Хроматин дегеніміз не: анықтау, құрылым және функциялар

Генетикадағы биохимиялық зерттеулер оның негізгі элементтерін - хромосомалар мен гендерді зерттеудің маңызды әдісі болып табылады. Бұл мақалада біз хроматиннің қандай екендігін қарастырамыз, оның құрылымы мен функцияларын клеткада анықтаймыз.

Тұқымдық - бұл тірі заттардың негізгі қасиеті

Жер бетінде тіршілік ететін ағзаларды сипаттайтын негізгі процестер тыныс алу, тамақтану, өсім, экскреция және көбею. Соңғы функция планетамыздағы өмірді сақтап қалу үшін ең маңызды болып табылады. Құдай Адам ата мен Хауа анаға берген алғашқы өсиеттің келесідей екенін есте ұстаған жөн: «жемісті болыңдар, көбейіңдер». Жасушалық деңгейде генеративті функция нуклеин қышқылдары (хромосомалардың мазмұнын құрайтын) арқылы жүзеге асырылады. Бұл құрылымдар болашақта қарастырылатын болады.

Сонымен қатар, мұрагерлік туралы ақпаратты ұрпаққа сақтау және беру жеке адамның ұйымдастырылу деңгейіне, яғни вирусқа, бактерияларға және адамдарға қатысты әмбебап болып табылатын бірыңғай механизм арқылы жүзеге асырылады.

Тұқым қуалаушылықтың мәні қандай?

Осы мақалада біз нуклеин қышқылының молекулаларын ұйымдастыруына тікелей тәуелді болатын құрылымы мен функциялары бар хроматинді зерттейміз. 1869 жылы швейцариялық ғалым Михер иммундық жүйенің жасушаларында ядролық қышқылдың қасиеттерін көрсететін қосылыстарда бірінші ядро, содан кейін нуклеин қышқылдары табылды. Химия тұрғысынан бұл жоғары молекулалық қосылыстар - полимерлер. Мономерлер келесі құрылымға ие нуклеотидтер: пурин немесе пиримидин негізі, пентоз және ортофосфор қышқылының қалдықтары . Ғалымдар клеткаларда нуклеин қышқылдарының екі түрі болуы мүмкін екенін анықтады: ДНҚ және РНҚ. Олар кешенге белокты енгізеді және хромосомалардың мазмұнын құрайды. Протеиндер сияқты нуклеин қышқылдары кеңістіктік ұйымдастырудың бірнеше деңгейіне ие.

1953 жылы Нобель сыйлығының лауреаты Уотсон мен Крик ДНҚ құрылымын анықтады. Бұл комплементарлық принцип бойынша азотты негіздер арасындағы сутегі байланысы арқылы байланыстырылған екі тізбектен тұратын молекула (адениннің қарсы тиминдік базасы, цитозинге қарсы гуанин болып табылады). Біз зерттеп жатқан құрылым мен функциялардың хроматині түрлі конфигурациялардың дезоксирибонуклеинді және рибонуклеин қышқылының молекулаларын қамтиды. Бұл мәселеде біз «Хроматиннің ұйым деңгейлері» бөлімінде толығырақ тоқталамыз.

Жасушадағы тұқым қуалаушылық затының локализациясы

ДНҚ ядро сияқты цитоструктураларда, сондай-ақ бөлуге қабілетті органеллаларда - митохондриялар мен хлоропласттарда кездеседі. Бұл органеллалар жасушадағы ең маңызды функцияларды орындайды: ATP синтезі, сондай-ақ глюкозаның синтезі және өсімдік жасушаларында оттегінің пайда болуы. Өмір циклінің синтетикалық кезеңінде аналық органеллалар екі еселенген. Осылайша, митоздың (соматикалық клеткалардың бөлінуі) немесе миоздың (жұмыртқалардың және сперматозодының қалыптасуы) қыздарының жасушалары қоректік заттар мен энергиямен қамтамасыз ететін жасушалық құрылымдардың қажетті арсеналын алады.

Рибонуклеин қышқылы бір тізбектен тұрады және ДНҚ-дан төмен молекулалық салмаққа ие. Ол ядрода да, гиалоплазмада да бар, сондай-ақ көптеген жасушалық органеллалардың құрамына кіреді: рибосомалар, митохондриялар, эндоплазмалық тор, пластиктар. Бұл органеллалардағы хроматин гистон белоктарымен байланыстырады және плазмидалардың бөлігі - сақина жабық ДНҚ молекулалары.

Хроматин және оның құрылымы

Сонымен, біз нуклеин қышқылдарының хромосомалардың құрамында - тұқым қуалайтын құрылымдық бірліктерде екенін анықтадық. Электрондық микроскоптың астындағы олардың хроматині түйіршіктер немесе жіп тәрізді құрылымдар түрінде болады. Онда ДНҚ-дан басқа РНҚ молекулалары, сондай-ақ негізгі қасиеттері бар және гистон деп аталатын белоктар бар. Барлық аталған құрылымдар нуклеозомдардың бір бөлігі болып табылады . Олар ядроның хромосомаларында кездеседі және фибрил (filament-solenoids) деп аталады. Жоғарыда айтылғандардың бәрін қорытындылай отырып, біз хроматиннің не екенін анықтаймыз. Бұл дезоксирибонуклеин қышқылының және арнайы протеиндердің - гистондардың күрделі қосылыстары. Екі тізбекті ДНҚ молекулалары нуклеозомдарды қалыптастыратын катушкалар сияқты жараланады.

Хроматинді ұйымдастыру деңгейлері

Тұқым қуалаушылықтың мәні әртүрлі факторларға тәуелді түрлі құрылымға ие. Мысалы, өмірлік циклдің қандай сатысынан бастап клетка басталады: бөліну кезеңі (метоз немесе миоз), интерфазаның синтетикалық және синтетикалық кезеңі. Соленоидтың немесе фибрилдің пішінінен қарапайым, әрі қарай хроматинді компактифациялау орын алады. Хетерохроматин - тығыз күй, хромосоманың ішкі бөлімдерінде қалыптасады, онда транскрипция мүмкін емес. Жасушалық демалу кезеңінде - интерфаздар, бөлу процесі болмаған кезде - гетерохроматин оның мембрана жанында шеткі айналасындағы ядраның кариоплазмасында орналасқан. Ядролық мазмұнның тығыздығы жасушаның өмірлік циклінің пост синтетикалық кезеңінде, яғни бөлу алдында ғана пайда болады.

Тұқым қуалаушылық заттардың конденсациясы анықталады

Ғалымдар «хроматин деген не?» Деген сұрақты зерттеуді жалғастыра отырып, оның тығыздығы ДНҚ мен РНҚ молекулалары сияқты нуклеозомдарды енгізетін гистон белоктарына байланысты екенін анықтады. Олар шаян тәрізділер мен байланыстырушылар деп аталатын төрт түрдегі ақуыздан тұрады. Транскрипция кезінде (РНҚ бар гендерден ақпаратты оқу) тұқымдық зат аздап конденсацияланып, эхроматин деп аталады.

Қазіргі уақытта гистон белоктарымен байланысты ДНҚ молекулаларының таралуы зерттелуде. Мысалы, ғалымдар бір хромосоманың әр түрлі локусының хроматині конденсация деңгейі бойынша ерекшеленетінін анықтады. Мысалы, хромосомаға қосылу нүктелерінде атомдық деп аталатын шпиндель филаменті телометриялық аймақтарда - соңғы локустарға қарағанда тығызырақ.

Ген-реттегіштер және хроматиннің құрамы

Француз генетикалары Джейкоб және Моно жасаған гендік белсенділікті реттеу тұжырымдамасында ақуыз құрылымдарында ешқандай ақпарат жоқ дезоксирибонуклеин қышқылдарының болуы туралы айтылады. Олар тек бюрократиялық - басқару функцияларын орындайды. Реттеушілік гендерді атады, бұл хромосома бөліктері, әдетте, құрылымында гистон белоктарынан айырылады. Хроматин, оның анықтауы секвенировка әдісімен жүзеге асырылды, ашық деп аталды.

Одан әрі зерттеу барысында бұл локустарда ДНҚ молекулаларына ақуыз бөлшектерін қосудың алдын алатын нуклеотидтік тізбектер бар екені анықталды. Мұндай облыстарда реттеуші гендер бар: промоутерлер, жақсартқыштар, активаторлар. Олардың ішінде хроматинді тығыздау жоғары, ал осы секциялардың орташа ұзындығы шамамен 300 нм құрайды. ДНҚ-ацет ферменті қолданылатын оқшауланған ядролардағы ашық хроматинді анықтауға арналған биохимиялық әдіс бар. Ол гистон белоктарынан айрылған хромосомалардың локусын өте тез бөледі. Осы аудандардағы хроматин жоғары сезімталдық деп аталды.

Тұқым қуалаушылықтың маңызы

ДНК, РНҚ және хроматин деп аталатын ақуызды қамтитын кешендер жасушаның онтогенезіне қатысады және олардың құрамын матаның түріне, сондай-ақ тұтастай алғанда организмнің даму сатысына байланысты өзгереді. Мысалы, терідегі эпителий жасушаларда күшейтуші және промоутер сияқты гендер репрессорлық ақуыздар арқылы блокталады және ішектің эпителийінің секреторлық жасушасындағы осы реттеуші гендер белсенді және ашық хроматин аймағында орналасады. Генетикалық ғалымдар протеиндерді кодтамайтын ДНҚ-ның үлесі бүкіл адам геномының 95% -дан астамын құрайды деп анықтады. Бұл бақылаушы гендер пептидтердің синтезі үшін жауап беретіндерден әлдеқайда көп екенін білдіреді. ДНҚ чиптері мен дәйектелуі сияқты әдістерді енгізу адамның геномын көрсету үшін қандай хроматиннің бар екенін және соның салдарынан анықтауға мүмкіндік берді.

Хроматинді зерттеу адам генетикасы және медициналық генетика секілді ғылым салаларында өте маңызды . Бұл гендер мен хромосомалардың тұқым қуалайтын ауруларының күрт өсу деңгейіне байланысты. Осы синдромдарды ерте анықтау оларды емдеуде оң болжаудың пайызын арттырады.