Уровни организации днп

Учебно-методический комплекс по дисциплине Цитология с осно- вами гистологии подготовлен в рамках реализации Программы развития федераль

Уровни организации днп

МОДУЛЬ 2 КЛЕТКА

Лекция 9 УРОВНИ  ОРГАНИЗАЦИИ  ДНП 

  

  Цитология с основами гистологии. Конспект лекций 

77 

 4. Четвертый уровень организации ДНП. 5. Хромосомы. 

Первый  уровень  организации  ДНП.  При  электронно-микроскопи-

ческих  исследованиях  было  обнаружено,  что  нити  хроматина  напоминали бусы  на  нитке  (рис.  2.34).  Диаметр  этих  бус  составлял  10  нм,  эти  глобулы связаны отрезками ДНК длиной около 20 нм. Эти бусины представляют из себя сложную нуклеопротеидную части-цу: содержит ДНК (200 н.п.

) и восемь гистонов (октамер) (по две копии гис-тонов Н2А, Н2В, Н3, Н4) и одну копию гистона Н1. Эта частица получила название  нуклеосомы.  Нуклеосома  (рис.  2.35)  – это  элементарная  единица хроматина.      

Рис. 2.34.

 Фибриллы хроматина: а – фибриллы, выделенные из эритроцитов трито-

на; б – нуклеосомное строение хроматина; в – нуклеомеры (нм)  

   Рис. 2.35. Схема строения нуклеосомной частицы  Диаметр ее 10 нм, вес 100кДа. Октамер гистонов составляет белковую основу  –  сердцевину  («core»),  на  поверхности  которой  располагается  ДНК 

а 

б 

в 

МОДУЛЬ 2 КЛЕТКА

Лекция 9 УРОВНИ  ОРГАНИЗАЦИИ  ДНП 

  

  Цитология с основами гистологии. Конспект лекций 

78 

 (146 н.п., длина 68 нм), образующая 1,75 оборота, а ДНК, не связанная с бел-ком сердцевины, – линкер. Этот участок соединяет две соседние нуклеосомы, переходит в ДНК соседней нуклеосомы. Н1 связывается частично с сердце-виной и с участком линкера. Молярная масса полной нуклеосомы – 262000 дальтон.  На  весь  гаплоидный  геном  человека  (3×109 пар оснований) прихо-дится 1,5×107 нуклеосом. Таким образом, спирализованные участки молеку-лы  ДНК  размером около двух  витков спирали  стабилизируются  белковыми глобулами,  образованными  восемью  молекулами  гистонов  Н2А,  Н2В,  Н3, Н4.  Вот  такая  частица,  как  отмечалось  выше,  получила  название  коровой частицы  (минимальной  нуклеосомы,  сердцевины),  причем  ведущую  роль  в образовании этого комплекса играют гистоны Н3 и Н4. В основании нук-леосомы  расположена  одна  молекула  гистона  Н1.  Участки  ДНК  между  со-седними  нуклеосомами  носят  название  линкерной  ДНК.  Длина  ее  может варьировать  в  клетках  разных  организмов  (от  8  до  114  н.п.).  В  фибриллах хроматина  линкерный  участок  не  линеен.  Продолжая  спираль  ДНК  на  по-верхности  нуклеосомной  частицы,  он  связывает  соседние  нуклеосомы  так, что  образуется  сплошная  нить  толшиной  около  10  нм,  состоящая  из  тесно расположенных нуклеосом. При этом за счет дополнительной спирализации  ДНК (один отрицательный супервиток ДНК на одну нуклеосому) происходит первичная  компактизация  ДНК  с  плотностью  упаковки,  равной  6–7  разам. Укладка почти двух витков ДНК по периферии сердцевины нуклеосомы про-исходит  за  счет  взаимодействия  положительно  заряженных  аминокислотных остатков  на  поверхности  октамера  гистонов  с  фосфатами  ДНК.  N-  и  С-кон-цевые участки сердцевинных гистонов, обогащенные положительными заря-дами, служат для дополнительной стабилизации структуры нуклеосомы. При реконструкции нуклеосом никакой роли не играет источник ДНК. Для обра-зования нуклеосом Н1 не требуется, он участвует лишь в связывании уже го-товых нуклеосом друг с другом и в образовании более высоких уровней ком-пактизации ДНК. Ведущими являются гистоны Н3 и Н4. Вначале ДНК свя-зывается с тетрамером (Н3· Н4)2, к которому позже присоединяются два ди-мера Н2А·Н2В. Гистонам Н3 и Н4 принадлежит ведущая роль в образовании первого уровня компактизации ДНК. Нуклеосомный уровень компактизации ДНК играет регуляторную и структурную роль, обеспечивая плотность упа-ковки ДНК в 6–7 раз. 

Второй  уровень  организации  ДНП.  Фибриллы  диаметром  25–30  нм 

представляют второй уровень организации ДНП. Гистон Н1 играет ведущую роль в процессе конденсации нуклеосом в структурные комплексы высшего порядка,  представляющие  второй  уровень  организации  ДНП.  Это  сложные спиралевидные  структуры  диаметром  25–30  нм.

  При  различных  осмотиче-ских  условиях  среды  нуклеосомы  могут  быть  упакованы  с  большей  или меньшей степенью плотности, в зависимости от чего на поперечном разрезе таких структур может выявляться от 3 до 6 нуклеосом.

 Две точки зрения упа-ковки нуклеосом: 
МОДУЛЬ 2 КЛЕТКА

Лекция 9 УРОВНИ  ОРГАНИЗАЦИИ  ДНП 

  

  Цитология с основами гистологии. Конспект лекций 

79 

 • соленоидный:  нить  плотно-упакованных  нуклеосом  диаметром  10 нм образует витки с шагом спирали около 10 нм, на один виток приходит-ся 6–7 нуклеосом. Возникает фибрилла с центральной полостью, а гистон Н1 обеспечивает взаимодействие между соседними нуклеосомами; • нуклеомерный  тип:  наблюдается  дискретность  в  составе  25–30  нм фибриллы  хроматина:  она  состоит  из  сближенных  глобул  –  нуклеомеров;  т.  е.  основная  фибрилла  хроматина  представляет  собой  линейное  чередова-ние нуклеомеров вдоль компактизованной молекулы ДНК. Такие 25 нм гло-булы,  или  нуклеомеры,  называют  сверхбусинами  («супербиды»).  В  составе нуклеомера образуются два витка нуклеосомной фибриллы, по четыре нук-леосомы в каждом. Н1, находясь в центральной зоне этой крупной частицы, взаимодействуя друг с другом, поддерживает ее целостность (рис. 2.36):   

Рис. 2.36. Схема строения 30 нм фибриллы хроматина: а – соленоидный тип; б – 

нуклеомерный тип укладки нуклеосомной фибриллы   Процессы конденсации нуклеосом легко обратимы. При определенных условиях  структурные  комплексы  высшего  порядка  переходят  в  структуры первого порядка. Конденсация нуклеосом достигается путем взаимодействия между собой молекул гистона Н1, располагающихся в основании нуклеосом-ных частиц, а также зависит от концентрации ионов магния.

 Гистон Н1 под-держивает ее целостность. Негистоновые белки в конформационных превра-щениях нуклеомеров не участвуют.  Нуклеосомный  и  нуклеомерный  уровни  организации  хроматина  явля-ются общей закономерностью укладки ДНП большинства клеток высших эу-кариот.

 Однако благодаря лабильности гистонов Н1 и отчасти Н2А и Н2В, а также возможности вторичных модификаций молекул всех классов гистонов и нуклеосомный, и нуклеомерный уровни могут подвергаться существенным преобразованиям.  Первый  и  второй  уровни  компактизации  ДНП  осуществ-ляются за счет гистоновых белков. Второй уровень компактизации ДНП иг-рает роль фактора, инактивирующего гены.

