Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow География arrow ГЕНЕТИКА В 2 Ч. ЧАСТЬ 1
Посмотреть оригинал

Структурная организация эукариотической хромосомы

Хроматин, т. е. вещество, из которого построена эукариотическая хромосома, представляет собой сложный нуклеопротеидный комплекс. Помимо молекулы ДНК в состав этого комплекса входят гистоновые и негистоновые белки.

Гистоновые белки (гистоны) встречаются в хромосомах всех видов эукариотических организмов, но отсутствуют у прокариот. Они являются универсальными белками, не обладающими видовой специфичностью, и подразделяются на пять основных классов, которые принято обозначать символами Я1, Н2А, Н2В, ЯЗ и Я4.

Различаясь между собой по аминокислотному составу и ряду физикохимических и иммунологических свойств, гистоны всех указанных классов представляют собой небольшие по размерам белковые молекулы, в структуре которых содержится значительное количество основных аминокислот: аргинина и лизина, - что обеспечивает их положительный электрический заряд. Благодаря этой особенности они могут соединяться с отрицательно заряженной ДНК, образуя ДНК-гистоновый комплекс. Таким образом, гистоны выполняют важную функцию, связанную со специфической упаковкой огромной по размерам молекулы ДНК в компактную структуру хроматиды.

Негистоновые белки, присутствующие в составе хроматина, разнообразны по структуре и выполняют разные функции, обеспечивающие процессы репликации ДНК, транскрипции, восстановления повреждений генетического материала и др. Эти белки могут иметь отличия у организмов разных видов, т. е. характеризоваться видовой специфичностью. Полагают, что некоторые негистоновые белки благодаря кислотному типу их строения (электроотрицательному заряду) способны взаимодействовать с гистонами, изменяя суммарный положительный электрический заряд и другие свойства последних. Такие модификации гистонов, в свою очередь, приводят к изменению ДНК-гистоновых взаимоотношений в тех или иных участках хромосомы.

ДНК-гистоновые комплексы эукариотической хромосомы формируют хроматиновые волокна, внешне напоминающие нитки бус, элементарные структурные единицы которых получили название нуклеосом. Нукпеосома представляет собой образование, состоящее из фрагмента ДНК величиной 140-160 пар нуклеотидов, который обвивается вокруг белкового октамера (нуклеосомного кора), имеющего диаметр около 10 нм и содержащего 8 гистоновых молекул (по две молекулы каждого из гистонов: Н2А> И2В, ЯЗи//4) (рис. 5.41).

В промежутках между отдельными нуклеосомами находятся соединительные участки ДНК, называемые линкерами (спейсерами), длина которых составляет в среднем 50-60 пар нуклеотидов. С линкерным участком связывается молекула гистона #1, обеспечивая соединение двух соседних нуклеосом. Цепочка соединенных таким образом нуклеосом (полинуклео- сома) формирует винтообразную первичную структуру (рис. 5.41). Последующая многоступенчатая укладка таких структур приводит к сложной пространственной их упорядоченности, определяющей компактную упаковку генетического материала в составе хроматина (рис. 5.42). Так, например, в среднюю по размерам метафазную хромосому человека, состоящую из двух идентичных хроматид длиной порядка 4 мкм, укладываются две одинаковые молекулы ДНК (по одной на хроматиду), каждая из которых имеет длину около 40 000 мкм (4 см).

Схематическое изображение вытянутого участка первичной спирали хроматинового волокна, состоящего из трех нуклеосом

Рис. 5.41. Схематическое изображение вытянутого участка первичной спирали хроматинового волокна, состоящего из трех нуклеосом

Модель компактной упаковки нуклеосом в винтообразную структуру (соленоид), входящую в состав хроматида

Рис. 5.42. Модель компактной упаковки нуклеосом в винтообразную структуру (соленоид), входящую в состав хроматида

Необходимо отметить, что плотность упаковки (степень конденсации) хроматина неодинакова в разных участках одной и той же хромосомы. Плотно упакованный (конденсированный) хроматин получил название гетерахроматина, а слабо упакованный (деконденсированный) - эухроматина. С помощью специальных методов окрашивания можно дифференцировать гетерохроматиновые и эухроматиновые участки той или иной хромосомы.

В околоцентромерных районах разных хромосом и в коротких плечах акроцентрических хромосом присутствует гетерохроматин, называемый структурным (конститутивным), который выявляется как во время митотического деления клетки, так и в интерфазном ядре. Существует гипотеза, что в ДНК структурного гетерохроматина либо отсутствуют гены, контролирующие синтез метаболически значимых белков, либо в ней содержится очень мало таких генов.

В различных хромосомах имеется также факультативный гетерохроматин, который возникает при некоторых условиях путем компактизации эухроматиновых районов и содержит значительное число функционально значимых структурных генов. Однако такая гетерохроматинизация того или иного района носит обратимый характер, т. е. сохраняется возможность повторной деконденсации его хроматина.

Основные данные о факультативном гетерохроматине были получены при изучении гигантских (политенных) интерфазных хромосом клеток слюнных желез личинок дрозофилы, каждая из которых содержит несколько тысяч копий неразделившихся хроматидных структур. Есть основания считать, что гетерохроматинизация может избирательно захватывать различные районы хромосом всех видов эукариотических организмов. Примером факультативного гетерохроматина у млекопитающих и человека является компактизацня одной из двух Л'-хромосом в соматических клетках организмов женского пола, приводящая к формированию тельца полового хроматина интерфазных ядер.

В отличие от эухроматиновых районов гетерохроматиновые участки хромосом являются генетически неактивными (либо малоактивными), что связано со способностью гистонов, формирующих нуклеосомный кор (Н2Л, И2В, НЗ, НА), подавлять (ингибировать) транскрипцию тесно связанных с ними участков молекулы ДНК. Следовательно, в гетерохроматине может ингибироваться транскрипция целой группы генов одновременно, т. е. проявляется принцип групповой регуляции активности генов.

Очевидно, для восстановления матричной активности плотно упакованных фрагментов ДНК не требуется полного удаления гистонового кора, но достаточно значительного ослабления пространственной связи ДНК с указанными гистонами (ослабления ДНК-гистоновых взаимоотношений). Как уже отмечалось, функцию, связанную с деконденсацией плотно упакованных районов хромосом, могут выполнять негистоновые белки- регуляторы, способные изменять электрический заряд и другие свойства гистонов. Такие белки способны активировать работу определенных генов, узнавая соответствующие участки ДНК в полинуклеосомной структуре, к которым они специфически прикрепляются. Предполагается, что связывающиеся с ДНК регуляторные белки узнают не только ее специфические нуклеотидные последовательности, но и те или иные геометрические варианты отдельных участков этой молекулы, например фрагменты молекулы, формирующие левозакрученную спираль (Z-форму) ДНК.

Таким образом, представления о дифференциальной гетерохромати- низации отдельных районов эукариотической хромосомы позволяют объяснить возможную причину различий в функциональной активности тех или иных групп генов этой хромосомы. При этом инактивация либо активация таких генов на разных этапах индивидуального развития организма (онтогенеза) может быть связана с изменениями в структурной организации (степени компактизации) хроматина соответствующего района хромосомы.

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы