13.Молекулярная организация хромосом. Морфо-функциональная характеристика интерфазных и метафазных хромосом. Изменение хромосом в клеточном цикле. Уровни компактизации днп.

Термин хромосома был предложен в 1888 г. немецким морфологом В. Вальдейером, который применил его для обозначения внутриядерных структур эукариотической клетки, хорошо окрашивающихся основными красителями (от греч. хрома — цвет, краска, и сома — тело). Хромосомы - структурные элементы ядра клетки эукариот, содержащие ДНК, в которой заключена наследственная информация организма

Изучение химической организации хромосом эукариотических клеток показало, что они состоят в основном из ДНК и белков, которые образуют нуклеопротеиновый комплекс—хроматин, получивший свое название за способность окрашиваться основными красителями.

40-45% ДНК, 50% -белки, гистоны.

Гистоны представлены пятью фракциями: HI, Н2А, Н2В, НЗ, Н4. Являясь положительно заряженными основными белками, они достаточно прочно соединяются с молекулами ДНК, чем препятствуют считыванию заключенной в ней биологической информации. В этом состоит их регуляторная роль (блокируют транскрипцию). Кроме того, эти белки выполняют структурную функцию, обеспечивая пространственную организацию ДНК в хромосомах.

5% кислые белки, ферменты, репарации, редупликации….Микроэлементы: Hg Ca Fe Si. Кислые белки хромосом выполняют также структурную и регуляторную роль.

РНК хромосом представлена отчасти продуктами транскрипции, еще не покинувшими место синтеза.

Сохраняя преемственность в ряду клеточных поколений, хроматин в зависимости от периода и фазы клеточного цикла меняет свою организацию. В интерфазе при световой микроскопии он выявляется в виде глыбок, рассеянных в нуклеоплазме ядра. При переходе клетки к митозу, особенно в метафазе, хроматин приобретает вид хорошо различимых отдельных интенсивно окрашенных телец — хромосом.

Интерфазную и метафазную формы существования хроматина расценивают как два полярных варианта его структурной организации, связанных в митотическом цикле взаимопереходами.

Метафазная хромосома. Вступление клетки из интерфазы в митоз сопровождается суперкомпактизацией хроматина. Отдельные хромосомы становятся хорошо различимы. Этот процесс начинается в профазе, достигая своего максимального выражения в метафазе митоза и анафазе. В телофазе митоза происходит декомпак-тизация вещества хромосом, которое приобретает структуру интерфазного хроматина. Описанная митотическая суперкомпактизация облегчает распределение хромосом к полюсам митотического веретена в анафазе митоза.

Интерфазными называются хромосомы (хроматин), характерные для стадии интерфазы клеточного цикла. В отличие от митотических это работающие хромосомы: они участвуют в процессах транскрипции и репликации. ДНК в них уложена менее плотно, чем в митотических хромосомах.

Интерфазная хромонема. Следующий уровень структурной организации генетического материала обусловлен укладкой хроматиновой фибриллы в петли. В их образовании, по-видимому, принимают участие негистоновые белки, которые способны узнавать специфические нуклеотидные последовательности вненуклеосомной ДНК, отдаленные друг от друга на расстояние в несколько тысяч пар нуклеотидов. Эти белки сближают указанные участки с образованием петель из расположенных между ними фрагментов хроматиновой фибриллы. Участок ДНК, соответствующий одной петле, содержит от 20 000 до 80 000 п. н. Возможно, каждая петля является функциональной единицей генома. В результате такой упаковки Хроматиновая фибрилла диаметром 20—30 нм преобразуется в структуру диаметром 100—200 нм, называемую интерфазной хромонемой.

Отдельные участки интерфазной хромонемы подвергаются дальнейшей компактизации, образуя структурные блоки, объединяющие соседние петли с одинаковой организацие.

В зависимости от состояния хроматина выделяют эухроматиновые участки хромосом, отличающиеся меньшей плотностью упаковки в неделящихся клетках и потенциально транскрибируемые, и гетерохроматиновые участки, характеризующиеся компактной организацией и генетической инертностью. В их пределах транскрипции биологической информации не происходит.

Конститутивный гетерохроматин содержится в околоцентромерных и теломерных участках всех хромосом, а также на протяжении некоторых внутренних фрагментов отдельных хромосом.

Примером факультативного гетерохроматина служит тельце полового хроматина, образуемое в норме в клетках организмов гомогаметного пола (у человека гомогаметным является женский пол) одной из двух Х-хромосом.

Уровни компактиз.ДНК:

1.нуклеосомный. коэф.компакт-и 7(т.е. ДНК уменьш-я в 7 раз) соот.G1 и S период интерфазы. Структурно-функц.ед.: нуклеосома (имеет белковую сердцевину, состоит из 8 молекул белков гистонов 2Н2А

2Н2В

2Н3

2Н4

Транскрипция с ДНК не идет. Вокруг белковой сердцевины намотана ДНК-транскр.ДНК.

Линкер – с него осуществляется транскрипция.

2.нуклеомерный. коэф компактиз-и 40 в G2 период интерфазы. Нуклеомы подтяг.друг к другу и формируют Н3 –Н1 – Н3

3.хромомерный.коэф.компк.200 соответств.началу профазы, поздняя телофаза

4.хромонемный.коэф.компакт.1000, конец профазы, ранняя телофаза.

5.хромосомный. 10⁴ образ-ие в результате укладки хромонемы.

Эу- и гетерохроматии.

критерии	эухроматии	гетерохроматии
Уровень компактизации в интерфазе	1,2 ур	3,4 ур
Ген.активность	Активен, с него идет транскрипция	Не активен, ген. - инертен
Нуклеотический состав	А+Т›Г+Ц	Г+Ц›А+Т
Уникальные нуклеот.последоват	уникальные	повторяющиеся
Расположение(лок-я)	По всей длине плеча хромосомы	В зоне центромеры и кольц.участка теломера
Потеря небольших участков сказывается на фенотипе	сказывается	Потеря даже значимых участков не проявляется в фенотипе
Репликация	Реплицирование сначало эурохроматин затем гетерохроматин

Функции гетерохроматина: разделитель структурных генов и регулятор их активности; синтез РНК и участие в образовании ядрышек в телофазе митоза; образование миаптического комплекса при кальюгации (слиянии) гомологич.хромосом в мейозе.

Виды гетерохр: структурный (конститут, пост.) и факультативный, т.е. временно перевед.(половой хроматин или тельце Баро).