Што такое храмаціне: вызначэнне, будова і функцыі

Біяхімічныя даследаванні ў генетыцы - важны спосаб вывучэння асноўных яе элементаў - храмасом і генаў. У дадзеным артыкуле мы разгледзім, што такое храмаціне, высветлім яго будова і функцыі ў клетцы.

Спадчыннасць - асноўная ўласцівасць жывой матэрыі

Да галоўных працэсам, якія характарызуюць арганізмы, якія жывуць на Зямлі, ставяцца дыханне, харчаванне, рост, вылучэнне і размнажэнне. Апошняя функцыя з'яўляецца найбольш значнай для захавання жыцця на нашай планеце. Як не ўспомніць, што першай запаведдзю, дадзенай Богам Адаму і Еве была наступная: «Пладзіцеся і размнажайцеся». На ўзроўні клеткі генератыўная функцыя выконваецца нуклеінавых кіслот (якое складае рэчыва храмасом). Гэтыя структуры будуць разгледжаны намі ў далейшым.

Дадамо таксама, што захаванне і перадача спадчыннай інфармацыі нашчадкам ажыццяўляецца па адзіным механізме, які зусім не залежыць ад узроўню арганізацыі асобіны, гэта значыць і для віруса, і для бактэрый, і для чалавека ён ўніверсальны.

Што з'яўляецца рэчывам спадчыннасці

У дадзенай працы мы вывучаем храмаціне, будова і функцыі якога наўпрост залежаць ад арганізацыі малекул нуклеінавых кіслот. Швейцарскім навукоўцам Мишером ў 1869 годзе ў ядрах клетак імуннай сістэмы былі выяўленыя злучэння, якія праяўляюць ўласцівасці кіслот, названыя ім спачатку нуклеином, а затым нуклеінавых кіслот. З пункту гледжання хіміі, гэта высокамалекулярныя злучэнні - палімеры. Іх мономера з'яўляюцца нуклеатыдаў, якія маюць наступнае будынак: пурынавых або пиримидиновое падстава, пентозы і рэшту ортофосфорной кіслаты. Навукоўцы ўсталявалі, што ў клетках могуць быць два выгляду нуклеінавых кіслот: ДНК і РНК. Яны ўваходзяць у комплекс з вавёркамі і ўтвораць рэчыва храмасом. Гэтак жа як і вавёркі, нуклеінавыя кіслоты маюць некалькі узроўняў прасторавай арганізацыі.

У 1953 году лаўрэатамі Нобелеўскай прэміі Уотсанам і Крыкам было расшыфравана будынак ДНК. Яна ўяўляе сабой малекулу, якая складаецца з двух ланцугоў, злучаных паміж сабой вадароднымі сувязямі, якія ўзнікаюць паміж азоцістымі падставамі па прынцыпе камплементарнай (насупраць аденина размяшчаецца тиминовое падстава, насупраць цитозина - гуаниновое). Храмаціне, будова і функцыі якога мы вывучаем, утрымлівае малекулы дэзаксірыбануклеінавай і рібанукляінавай кіслаты рознай канфігурацыі. На гэтым пытанні мы спынімся больш падрабязна ў раздзеле "Узроўні арганізацыі храмаціне».

Лакалізацыя рэчывы спадчыннасці ў клетцы

ДНК прысутнічае ў такіх цитоструктурах, як ядро, а таксама ў арганэл, здольных да дзялення - мітахондрыях і хларапластах. Гэта звязана з тым, што дадзеныя арганоіды выконваюць найважнейшыя функцыі ў клетцы: сінтэз АТФ, а таксама сінтэз глюкозы і адукацыя кіслароду ў клетках раслін. На сінтэтычнай стадыі жыццёвага цыкла матчыны арганэл падвойваюцца. Такім чынам, даччыныя клеткі ў выніку Мітоз (дзялення саматычных клетак) або мейоза (адукацыі яйкаклетак і народкаў) атрымліваюць неабходны арсенал клеткавых структур, якія забяспечваюць клеткі пажыўнымі рэчывамі і энергіяй.

Рібанукляінавай кіслата складаецца з аднаго ланцуга і мае меншую малекулярную масу, чым ДНК. Яна ўтрымліваецца як у ядры, так і ў гиалоплазме, а таксама ўваходзіць у склад шматлікіх клеткавых арганоідаў: рыбасом, мітахондрый, Эндаплазматычная сеткі, пластыд. Храмаціне ў гэтых арганэл звязаны з вавёркамі-гистонами і ўваходзіць у склад плазмид - колцавых замкнёных малекул ДНК.

Храмаціне і яго структура

Такім чынам, мы ўсталявалі, што нуклеінавыя кіслоты ўтрымліваюцца ў рэчыве храмасом - структурных адзінках спадчыннасці. Іх храмаціне пад электронным мікраскопам мае выгляд гранул або ніткападобных адукацый. Ён змяшчае, акрамя ДНК, яшчэ і малекулы РНК, а таксама вавёркі, якія праяўляюць асноўныя ўласцівасці і названыя гистонами. Усе вышэйпералічаныя структуры ўваходзяць у склад нуклеосом. Яны ўтрымліваюцца ў храмасомах ядра і называюцца фібрыл (ніткі-саленоіда). Падводзячы вынік ўсяго вышэйсказанага, вызначым, што такое храмаціне. Гэта комплекснае злучэнне дэзаксірыбануклеінавай кіслаты і спецыяльных бялкоў - гистонов. На іх, як на шпулькі, накручваюцца двухцепочечной малекулы ДНК, утвараючы нуклеосомы.

