Co je chromatin: definice, struktura a funkce

Biochemický výzkum v genetice je důležitým způsobem studia jeho základních prvků - chromozomů a genů. V tomto článku budeme uvažovat o tom, co je chromatin, zjistit jeho strukturu a funkce v buňce.

Dědictví je hlavní vlastností živé hmoty

Hlavní procesy, které charakterizují organismy žijící na Zemi, zahrnují dýchání, výživu, růst, vylučování a reprodukci. Tato druhá funkce je nejvýznamnější pro zachování života na naší planetě. Jak si nepamatujme, že první přikázání, které Bůh dal Adamu a Evě, bylo následující: "Buďte plodní a množte se". Na úrovni buněk se generativní funkce provádí nukleovými kyselinami (základní složkou chromozomů). Tyto struktury budou v budoucnosti zvažovány.

Zároveň dodal, že uchování a přenos genetické informace nesené potomky stejného mechanismu, který nezávisí na úrovni organizací jednotlivců, která je pro viry a bakterie, a to je univerzální pro člověka.

Jaká je podstata dědičnosti

V tomto článku studujeme chromatin, jehož struktura a funkce přímo závisí na organizaci molekul nukleových kyselin. Švýcarský vědec Micher v roce 1869 v jádrech buněk imunitního systému nalezli sloučeniny ukazující vlastnosti kyselin, které nejprve označil jako nuklein a pak nukleové kyseliny. Z hlediska chemie jsou to vysokomolekulární sloučeniny - polymery. Jejich monomery jsou nukleotidy mající následující strukturu: purinovou nebo pyrimidinovou bázi, pentosu a zbytek kyselina ortofosforečná. Vědci zjistili, že v buňkách mohou existovat dva druhy nukleových kyselin: DNA a RNA. Do komplexu vstupují proteiny a tvoří látku chromozomů. Stejně jako proteiny, nukleové kyseliny mají několik úrovní prostorové organizace.

V roce 1953 laureáti Nobelovy ceny Watson a Crick dešifrovali strukturu DNA. Jedná se o molekulu sestávající ze dvou řetězců spojených dohromady vodíkovými vazbami vznikajícími mezi dusíkovými bázemi komplementarita (naproti adeninu je thyminová báze, oproti cytosinu je guanin). Chromatin, jehož struktura a funkce studujeme, obsahuje molekuly deoxyribonukleové a ribonukleové kyseliny různých konfigurací. V této otázce budeme podrobněji vysvětlovat v části "Úrovně organizace chromatinu".

Lokalizace látky dědičnosti v buňce

DNA je přítomna v takových cytostrukturách jako je jádro, stejně jako v organellech schopných dělení - mitochondrie a chloroplasty. To je způsobeno skutečností, že tyto organely provádějí nejdůležitější funkce v buňce: syntéza ATP, a syntézu glukózy a tvorbu kyslíku v rostlinných buňkách. V syntetické fázi životního cyklu se mateřské organely zdvojnásobily. To znamená, že dceřinné buňky v mitóze (dělení somatických buněk) nebo meiózy (tvorbu spermií a vajíček), se získá žádaný arzenál buněčné struktury poskytují buňky s živin a energie.

Ribonukleová kyselina je složena z jednoho řetězce a má nižší molekulovou hmotnost než DNA. Zjistila to jak v jádře a v hyaloplasm, a je součástí mnoha buněčných organel: ribozomy, mitochondrií, endoplazmatického retikula, plastidů. Chromatin v těchto orgánech je spojen s histonovými proteiny a je součástí molekul molekuly uzavřených kruhů plazmidů.

Chromatin a jeho struktura

Takže jsme zjistili, že nukleové kyseliny jsou obsaženy v podstatě chromozomů - strukturálních jednotek dědičnosti. Jejich chromatin pod elektronovým mikroskopem má formu granulí nebo vláknitých formací. Obsahuje kromě DNA také molekuly RNA, stejně jako proteiny, které vykazují základní vlastnosti a jsou nazývány histony. Všechny výše uvedené struktury jsou nukleozomy. Jsou obsaženy v chromozomech jádra a jsou nazývány vlákny (filamenty-solenoidy). Shrnutí všech výše uvedených, budeme určit, co je chromatin. Jedná se o složitou směs deoxyribonukleové kyseliny a speciální proteiny - histony. Dvouvláknové molekuly DNA jsou navinuty na nich, stejně jako cívky, tvoří nukleozomy.

Úrovně organizace chromatinu

Podstata dědičnosti má jinou strukturu, která závisí na mnoha faktorech. Například, z jaké fáze životního cyklu buňka zažívá: období rozdělení (metóza nebo meióza), presyntézní nebo syntetické období mezifáze. Z tvaru solenoidu nebo fibrilu jako nejjednoduššího dochází k další kompaktizaci chromatinu. Heterochromatin - hustší stav je tvořen v intronových částech chromozomu, na němž není možné transkripci. V období buněčného odpočinku - interfází, kdy nedochází ke štěpnému procesu, se heterochromatin nachází v karyoplasmu jádra podél periferie, v blízkosti membrány. Konsolidace jaderného obsahu nastává v postsyntéckém stádiu životního cyklu buňky, tedy těsně před rozdělením.

Co na to závisí kondenzace látky dědičnosti?

Pokračování ve zkoumání otázky "co je chromatin", vědci zjistili, že jeho zhutnění závisí na histonových proteinech, které společně s molekulami DNA a RNA tvoří nukleozomy. Jsou tvořeny bílkovinami čtyř druhů, které se nazývají korýši a linkery. V době transkripce (čtení informací z genů s RNA) je dědičná látka mírně kondenzovaná a nazývá se euchromatin.

V současnosti jsou studovány charakteristiky distribuce DNA molekul spojených s histonovými proteiny. Vědci například zjistili, že chromatin různých lokusů stejného chromozomu se liší úrovní kondenzace. Například v místech připojení k chromozomu jsou filamenty štěpného vřetena nazývané centromery hustší než v telomerických oblastech - koncové lokusy.

Geny-regulátory a chromatinové složení

Pojem regulaci genové aktivity, vytvořený francouzské genetiky Jacob a Monod, dává představu o existenci oblastí deoxyribonukleové kyseliny, ve kterém neexistuje informace o struktuře proteinu. Vykonávají čistě byrokratické - řídící funkce. Tyto genotypy nazývané regulačními geny mají zpravidla v jejich struktuře proteiny histonu. Chromatin, který byl určen sekvenováním, byl nazvaný otevřený.

V průběhu dalších studií bylo zjištěno, že tyto lokusy obsahují nukleotidové sekvence, které brání připojení proteinových částic k molekulám DNA. Tyto oblasti obsahují regulační geny: promotory, zesilovače, aktivátory. Chromatická kompaktace v nich je vysoká a délka těchto sekcí je v průměru asi 300 nm. Tam je biochemická metoda stanovení otevřeného chromatinu v izolovaných jádrech, ve kterém se používá enzym DNA-ase. On velmi rychle rozdělí místa chromozomů, které neobsahují histonové proteiny. Chromatin v těchto oblastech se nazýval přecitlivělý.

Role podstaty dědičnosti

Komplexy zahrnující DNA, RNA a protein nazvaný chromatinu, zapojené do buněčné ontogeneze a mění své složení v závislosti na typu tkáně a na stupni vývoje organismu jako celku. Např., V epitelových buňkách kůže, jako geny, jako ehanser a promotor zablokovány proteiny represory a těchto regulačních genů v sekrečních buňkách střevního epitelu a jsou aktivní v oblasti otevřeného chromatinu. Genetické vědci zjistili, že podíl DNA, který nekóduje proteiny, představuje více než 95% celého lidského genomu. To znamená, že kontrolní geny jsou mnohem větší než ty, které jsou odpovědné za syntézu peptidů. Zavedení takových metod, jako jsou DNA čipy a sekvenování, umožnilo zjistit, co je chromatin a v důsledku toho mapovat lidský genom.

Studie chromatinu jsou velmi důležité v takových oborech vědy, jako je genetika člověka a lékařská genetika. To je důsledkem prudce zvýšené úrovně výskytu dědičných onemocnění - jak genů, tak chromozomálních. Včasné odhalení těchto syndromů zvyšuje procento pozitivních předpovědí při léčbě.