5.2. Субмікроскопічна і молекулярна організація хромосом.

Яка ж субмікроскопічна та молекулярна організація мітотичних ХР? Процес утворення мітотичних ХР починається з конденсації елементів хромосомних фібрил, будову і склад яких ми вивчали. В результаті цього процесу утворюються товсті нитчасті утвори з середнім діаметром 0,2-0,3 мкм. Такі нитчасті хроматинові структури в складі ядер і ХР ще на початку 20 століття одержали назву хромонем. Слід зазначити, що з хромонемами зв’язаний ще один вид структур - так звані хромомери, які добре видно на стадії профази мейозу і ранньої профази мітозу, у вигляді почергово розміщених потовщень або вузликів. Розміщення хромомер для кожної даної ХР відносно постійне. Вважають, що хромомери, це щільно спіралізовані ділянки хромонемної нитки.

Після утворення хромонем відбувається їх подальша конденсація і ущільнення в результаті чого і виникає кінцева структура, яку ми називаємо хромосомою.

Довгий час було дискусійним питання про те, скільки молекул ДНК входить до складу хромосоми. Згідно теорії полінемної організації хромосом вона складається з 32 елементарних ниток ДНП, які розміщуються вздовж хромосоми і організовані по типу вірьовки, скрученої з багатьох ниток. Ці уявлення піддалися критиці, так як не узгоджувалися з даними генетики, зокрема, якщо ці нитки з точки зору набору генів одинакові, то не зрозуміло, яким чином можуть реалізуватися генні мутації, якщо різні, то як це узгодити з менделюванням ознак, з процесом кросинговеру, з принципом лінійного розміщення генів вздовж хромосом. В зв’язку з цими неузгодженнями і появилася теорія унінемної організації хромосом.

Згідно цієї теорії ХР повинна складатися з однієї гігантської молекули ДНК. З допомогою фізико-хімічних методів, зовсім недавно, було показано, що ХР ряду видів складаються лише з однієї молекули ДНК, тобто була доказана унінемна теорія організації ХР. Що стосується гіпотези про полінемію ХР, то або ж спостереження, що лежать в її основі є артефактами або ж вони неправильно пояснені. Не виключено і те, що є декілька різних принципів організації ХР еукаріотичних організмів.

Середня хромосома людини має 1 молекулу ДНК довжиною близько 150 млн. пар нуклеотидів.

В кожній окремій хромосомі людини міститься від 50х10⁶ до 250х10⁶ нуклеотидних пар.

Досить важливим є з’ясування питання, як в ХР упакована молекула ДНК, розміри якої можуть бути просто гігантськими. Так наприклад, довжина подвійної спіралі ДНК в першій хромосомі людини складає 70 000 мкм (7 см), а середня довжина ДНК хромосом людини 3 см. Тобто загальна довжина ДНК в ядрі людини дорівнює 46^х3=138 см. (За деякими даними 180 см). Якщо врахувати, що діаметр ядра не перевищує 5-6 мкм (5-6^х10^-4 см) тоді закономірним буде запитання про те, яким же чином такі гігантської довжини нитки упаковуються в хромосомах. Зрозуміло, що ДНК в таких ХР повинна бути упакована досить щільно. Це питання пояснюється вченими по різному, в зв’язку з чим появилося чимало різних моделей ХР.

Слід відзначити, що молекули ДНК вкорочуються за рахунок спірального упакування в хроматинову фібрилу. Це дозволяє зменшити лінійні розміри молекули ДНК, наприклад з 5 см лише до 1 мм. Тобто однієї спіралізації не достатньо для того, щоб досягти розмірів 5 мкм, а саме таку довжину має хромосома, що містить вище вказану ДНК. Існуючі нині дані дозволяють вважати, що в подальшому здійснюється петельне упакування ДНК в складі хромосом. Була висунута гіпотеза згідно якої гігантські петлі хроматину формуються і підтримуються з допомогою ДНК-зв’язуючих білків, які пізнають специфічні нуклеотидні послідовності двох віддалених одна від іншої ділянок хроматинової фібрили і зближають їх. Хоча розміри петель можуть варіювати досить сильно, звичайна довжина зібраної в петлю ДНК складає від 20 000 до 80 000 пар основ. Інакше кажучи, типова хромосома людини може містити (1,3х10⁸):(5х10⁴)=2600 петель, кожна із яких утворена ділянкою хроматинової фібрили з середньою довжиною близько 400 нм (0,4 мкм). Зібрана в петлі хромосомна ДНК людини буде мати в довжину вже близько 100 мкм; проте для того щоб ДНК могла вміститися всередині клітинного ядра вона повинна скрутитися в ще більш щільну структуру. Такими структурами є смуги в мітотичних хромосомах.

Цю модель можна вважати найбільш близькою до істини. Остаточно розв’язано дане питання буде тоді, коли будуть удосконалені методи електронної мікроскопії метафазних ХР.