Ўзроўні арганізацыі храмаціне

Рэчыва спадчыннасці мае розную структуру, якая залежыць ад шматлікіх фактараў. Напрыклад, ад таго, якую стадыю жыццёвага цыклу перажывае клетка: перыяд дзялення (метоз або мейоз), пресинтетический або сінтэтычны перыяд Інтэрфаза. З формы саленоіда, або фібрылы, як найбольш просты, адбываецца далейшая компактизация храмаціне. Гетерохроматин - больш шчыльнае стан, утвараецца ў інтроны участках храмасомы, на якіх немагчымая транскрыпцыя. У перыяд спакою клеткі - Інтэрфаза, калі адсутнічае працэс дзялення, - гетерохроматин размяшчаецца ў кариоплазме ядра па перыферыі, паблізу яго мембраны. Ўшчыльненне ядзернага змесціва адбываецца ў постсинтетическую стадыю жыццёвага цыклу клеткі, гэта значыць непасрэдна перад дзяленнем.

Ад чаго залежыць кандэнсацыя рэчывы спадчыннасці

Працягваючы вывучаць пытанне "што такое храмаціне", навукоўцы ўсталявалі, што яго ўшчыльненне залежыць ад бялкоў-гистонов, якія ўваходзяць разам з малекуламі ДНК і РНК у склад нуклеосом. Яны складаюцца з бялкоў чатырох відаў, званых кароў і линкерными. У момант транскрыпцыі (счытванне інфармацыі з генаў з дапамогай РНК) рэчыва спадчыннасці слаба кандэнсаваных і носіць назву эухроматина.

У цяперашні час асаблівасці размеркавання малекул ДНК, звязаных з гистоновыми вавёркамі, працягваюць вывучацца. Напрыклад, навукоўцы высветлілі, што храмаціне розных локусов адной і той жа храмасомы адрозніваецца узроўнем кандэнсацыі. Напрыклад, у месцах прымацавання да храмасоме нітак верацяна дзялення, званых центромерами, ён больш шчыльны, чым у теломерных участках - канцавых локусах.

Гены-рэгулятары і склад храмаціне

У канцэпцыі рэгуляцыі геннай актыўнасці, створанай французскімі генетыкамі Жакоб і Мона, даецца ўяўленне пра існаванне участкаў дэзаксірыбануклеінавай кіслаты, у якіх няма інфармацыі аб структурах бялкоў. Яны выконваюць чыста бюракратычныя - кіраўнічыя функцыі. Называючыся генамі-рэгулятарамі, гэтыя часткі храмасом, як правіла, у сваёй структуры пазбаўленыя бялкоў-гистонов. Храмаціне, вызначэнне якога быў праведзены метадам секвенирования, атрымаў назву адкрытага.

У ходзе далейшых даследаванняў было ўстаноўлена, што ў гэтых локусах размешчаны паслядоўнасці нуклеатыдаў, якія перашкаджаюць далучэнні да малекулам ДНК бялковых часціц. Такія ўчасткі ўтрымліваюць рэгулятарныя гены: промотор, эхансеры, актыватары. Компактизация храмаціне у іх высокая, а даўжыня гэтых участкаў у сярэднім складае каля 300 нм. Існуе біяхімічны метад вызначэння адкрытага храмаціне ў ізаляваных ядрах, пры якім выкарыстоўваюць фермент ДНК-азу. Ён вельмі хутка расшчапляе локуса храмасом, пазбаўленыя бялкоў-гистонов. Храмаціне ў гэтых участках быў названы звышадчувальных.

Ролю рэчывы спадчыннасці

Комплексы, якія ўключаюць ДНК, РНК і бялок, званыя храмаціне, удзельнічаюць у антагенезе клетак і змяняюць свой склад у залежнасці ад тыпу тканіны, а таксама ад стадыі развіцця арганізма ў цэлым. Напрыклад, у эпітэліяльных клетках скуры такія гены, як эхансер і промотор, заблакаваныя вавёркамі-репрессоры, а гэтыя ж рэгулятарныя гены ў сакраторных клетках эпітэлія кішачніка актыўныя і знаходзяцца ў зоне адкрытага храмаціне. Навукоўцы-генетыкі ўсталявалі, што на долю ДНК, ня кадавальныя вавёркі, прыходзіцца больш за 95% усяго геному чалавека. Гэта значыць, што кіраўнікоў генаў нашмат больш, чым тых, якія адказныя за сінтэз пептыдаў. Ўкараненне такіх метадаў, як ДНК-чыпы і секвенирование, дазволіла высветліць, што такое храмаціне, і, як следства, правесці карціравання геному чалавека.

Даследаванні храмаціне вельмі важныя ў такіх галінах навукі, як генетыка чалавека і медыцынская генетыка. Гэта звязана з рэзка ўзрослым узроўнем з'яўлення спадчынных захворванняў - як генных, так і хромосомных. Ранняе выяўленне гэтых сіндромаў павышае працэнт станоўчых прагнозаў пры іх лячэнні.