Надмолекулярна організація хромосом
Надмолекулярна організація хромосом називається ще абоспіралізацією, абоконденсацією, абокомпактизацією.
В даний час прийнято три рівні надмолекулярної організації хромосом: первинний, вторинний, третинний.
Компактизація ДНК для еукаріотичної клітини важлива з двох причин: вона дозволяє не заплутати і впорядковано розташувати дуже довгі молекули ДНК у невеликому обсязі клітинного ядра і, крім того, це один із способів функціонального контролю генів – характер упаковки ДНК впливає на активність деяких ділянок геному.
Первинний рівень надмолекулярної організації -нуклеосомний. Елементарною структурою хромосоми, що розрізняється за допомогою електронного мікроскопа, є нитка, діаметром 10-13 нм, що є комплексом ДНК і гістонових білків. Ця нитка складається з гістонового кістяка (у вигляді ланцюжка розташованих один за одним білкових тілець дископодібної форми), поверх якого спірально закручена нитка ДНК. Комплекс ДНК і гістонів на рівні одного дископодібного тільця називається нуклеосомою. Вона міститьпо дві молекули кожного з 4-х типів гістону (Н2А, Н2В, НЗ, Н4 ), з'єднаних у формі октамера. ДНК в нуклеосомі лежить поверх октамера, спираючись на гістоновий кістяк. На рівні кожної нуклеосоми ДНК утворює 2,3 обороти спіралі, що відповідає приблизно 200 пар нуклеотидів. Зв'язок між сусідніми нуклеосомами здійснюється за рахунок гістону HI. На цю сполучну ділянку припадає 60 пар нуклеотидів. Формується нитка діаметром приблизно 11 нм.
Нуклеосома - це універсальна частка, яка виявляється як в еухроматині, так і в гетерохроматині, в інтерфазному ядрі та метафазних хромосомах.
У разі лінійної випрямляння, яканавряд чи присутній у живої клітині, утворена нуклеосомами структура нагадує нитку "бус" і називається нуклеосомною ниткою. Завдяки нуклеосомної організації хромосом відбувається скорочення вихідної довжини ДНК у 7раз, тобто. відбувається компактизація. Це, певне, стан інтерфазної хромосоми, її еухроматинових ділянок.
Подальша компактизація ДНК у складі хромосом пов'язана з утворенням наднуклеосомних структур. Так,вторинний рівень хромосомного укладання ДНК виявляється у формуваннісуперспіральної нитки (соленоїда ), в якій вихідна молекула ДНК коротшає в 40раз. Товщина сягає 30-40 нм. При утворенні суперспіралі нуклеосомна нитка спірально закручується за рахунок взаємодії гістонів HI та НЗ. Не виключено також і участь у цьому негістонових білків. Цей рівень укладання ДНК відповідає, мабуть, під світловим мікроскопом, що спостерігається, профазним мітотичним і мейотичним хромосомам. Або інтерфазним, але не транскрибируемим, можливо, ділянкам хромосом, тобто гетерохроматиновим.
Третій рівень хромосомного укладання вивчений найменше.
Існує дві моделі:в основу першої покладено принцип спірального укладання,в основі другої - будову за принципом складання петель. В останні роки накопичено численний матеріал, що говорить про реальність петлеподібних структур у хромосомі, та їх щільну упаковку в метафазній хромосомі навколо осьового каркасу, побудованого з негістонових білків. Петльові структури, але не щільно упаковані, є і інтерфазної хромосомі. Навколо каркаса, як у щітці-йорші, розташовуються петлі суперспіральної нитки. Причому кінці кожної петлі локалізуються на одній точці білкового каркаса. Передбачається також, що петлі можуть скручуватись навколо своєї власноїосі, тобто. метафазну хромосому можна зобразити у вигляді щільно покладених соленоїдних петель, згорнутих у тугу спіраль. Типова хромосома людини може містити до 2600 петель.