 Подобный  способ  укладки  обеспечивает  сорокакратную  компактиза-цию ДНК, уменьшая длину средней хромосомы приблизительно до 1мм.  

а 

б 

МОДУЛЬ 2 КЛЕТКА

Лекция 9 УРОВНИ  ОРГАНИЗАЦИИ  ДНП 

  

  Цитология с основами гистологии. Конспект лекций 

80 

 Все  последующие  уровни  компактизации  ДНК  связаны  с  характером укладки  30-нанометровых  нуклеофибрилл,  в  определении  которого  прини-мают участие уже негистоновые белки.

Третий  уровень  компактизации  ДНП  (Хромомерный  уровень  ор-

ганизации). Ответственными за этот уровень компактизации ДНП являются 

белки структурного матрикса ядра (негистоновые белки). Негистоновые бел-ки составляют 20 % всех белков хроматина. Как отмечалось в предыдущей лекции, различают три основные фракции таких белков с близкими молеку-лярными  массами,  различающиеся  электрофоретической  подвижностью.

  В  отличие  от  гистонов  негистоновые  белки  большей  частью  специфически взаимодействуют с определенными последовательностями молекул ДНК, ко-торая в местах связывания образует большие петли или домены, отходящие под углом от основной белковой оси хромосомы. Подобная петельная уклад-ка является общим принципом организации хроматина от про- к эукариотам.

 Это обеспечивает структурную компактизацию ДНК и организует функцио-нальные единицы хромосом – репликоны и транскрибируемые гены. Данные белки образуют в центре хромосомы непрерывный тяж, к которому крепятся петли  нуклеомеров.  Получаются  розетковидные  образования.  Средний  раз-мер таких петлистых розеток составляет 100–150 нм.

 Такие розеточные обра-зования (сгустки) –  хромомеры  можно  видеть  в  ядрах животных, растений, простейших. Каждый хромомер состоит из нескольких содержащих нуклео-сомы  петель,  которые  связаны  в  одном  центре.  Хромомеры  связаны  друг  с  другом  участками  нуклеосомного хроматина.  На  хромосому  эукариотиче-ской  клетки  приходится  около  2000  таких  петельных  доменов.

  Каждый  из них  содержит  от  20000  до  100000  пар  нуклеотидов.  Это  соответствует  0,5  мкм  фибриллы,  диаметр  которой  30  нм.  Поперечный  размер  хроматина увеличивается до 300 нм,  коэффициент  компактизации  ДНК  достигает  680. Размер отдельных петлевых доменов совпадает с размером средних реплико-нов и может соответствовать одному или нескольким генам.

 В своих основа-ниях петли  ДНК  связаны  негистоновыми белками  ядерного  матрикса,  в со-став  которых  могут  входить  как  ферменты  репликации  ДНК,  так  и  транс-крипции.  

Четвертый  уровень  компактизации  ДНП  (Хромонемный  уровень 

компактизации).  В  пределах  хромосомы  белки  структурного  матрикса  фор-мируют  множество  дискретных  центров,  соответствующих  хромомерным участкам  хромосомы,  причем  каждый  центр  обеспечивает  петлевидную  ук-ладку  определенного  участка  ДНП.

  Эти  организующие  центры  могут  укла-дываться вместе с комплексом более или менее плотно упакованных нуклео-мерных петель в структуры более высокого ранга. Такого рода укладка ДНП характерна для формирования метафазных хромосом.

