Kaj je kromatin: definicija, struktura in funkcije

Biokemijske raziskave v genetiki so pomemben način preučevanja osnovnih elementov - kromosomov in genov. V tem članku bomo preučili, kaj je kromatin, ugotovite njegovo strukturo in funkcije v celici.

Herednost je glavna lastnost živih snovi

Glavni procesi, ki označujejo organizme, ki živijo na Zemlji, so dihanje, prehrana, rast, izločanje in razmnoževanje. Slednja funkcija je najpomembnejša za ohranjanje življenja na našem planetu. Kako naj ne zapomnimo, da je prva zapoved, ki jo je Bog podaril Adamu in Evi, naslednje: "bodite plodni in pomnožite". Na ravni celice generativno funkcijo opravljajo nukleinske kisline (sestavina snovi kromosomov). Te strukture bomo obravnavali v prihodnosti.

Dodamo tudi, da ohranjanje in prenos dednih informacij potomcem izvaja en sam mehanizem, ki je popolnoma neodvisen od ravni organizacije posameznika, to je za virus, za bakterije in za ljudi, je univerzalen.

Kakšna je vsebnost dednosti

V tem članku proučujemo kromatin, katerega struktura in funkcije so neposredno odvisne od organizacije molekul nukleinske kisline. Švicarski znanstvenik Miescher 1869 spojin smo odkrili v jedrih celic imunskega sistema, ki kaže lastnosti kislin jih imenuje prva nukleina in nukleinske kisline. Z vidika kemije so to visoke molekulske spojine - polimeri. Njihovi monomeri so nukleotidi, ki imajo naslednjo strukturo: purinsko ali pirimidinsko bazo, pentozo in ostanek ortofosforjeva kislina. Znanstveniki so ugotovili, da v celicah obstajajo dve vrsti nukleinskih kislin: DNA in RNA. V kompleks vključijo proteine ​​in tvorijo vsebnost kromosomov. Nukleinske kisline prav tako kot proteini imajo več ravni prostorske organizacije.

Leta 1953 so dobitniki Nobelove nagrade Watson in Crick razbrali strukturo DNA. Je molekula, sestavljena iz dveh verig, združenih z vodikovimi vezmi, ki nastanejo med bazami dušika v komplementarnost (nasproti adenina je tininska baza, nasproti citozinu je gvanin). Kromatin, struktura in funkcije, ki jih proučujemo, vsebuje molekule dezoksiribonukleinske in ribonukleinske kisline različnih konfiguracij. V zvezi s tem bomo podrobneje prebrali v poglavju "Stopnje organizacije kromatina".

Lokalizacija vsebine dednosti v celici

DNK je prisotna v takih citostrukturah kot jedro, pa tudi v organelih, ki so sposobni delitve - mitohondrije in kloroplasti. To je posledica dejstva, da ti organeli opravljajo najpomembnejše funkcije v celici: sinteza ATP, ter sintezo glukoze in tvorbo kisika v rastlinskih celicah. Na sintetični stopnji življenjskega cikla se materinski organeli podvojijo. Tako hčerinskih celic na mitoze (deljenjem somatskih celic) ali mejoze (tvorbo sperme in jajčec) je dala želen arzenal celične strukture zagotavljajo celice s hranili in energijo.

Ribonukleinska kislina je sestavljena iz ene verige in ima nižjo molekulsko maso kot DNA. Našla sta v jedru in v hyaloplasm, in je sestavni del mnogih organelov celic: ribosome, mitohondrije, endoplazemski retikulum, plastidih. Kromatin v teh organelih je povezan s histonskimi proteini in je del plazmidov - obroči zaprtih molekul DNA.

Kromatin in njegova struktura

Torej smo ugotovili, da so nukleinske kisline vsebovane v snovi kromosomov - strukturnih enot dednosti. Njihov kromatin pod elektronskim mikroskopom ima obliko granul ali filamentnih formacij. Vsebuje poleg DNA tudi molekule RNK, kot tudi proteine, ki kažejo osnovne lastnosti in se imenujejo histoni. Vse navedeno strukture so nukleozomi. Vsebujejo jih v kromosomih jedra in se imenujejo fibrils (filamenti-solenoidi). V povzetku vsega zgoraj navedenega bomo ugotovili, kaj je kromatin. To je kompleksna spojina deoksiribonukleinska kislina in posebne proteine ​​- histones. Na njih se navijejo dvokovorečne molekule DNA, kot so tuljave, ki tvorijo nukleozome.

