Какво представлява хроматина: определение, структура и функции

Биохимичните изследвания в областта на генетиката са важен начин за изучаване на основните й елементи - хромозоми и гени. В тази статия ще разгледаме какво е хроматинът, разберете неговата структура и функции в клетката.

Наследствеността е основното свойство на живата материя

Основните процеси, които характеризират организмите, живеещи на Земята, включват дишане, хранене, растеж, екскреция и репродукция. Последната функция е най-важната за опазването на живота на нашата планета. Как да не си спомним, че първата заповед, дадена от Бог на Адам и Ева, е следната: "Бъди плодовит и се размножавай". На ниво клетка генеративната функция се осъществява от нуклеинови киселини (съставното вещество на хромозомите). Тези структури ще бъдат разгледани от нас в бъдеще.

Също така добавяме, че запазването и предаването на наследствена информация на потомци се осъществява от един механизъм, който е напълно независим от нивото на организация на индивида, т.е. от вируса, от бактериите, а от хората - от универсалната.

Какво е същността на наследствеността

В тази статия ние изследваме хроматин, чиято структура и функции директно зависят от организацията на молекулите на нуклеиновата киселина. Швейцарският учен Мишер през 1869 г. в ядрото на клетките на имунната система, бяха открити съединения, показващи киселинни свойства, които той нарече първо нуклеин и след това нуклеинови киселини. От гледна точка на химията, това са високомолекулни съединения - полимери. Техните мономери са нуклеотиди със следната структура: пуринова или пиримидинова база, пентоза и остатък ортофосфорна киселина. Учените са установили, че в клетките могат да съществуват два вида нуклеинови киселини: ДНК и РНК. Те влизат в комплекса с протеини и образуват веществото на хромозомите. Подобно на протеините, нуклеиновите киселини имат няколко нива на пространствена организация.

През 1953 г. Нобеловите лауреати Уотсън и Крик дешифрират структурата на ДНК. Това е молекула, състояща се от две вериги, свързани помежду си чрез водородни връзки, възникващи между азотните бази в принципа на допълване (срещу аденина е тиминната база, срещу цитозина е гуанин). Хроматинът, структурата и функциите на който изследваме, съдържа молекули на дезоксирибонуклеинова и рибонуклеинова киселина с различни конфигурации. По този въпрос ще разгледаме по-подробно раздела "Нива на организиране на хроматина".

Локализиране на веществото на наследствеността в клетката

ДНК присъства в тези cytostructure като ядро, а също и в органели, в състояние на разделяне - митохондриите и хлоропласти. Това се дължи на факта, че тези органели изпълняват най-важните функции в клетката: синтеза на АТР, и синтеза на глюкоза и образуването на кислород в растителните клетки. В синтетичния стадий на жизнения цикъл на майчините органели се удвояват. Така дъщерните клетки в митоза (разделящи соматични клетки) или мейоза (образуването на сперматозоиди и яйцеклетки) дава желания арсенал клетъчни структури осигуряват на клетките с хранителни вещества и енергия.

Рибонуклеиновата киселина се състои от една верига и има по-ниско молекулно тегло от ДНК. Той се съдържа както в ядрото, така и в хиалоплазмата, а също така е част от много клетъчни органели: рибозоми, митохондрии, ендоплазмични ретикулуми, пластиди. Хроматинът в тези органели е свързан с хистоновите протеини и е част от плазмидите - затворени пръстени на ДНК молекули.

Хроматин и неговата структура

Така че, установихме, че нуклеиновите киселини се съдържат в същността на хромозомите - структурните единици на наследствеността. Техният хроматин под електронен микроскоп има формата на гранули или филаментови образувания. Той съдържа в допълнение към ДНК и молекули на РНК, както и протеини, които проявяват основни свойства и се наричат ​​хистони. Всички по-горе структурите са нуклеозоми. Те се съдържат в хромозомите на ядрото и се наричат ​​фибрили (филаменти-соленоиди). Обобщавайки всичко по-горе, ще определим какво е хроматин. Това е сложно съединение дезоксирибонуклеинова киселина и специални протеини - хистони. Две-верижни ДНК молекули се навиват върху тях, като бобини, образуващи нуклеозоми.