 Следовательно, суще-ствуют еще два уровня компактизации ДНП: • укладка нуклеомерных петель в области хромомерных участков; • компактная укладка последних в хромосому.  
МОДУЛЬ 2 КЛЕТКА

Лекция 9 УРОВНИ  ОРГАНИЗАЦИИ  ДНП 

  

  Цитология с основами гистологии. Конспект лекций 

81 

 Хромонема  –  нитчатая  хроматиновая  структура  со  средней  толщиной 0,1–0,2 мкм. Удалось наблюдать спиральность хромонемы в составе митоти-ческих хромосом. Хромонемы встречаются как у животных, так и растений. Таким  образом,  более  высокие  уровни  компактизации  ДНП  связаны  не с дополнительной спирализацией, а с образованием поперечной петлистой структуры, идущей вдоль интерфазной или митотической хромосомы, где не-гистоновым белкам принадлежит ведущая роль. 

Хромосомы. В состав хромосом входят фибриллы диаметром 25–30 нм. 

В 1970 г. удалось установить общий принцип структурной организации ми-тотической хромосомы. Показано, что набухшие хромосомы состоят из рых-лой  сети  плотных  фибрилл  в  центральных  участках  (хромосомный  остов  – скэффолд), повторяющих контуры метафазных хромосом, и многочисленных длинных тонких петель, отходящих от них в поперечном направлении.

  Показано, что осевые компоненты имеют белковую природу и в соста-ве петель – ДНК. Этапы компактизации ДНК, приводящие к митотической хромосоме: Первый уровень – нуклеосомный – образует сверхскручивание ДНК по поверхности гистоновой сердцевины. Второй уровень – нуклеомерный – приводит к объединению 8–10 нук-леосом в виде глобулы.

 Третий уровень – хромомерный – петли фибрилл ДНК, объединенные негистоновыми белками, образуют компактные тела. Четвертый  уровень  –  хромонемный  –  хромомеры  образуют  толстые хромосомные нитчатые структуры.   Из  двух  хроматид  образуется  метафазная  хромосома  длиной  около 5000 нм и шириной 1400 нм.

 У большей части хромосом имеется зона пер-вичной перетяжки, которая делит их на два плеча. По расположению первич-ной перетяжки различают три вида хромосом: • метацентрические – хромосомы с равными плечами; • субметацентрические – хромосомы с плечами неодинаковой длины; • акроцентрические  –  палочковидные  хромосомы  с  очень  коротким вторым плечом.

 В  области первичной перетяжки находится  центромера,  соединяющая две сестринские хроматиды, а также особое белковое образование – кинето-хор,  к  которому  подходят  нити  митотического  веретена.  Кинетохор  –  пла-стинчатая структура, является одним из центров полимеризации тубулинов.

 Некоторые хромосомы имеют также вторичные перетяжки, обычно распола-гающиеся вблизи дистального конца хромосомы и отделяющие их маленькие участки – спутники, где локализована ДНК. Данные участки хромосом назы-вают «ядрышковыми организаторами». Плечи хромосом оканчиваются тело-мерами.

  Теломеры  –  это  простые  повторяющиеся  последовательности  нук-леотидов,  которые  при  удвоении  ДНК  могут  достраиваться  специальным ферментом,  что  исключает  возможность  укорочения  хромосом  при  каждом цикле репликации.  
МОДУЛЬ 2 КЛЕТКА

Лекция 9 УРОВНИ  ОРГАНИЗАЦИИ  ДНП 

  

  Цитология с основами гистологии. Конспект лекций 

82 

 Хромосомы  эукариотических  клеток  могут  находиться  в  двух  струк-турно-функциональных состояниях: • рабочем (частично или полностью деконденсированном), с их участи-ем в интерфазном ядре происходят процессы транскрипции и редупликации; • максимально  конденсированном,  компактном,  метаболически  неак-тивном транспортном состоянии, предназначенным для того, чтобы во время деления без структурных нарушений перенести и точно распределить моле-кулы ДНК по двум дочерним клеткам.  Размеры хромосом, их количество и морфология различно у разных ор-ганизмов.  Число,  величина  и  морфология  хромосом  (кариотип)  определяют вид организма.  1   …   6   7   8   9   10   11   12   13   …   19

Источник: https://biologo.ru/CELL_BIOLOGY_Archiv_zip/file4/index10.html

Упаковка ДНК

Уровни организации днп

ДНК в ядрах клеток эукариот обычно находится в тесном взаимодействии с ядерными белками разных групп: основными (гистоновыми) и кислыми (негистоновыми).

