului. În timpul tranziției celulei la mitoză, în special în metafază, cromatina ia forma unor corpuri individuale bine distinse, intens colorate - cromozomii.

Formele interfazice și metafazate ale existenței cromatinei sunt privite ca două variante polare ale organizării sale structurale legate în ciclul mitotic prin tranziții reciproce. Cel mai comun punct de vedere este că cromatina (cromozomul) este un fir spiralat. În același timp, se disting mai multe niveluri de spiralizare (compactare) a cromatinei

Filament de nucleozom . Acest nivel de organizare a cromatinei este asigurat de patru tipuri de histone nucleozomale: H2A, H2B, H3, H4. Ele formează corpuri proteice în formă de puc - cortex, constând din opt molecule (două molecule din fiecare tip de histonă)

Fibrilă de cromatină. Compactarea suplimentară a catenei nucleozomale este asigurată de pistonul HI, care, prin conectarea cu ADN-ul linker și două corpuri proteice adiacente, le aduce mai aproape unul de celălalt. Ca urmare, se formează o structură mai compactă, construită, eventual, ca un solenoid. O astfel de fibrilă de cromatină, numită și elementară, are un diametru de 20-30 nm

Cromonemul de interfaza . Următorul nivel de organizare structurală a materialului genetic se datorează plierii fibrilei de cromatină în bucle. Aparent, în formarea lor sunt implicate proteine ​​non-histone, care sunt capabile să recunoască secvențe de nucleotide specifice ale ADN-ului extranucleozomal, separate între ele de câteva mii de perechi de baze. Aceste proteine ​​reunesc zonele indicate cu formarea de bucle din fragmentele fibrilei de cromatină situate între ele. Ca urmare a unui astfel de ambalare, o fibrilă de cromatină cu diametrul de 20-30 nm este transformată într-o structură cu diametrul de 100-200 nm, numită cromonem de interfaz. .

Secțiuni separate ale cromonemului de interfază suferă o compactare suplimentară, formând blocuri structurale care unesc bucle adiacente cu aceeași organizare.

Cromozomi perie de lampă găsit în ovocitele de pești, amfibieni, reptile și păsări în stadiul diploten. Fiecare dintre cei doi cromozomi este bivalent și este format din două cromatide, prin urmare, atunci când sunt conjugați, se formează structuri extinse cu patru cromatide. Fiecare cromatidă constă dintr-o catenă axială strâns răsucită, cu bucle laterale care se extind din ea, formată dintr-o singură spirală dublă ADN. Aceste bucle reprezintă probabil ADN eliberat de proteine ​​pentru transcripție. Cromozomi precum „l. sch." sunt transcrise mai activ decât xp-we obișnuit. Acest lucru se datorează necesității de a acumula cantități semnificative de produse genetice în ovocite.

Microfilamentele sunt structuri filamentoase subtiri (5-7 nm), formate din proteine ​​contractile: actina, miozina, tropomiozina. Sunt localizate în principal în stratul cortical al citoplasmei. Microfilamentele pătrund în întreaga celulă și formează baza citoscheletului. Toate organitele celulei sunt atașate de ele. Actina reprezintă până la 10...15% din toate proteinele celulare. G-actina globulară există ca molecule individuale sub formă de soluție coloidală. În prezența ATP și a unor factori proteici, se formează o structură filamentoasă din secvențe de globule de actină (fibrilare sau F-actină). Miozina există întotdeauna sub formă de filamente groase. Ambele proteine, cu participarea altor proteine, formează un complex actină-miozină capabil de contracție datorită alunecării microfilamentelor de actină și miozină unul față de celălalt (în acest caz, energia este cheltuită datorită hidrolizei ATP în anumite zone ale moleculelor de miozină) . Împreună, microfilamentele alcătuiesc aparatul contractil al celulei, oferind diferite tipuri de mișcări:

Mișcarea organitelor;

Curent de hialoplasmă;

Modificarea suprafeței celulare;

Formarea pseudopodiului și mișcarea celulelor.

Acumularea de microfilamente în fibrele musculare formează organele speciale - miofibrile.

Filamente intermediare sunt filamente subțiri (10 nm) neramificate localizate în principal în stratul cortical (submembranar) al hialoplasmei. Fiecare filament intermediar este format din 32 de molecule de proteină fibrilară (în celulele epiteliale de keratine, în fibroblastele de vimentină, în celulele musculare desmină). Rolul funcțional al filamentelor intermediare este de a oferi celulei rezistență la tracțiune. În unele celule (epidermocite ale pielii), filamentele intermediare se combină în mănunchiuri și formează tonofibrile, care sunt considerate organele speciale care joacă un rol de susținere.

24. microtubuli sunt cilindri goli; diametrul exterior - 24 nm, interior - 15 nm, Peretele microtubulilor este format din subunități ale tubulinei proteice globulare, fiecare subunitate, care arată ca globule rotunjite, are un diametru de 5 nm. poziția organelelor în citoplasmă și, de asemenea, predetermina direcția mișcărilor intracelulare. Proteinele tubulinei nu au capacitatea de a se contracta și, prin urmare, microtubulii nu se contractă. Cu toate acestea, în compoziția cililor și flagelilor, există o interacțiune între microtubuli și alunecarea acestora unul față de celălalt, ceea ce asigură mișcarea cililor și flagelilor.

Microtubulii sunt concentrați în centrul celulei și la periferia acesteia. Ele fac parte din centrioli, organele de mișcare, fusuri de diviziune, formează citoscheletul în părțile proeminente ale celulelor (de exemplu, în axonii celulelor nervoase). De-a lungul microtubulilor se pot deplasa diferite structuri (mitocondrii etc.).

25. Cili și flageli.

La toate eucariotele, cilii și flagelii sunt aranjați într-un mod similar. Flagelii vizibil mai lungi decât cilii, lungimea lor ajunge la 150 μm sau mai mult. Numărul de flageli pe celulă este de obicei mic, rar - câteva zeci sau sute, numărul de cili, de regulă, este mult mai mare (până la 10-15 mii, mai rar câteva sute).

Un flagel tipic este format din corpul bazal(sau kinetozomii), zonă de tranziție, tija principalăȘi bacsis. Tija principală și vârful flagelului sunt acoperite cu o membrană, care este o continuare a plasmalemei.

Corpul bazal este un cilindru gol, ai cărui pereți sunt formați nouă tripleți microtubuli. Astfel, corpul bazal și centriolul au aceeași structură.

zonă de tranziție situat la intersectia flagelului cu plasmalema. În centrul zonei de tranziție există o granulă axială, din care pleacă doi microtubuli unici, care merg de-a lungul axei flagelului până la capăt. La periferia zonei de tranziție se află discul bazal, în care se pierde unul dintre cei trei microtubuli ai fiecărui triplet, iar tripleții se transformă în dublete.

In nucleu tija principală flagel minciuni axonem- un sistem de microtubuli orientați paralel. Un axonem tipic este reprezentat de un cilindru, ai cărui pereți sunt formați nouă dublete microtubuli; doi microtubuli unici se întind de-a lungul axei axonemului.

