Ce este cromatina: definiție, structură și funcții

Cercetarea biochimică în genetică este o modalitate importantă de a-și studia elementele de bază - cromozomii și genele. În acest articol, vom analiza ce este cromatina, afla structura și funcțiile sale în celulă.

Ereditatea este principala proprietate a materiei vii

Principalele procese care caracterizează organismele care trăiesc pe Pământ includ respirația, nutriția, creșterea, excreția și reproducerea. Această din urmă funcție este cea mai importantă pentru păstrarea vieții pe planeta noastră. Cum să nu ne amintim că prima poruncă dată de Dumnezeu lui Adam și Eve a fost următoarea: "Fii roditor și se înmulțește". La nivel celular, funcția generatoare este efectuată de acizii nucleici (substanța constitutivă a cromozomilor). Aceste structuri vor fi considerate de noi în viitor.

De asemenea, adăugăm că păstrarea și transferul informațiilor ereditare către descendenți se realizează printr-un singur mecanism, care este complet independent de nivelul de organizare al individului, adică de virus, de bacterii și de om, este universal.

Care este substanța eredității

În această lucrare, studiem cromatina, structura și funcțiile cărora depind direct de organizarea moleculelor de acid nucleic. Miescher cercetător elvețian în 1869 compuși au fost detectate în nucleele celulelor sistemului imunitar, proprietățile acizilor expozante le-au numit mai întâi nukleina și acizi nucleici apoi. Din punct de vedere al chimiei, aceștia sunt compuși cu înaltă moleculară - polimeri. Monomerii lor sunt nucleotide având următoarea structură: o bază purină sau pirimidină, pentoză și un reziduu acid ortofosforic. Oamenii de stiinta au stabilit ca in celule pot exista doua tipuri de acizi nucleici: ADN si ARN. Intră în complex cu proteine ​​și formează substanța cromozomilor. La fel ca proteinele, acizii nucleici au mai multe niveluri de organizare spațială.

În 1953, laureații Nobel Watson și Crick au descifrat structura ADN-ului. Este o moleculă formată din două lanțuri îmbinate împreună de legăturile de hidrogen care apar între bazele de azot principiul complementarității (opus adeninei este baza de timină, opusă citozinei este guanina). Cromatina, structura si functiile pe care le studiem, contine molecule de acid dezoxiribonucleic si ribonucleic de diverse configuratii. În această chestiune vom trăi mai detaliat în secțiunea "Nivelurile de organizare a cromatinei".

Localizarea substanței eredității în celulă

ADN-ul este prezent în astfel de citostructuri ca nucleul, precum și în organele capabile de divizare - mitocondriile și cloroplastele. Acest lucru se datorează faptului că aceste organele îndeplinesc cele mai importante funcții din celulă: sinteza ATP, și sinteza glucozei și formarea oxigenului în celulele plantei. În etapa de sinteză a ciclului de viață, organele materne sunt dublate. Astfel, celulele fiice la mitoză (divizarea celulelor somatice) sau meiozei (formarea spermei și a ovulelor) a permis obținerea structurilor celulare arsenal dorite furnizează celulelor cu nutrienți și energie.

Acidul acidului ribonucleic este compus dintr-un lanț și are o greutate moleculară mai mică decât ADN-ul. Ea a găsit atât în ​​nucleu și în hyaloplasm, și face parte din mai multe celule: organite ribozomii, mitocondriile, reticulul endoplasmatic, plastide. Cromatinei în aceste organite asociate proteinei histonice și o parte a plasmidelor - molecule de ADN închise circular.

Cromatina și structura acesteia

Deci, am stabilit că acizii nucleici sunt conținute în substanța cromozomilor - unitățile structurale ale eredității. Cromatina lor sub microscopul electronic are forma de granule sau formațiuni filamentoase. Acesta conține, pe lângă ADN, și molecule de ARN, precum și proteine ​​care prezintă proprietăți de bază și se numesc histone. Toate cele de mai sus structurile sunt nucleosomes. Ele sunt cuprinse în cromozomii nucleului și se numesc fibrilă (filamente-solenoide). Rezumând toate cele de mai sus, vom determina ce este cromatina. Acesta este un complex compus deoxiribonucleic și proteine ​​speciale - histone. Moleculele de ADN cu două catenuri sunt înfășurate pe ele, ca bobinele, formând nucleozomi.