Ассоциируясь, ДНК и белки образуют единый нуклеопротеидный комплекс –дезоксирибонуклеопротеид (ДНП).

Процентное соотношение сухого веса всех указанных компонентов ДНП таково: ДНК – 35–40 %, гистоновые белки – 30–50 %, негистоновые белки – 4–33 %, то есть 40 % сухого веса составляет ДНК и около 60 % – белки.

Термин «хроматин» (от греч. chroma – цвет, краска) был введен в 1880 году немецким гистологом Вальтером Флеммингом (1843–1905). Хроматин легко окрашивается ядерными красителями при исследовании клеточного препарата с помощью светового микроскопа.

Хроматином обычно называют дисперсное (деспирализированное) состояние хромосом в интерфазе клеточного ядра эукариот (в неделящейся клетке). Но с начала деления ядра молекулы ДНК уже спирализированы (упакованы) в хромосомы. Одна молекула ДНК (точнее – комплекс ДНП) представляет собой одну хромосому. Спирализацию, или упаковку, ДНК осуществляют преимущественно гистоны.

Белки хроматина

В структурной организации ДНП центральную роль играют специфические белки – гистоны.

Гистоны – это относительно небольшие по молекулярной массе белки, присутствуют в ядрах клеток эукариот. Гистоновые белки богаты остатками аминокислот аргинина и лизина, определяющими их щелочные свойства.

Практически все гистоны одинаковы, среди них насчитывают 5–7 типов молекул, обладающих сходными свойствами. Гистоны – это структурные белки, выполняющие важную роль – упаковку ДНК.

Например, в растянутом состоянии двойная спираль ДНК, содержавшаяся в хромосоме человека, имеет длину в среднем 4 – 5 см, а будучи спирализованной в хромосоме при участии гистонов, измеряется долями микрометра.

По сравнению с остальными белками, присутствующими в клетке, количество гистонов в клетке очень велико – оно почти равно массе ДНК, содержащейся в ядре, что свидетельствует об их активном участии в структурировании хроматина.

Известно также, что гистоновые белки являются регуляторами биосинтеза нуклеиновых кислот (и ДНК, и РНК). Гистоны синтезируются в цитоплазме, но затем транспортируются в ядро и там связываются с ДНК во время ее репликации. При этом синтез гистонов и ДНК синхронизирован. Молекулярный комплекс ДНК-гистоны имеет форму особых субъединиц – нуклеосом (от лат. nucleus – ядро и греч. soma – тело).

Кроме того, в состав хроматина входит значительное количество других белков, объединяемых общим названием «негистоновые белки».

Негистоновые белки в сравнении с гистонами, наоборот, очень разнообразны. В хроматине насчитывается нескольких сотен типов их молекул.

Среди них – ферменты, обеспечивающие процессы репликации ДНК, транскрипции, а также некоторые белки ядерного матрикса и матрикса ядрышка. Полагают, что негистоновые белки хроматина выполняют и некоторые регуляторные функции.

Именно негистоновые белки участвуют в формировании самых высоких уровней упаковки ДНК.

Хроматин – это самый существенный, основной компонент ядерного аппарата клетки; из него образованы хромосомы клеток эукариот.

Формы упаковки ДНК

В процессе подготовки ядра клетки к делению, в интерфазе клеточного цикла, молекулы ДНК ассоциируются с белками и с их участием начинают «упаковываться», то есть скручиваться до минимальных размеров.

Процесс упаковки хроматина (ДНП) до состояния размеров хромосомы называют процессом компактизации.