Третій рівень укладання -це конденсація профазної хромосоми в метафазну. Товщина такої структури досягає 1400 нм (дві хроматиди), а молекула ДНК при цьому коротшає I0 4 раз, тобто. із 5 см розтягнутої ДНК до 5 мкм. Ця суперспіралізація супроводжується фосфорилюванням у клітині всіх молекул HI. У будь-якому випадку ДНК у ядрах еукаріотичних клітин утворює ієрархічну систему спіралей та петель, основною одиницею якої є нуклеосома. Нуклеосоми, у свою чергу, розташовані не скрізь однаково. Ці малопомітні і маловивчені відмінності біологічно важливі, т.к. мабуть, вони переважно відбуваються у тих областях хроматину, де є активні гени. У S-період інтерфази процес реплікації якимось чином, як невідомо, проходить через нуклеосоми батьківського ланцюга хроматину, які переходять на одну з дочірніх.спіралі ДНК. Тоді все нові октамер гістонів приєднуються до другої дочірньої спіралі ДНК, вільної від нуклеосом.
Нуклеосомна структура зберігається і під час транскрипції ДНК, хоча досить важко уявити, як РНК-полімераза може транскрибувати асоційовану з гістонами ДНК без будь-яких помітних змін в організації нуклеосоми. Але в клітинах ембріонів комах у ділянці активованих генів для р-РНК, мабуть, нуклеосоми відсутні. І біохімічні відмінності між активним і неактивним хроматином, що транскрибується, виявлені. Зокрема, HI з'єднаний з нуклеосомами набагато менш міцно в активному хроматині і взагалі гістони в цих ділянках виявляють вищий рівень ацетилювання.4.2.3.5. Рівні укладання хромосом
Різке скорочення довжини хромосом при конденсації досягається за рахунок кількох рівнів їх укладання.
| Рівень укладання | Пояснення | Скорочення довжини |
| I. Утворення нуклеосом | Дволанцюжкова молекула ДНК робить майже 2 обороти навколо нуклеосоми. | У 6,2 рази |
| ІІ. Спіралізація нуклеосомної нитки | Нуклеосомна нитка згортається у спіраль. | У 6,0 разів |
| ІІІ. Освіта хроматинової нитки | Утворюється спіраль вищого ладу. | У 3,0 рази |
| IV. Складання хроматинової нитки в хромосому | Хромосомна нитка багаторазово складається за довжиною хромосоми. | У 90 разів |
Підсумкове скорочення довжини становить приблизно 10.000 разів: молекули ДНК загальною довжиною 200 см укладаються в метафазних хромосомах загальною довжиною 200 мкм.
14.Особливості будови інтерфазних хромосом. Їхня функція. Поняття про хроматин,види хроматину. Підлоговий хроматин.
Хроматин – комплекс ДНК та білків (гістонових та негістонових). Хроматин є інтерфазною формою існування хромосом.
1.Еухроматін; 2. Гетерохроматин
Мал.26. Хроматин інтерфазних хромосом.
У цей період різні ділянки хромосом мають неоднаковий рівень компактизації. Найбільший ступінь компактизації мають генетично інертні ділянки хромосом. Вони добре забарвлюються ядерними барвниками і називаються гетерохроматином. Розрізняють конститутивний і факультативний гетерохроматин.
Конститутивний гетерохроматин утворений нетранскрибується ДНК. Вважають, що він бере участь у підтримці структури ядра, прикріпленні хромосом до ядерної оболонки, впізнанні при мейозі гомологічних хромосом, поділ сусідніх структурних генів та у процесах регуляції їх активності.
Факультативний гетерохроматин, на відміну від конститутивного, може ставати транскрибується на певних стадіях клітинного диференціювання або онтогенезу. Прикладом факультативного гетерохроматину може бути тільце Барра, що утворюється в організмів гомогаметного статі з допомогою інактивації однієї з Х-хромосом.
Декомпактизовані ділянки хромосом, які погано забарвлюються ядерними барвниками, називаютьсяеухроматином. Це функціонально активний хроматин, що транскрибується.