Pe măsură ce te apropii bacsis dubletele pierd treptat unul dintre cei doi microtubuli, apoi dispar complet. Flagelul se termină cu doi microtubuli centrali acoperiți cu o membrană.

Îndoirea flagelului apare din cauza unei modificări a distanței dintre dubletele microtubulilor sau între microtubuli unici. Aceasta consumă energia ATP.

Într-un număr de organisme, s-au găsit unele abateri de la organizarea tipică a flagelilor: tubii centrali fie sunt absenți, fie există doar unul. În unele grupuri de eucariote, flagelii și cilii sunt absenți (angiosperme, nematode, artropode, parte din protistele heterotrofe unicelulare, alge și majoritatea gimnospermelor).

Materialul genetic al organismelor eucariote are o organizare foarte complexă. Moleculele de ADN situate în nucleul celulei fac parte dintr-o substanță multicomponentă specială - cromatina.

Definirea conceptului

Cromatina este materialul nucleului celular care conține informații ereditare, care este un complex funcțional complex de ADN cu proteine ​​structurale și alte elemente care asigură ambalarea, stocarea și implementarea genomului cariotic. Într-o interpretare simplificată, aceasta este substanța care alcătuiește cromozomii. Termenul provine din grecescul „crom” - culoare, vopsea.

Conceptul a fost introdus de Fleming în 1880, dar există încă dezbateri despre ce este cromatina din punct de vedere al compoziției biochimice. Incertitudinea se referă la o mică parte din componentele care nu sunt implicate în structurarea moleculelor genetice (unele enzime și acizi ribonucleici).

Într-o fotografie cu electroni a nucleului de interfază, cromatina este vizualizată ca numeroase zone de materie întunecată, care pot fi mici și împrăștiate sau se pot uni în grupuri mari dense.

Condensarea cromatinei în timpul diviziunii celulare are ca rezultat formarea de cromozomi care sunt vizibili chiar și la un microscop cu lumină convențională.

Componentele structurale și funcționale ale cromatinei

Pentru a determina ce este cromatina la nivel biochimic, oamenii de știință au extras această substanță din celule, au transferat-o într-o soluție și, în această formă, au studiat compoziția și structura componentelor. În acest caz, s-au folosit atât metode chimice, cât și fizice, inclusiv tehnologii de microscopie electronică. S-a dovedit că compoziția chimică a cromatinei este reprezentată în proporție de 40% de molecule lungi de ADN și aproape 60% de diverse proteine. Acestea din urmă sunt împărțite în două grupe: histone și nonhistone.

Histonele sunt o familie mare de proteine ​​nucleare de bază care se leagă strâns de ADN, formând scheletul structural al cromatinei. Numărul lor este aproximativ egal cu procentul de molecule genetice.

Restul (până la 20%) din fracția proteică cade pe proteinele care leagă ADN-ul și modifică spațial, precum și pe enzimele implicate în procesele de citire și copiere a informațiilor genetice.

Pe lângă elementele principale, în cromatină se găsesc cantități mici de acizi ribonucleici (ARN), glicoproteine, carbohidrați și lipide, dar problema asocierii lor cu complexul de ambalare ADN este încă deschisă.

Histone și nucleozomi

Greutatea moleculară a histonelor variază de la 11 la 21 kDa. Un număr mare de reziduuri ale aminoacizilor bazici lizină și arginină conferă acestor proteine ​​o sarcină pozitivă, contribuind la formarea de legături ionice cu grupări fosfat încărcate opus ale dublei helix ADN.

Există 5 tipuri de histone: H2A, H2B, H3, H4 și H1. Primele patru tipuri sunt implicate în formarea unității structurale principale a cromatinei - nucleozomul, care constă dintr-un miez (nucleu proteic) și ADN înfășurat în jurul acestuia.

Miezul nucleozomal este reprezentat de un complex octameric de opt molecule de histonă, care include tetramerul H3-H4 și dimerul H2A-H2B. O porțiune de ADN cu o lungime de aproximativ 146 de perechi de nucleotide este înfășurată pe suprafața unei particule de proteină, formând 1,75 ture și trece într-o secvență linker (aproximativ 60 bp) care conectează nucleozomii între ei. Molecula H1 se leagă de ADN-ul linker, protejându-l de acțiunea nucleazelor.

Histonele pot suferi diverse modificări, cum ar fi acetilare, metilare, fosforilare, ADP-ribozilare și interacțiune cu proteina ubivictină. Aceste procese afectează configurația spațială și densitatea de ambalare a ADN-ului.

Proteine ​​non-histone

Există câteva sute de soiuri de proteine ​​non-histone cu proprietăți și funcții diferite. Greutatea lor moleculară variază de la 5 la 200 kDa. Un grup special este format din proteine ​​specifice locului, fiecare dintre acestea fiind complementară unei anumite regiuni ADN. Acest grup include 2 familii:

• „degete de zinc” - recunosc fragmente cu lungimea de 5 perechi de nucleotide;
• homodimeri – caracterizați prin structura „helix-turn-helix” în fragmentul asociat cu ADN.

Cele mai bine studiate sunt așa-numitele proteine ​​de înaltă mobilitate (proteine ​​HGM), care sunt asociate permanent cu cromatina. Familia a primit acest nume datorită vitezei mari de mișcare a moleculelor de proteine ​​într-un gel electroforetic. Acest grup ocupă cea mai mare parte a fracțiunii non-histone și include patru tipuri principale de proteine ​​HGM: HGM-1, HGM-14, HGM-17 și HMO-2. Ei îndeplinesc funcții structurale și de reglementare.

Proteinele non-histone includ, de asemenea, enzime care asigură transcripția (procesul de sinteză a ARN mesager), replicarea (dublarea ADN-ului) și repararea (eliminarea daunelor în molecula genetică).

Nivelurile de compactare a ADN-ului

Particularitatea structurii cromatinei este astfel încât să permită catenelor de ADN cu o lungime totală mai mare de un metru să se potrivească într-un nucleu cu un diametru de aproximativ 10 microni. Acest lucru este posibil datorită sistemului de ambalare în mai multe etape a moleculelor genetice. Schema generală de compactare include cinci niveluri:

1. fir nucleozomal cu diametrul de 10–11 nm;
2. fibrilă 25–30 nm;
3. domenii de buclă (300 nm);
4. fibra grosime 700 nm;
5. cromozomi (1200 nm).

Această formă de organizare reduce lungimea moleculei originale de ADN de 10.000 de ori.

Un fir de 11 nm în diametru este format dintr-un număr de nucleozomi conectați prin regiuni linker ale ADN-ului. Într-o micrografie electronică, o astfel de structură seamănă cu margele înșirate pe o fir de pescuit. Filamentul nucleozomal este înfăşurat ca un solenoid, formând o fibrilă de 30 nm grosime. Histona H1 este implicată în formarea sa.