Ведущая роль в организации расположения ДНК, ее компактизации и регулировании функциональных нагрузок принадлежит белкам.

Различают несколько структурных уровней компактизации хроматина в ядре клеток эукариот; от двухспиральной молекулы ДНК до ее суперупакованного состояния в хромосоме.

Как отмечалось выше, гистоны, синтезируемые в цитоплазме, транспортируются в ядро, где они связываются с длинной нитевидной цепью ДНК, начиная процесс ее упаковки.

Среди ассоциированных с ДНК белков – гистоны HЗ и H4, содержащие большое количество аргинина, H2A и H2B, умеренно обогащенные лизином, и H1, представляющий собой не одну молекулу, а целый класс близкородственных белков, обогащенных лизином.

Для всех классов гистонов, особенно для H1, характерно кластерное (групповое) распределение основных аминокислот на N- и C-концах молекулы. У гистона H1 обычно один N-конец связывается с другими гистоамии, а C-конец взаимодействует с ДНК. Эти гистоны и образуют нуклеосомы.

Схема третичной структуры белка гистона H1: спиральные участки (1–4) и фибриллярные C- и N-концы полипептидной цепи Нуклеосомы – структурные единицы хроматина, представляющие собой участки нити ДНК длиной около 200 пар оснований, уложенные на дисковидные гистоновые частицы диаметром около 10–11 нм.

Они представляют собой октамер, или ядро, которое состоит из восьми молекул гистонов четырех типов (H2A, H2B, HЗ и H4, по две молекулы каждого). Вокруг гистонового октамера участок молекулы ДНК длиной в 140 пар нулкеотидов делает 1,75 витка. Диаметр сформированной таким образом нуклеосомы достигает 10 нм.

Молекулы гистона (H1) не входят в структуру нуклеосом, но обеспечивают образование более высоких уровней упаковки ядерной ДНК.

Схема строения нуклеосомы: 1 – нуклеосомная частица; 2– октамер, охватывающий четыре пары гистонов; 3 – фрагмент ДНК длиной в 146 пар оснований; 4 – гистон H1

Формы упаковки (компактизации) хроматина (ДНП) в их последовательном усложнении показаны на схеме.

Уровни упаковки хроматина в ядре клеток эукариот (1-6 – уровни упаковки хроматина)

Уровни упаковки ДНК

Первым уровнем можно считать молекулярную форму ДНК в виде двойной спирали. Но поскольку она отдельно от белков в ядре практически не присутствует, чаще первым уровнем называют упаковку молекулы ДНК в нуклеосомной форме ДНП.

1. Первый уровень упаковки ДНП – нуклеосомная нить; она представляет собой структуру, напоминающую бусы на нитке, где в качестве бусин выступают нуклеосомы, а в качестве нитки – цепь ДНК. При этом толщина хроматиновой нити (ДНП) в нуклеосомах достигает 10–11 нм, что определяется фактически размерами самих нуклеосом.

Нуклеосомная нить («бусины на нитке»): 1 – ДНК; 2 – нуклеосома

2. Хроматиновая фибрилла – второй уровень упаковки хроматина. Представляет собой дальнейшую укладку нуклеосомной нити (бусин на нитке) в спираль с помощью гистона (H1). При формировании хроматиновой фибриллы происходит 40-кратная компактизация ДНП. Толщина такой фибриллы достигает уже 30 нм. Однако такого укорочения молекулы ДНК еще недостаточно даже для интерфазной хромосомы.

3. Петельная структура – третий уровень компактизации хроматина. Негистоновые белки образуют ось, или осевой скелет, – непрерывный тяж, к которому крепятся петли ДНП, имеющие форму хроматиновой фибриллы. На петельном уровне ДНК может достаточно легко освобождаться от упаковывающих ее белков, и на соответствующих участках становится возможной транскрипция (то есть синтез РНК).