Nivelurile de organizare a cromatinei

Substanța eredității are o structură diferită, care depinde de mulți factori. De exemplu, din ce etapă a ciclului de viață se află celula: perioada de diviziune (metoza sau meioza), perioada presisintetică sau sintetică a interfazei. Din forma solenoidului sau a fibrei, ca cea mai simplă, se produce o compactare suplimentară a cromatinei. Heterochromatina - o stare densă, se formează în secțiunile intron ale cromozomului, pe care transcripția este imposibilă. În perioada de repaus celular - interfaze, atunci când nu există nici un proces de fisiune, - heterochromatina este localizată în carioplasmul nucleului de-a lungul periferiei, în apropierea membranei. Consolidarea conținutului nuclear apare în faza post-sintetică a ciclului de viață al celulei, adică chiar înainte de divizare.

De ce depinde condensarea substanței eredității?

Continuând să studiem întrebarea "ce este cromatina", oamenii de știință au stabilit că compactarea sa depinde de proteine ​​histone, care, împreună cu moleculele de ADN și ARN, alcătuiesc nucleozomii. Acestea constau în patru tipuri de proteine, numite crustacee și linkere. La momentul transcrierii (citirea informațiilor de la gene cu ARN), substanța de ereditate este ușor condensată și se numește euchromatină.

În prezent, trăsăturile distribuției moleculelor ADN asociate cu proteine ​​histone continuă să fie studiate. De exemplu, oamenii de stiinta au descoperit ca cromatina de diferite loci din acelasi cromozom difera de nivelul de condensare. De exemplu, la punctele de atașament la cromozom, filamentele fusului de fisiune, numite centromere, sunt mai dense decât în ​​regiunile telomerice - locurile terminale.

Genele-regulatori și compoziția cromatinei

Conceptul de reglarea activității genei, creată de geneticienii francezi Jacob și Monod, dă o idee despre existența unor zone de acid dezoxiribonucleic, în care nu există nici o informație cu privire la structura proteinei. Ele îndeplinesc funcții pur birocratice - manageriale. Naming gene regulatoare, aceste părți ale cromozomilor de obicei, in structura proteinelor sale lipsite-histone. Chromatina, care a fost determinată prin secvențiere, a fost numită deschisă.

În cursul unor studii ulterioare, s-a descoperit că aceste loci conțin secvențe nucleotidice care împiedică atașarea particulelor de proteină la moleculele ADN. Aceste zone conțin gene de reglementare: promotori, agenți de stimulare, activatori. Compactarea cromatică în ele este ridicată, iar lungimea acestor secțiuni este în medie de aproximativ 300 nm. Există metoda biochimică determinarea cromatinei deschise în nucleele izolate, în care se utilizează enzima ADN-ase. El desparte foarte repede locurile de cromozomi, lipsite de proteine ​​histone. Cromatina din aceste zone a fost numită hipersensibilă.

Rolul substanței eredității

Complexele inclusiv ADN, ARN și proteine ​​numite cromatinei, implicate în ontogeniei celulă și alterează compoziția sa în funcție de tipul de țesut și de stadiul de dezvoltare a unui organism în ansamblu. De exemplu, în celulele epiteliale ale pielii genelor cum ar fi ehanser si promotor blocat proteine ​​represori, și aceste gene de reglementare in celulele secretoare ale epiteliului intestinal și sunt activi în domeniul cromatinei deschise. Oamenii de știință, geneticienii au descoperit ca, la o fractiune de ADN care nu codifică proteine, reprezentând peste 95% din genomul uman. Aceasta înseamnă că genele de control sunt mult mai mari decât cele care sunt responsabile pentru sinteza peptidelor. Introducerea de tehnici, cum ar fi chips-uri și secvențierea permis pentru a afla ce cromatina, și ca urmare, pentru a harta genomului uman.

Studiile de cromatină sunt foarte importante în ramurile științei, cum ar fi genetica umană și genetica medicală. Acest lucru se datorează nivelului puternic crescut al apariției bolilor ereditare - atât cele genetice cât și cromozomiale. Detectarea precoce a acestor sindroame crește procentul de predicții pozitive în tratamentul lor.