Fibrila de solenoid se pliază în bucle (cu alte cuvinte, domenii), care sunt fixate pe matricea intranucleară de susținere. Fiecare domeniu conține de la 30 la 100 de mii de perechi de baze. Acest nivel de compactare este caracteristic cromatinei de interfaza.

O structură cu o grosime de 700 nm se formează în timpul spiralizării unei fibrile de domeniu și se numește cromatidă. La rândul lor, două cromatide formează al cincilea nivel de organizare a ADN-ului - un cromozom cu diametrul de 1400 nm, care devine vizibil în stadiul de mitoză sau meioză.

Astfel, cromatina și cromozomul sunt forme de ambalare a materialului genetic care depind de ciclul de viață al celulei.

Cromozomii

Cromozomul este format din două cromatide surori identice una cu cealaltă, fiecare dintre acestea fiind formată dintr-o moleculă de ADN supraînfăşurată. Jumătățile sunt conectate printr-un corp fibrilar special numit centromer. În același timp, această structură este o constricție care împarte fiecare cromatidă în brațe.

Spre deosebire de cromatina, care este un material structural, un cromozom este o unitate funcțională discretă caracterizată nu numai prin structură și compoziție, ci și printr-un set genetic unic, precum și un anumit rol în implementarea mecanismelor de ereditate și variabilitate la nivelul nivel celular.

Eucromatina și heterocromatina

Cromatina din nucleu există sub două forme: mai puțin încolăcită (eucromatina) și mai compactă (heterocromatina). Prima formă corespunde regiunilor active din punct de vedere transcripțional ale ADN-ului și, prin urmare, nu este atât de dens structurată. Heterocromatina este subdivizată în facultativ (se poate schimba de la o formă activă la una densă inactivă, în funcție de stadiul ciclului de viață al celulei și de necesitatea realizării anumitor gene) și constitutiv (compactat în mod constant). În timpul diviziunii mitotice sau meiotice, toată cromatina este inactivă.

Heterocromatina constitutivă se găsește în apropierea centromerului și la capetele cromozomului. Rezultatele microscopiei electronice arată că o astfel de cromatină păstrează un grad ridicat de condensare nu numai în stadiul diviziunii celulare, ci și în timpul interfazei.

Rolul biologic al cromatinei

Funcția principală a cromatinei este de a împacheta strâns cantități mari de material genetic. Cu toate acestea, nu este suficient doar să se potrivească ADN-ul în nucleu pentru viața celulei. Este necesar ca aceste molecule să „funcționeze” corect, adică să poată transmite informațiile conținute în ele prin sistemul ADN-ARN-proteină. În plus, celula trebuie să distribuie materialul genetic în timpul diviziunii.

Structura cromatinei îndeplinește pe deplin aceste sarcini. Partea proteică conține toate enzimele necesare, iar caracteristicile structurale le permit să interacționeze cu anumite secțiuni ale ADN-ului. Prin urmare, a doua funcție importantă a cromatinei este de a asigura toate procesele asociate cu implementarea genomului nuclear.

Compoziția chimică a cromozomilor

Organizarea fizico-chimică a cromozomilor celulelor eucariote

Studiul organizării chimice a cromozomilor celulelor eucariote a arătat că aceștia constau în principal din ADN și proteine ​​care formează un complex nucleoproteic. cromatina, numit pentru capacitatea sa de a colora cu coloranți de bază.

După cum a fost dovedit de numeroase studii (vezi § 3.2), ADN-ul este un purtător material al proprietăților eredității și variabilității și conține informații biologice - un program pentru dezvoltarea unei celule, a unui organism, scris folosind un cod special. Cantitatea de ADN din nucleele celulelor unui organism dintr-o anumită specie este constantă și proporțională cu ploidia acestora. În celulele somatice diploide ale corpului, este de două ori mai mult decât în ​​gameți. O creștere a numărului de seturi de cromozomi în celulele poliploide este însoțită de o creștere proporțională a cantității de ADN din acestea.

Proteinele reprezintă o parte semnificativă a substanței cromozomilor. Ele reprezintă aproximativ 65% din masa acestor structuri. Toate proteinele cromozomiale sunt împărțite în două grupe: histone și proteine ​​nonhistone.

Histones reprezentată de cinci fracții: HI, H2A, H2B, H3, H4. Fiind proteine ​​de bază încărcate pozitiv, acestea sunt destul de ferm atașate de moleculele de ADN, ceea ce împiedică citirea informațiilor biologice conținute în acesta. Acesta este rolul lor de reglementare. În plus, aceste proteine ​​îndeplinesc o funcție structurală, asigurând organizarea spațială a ADN-ului în cromozomi (vezi Secțiunea 3.5.2.2).

Numărul de fracții nonhistone proteine ​​depășește 100. Printre acestea se numără enzimele pentru sinteza și procesarea ARN-ului, reduplicarea și repararea ADN-ului. Proteinele acide ale cromozomilor joacă, de asemenea, un rol structural și de reglare. Pe lângă ADN și proteine, în cromozomi se găsesc și ARN, lipide, polizaharide și ioni metalici.

ARN cromozom reprezentată parţial de produse de transcripţie care nu au părăsit încă locul de sinteză. Unele fracții au o funcție de reglare.

Rolul de reglementare al componentelor cromozomilor este de a „interzice” sau „permite” eliminarea informațiilor din molecula de ADN.

Rapoartele de masă ale ADN: histone: proteine ​​nonhistone: ARN: lipide sunt egale cu 1:1:(0,2-0,5):(0,1-0,15):(0,01-0,03). Alte componente se găsesc în cantități mici.

În timp ce menține continuitatea într-un număr de generații de celule, cromatina își schimbă organizarea în funcție de perioada și faza ciclului celular. În interfaza cu microscopia luminoasă este detectată sub formă de aglomerări împrăștiate în nucleoplasma nucleului. În timpul tranziției celulei la mitoză, în special în metafază, cromatina ia forma unor corpuri individuale bine distinse, intens colorate - cromozomii.

Formele interfazice și metafazate ale existenței cromatinei sunt privite ca două variante polare ale organizării sale structurale legate în ciclul mitotic prin tranziții reciproce. Această evaluare este susținută de datele de microscopie electronică conform cărora atât formele de interfază, cât și cele de metafază se bazează pe aceeași structură filamentoasă elementară. În procesul studiilor microscopice electronice și fizico-chimice, filamentele (fibrilele) cu diametrul de 3,0-5,0, 10, 20-30 nm au fost detectate în compoziția cromatinei de interfaza și a cromozomilor metafazici. Este util să ne amintim că diametrul dublei helix ADN este de aproximativ 2 nm, diametrul structurii filamentoase a cromatinei de interfază este de 100-200 nm, iar diametrul uneia dintre cromatidele surori ale cromozomului metafază este 500–600 nm.

Cel mai comun punct de vedere este că cromatina (cromozomul) este un fir spiralat. În același timp, se disting mai multe niveluri de spiralizare (compactare) a cromatinei (Tabelul 3.2).