4. Хромонема – форма хроматина четвертого уровня упаковки. Образуется путем конденсации (укладки) петельных фибрилл в отдельные участки – хромомерные (утолщенные) центры, которые у некоторых видов эукариот выглядят как узелки.

При этом в самом конце интерфазы образуется серия динамических петель с большой толщиной (шириной). Толщина хромонемы уже достигает от 300 до 700 нм. В итоее достигается еще более плотная упаковка хроматина, прежде всего цепи ДНК.

Схема начальных уровней компактизации хроматина: 1 – нуклеосомный; 2 – нуклеомерный; 3 – хромомерный (петлевой домен); 4 – хромонемный

5. Перед началом деления ядра происходит удвоение хромонем, то есть их репликация и самовоспроизведение. При удвоении хромосомного аппарата обе сестринские хромонемы укладываются спирально или петлеобразно вместе, образуя хроматиду. В этом случае упакованная хромосомная нить достигает 700 нм в ширину.

6. Хромосома – шестая, последняя и самая суперспирализированная стадия упаковки. Состоящая из двух хроматид, она уплотнена, по сравнению с молекулой ДНК, в 100–500 раз. Ее толщина (ширина) достигает примерно 1400 нм. На стадии метафазы хромосомы уже видны в световой микроскоп.

Первые три уровня упаковки хроматина имеют место в интерфазном ядре и обозначаются на микрофотографиях как эухроматин, но с отдельными участками гетерохроматина.

Начиная с третьего (петельного) уровня упаковка хроматина стабилизируется белками и разблокировка цепей ДНК происходит только на период считывания с них информации, то есть при синтезе РНК и редупликации ДНК.

Однако еще до начала клеточного деления, в конце интерфазы, хроматин снова полностью спирализируется до уровня хромонем для обеспечения образования дочерних двойных цепей как основы хроматид, из которых впоследствии формируются хромосомы дочерних клеток.

Таким образом, процесс образования хромосом – сложное структурно-морфологическое преобразование, в основе которого лежит процесс компактизации структурных единиц в системе «молекула ДНК → хроматин (ДНП) → нуклеосома → хромонема → хромосома».

Источник: https://blgy.ru/dna-3/

Компактизация ДНК

Уровни организации днп

ДНК человека состоит из сорока шести хромосом и имеет длину около двух метров. Тем не менее, при таком размере она умещается в ядро клетки. Уровень достигаемого уплотнения превосходит 10000 раз. Процесс укомплектования ДНК получил название компактизация.

Взаимодействие структуры ДНК на разных уровнях компактизации влияет на механизм её функционирования. На уровень и конфигурацию компактизации решающее влияние оказывают биохимические и физические величины клеточного окружения.

На первом месте по значимости, остаётся совокупность микрочастицы нуклеиновой кислоты и её структура.

Уровни компактизации

В результате научных исследований выделены четыре уровня уплотнения ДНК. Молекула ДНК – это спираль левого направления, диаметр которой2nm.

Первая ступень: нуклеосомная фибрилла. Электронный микроскоп показал наличие на хроматиновых нитях своеобразных бусин. Сам по себе хроматин и получил название деспирализованная ДНК.

Диаметр каждой бусинки укладывался в10-9м и вмещал в себя кусочек из полторы-две сотни парных нуклеотидов и восемь молекул гистонов различной типологии. Такая частица стала называться «нуклеосома». Центральная (сердцевидная) часть нуклеосомы представлена «бусинками», а линкерная часть связывает их в базовую часть ДНК.

Объединение сердцевидной и линкерной областей выражает завершенность нуклеосомы. Неодинаковые виды имеют различные размеры целой нуклеосомы.

Вторая ступень: соленоид. ДНК сопровождают белки – неотъемлемые сопроводители. Длина хромосомной фибриллы равна соленоиду, что является меньше размера не свёрнутой ДНК в сорок раз. Скручивание в виде спирали нуклеосомной нити позволяет компактно упаковать её вместе с белками.

