Хромосомный уровень организации генетического материала

● Химический состав хромосом;

● Структурная организация хроматина;

● Морфология хромосом;

● Теломера и теломераза

Термин хромосома был предложен в 1888г. Немецким морфологом В. Вальдейером, (от греческого хрома- цвет, краска, и сома – тело.)

Немецкий цитолог и Американский цитолог

Эмбриолог Т. Бовери (1902-1907) У. Сеттон (1902-1903)

п ришли к утверждению

тесной связи наследственного

материала

с хромосомами, что легло в основу хромосомной теории

наследственности.

Детальная разработка этой теории была осуществлена школой американских генетиков, возглавляемой Т.Морганом.

Химический состав хромосом.

Химический состав хромосом.

Хромосома

ДНК + белки = РНК, липиды, полисахариды,

нуклепротеиновый комплекс ионы металлов.

Является материальным

носителем свойств наследственности и

изменчивости и заключает в себе

биологическую информацию – программу

р азвития клетки

Принимают участие в сложной упаковке ДНК в хромосоме и регуляции ее способности к синтезу РНК (на их долю приходится 65 % массы)

Белки хромосом

гистоновые негистоновые

Гистоны – 5 фракций Н1,Н2А,Н2В,Н3,Н4 + заряженные (основные)

Негистоновые белки(кислые),более 100фракций.

Гистоны – 5 фракций Н1,Н2А,Н2В,Н3,Н4 + заряженные(основные)

Прочно соединяются с молекулой

РНК, чем препятствуют считыванию

заключенной в ней информации–

это регуляторная роль белков.

С труктурная роль заключается в

обеспечении пространственной

организации ДНК в хромосоме.

Негистоновые белки (кислые), более 100 фракций.

Днк хромосом

Общая длина всех 46 молекул ДНК, находящиеся в ядре человеческой клетки – около 190 см. Эти молекулы существенно различаются по размерам; средняя же длина одной из них, как не трудно найти примерно 4см.

Структурная организация хроматина

Хроматин – основа хромосом эукариотических клеток, одна из важнейших форм плотной упаковки молекул ДНК в клетке.

Хроматин – это комплекс сверхспиральной ДНК со специфическими белками (гистоновыми и негистоновыми).

Чисто внешне хроматиновое волокно представляет подобие бус, нанизанных на нитку.

Уровни упаковки генетического материала

I. Нук-леосомная нить.

Этот уровень организации хроматина обеспечивается четырьмя видами нуклеосомных гистонов : Н2А, Н2В, Н3, Н4. Они образуют, напоминающие по форме шайбу, белковые тела – коры, состоящие из 8 молекул.

Молекула ДНК взаимодействуют с белковыми корами, спирально накручиваясь на них. При этом в контакте с каждым кором оказывается участок ДНК, состоящий из 146 пар нуклеотидов. Свободные от контакта с белковыми телами участки ДНК называются связующими или линкерными. Длина ДНК уменьшается в 5-7 раз.

Н уклеосома представляет вид цилиндра, содержащий по 2 молекулы . каждого из 4-х гистонов, вокруг которого ДНК образует около 2 витков и переходит на следующий цилиндр.

II. Хроматиновая фибрилла (соленоидный уровень) (супернуклеосомный)

Д альнейшая компактизация нуклеосомной нити обеспечивается гистоном Н₁ , который, соединяется с линкерной ДНК и двумя соседними белковыми телами, сближает их друг с другом, образуя спираль диаметром 25 нм. Один виток спирали содержит 6-10 нуклеосом. Этим достигается укорочение структуры в 6 раз. Образуется структура по типу соленоида (в переводе трубка).

III. Интерфазная хромонема (хроматидный или петлевой уровень организации)

Супернуклеосомная нить спирализуется с образованием петель и изгибов. В ее образовании, по-видимому, принимает участие негистоновые белки, которые способны узнавать специфические нуклеотидные последовательности ДНК, отдаленные друг от друга на расстоянии в несколько тысяч пар нуклеотидов. Эти белки сближают указанные участки с образованием петель из расположенных между ними фрагментов хроматиновой фибриллы. Участок ДНК, соответствующий одной петле, содержит от 2000 до 8000п.н. Нить укорачивается в 10-20 раз.

IV. Метафазная хромосома

Отдельные участки интерфазой хромонемы подвергаются дальнейшей компактизации, образуя структурные блоки, объединяющие соседние петли с одинаковой организацией.

Они выявляются в интерфазном ядре в виде глыбок хроматина.

Возможно, существование таких структурных блоков обусловливает картину неравномерного распределения некоторых красителей в метафазных хромосомах.

В зависимости от состояния хроматина выделяют эухроматиновые участки хромосом (функционально активные) отличающиеся меньшей плотностью упаковки.

Гетерохроматиновые участки – функционально неактивные, с компактной организацией, генетически инертны.

Вступление клетки из интерфазы в митоз сопровождается суперспирализацией хроматина.

Теломеры – специализированные концевые районы линейной хромосомной ДНК, состоящие из многократно повторяющихся коротких нуклеотидных последовательностей.

Построены из дезоксинуклеопротеидов (ДНП),

комплекс ДНК с белками

наиболее

известные теломерные

белки

Rap1 TRF1

(у дрожжей) (у млекопитающих)

фракция гетерохроматина

Благодаря белкам, теломеры имеют плотную упаковку, т.е. относятся к фракции гетерохроматина.

1938 год

Б.Мак-Клинток Г.Мёллер

постулировали существование специальных структур на концах хромосом.

Ученые обнаружили, что фрагментация хромосом (под действием рентгеновского облучения) ведет к хромосомным перестройкам и деградации хромосом.

В сохранности остаются лишь области хромосом, прилегающие к их естественным концам. Лишенные концевых теломер, хромосомы начинают сливаться с большой частотой, что приводит к тяжелым генетическим аномалиям независимо друг от друга.

Естественные концы линейных хромосом защищены специальными структурами – теломерами (от греч. телос - конец, мерос - часть).

Первыми объектами исследования были одноклеточные простейшие – ресничная инфузория – тетрахимена

У тетрахинем в теломерной ДНК одна цепь сильно обогащена остатками гуаниловой кислоты (G - богатая цепь) – TTGGGG

ДНК человека построена из тех же блоков – TTAGGG. Разница в одну букву

В теломерной ДНК не закодировано никаких белков. У всех организмов теломеры выполняют универсальную функцию.