Tabelul 3.2. Niveluri succesive de compactare a cromatinei

Orez. 3.46. Organizarea nucleozomală a cromatinei.

A - forma decondensată a cromatinei;

B - Micrografie electronică a cromatinei eucariote:

A - molecula de ADN este înfășurată în jurul miezurilor proteice;

B - cromatina este alcătuită din nucleozomi conectați prin ADN-ul linker

Fir de nucleozom. Acest nivel de organizare a cromatinei este asigurat de patru tipuri de histone nucleozomale: H2A, H2B, H3, H4. Ele formează corpuri proteice în formă de pucioasă - latra, format din opt molecule (două molecule din fiecare tip de histonă) (Fig. 3.46).

Molecula de ADN este completată cu miezuri de proteine, înfășurându-se spiralat în jurul lor. În acest caz, un segment de ADN format din 146 de perechi de baze (bp) este în contact cu fiecare miez. Segmentele de ADN libere de contact cu corpurile proteice se numesc lianți sau linker. Acestea includ de la 15 la 100 bp. (în medie 60 bp) în funcție de tipul de celulă.

Un segment al unei molecule de ADN lung de aproximativ 200 bp. împreună cu miezul proteic este nucleozom. Datorită acestei organizări, structura cromatinei se bazează pe un fir, care este un lanț de unități repetate - nucleozomi (Fig. 3.46, B). În acest sens, genomul uman, constând din 3 × 10 9 bp, este reprezentat de o dublă helix ADN împachetat în 1,5 × 10 7 nucleozomi.

De-a lungul catenei de nucleozom, care seamănă cu un lanț de margele, există regiuni ale ADN-ului care sunt libere de corpuri proteice. Aceste regiuni, situate la intervale de câteva mii de perechi de baze, joacă un rol important în ambalarea ulterioară a cromatinei, deoarece conțin secvențe de nucleotide care sunt recunoscute în mod specific de diferite proteine ​​non-histone.

Ca urmare a organizării nucleozomale a cromatinei, dublul helix al ADN-ului cu diametrul de 2 nm capătă un diametru de 10-11 nm.

Fibrilă de cromatină. Compactarea suplimentară a catenei nucleozomale este asigurată de pistonul HI, care, prin conectarea cu ADN-ul linker și două corpuri proteice adiacente, le aduce mai aproape unul de celălalt. Ca urmare, se formează o structură mai compactă, construită, eventual, ca un solenoid. Această fibrilă de cromatină, numită și elementar, are un diametru de 20-30 nm (Fig. 3.47).

Cromonemul de interfaza. Următorul nivel de organizare structurală a materialului genetic se datorează plierii fibrilei de cromatină în bucle. Aparent, în formarea lor sunt implicate proteine ​​non-histone, care sunt capabile să recunoască secvențe de nucleotide specifice ale ADN-ului extranucleozomal, separate între ele de câteva mii de perechi de baze. Aceste proteine ​​reunesc zonele indicate cu formarea de bucle din fragmentele fibrilei de cromatină situate între ele (Fig. 3.48). Secțiunea de ADN corespunzătoare unei bucle conține de la 20.000 la 80.000 bp. Poate că fiecare buclă este o unitate funcțională a genomului. Ca urmare a unei astfel de ambalări, o fibrilă de cromatină cu diametrul de 20-30 nm este transformată într-o structură cu diametrul de 100-200 nm, numită cromonemul de interfaza.

Zone separate ale cromonemului de interfaza sunt supuse unei compactări suplimentare, formându-se blocuri structurale, unind bucle adiacente cu aceeași organizare (Fig. 3.49). Ele se găsesc în nucleul de interfază sub formă de bulgări de cromatină. Este posibil ca existența unor astfel de blocuri structurale să determină modelul de distribuție neuniformă a unor coloranți în cromozomii de metafază, care este utilizat în studiile citogenetice (vezi Secțiunile 3.5.2.3 și 6.4.3.6).

Gradul inegal de compactare a diferitelor părți ale cromozomilor de interfaza are o mare importanță funcțională. În funcție de starea cromatinei, există eucromatic secțiuni de cromozomi care sunt împachetate mai puțin dens în celule care nu se divid și sunt potențial transcrise și heterocromatic zone caracterizate prin organizare compactă şi inerţie genetică. În limitele acestora, transcrierea informațiilor biologice nu are loc.

Există heterocromatine constitutive (structurale) și facultative.

constitutiv heterocromatina se găsește în regiunile pericentromerice și telomerice ale tuturor cromozomilor, precum și în unele fragmente interne ale cromozomilor individuali (Fig. 3.50). Este format numai din ADN netranscris. Probabil, rolul său este de a menține structura generală a nucleului, de a atașa cromatina de învelișul nuclear, de recunoaștere reciprocă a cromozomilor omologi în timpul meiozei, de separarea genelor structurale învecinate și de participarea la reglarea activității lor.

Orez. 3.49. Blocuri structurale în organizarea cromatinei.

A - structura în buclă a cromatinei;

B - condensarea în continuare a buclelor de cromatină;

IN - asocierea buclelor având o structură similară în blocuri cu formarea formei finale a cromozomului de interfază

Orez. 3,50. Heterocromatina constitutivă în cromozomii umani în metafază

Un exemplu opțional heterocromatina servește ca un corp al cromatinei sexuale, care se formează în mod normal în celulele organismelor de sex homogametic (la om, sexul feminin este homogametic) a unuia dintre cei doi cromozomi X. Genele de pe acest cromozom nu sunt transcrise. Formarea heterocromatinei facultative în detrimentul materialului genetic al altor cromozomi însoțește procesul de diferențiere celulară și servește ca un mecanism de deconectare de la grupele de funcții active ale genelor a căror transcripție nu este necesară în celulele unei anumite specializări. În acest sens, modelul cromatinei nucleelor ​​celulare din diferite țesuturi și organe pe preparate histologice variază. Un exemplu este heterocromatizarea cromatinei în nucleele eritrocitelor aviare mature.

Nivelurile enumerate ale organizării structurale a cromatinei se găsesc într-o celulă nedivizată, atunci când cromozomii nu sunt încă suficient de compactați pentru a fi vizibili într-un microscop cu lumină ca structuri separate. Doar unele dintre zonele lor cu o densitate de împachetare mai mare sunt detectate în nuclee sub formă de aglomerări de cromatină (Fig. 3.51).

Orez. 3,51. Heterocromatina în nucleul de interfază

Petice compacte de heterocromatină grupate în jurul nucleolului și membranei nucleare

cromozom metafază. Intrarea unei celule din interfaza in mitoza este insotita de supracompactarea cromatinei. Cromozomii individuali devin clar distinși. Acest proces începe în profază, atingând expresia maximă în metafaza mitozei și anafazei (vezi Secțiunea 2.4.2). În telofaza mitozei are loc decompactarea substanței cromozomiale, care capătă structura cromatinei de interfază. Supracompactarea mitotică descrisă facilitează distribuția cromozomilor către polii fusului mitotic în anafaza mitozei. Gradul de compactare a cromatinei în diferite perioade ale ciclului mitotic al celulei poate fi estimat din datele prezentate în tabelul 1. 3.2.

