Organizarea supramoleculară a cromozomilor se numește și spiralizare. sau condensare. sau compactarea.
În prezent sunt acceptate trei nivele de organizare supramoleculară a cromozomilor: primar, secundar, terțiar.
Compactarea ADN la celule eucariote este importantă din două motive: permite să nu se confunde și ordonat aranja molecule de ADN foarte mult timp într-un volum mic al nucleului celulei și, în plus, este o modalitate de a controla funcția genelor - natura umpluturii ADN afectează activitatea anumitor părți ale genomului.
Nivelul primar al organizării supramoleculare este nucleozomal. Structura elementară a cromozomului, distinsă printr-un microscop electronic, este un filament cu diametru de 10-13 nm, care este un complex de proteine ADN și histone. Acest fir constă dintr-un schelet de histonă (sub forma unui lanț de corpuri de proteine în formă de disc dispuse unul în spatele celuilalt), peste care este înfășurată spirală o catenă de ADN. Un complex de ADN și histone la nivelul unui corp discoid este numit nucleozom. Acesta conține două molecule din fiecare dintre cele patru tipuri de histone (H2A, H2B, NS, H4), conectate sub forma unui octamer. ADN-ul în nucleozomă se află în partea superioară a octamerului, înfășurat spiralat pe scheletul histonei. La nivelul fiecărui nucleozom, ADN-ul formează 2,3 rotații ale helixului, ceea ce corespunde la aproximativ 200 de perechi de nucleotide. Legătura dintre nucleozomii vecini se datorează histonului HI. Acest situs de legare reprezintă 60 de perechi de nucleotide. Se formează un fir cu un diametru de aproximativ 11 nm.
Un nucleozom este o particulă universală care se găsește atât în eucromatină, cât și în heterochromatină, în nucleul interfazic și cromozomul metafazic.
În cazul rectiligibilității liniare, care este aproape imposibil de prezentat într-o celulă vie, structura nucleozomică seamănă cu un șir de "margele" și se numește un nucleozom. Datorită organizării nucleozomale a cromozomilor, lungimea originală a ADN-ului este scurtată de 7 ori, adică există o compactare. Aceasta, aparent, este starea cromozomului interfazic, a regiunilor sale eucromatice.
Compensarea suplimentară a ADN-ului în cromozomi este asociată cu formarea structurilor supranucleozomice. Astfel, nivelul secundar al ambalării ADN-ului cromozomial este exprimat în formarea unui filament (solenoid) supercoilat, în care molecula de ADN inițială este scurtată de 40 de ori. Grosimea ajunge la 30-40 nm. La formarea superspirală, filamentul nucleozomic este răsuciit spiralat datorită interacțiunii histonilor HI și NS. De asemenea, este posibil ca proteinele non-histone să participe la acest proces. Acest nivel de ambalare a ADN-ului corespunde, aparent, cu prophase cromozomilor mitotici și meiotici observați sub microscopul luminos. Sau interfazice, dar nu transcrise, eventual, secțiuni ale cromozomilor, adică heterochromatin.
Cel de-al treilea nivel al plierelor cromozomiale este studiat cel mai puțin.
Există două modele: prima se bazează pe principiul de stabilire a spiralei, al doilea se bazează pe principiul buclelor pliabile. În ultimii ani, el a acumulat o mare cantitate de materiale, vorbind despre realitatea structurilor buclă în cromozom, și ambalajele lor dens de cromozomul metafaza în jurul scheletului axial construit de proteine non-histonice. Structuri de buclă, dar nu dens ambalate, există în cromozomul interfazic. În jurul cadrului, ca și într-o manșetă de perie, sunt localizate buclele unui filament supercoilat. Iar capetele fiecărei buclă sunt localizate în același punct al cadrului proteic. De asemenea, se presupune că buclele pot fi răsucite în jurul axei lor proprii, i. E. Cromozomul metafazic poate fi reprezentat ca bucle solenoidale împachetate dens într-o spirală strânsă. Un cromozom uman tipic poate conține până la 2600 de bucle.