Raven organizacije kromatina

Vsebnost dednosti ima drugačno strukturo, ki je odvisna od številnih dejavnikov. Na primer, iz katere faze življenjskega cikla pride do celice: obdobje delitve (metoza ali mejoza), presintetično ali sintetično obdobje medfaznega. Iz oblike solenoida ali fibrila se kot najpreprostejša nadaljuje nadaljnja kompaktifikacija kromatina. Heterochromatin - bolj gosto stanje, se tvori v intronskih odsekih kromosoma, na katerem je transkripcija nemogoča. V času celičnega počitka - interfaze, kadar ni fisijskega procesa, - se heteroromatomat nahaja v karioplazmi jedra vzdolž obrobja, v bližini njegove membrane. Utrjevanje jedrske vsebine se pojavlja v postsintetični fazi življenjskega cikla celice, to je tik pred razdelitvijo.

Kaj je odvisno od kondenzacije vsebine dednosti?

Nadaljujoč, da bi preučili vprašanje "kaj je kromatin", so znanstveniki ugotovili, da je njegovo zbijanje odvisno od histonskih proteinov, ki skupaj z molekulami DNA in RNA sestavljajo nukleozome. Sestavljajo jih štiri vrste proteinov, imenovani raki in povezovalci. V času transkripcije (branje podatkov iz genov z RNA) je naslednja snov rahlo kondenzirana in se imenuje euhromatin.

Trenutno se še naprej preučujejo značilnosti porazdelitve molekul DNA, povezanih s histonskimi proteini. Na primer, znanstveniki so ugotovili, da se kromatin različnih lokov istega kromosoma razlikuje glede na stopnjo kondenzacije. Na mestih pritrjevanja kromosomov so na primer vlakna vretenčnega vretena, imenovane centromere, gostejše kot v telomernih regijah - terminalnih lokusih.

Geni-regulatorji in sestava kromatina

Koncept regulacije genske dejavnosti, ki jih francoski genetiki Jakoba in Mondu ustvaril, daje idejo o obstoju področij deoksiribonukleinski kisline, v katerem ni podatkov o strukturi proteina. Izvajajo čisto birokratsko-vodstvene funkcije. Ti kromosomski deli, imenovani genov regulatorjev, praviloma nimajo histonskih proteinov v njihovi strukturi. Kromatin, ki je bil določen s sekvenciranjem, je bil imenovan odprt.

V nadaljnjih študijah je bilo ugotovljeno, da ti loki vsebujejo nukleotidne sekvence, ki preprečujejo pritrditev proteinskih delcev na molekule DNA. Takšna področja vsebujejo regulativne gene: promotorje, ojačevalce, aktivatorje. Kromatično stiskanje v njih je visoko in dolžina teh delov je v povprečju približno 300 nm. Obstaja biokemijska metoda določanje odprtega kromatina v izoliranih jedrih, v katerem se uporablja encim DNK-ase. Zelo hitro se razdeli loci kromosomov, brez histonskih proteinov. Kromatin na teh območjih je bil imenovan preobčutljiv.

Vloga snovi dednosti

Kompleksi vključno DNA, RNA in proteinov imenujemo kromatina, ki sodelujejo pri celični zorenjem in spremenijo svoje sestave, odvisno od vrste tkiva in od stopnje razvoja organizma kot celote. Npr, v epitelnih celic kože takih genov ehanser in promotor blokirana beljakovine represorji in te regulatorne gene v sekretorne celic intestinalnega epitelija in so aktivni na področju odprtega kromatina. Genetski znanstveniki so ugotovili, da delež DNK, ki ne kodira proteinov, predstavlja več kot 95% celotnega človeškega genoma. To pomeni, da so kontrolni geni veliko večji od tistih, ki so odgovorni za sintezo peptidov. Uvedba takšnih metod, kot so DNK čipi in sekvenciranje, je omogočila ugotoviti, kateri kromatin je in posledično črta človeški genom.

Študije kromatina so v znanstvenih vejah zelo pomembne kot človeška genetika in medicinska genetika. To je posledica močno povečane stopnje pojavnosti dednih bolezni - tako gena kot kromosomov. Zgodnje odkrivanje teh sindromov poveča odstotek pozitivnih napovedi pri zdravljenju.