Cromatina este un amestec complex de substanțe din care sunt construiți cromozomii eucarioți. Principalele componente ale cromatinei sunt ADN-ul și proteinele cromozomiale, care includ histone și proteine ​​non-histone, care formează structuri foarte ordonate în spațiu. Raportul dintre ADN și proteină în cromatină este de ~1:1, iar cea mai mare parte a proteinei cromatinei este reprezentată de histone. Termenul „X” a fost introdus de W. Flemming în 1880 pentru a descrie structurile intranucleare colorate cu coloranți speciali.

Cromatina- componenta principală a nucleului celular; este destul de usor de obtinut din nuclee izolate de interfaza si din cromozomi mitotici izolati. Pentru a face acest lucru, folosiți proprietatea sa de a intra într-o stare dizolvată în timpul extracției cu soluții apoase cu putere ionică scăzută sau pur și simplu apă deionizată.

Fracțiile de cromatina obținute din diferite obiecte au un set destul de uniform de componente. S-a constatat că, în ceea ce privește compoziția chimică totală, cromatina din nucleele de interfază diferă puțin de cromatina din cromozomii mitotici. Principalele componente ale cromatinei sunt ADN-ul și proteinele, printre care cea mai mare parte sunt histonele și proteinele non-histone.

Slide 3. Există două tipuri de cromatina: heterocromatina și eucromatina. Primul corespunde secțiunilor de cromozomi condensate în timpul interfazei, este inactiv din punct de vedere funcțional. Această cromatină se colorează bine; aceasta este cea care poate fi văzută pe preparatul histologic. Heterocromatina este împărțită în structurală (acestea sunt secțiuni de cromozomi care sunt constant condensate) și facultative (se poate decondensa și se poate transforma în eucromatina). Eucromatina corespunde decondensării în regiunile de interfază ale cromozomilor. Aceasta este o cromatină funcțională, activă funcțional. Nu pateaza, nu se vede pe preparatul histologic. În timpul mitozei, toată eucromatina este condensată și încorporată în cromozomi.

În medie, aproximativ 40% din cromatină este ADN și aproximativ 60% sunt proteine, printre care proteinele histonelor nucleare specifice reprezintă 40 până la 80% din toate proteinele care alcătuiesc cromatina izolată. În plus, compoziția fracțiilor cromatinei include componente ale membranei, ARN, carbohidrați, lipide, glicoproteine. Întrebarea cum sunt incluse aceste componente minore în structura cromatinei nu a fost încă rezolvată. Astfel, ARN-ul poate fi un ARN transcris care nu și-a pierdut încă asocierea cu matrița ADN. Alte componente minore se pot referi la substanțele fragmentelor coprecipitate ale învelișului nuclear.

PROTEINEle sunt o clasă de polimeri biologici prezenți în fiecare organism viu. Cu participarea proteinelor, au loc principalele procese care asigură activitatea vitală a corpului: respirația, digestia, contracția musculară, transmiterea impulsurilor nervoase.

Proteinele sunt polimeri, iar aminoacizii sunt unitățile lor monomerice.

Aminoacizi - este vorba de compuși organici care conțin în compoziția lor (conform denumirii) o grupare amino NH2 și un acid organic, i.e. carboxil, grupa COOH.

O moleculă de proteină se formează ca urmare a conexiunii secvenţiale a aminoacizilor, în timp ce gruparea carboxil a unui acid interacționează cu gruparea amino a moleculei învecinate, ca urmare, se formează o legătură peptidică - CO-NH- și o apă molecula este eliberată. Slide 9

Moleculele de proteine ​​conțin de la 50 la 1500 de resturi de aminoacizi. Individualitatea unei proteine ​​este determinată de setul de aminoacizi care alcătuiesc lanțul polimeric și, nu mai puțin important, de ordinea alternanței acestora de-a lungul lanțului. De exemplu, molecula de insulină este formată din 51 de resturi de aminoacizi.

Compoziția chimică a histonelor. Caracteristici ale proprietăților fizice și interacțiunea cu ADN-ul

Histones- proteine ​​relativ mici cu o proportie foarte mare de aminoacizi incarcati pozitiv (lizina si arginina); sarcina pozitivă ajută histonele să se lege strâns de ADN (care este foarte încărcat negativ), indiferent de secvența sa de nucleotide. Complexul ambelor clase de proteine ​​cu ADN-ul nuclear al celulelor eucariote se numește cromatină. Histonele sunt o caracteristică unică a eucariotelor și sunt prezente în număr mare pe celulă (aproximativ 60 de milioane de molecule de fiecare tip per celulă). Tipurile de histone se împart în două grupe principale, histone nucleozomal și histone H1, formând o familie de proteine ​​de bază foarte conservate, constând din cinci clase mari - H1 și H2A, H2B, H3 și H4. Histonele H1 sunt mai mari (aproximativ 220 de aminoacizi) și s-au dovedit a fi mai puțin conservate pe parcursul evoluției. Mărimea lanțurilor de polipeptide histonelor variază de la 220 (H1) la 102 (H4) resturi de aminoacizi. Histona H1 este foarte îmbogățită în reziduuri Lys, histonele H2A și H2B se caracterizează printr-un conținut moderat de Lys, lanțurile polipeptidice ale histonelor H3 și H4 sunt bogate în Arg. În cadrul fiecărei clase de histone (cu excepția H4), se disting mai multe subtipuri ale acestor proteine ​​pe baza secvențelor de aminoacizi. Această multiplicitate este caracteristică în special histonelor din clasa H1 de mamifere. În acest caz, se disting șapte subtipuri, denumite H1.1-H1.5, H1o și H1t. Histonele H3 și H4 sunt printre cele mai conservate proteine. Acest conservatorism evolutiv sugerează că aproape toți aminoacizii lor sunt importanți pentru funcția acestor histone. Capătul N-terminal al acestor histone poate fi modificat reversibil în celulă prin acetilarea reziduurilor individuale de lizină, care îndepărtează sarcina pozitivă a lizinelor.

Nucleul este regiunea cozii histonei.

Mărgele pe sfoară A

Gamă scurtă de interacțiune

Histone de linker

Fibră la 30 nm

Fibră de cromonemă

Interacțiuni lungi cu fibre

histonă cromatină nucleozomală

Rolul histonelor în plierea ADN-ului este important din următoarele motive:

• 1) Dacă cromozomii ar fi doar ADN întins, este greu de imaginat cum s-ar putea replica și separa în celule fiice fără să se încurce sau să se spargă.
• 2) Într-o stare extinsă, helixul dublu ADN al fiecărui cromozom uman ar traversa nucleul celular de mii de ori; astfel, histonele împachetează o moleculă de ADN foarte lungă într-o manieră ordonată într-un nucleu de câțiva micrometri în diametru;
• 3) Nu tot ADN-ul este pliat în același mod, iar natura ambalării unei regiuni a genomului în cromatină afectează probabil activitatea genelor conținute în această regiune.