Ambalarea ADN în cromatină asigură o reducere multiplă a dimensiunilor liniare ale ADN-ului, care este necesară pentru a fi plasată în nucleu. În același timp, trebuie să existe anumite secvențe ADN pentru factorii de reglementare și enzimele de transcripție. Aceste probleme sunt rezolvate la nivelul ambalării ADN-ului în cromatină, care are loc în mai multe etape. Cel mai studiat este primele trei niveluri de ambalare: (1) infasurarea ADN-ul nucleozomi pentru a forma diametrul filamentului nucleozomului de 10 nm, (2) tasare firelor nucleozomal pentru a forma o așa-numită fibrils 30 nm, și (3) plierea acesteia din urmă în gigant (5-20 tysyach etc) bucle fixate pe structura scheletică a nucleului nucleului - matricea nucleară [16].
Cel de-al treilea nivel al ambalării este condensarea cromozomului profatic în cromozomul metafazic. Grosimea unei astfel de structuri atinge 1400 nm (două cromatide), iar molecula ADN este scurtată de 10 ori, adică cu 5 cm de ADN întins până la 5 pm. Această supraaglomerare este însoțită de fosforilarea în celula tuturor moleculelor de HI. În orice caz, ADN-ul în nucleele celulelor eucariote, formează un sistem ierarhic de bobine și bucle, care este unitatea de bază a nucleozomului. Nucleozomii, la rândul lor, nu sunt întotdeauna exact aceleași. Aceste diferențe discrete și puțin înțelese sunt importante din punct de vedere biologic, deoarece aparent, acestea se produc predominant în acele zone ale cromatinei în care sunt localizate genele active. Procesul de replicare interfază S-perioada ca într-un fel - este necunoscut, trece prin cromatină lanț nucleozomi mamă care trec pe una dintre catenele subsidiare ale ADN-ului. Apoi toate noua octomeri de histoni se alătură celei de-a doua helix-uri a ADN-ului fiică, fără nucleozomi.
Structura nucleozomul este conservată în timpul transcripția ADN-ului, deși destul de dificil de imaginat modul în care ARN-polimerazei poate transcrie ADN-ul asociat cu histonelor, fără nici o schimbare notabilă TION în organizarea nucleozomul. Dar în celulele embrionilor de insecte din regiunea genelor activate pentru ARN-ul p, nu se pare că există nucleozomi. Și sunt detectate diferențe biochimice între cromatina activă transcrisă și inactivă. În particular, HI este legat de nucleozomi mult mai puțin puternic în cromatina activă și în general histonele în aceste secțiuni relevă un grad mai mare de acetilare.
4.2.3.5. Nivelurile de stivuire a cromozomilor
O scurtare bruscă a lungimii cromozomului în timpul condensării se realizează datorită mai multor niveluri de ambalare a acestora.
Reducerea totală a lungimii este de aproximativ 10.000 de ori:
Molecule ADN de lungime totală # 61566; 200 cm se potrivesc în cromozomi metafază cu lungimea totală # 61566; 200 pm.
14. Caracteristicile structurii cromozomilor interfazici. Funcția lor. Conceptul de cromatină, tipurile de cromatină. Cromatină genitală.
Cromatina este un complex de ADN și proteine (histone și non-histone). Cromatina este o formă interfazică a existenței cromozomilor.
1.Euhromatin; 2. Heterochromatin
Fig.26. Cromozomi de interfază cromatină.
În această perioadă, diferitele regiuni de cromozomi au un grad de compactitate inegal. Regiunile inerte genetice ale cromozomilor posedă cel mai mare grad de compactitate. Ele sunt bine colorate cu coloranți nucleari și se numesc heterochromatin. Există heterochromatină constitutivă și facultativă.
Heterochromatina constitutivă este formată din ADN netranscripționat. Se crede că este implicată în menținerea structurii atașament nucleului, cromozom la plic nucleare, recunoașterea cromozomi omologi în timpul meiozei, separarea genelor structurale adiacente și a proceselor de reglementare a activității acestora.
Heterochromatină opțională. spre deosebire de constitutiv, poate deveni transcris în anumite stadii de diferențiere celulară sau ontogenie. Un exemplu de heterochromatină facultativă este corpul lui Barra, care se formează în organismele sexului homogametic datorită inactivării unuia dintre cromozomii X.
Regiunile decompacte ale cromozomilor, care sunt slab colorate de coloranții nucleari, se numesc euchromatină. Este o cromatină transcrisă din punct de vedere funcțional.