Надмолекулярна організація хромосом називається ще або спирализация. або конденсацією. або компактизації.
В даний час прийнято три рівня 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 в 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 - нуклеосомної. Елементарної структурою хромосоми, розрізняють за допомогою електронного мікроскопа, є нитка, діаметром 10-13 нм, що представляє собою комплекс ДНК і гістонових білків. Ця нитка складається з гістонові остова (у вигляді ланцюжка розташованих один за одним білкових тілець дисковидной форми), поверх якого спірально закручена нитка ДНК. Комплекс ДНК і гістонів на рівні одного дисковидного тільця називається нуклеосоме. Вона містить по дві молекули кожного з 4-х типів гистона (Н2А, Н2В, НЗ, Н4), з'єднаних в формі октамера. ДНК в нуклеосоме лежить поверх октамера, накручуючи спірально на гістонові остов. На рівні кожної нуклеосоми ДНК утворює 2,3 обороту спіралі, що відповідає приблизно 200 парам нуклеотидів. Зв'язок між сусідніми нуклеосомами здійснюється за рахунок гистона HI. На цей зв'язує дільницю припадає 60 пар нуклеотидів. Формується нитка діаметром приблизно 11 нм.
Нуклеосома - це універсальна частка, яка виявляється як у еухроматину, так і в гетерохроматин, в інтерфазних ядрі і метафазних хромосомах.
У разі лінійної випрямляемості, яка навряд чи присутній в живій клітині, утворена нуклеосомами структура нагадує нитку "бус" і називається нуклеосомної ниткою. Завдяки нуклеосомної організації хромосом відбувається вкорочення вихідної довжини ДНК в 7раз, тобто відбувається компактизація. Це, мабуть, стан інтерфазної хромосоми, її еухроматінових ділянок.
Подальша компактизація ДНК у складі хромосом пов'язана з утворенням наднуклеосомних структур. Так, вторинний рівень хромосомної укладання ДНК виражається в формуванні суперспіральну нитки (соленоїда), в якій вихідна молекула ДНК коротшає в 40раз. Товщина досягає 30-40 нм. При утворенні суперспирали нуклеосомна нитка спірально закручується за рахунок взаємодії гістонів HI і НЗ. Не виключено також і участь в цьому негістонових білків. Цей рівень укладання ДНК відповідає, мабуть, спостерігаються під світловим мікроскопом профазних мітотичним і мейотіческіх хромосомами. Або інтерфазна, але не транскрібіруемих, можливо, ділянкам хромосом, т. Е. Гетерохроматинових.
Третій рівень хромосомної укладання вивчений найменше.
Існує дві моделі: в основу першої покладено принцип спірального укладання, в основі другої - будова за принципом складання петель. В останні роки накопичено численний матеріал, який свідчить про реальності петлеподібних структур в хромосомі, і їх щільній упаковці в метафазної хромосомі навколо осьового каркаса, побудованого з негістонових білків. Петльові структури, але не щільно упаковані, є і в інтерфазних хромосомі. Навколо каркаса, як в щітці-ерше, розташовуються петлі суперспіральну нитки. Причому кінці кожної петлі локалізуються на одній і тій же точці білкового каркаса. Передбачається також, що петлі можуть скручуватися навколо своєї власної осі, тобто метафазну хромосому можна зобразити у вигляді щільно укладених соленоїдних петель, згорнутих в тугу спіраль. Типова хромосома людини може містити до 2600 петель.
Упаковка ДНК в хроматин забезпечує багаторазове скорочення лінійних розмірів ДНК, необхідне для розміщення її в ядрі. При цьому треба залишити доступними певні послідовності ДНК для регуляторних факторів і ферментів транскрипції. Ці завдання вирішуються на рівні упаковки ДНК в хроматин, яка відбувається в кілька етапів. Найбільш вивченими є три перших рівня упаковки: (1) накручування ДНК на нуклеосоми з утворенням нуклеосомної нитки діаметром 10 нм, (2) компактизація нуклеосомної нитки з утворенням так званої 30-нм фібрили і (3) згортання останньої в гігантські (50 - 200 тисяч п. н.) петлі, закріплені на білкової скелетної структурі ядра - ядерному матриксі [16].
Третій рівень укладання - це конденсація профазних хромосоми в метафазну. Товщина такої структури досягає 1400 нм, (дві хроматиди), а молекула ДНК при цьому коротшає в I0 4 раз, тобто з 5 см розтягнутої ДНК до 5 мкм. Ця суперспіралізації супроводжується фосфорилюванням в клітці всіх молекул HI. У будь-якому випадку, ДНК в ядрах еукаріотів утворює ієрархічну систему спіралей і петель, основною одиницею якої є нуклеосома. Нуклеосоми, в свою чергу, розташовані не скрізь суворо однаково. Ці малопомітні і маловивчені відмінності біологічно дуже важливі, тому що мабуть, вони переважно відбуваються в тих областях хроматину, де знаходяться активні гени. В S-період інтерфази процес реплікації якимось чином, як - невідомо, проходить через нуклеосоми батьківської ланцюга хроматину, які переходять на одну з дочірніх спіралей 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 собі як РНК-полімераза може транскрибувати асоційовану з гистонами ДНК без будь-яких помітних зраді-ний в організації нуклеосоми. Але в клітинах ембріонів комах в області активованих генів для р-РНК, мабуть, нуклеосоми відсутні. І біохімічні відмінності між транскрібіруемих активним і неактивним хроматином виявлені. Зокрема, HI з'єднаний з нуклеосомами набагато менш міцно в активному хроматині і взагалі гістони в цих ділянках обна-ружівают більш високий ступінь ацетилювання.
4.2.3.5. Рівні укладання хромосом
Різке скорочення довжини хромосом при конденсації досягається за рахунок декількох рівнів їх укладання.
Отримане в результаті зменшення довжини становить приблизно 10.000 разів:
молекули ДНК загальною довжиною # 61566; 200 см укладаються в метафазних хромосомах загальною довжиною # 61566; 200 мкм.
14.Особенності будови інтерфазних хромосом. Їх функція. Поняття про хроматині, види хроматину. Статевий хроматин.
Хроматин - комплекс ДНК і білків (гістонових і негістонових). Хроматин є інтерфазних формою існування хромосом.
1.Еухроматін; 2. Гетерохроматин
Рис.26. Хроматин інтерфазних хромосом.
У цей період різні ділянки хромосом мають неоднакову ступінь компактизації. Найбільшою мірою компактизации мають генетично інертні ділянки хромосом. Вони добре фарбуються ядерними барвниками і називаються гетерохроматином. Розрізняють конститутивним і факультативний гетерохроматин.
Конститутивним гетерохроматин утворений нетранскрібіруемой ДНК. Вважають, що він бере участь в підтримці структури ядра, прикріплення хромосом до ядерної оболонці, впізнавання при мейозі гомологічних хромосом, поділі сусідніх структурних генів і в процесах регуляції їх активності.
Факультативний гетерохроматин. на відміну від конститутивного, може ставати транскрібіруемих на певних стадіях клітинного диференціювання або онтогенезу. Прикладом факультативного гетерохроматину може служити тільце Барра, що утворюється у організмів гомогаметний статі за рахунок інактивації однієї з Х-хромосом.
Декомпактізірованние ділянки хромосом, які погано фарбуються ядерними барвниками, називаються еухроматин. Це функціонально активний, транскрібіруемих хроматин.