În cromatină, ADN-ul se extinde ca o dublă catenă continuă de la un nucleozom la altul. Fiecare nucleozom este separat de următorul printr-un segment de ADN linker, care variază în mărime de la 0 la 80 pb. În medie, nucleozomii repetitivi au un interval de nucleotide de aproximativ 200 de perechi de nucleotide. În micrografiile electronice, această alternanță a octamerului de histonă cu ADN-ul încolăcit și ADN-ul linker dă cromatinei aspectul de „mărgele pe un șir” (după procesare care desfășoară ambalajul de ordin superior).

Metilarea modul în care modificarea covalentă a histonelor este mai complexă decât oricare alta, deoarece poate apărea atât pe lizine, cât și pe arginine. În plus, spre deosebire de orice altă modificare din grupul 1, consecințele metilării pot fi fie pozitive, fie negative în ceea ce privește expresia transcripțională, în funcție de poziția reziduului în histonă (Tabelul 10.1). Un alt nivel de complexitate provine din faptul că pot exista mai multe stări metilate pentru fiecare reziduu. Lizinele pot fi mono-(me1), di-(me2) sau tri-(me3) metilate, în timp ce argininele pot fi mono-(me1) sau di-(me2) metilate.

Fosforilarea RTM este cel mai bine cunoscut deoarece s-a înțeles de mult timp că kinazele reglează transducția semnalului de la suprafața celulei prin citoplasmă și în nucleu, ducând la modificări ale expresiei genelor. Histonele au fost printre primele proteine ​​care au fost fosforilate. Până în 1991, s-a descoperit că atunci când celulele au fost stimulate să prolifereze, au fost induse așa-numitele gene „imediat timpurii” și au devenit active din punct de vedere transcripțional și au funcționat pentru a stimula ciclul celular. Această expresie crescută a genei se corelează cu fosforilarea histonelor H3 (Mahadevan și colab., 1991). H3 histonă serină 10 (H3S10) s-a dovedit a fi un loc important de fosforilare pentru transcripția de la drojdie la om și pare a fi deosebit de important în Drosophila (Nowak și Corces, 2004)

Ubiquitinare procesul de atașare a unui „lanț” de molecule de ubiquitină la o proteină (vezi Ubiquitin). La U. există o legătură a capătului C-terminal al ubiquitinei cu resturile laterale de lizină dintr-un substrat. Lanțul de poliubiquitină este suspendat la un moment strict definit și este un semnal care indică faptul că această proteină este supusă degradării.

Acetilarea histonelor joacă un rol important în modularea structurii cromatinei în timpul activării transcripționale, crescând accesibilitatea cromatinei la mecanismul transcripțional. Se crede că histonele acetilate sunt mai puțin puternic legate de ADN și, prin urmare, este mai ușor pentru mașina de transcripție să învingă rezistența împachetării cromatinei. În special, acetilarea poate facilita accesul și legarea factorilor de transcripție la elementele lor de recunoaștere pe ADN. Enzimele care efectuează procesul de acetilare și deacetilare a histonelor au fost acum identificate și probabil vom afla în curând mai multe despre modul în care acest lucru este legat de activarea transcripțională.

Se știe că histonele acetilate sunt un semn al cromatinei active din punct de vedere transcripțional.

Histonele sunt proteinele cele mai studiate biochimic.

Organizarea nucleozomilor

Nucleozomul este unitatea de bază a ambalării cromatinei. Constă dintr-o dublă helix ADN înfășurată în jurul unui complex specific de opt histone nucleozomi (octamerul histonelor). Nucleozomul este o particulă în formă de disc cu un diametru de aproximativ 11 nm, care conține două copii ale fiecăreia dintre histonele nucleozomale (H2A, H2B, H3, H4). Octamerul de histonă formează un miez proteic în jurul căruia se află ADN-ul dublu catenar (146 de perechi de nucleotide de ADN per octamer de histonă).

Nucleozomii care alcătuiesc fibrilele sunt localizați mai mult sau mai puțin uniform de-a lungul moleculei de ADN la o distanță de 10-20 nm unul de celălalt.

Datele privind structura nucleozomilor au fost obținute utilizând analiza de difracție cu raze X cu rezoluție joasă și înaltă a cristalelor de nucleozomi, legături intermoleculare proteină-ADN și clivaj ADN în nucleozomi folosind nucleaze sau radicali hidroxil. A. Klug a construit un model al nucleozomului, conform căruia ADN-ul (146 bp) în forma B (helix dreapta cu pas de 10 bp) este înfășurat pe un octamer de histonă, în partea centrală a căruia histonele. H3 și H4 sunt situate, iar la periferie - H2a și H2b. Diametrul unui astfel de disc nucleozomal este de 11 nm, iar grosimea lui este de 5,5 nm. Structura constând dintr-un octamer de histonă și ADN înfășurat în jurul său se numește particulă de miez nucleozomal. Particulele de miez sunt separate unele de altele prin segmente de ADN linker. Lungimea totală a segmentului de ADN inclus în nucleozomul animal este de 200 (+/-15) bp.

Lanțurile polipeptidice de histonă conțin mai multe tipuri de domenii structurale. Domeniul globular central și regiunile N- și C-terminale proeminente flexibile îmbogățite în aminoacizi bazici se numesc brațe (braț). Domeniile C-terminale ale lanțurilor polipeptidice implicate în interacțiunile histonă-histone din interiorul particulei de bază sunt predominant sub forma unei elice alfa cu o regiune elicoidală centrală extinsă, de-a lungul căreia este așezată o spirală mai scurtă pe ambele părți. Toate situsurile cunoscute ale modificărilor reversibile ale histonelor post-translaționale care apar în timpul ciclului celular sau în timpul diferențierii celulare sunt localizate în domeniile vertebrate flexibile ale lanțurilor lor polipeptidice (Tabelul I.2). În același timp, brațele N-terminale ale histonelor H3 și H4 sunt regiunile cele mai conservate ale moleculelor, iar histonele în ansamblu sunt printre proteinele cele mai conservate evolutiv. Folosind studii genetice ale drojdiei S. cerevisiae, s-a constatat că micile deleții și mutații punctuale în părțile N-terminale ale genelor histonelor sunt însoțite de modificări profunde și diverse ale fenotipului celulelor de drojdie, ceea ce indică importanța integrității moleculele de histonă în asigurarea bunei funcţionări a genelor eucariote. În soluție, histonele H3 și H4 pot exista ca tetrameri stabili (H3) 2 (H4) 2, în timp ce histonele H2A și H2B pot exista ca dimeri stabili. O creștere treptată a forței ionice în soluțiile care conțin cromatină nativă duce mai întâi la eliberarea de dimeri H2A/H2B și apoi de tetrameri H3/H4.