Нива на организация на хроматина

Същността на наследствеността има различна структура, която зависи от много фактори. Например, на какъв етап от живота, подложен на цикъл клетката: разделяне на периода (metoz или мейоза) или синтетичен presynthetic по време на интерфазата. От формата на соленоида или фибрила, като най-проста, се получава допълнително уравновесяване на хроматина. Хетерохроматанът - по-плътно състояние, се образува в интронните участъци на хромозомата, върху която е невъзможно транскрипцията. В периода на клетъчна почивка - междуфази, когато няма процес на делене, хетерохроматинът се намира в кариоплазмата на ядрото по периферията, близо до неговата мембрана. Консолидирането на ядреното съдържание се извършва в постсинтетичния стадий на жизнения цикъл на клетката, т.е. непосредствено преди разделянето.

Какво зависи от кондензацията на веществото на наследствеността?

Продължавайки да изучава въпроса "какво е хроматинът", учените установиха, че уплътняването му зависи от хистоновите протеини, които заедно с ДНК и РНК молекулите съставляват нуклеозомите. Те се състоят от протеини от четири вида, наречени ракообразни и линкери. В момента на транскрипция (четене на информация от ген чрез РНК) наследственост материал слабо кондензиран, и се нарича euchromatin.

Понастоящем характеристиките на разпределението на ДНК молекули, свързани с хистоновите протеини, продължават да бъдат изследвани. Например, учените са установили, че хроматинът на различни локуси на една и съща хромозома се различава от нивото на кондензация. Например, в точките на прикрепване към хромозомата, нишките на шпиндела на делене, наречени центромери, са по-плътни, отколкото в теломерните области-крайни локуси.

Гени-регулатори и хроматинов състав

В концепцията за регулиране на генната активност, създадена от френските генетици Джейкъб и Моно, се дава представа за наличието на местата на дезоксирибонуклеинова киселина, в които няма информация за протеиновите структури. Те изпълняват чисто бюрократични - управленски функции. Определени като регулаторни гени, тези части на хромозомите като правило са лишени от хистонови протеини в тяхната структура. Хроматинът, определен от последователността, е наречен отворен.

В хода на допълнителни изследвания, беше установено, че тези локуси съдържат нуклеотидни последователности, които предотвратяват прикрепването на протеинови частици към ДНК молекули. Такива области съдържат регулаторни гени: промотори, усилватели, активатори. Хроматичното уплътняване в тях е високо, а дължината на тези секции е средно около 300 nm. Има биохимичен метод определяне на открит хроматин в изолирани ядра, в които се използва ензимът DNA-ase. Той много бързо разделя локовете на хромозомите, лишени от хистонови протеини. Хроматинът в тези области се нарича свръхчувствителен.

Ролята на същността на наследствеността

Комплекси, включващи ДНК, РНК и протеин, наречен хроматин, включени в клетъчната онтогенията и променят състава в зависимост от вида на тъканта и от стадия на развитие на организма като цяло. Например в епителните клетки на кожата такива гени като ehanser и промотор блокиран протеини репресори и тези регулаторни гени в секреторни клетки на чревния епител и са активни в областта на отворен хроматин. Учените, генетиците откриха, че на част от ДНК, които не кодират протеини, които представляват над 95% от човешкия геном. Това означава, че контролните гени са много по-големи от тези, които са отговорни за синтезата на пептидите. Въвеждането на техники, като например ДНК чипове и последователността позволи да разберете какво хроматина, и в резултат на това да картографира човешкия геном.

Изследванията на хроматина са много важни в научните области като човешката генетика и медицинската генетика. Това се дължи на рязко повишеното ниво на появата на наследствени заболявания - гени и хромозоми. Ранното откриване на тези синдроми увеличава процента на положителните прогнози при лечението им.