Rafinarea structurii fine a nucleozomilor din cristale a fost efectuată de K. Luger și colab. (1997) folosind analiza de difracție de raze X de înaltă rezoluție. S-a stabilit că suprafața convexă a fiecărui heterodimer de histonă din octamer este înfășurată de segmente de ADN lungi de 27-28 bp, situate la un unghi de 140 de grade unul față de celălalt, care sunt separate prin regiuni de legătură lungi de 4 bp.

Niveluri de compactare a ADN-ului: nucleozomi, fibrile, bucle, cromozom mitotic

Primul nivel de compactare a ADN-ului este nucleozomul. Dacă cromatina este supusă acțiunii nucleazei, atunci ea și ADN-ul suferă dezintegrare în structuri care se repetă în mod regulat. După tratamentul cu nuclează, o fracțiune de particule este izolată din cromatină prin centrifugare cu o viteză de sedimentare de 11S. Particulele 11S conțin aproximativ 200 de perechi de baze de ADN și opt histone. O astfel de particulă de nucleoproteină complexă se numește nucleozomi. În ea, histonele formează un nucleu proteic, pe suprafața căruia se află ADN-ul. ADN-ul formează un situs care nu este asociat cu proteinele de bază - un Linker, care, conectând doi nucleozomi adiacenți, trece în ADN-ul următorului nucleozom. Ele formează „mărgele”, formațiuni globulare de aproximativ 10 nm, așezate una după alta pe molecule de ADN alungite. Al doilea nivel de compactare este fibrila de 30 nm. Primul nivel, nucleozomal, de compactare a cromatinei joacă un rol reglator și structural, oferind o densitate de împachetare a ADN-ului de 6-7 ori. În cromozomii mitotici și în nucleele de interfază sunt detectate fibrile de cromatină cu diametrul de 25-30 nm. Se distinge tipul solenoid de împachetare a nucleozomilor: un fir de nucleozomi dens împachetati cu diametrul de 10 nm formează bobine cu un pas elicoidal de aproximativ 10 nm. Există 6-7 nucleozomi pe tură a unui astfel de superhelix. Ca urmare a unei astfel de ambalări, apare o fibrilă de tip elicoidal cu o cavitate centrală. Cromatina din nuclee are o fibrilă de 25 nm, care constă din globule învecinate de aceeași dimensiune - nucleomeri. Acești nucleomeri sunt numiți superbeads ("superbids"). Principala fibrilă de cromatină, cu diametrul de 25 nm, este o alternanță liniară a nucleomerilor de-a lungul unei molecule de ADN compactate. Ca parte a nucleomerului, se formează două spire ale fibrilei nucleozomale, cu câte 4 nucleozomi în fiecare. Nivelul nucleomeric de împachetare a cromatinei asigură compactarea de 40 de ori a ADN-ului. Nivelurile nucleomale și nucleomerice (superbid) de compactare a ADN-ului cromatinei sunt realizate de proteinele histonice. Domeniile buclei ale ADN-ului-al treilea nivel organizarea structurală a cromatinei. La niveluri mai ridicate de organizare a cromatinei, proteinele specifice se leagă de regiuni specifice ale ADN-ului, care formează bucle mari, sau domenii, la locurile de legare. În unele locuri există aglomerări de cromatină condensată, formațiuni în formă de rozetă constând din multe bucle de fibrile de 30 nm, conectate într-un centru dens. Dimensiunea medie a rozetelor ajunge la 100-150 nm. Rozete de fibrile de cromatina-Cromomeri. Fiecare cromomer este format din mai multe bucle care conțin nucleozomi, care sunt conectați într-un singur centru. Cromomerii sunt legați între ei prin regiuni ale cromatinei nucleozomale. O astfel de structură în domeniul buclei a cromatinei asigură compactarea structurală a cromatinei și organizează unitățile funcționale ale cromozomilor - repliconi și gene transcrise.

Folosind metoda împrăștierii neutronilor, a fost posibilă stabilirea formei și dimensiunilor exacte ale nucleozomilor; la o aproximare aproximativă, este un cilindru plat sau o șaibă cu un diametru de 11 nm și o înălțime de 6 nm. Fiind amplasate pe un substrat pentru microscopia electronică, ele formează „mărgele” – formațiuni globulare de aproximativ 10 nm, într-un singur fileu, așezate în tandem pe molecule de ADN alungite. De fapt, numai regiunile linker sunt alungite; restul de trei sferturi din lungimea ADN-ului sunt stivuite elicoidal de-a lungul periferiei octamerului histonei. Octamerul de histonă în sine se crede că are o formă de minge de rugby, cuprinzând un tetramer (H3·H4)2 și doi dimeri independenți H2A·H2B. Pe fig. 60 prezintă dispunerea histonelor în partea centrală a nucleozomului.

Compoziția centromerilor și telomerilor

Ce sunt cromozomii, astăzi aproape toată lumea știe. Aceste organite nucleare, în care sunt localizate toate genele, constituie cariotipul unei anumite specii. La microscop, cromozomii arată ca niște structuri uniforme, alungite, în formă de tijă întunecată, iar imaginea văzută este puțin probabil să pară o priveliște intrigantă. Mai mult, preparatele cromozomilor multor viețuitoare care trăiesc pe Pământ diferă doar prin numărul acestor tije și modificările formei lor. Cu toate acestea, există două proprietăți care sunt comune cromozomilor tuturor speciilor.

De obicei sunt descrise cinci etape ale diviziunii celulare (mitoză). Pentru simplitate, ne vom concentra pe trei etape principale în comportamentul cromozomilor unei celule în diviziune. În prima etapă, are loc o contracție liniară treptată și o îngroșare a cromozomilor, apoi se formează un fus de diviziune celulară, format din microtubuli. Pe al doilea, cromozomii se deplasează treptat spre centrul nucleului și se aliniază de-a lungul ecuatorului, probabil pentru a facilita atașarea microtubulilor la centromeri. În acest caz, învelișul nuclear dispare. În ultima etapă, jumătățile cromozomilor - cromatidele - diverg. Se pare că microtubulii atașați de centromeri, ca un remorcher, trag cromatidele către polii celulei. Din momentul divergenței, fostele cromatide surori se numesc cromozomi fiice. Ele ajung la polii fusului și se unesc în paralel. Se formează învelișul nuclear.

Un model care explică evoluția centromerilor.

Sus- centromerii (ovale cenușii) conțin un set specializat de proteine ​​(kinetocor), inclusiv histonele CENH3 (H) și CENP-C (C), care la rândul lor interacționează cu microtubulii fusului (linii roșii). În diverși taxoni, una dintre aceste proteine ​​evoluează adaptiv și în acord cu divergența structurii ADN-ului centromerului primar.

În partea de jos- Modificările în structura sau organizarea primară a ADN-ului centromeric (oval gri închis) pot crea centromeri mai puternici, rezultând mai mulți microtubuli atașați.

Telomerii

Termenul „telomer” a fost propus de G. Möller încă din 1932. În opinia sa, aceasta însemna nu numai capătul fizic al cromozomului, ci și prezența unei „gene terminale cu o funcție specială de sigilare (sigilare) a cromozomului”, ceea ce l-a făcut inaccesibil la influențele dăunătoare (rearanjamente cromozomiale, deleții, nucleaze etc.). Prezența genei terminale nu a fost confirmată în studiile ulterioare, dar funcția telomerului a fost determinată cu precizie.

Ulterior, a fost dezvăluită o altă funcție. Deoarece mecanismul obișnuit de replicare nu funcționează la capetele cromozomilor, există o altă modalitate în celulă care menține dimensiunile cromozomilor stabile în timpul diviziunii celulare. Acest rol este îndeplinit de o enzimă specială, telomeraza, care acționează ca o altă enzimă, transcriptaza inversă: folosește un șablon de ARN monocatenar pentru a sintetiza a doua catenă și a repara capetele cromozomilor. Astfel, telomerii din toate organismele îndeplinesc două sarcini importante: protejează capetele cromozomilor și mențin lungimea și integritatea acestora.

Este propus un model al unui complex proteic de șase proteine ​​specifice telomerilor, care se formează pe telomerii cromozomilor umani. ADN-ul formează o buclă T, iar proeminența monocatenară este inserată în regiunea ADN dublu catenară situată distal (Fig. 6). Complexul proteic permite celulelor să facă distincția între telomeri și locurile de rupere a cromozomilor (ADN). Nu toate proteinele telomere fac parte din complex, care este redundant pe telomeri, dar absent în alte regiuni ale cromozomilor. Proprietățile protectoare ale complexului provin din capacitatea sa de a influența structura ADN-ului telomeric în cel puțin trei moduri: pentru a determina structura vârfului telomerului; participa la formarea unei bucle T; controlează sinteza ADN telomeric prin telomerază. S-au găsit complexe înrudite și pe telomerii altor specii eucariote.

Sus -telomer în momentul replicării cromozomilor, când capătul său este accesibil complexului telomerazei, care realizează replicarea (duplicarea lanțului de ADN chiar la vârful cromozomului). După replicare, ADN-ul telomeric (linii negre), împreună cu proteinele situate pe el (prezentate ca ovale multicolore), formează o buclă T ( partea de jos a imaginii).

Timpul de compactare a ADN-ului în ciclul celular și principalii factori care stimulează procesele

Amintiți-vă structura cromozomilor (de la un curs de biologie) - de obicei sunt afișați ca o pereche de litere X, unde fiecare cromozom este o pereche și fiecare are două părți identice - cromatide stânga și dreapta. Un astfel de set de cromozomi este tipic pentru o celulă care și-a început deja diviziunea, adică. celule care au suferit procesul de duplicare a ADN-ului. Dublarea cantității de ADN se numește perioada sintetică, sau perioada S, a ciclului celular. Ei spun că numărul de cromozomi dintr-o celulă rămâne același (2n), iar numărul de cromatide din fiecare cromozom este dublat (4c - 4 cromatide per pereche de cromozomi) - 2n4c. La împărțire, o cromatidă din fiecare cromozom va intra în celulele fiice și celulele vor primi un set diploid complet de 2n2c.

Starea unei celule (mai precis, nucleul ei) între două diviziuni se numește interfază. În interfază se disting trei părți - perioadele presintetice, sintetice și postsintetice.

Astfel, întregul ciclu celular constă din 4 intervale de timp: mitoză propriu-zisă (M), presinteză (G1), sintetică (S) și postsintetică (G2) perioade de interfază (Fig. 19). Litera G - din engleza Gap - interval, interval. În perioada G1 imediat după diviziune, celulele au un conținut de ADN diploid pe nucleu (2c). În perioada G1, creșterea celulară începe în principal datorită acumulării de proteine ​​celulare, care este determinată de o creștere a cantității de ARN per celulă. În această perioadă, începe pregătirea celulei pentru sinteza ADN (perioada S).

S-a constatat că suprimarea sintezei proteinelor sau ARNm în perioada G1 împiedică debutul perioadei S, deoarece în perioada G1 sinteza enzimelor necesare formării precursorilor ADN (de exemplu, nucleotide fosfokinaze), enzime ale ARN. iar metabolismul proteic are loc. Acest lucru coincide cu o creștere a sintezei de ARN și proteine. Aceasta crește brusc activitatea enzimelor implicate în metabolismul energetic.

În următoarea, perioada S, cantitatea de ADN per nucleu se dublează și, în consecință, numărul de cromozomi se dublează. În diferite celule din perioada S, puteți găsi diferite cantități de ADN - de la 2c la 4c. Acest lucru se datorează faptului că celulele sunt examinate în diferite etape ale sintezei ADN-ului (cele care tocmai au început sinteza și cele care au finalizat-o deja). Perioada S este nodul în ciclul celular. Nu se cunoaște niciun caz de celule care intră în diviziune mitotică fără a fi supus sintezei ADN-ului.

Faza postsintetică (G2) se mai numește și premitotică. Ultimul termen subliniază marea sa importanță pentru trecerea etapei următoare - etapa diviziunii mitotice. În această fază, are loc sinteza ARNm, care este necesară pentru trecerea mitozei. Ceva mai devreme, ARNr-ul ribozomului este sintetizat, ceea ce determină diviziunea celulară. Printre proteinele sintetizate în acest moment, un loc special îl ocupă tubulinele - proteinele microtubulilor fusului mitotic.

La sfârșitul perioadei G2 sau în timpul mitozei, pe măsură ce cromozomii mitotici se condensează, sinteza ARN scade brusc și se oprește complet în timpul mitozei. Sinteza proteinelor în timpul mitozei scade la 25% din nivelul inițial și apoi în perioadele ulterioare atinge maximul în perioada G2, repetând în general natura sintezei ARN.

În țesuturile în creștere ale plantelor și animalelor există întotdeauna celule care sunt, parcă, în afara ciclului. Astfel de celule sunt de obicei numite celule din perioada G0. Aceste celule sunt așa-numitele celule de repaus, temporar sau definitiv oprite în reproducere. În unele țesuturi, astfel de celule pot rămâne mult timp fără a-și modifica în mod special proprietățile morfologice: își păstrează, în principiu, capacitatea de a se diviza, transformându-se în celule stem cambiale (de exemplu, în țesutul hematopoietic). Mai des, pierderea (deși temporară) a capacității de a împărtăși este însoțită de apariția capacității de specializare, de diferențiere. Astfel de celule diferențiate părăsesc ciclul, dar în condiții speciale pot reintra în ciclu. De exemplu, majoritatea celulelor hepatice sunt în perioada G0; nu participă la sinteza ADN-ului și nu se divid. Cu toate acestea, atunci când o parte a ficatului este îndepărtată la animalele experimentale, multe celule încep pregătirea pentru mitoză (perioada G1), trec la sinteza ADN-ului și se pot diviza mitotic. În alte cazuri, de exemplu, în epiderma pielii, după părăsirea ciclului de reproducere și diferențiere, celulele funcționează un timp și apoi mor (celule cheratinizate ale epiteliului tegumentar).