Спираль скручивается неодинаково в разных местах: где-то гуще, где-то слабее. Почему так происходит, генетики ещё не знают.

Неопровержимым остаётся то, что существует связь с готовностью функционирования гена и зависимостью соленоидных структур от качественных характеристик среды клетки.

Третья ступень: укладка соленоидов в петли. Опираясь на каркасную ось хромосомы, соленоидные структуры образуют петли. Каждая петля вмещает до девяносто тысяч парных нуклеотинов. Нити её скелета изготавливаются из белков. Учёные назвали их «нуклеонемы».

Соединение нуклеонемов и ламинов в ядре является фрагментом ядерного матрикса. Белковый слой (ещё называется ламина) обволакивает ядро сразу под двойной перепонкой.

Белки видоизменяются под влиянием свойств физико-химической среды клетки и контролируют вторжения в поры сердцевины.

Четвёртая ступень: формирование хромосом. Как это происходит, до конца не выяснено. Ясно одно: гены становятся активными вследствие сложной трансформации структуры пространственной хромосомы. Влияние строения хроматина на регулирование работы гена чётко просматривается.

Область использования

Образованная суперспираль ДНК зависит от состояния биохимического состава плазмы клетки. Эта пространственная структура влияет на правильную работу гена.

Корректное её построение, безукоризненное сочетание с белками позволяет полнее выполнять свои функции гену по передаче генетической информации следующему поколению. Регулируяэкспрессию генов, клетки способны контролировать свою структуру и работу.

Эволюционные изменения одного гена могут повлиять на функциональные способности других генов и на работу всего организма.

Современное применение

Проверка по анализу ДНК получает всё большее распространение. Каждый желающий может сдать свой биоматериал и получить полную информацию по интересующим его вопросам. При обработке теста возможно узнать:

— склонность человека к всевозможным заболеваниям,

— создать генетическую карту клиента, по которой просматриваются генетические осложнения со здоровьем индивида в будущем.

— выявить возможность передачи части наследственных заболеваний планируемому потомству.

— установить отцовство, материнство, родство.

— диагностировать пол ребёнка на первых неделях беременности.

Прогноз на будущее

Нанотехнологии входят в нашу жизнь стремительно. Будущие достижения медицины справятся с лечением раковых заболеваний, найдут средства для борьбы с другими неизлечимыми сегодня болезнями, остановят старение человеческого организма. Прогнозируется, что анализ ДНК позволит диагностировать болезни, возникающие из-за

— повреждение обмена веществ,

— чрезмерного употребления алкоголя или наркотиков,

— отклонений при действии сердечно-сосудистой системы,

— невыносимости отдельных лекарств конкретным индивидом,

— распространения злокачественной опухоли.

Специально не придумаешь

ДНК на защите невиновных.  В 2013 году в городе Славутич женщина написала заявление об акте насилия, совершённого двумя молодыми людьми. При медицинском освидетельствовании выяснилось, что она беременна. Подозреваемых отправили на анализ ДНК. Анализ показал, что плод не имеет родственных связей с данными мужчинами. Парней спас от двенадцати лет тюрьмы обычный анализ.

Генетический сбой. Лиззи Веласкез стойко переносит редчайшее заболевание: девушке приходится часто принимать пищу, максимум через пятнадцать минут. В результате генетических изменений её организм утратил возможность получать полезные вещества с едой. Студентка Техасского университета теряет вес, отказал глаз, но она полна оптимизма.

Суперженщина. Хана Керси из Англии имеет генетическую патологию: природа наградила её двумя функционирующими матками.  В 2006 году женщина родила трёх младенцев, два малыша из одной матки и один из второй матки.

Лекарство против организма. Сара Йергайн принимала антибиотики по предписанию врача десять дней. После прохождения курса она обнаружила, что у неё стала отделяться кожа. На третий день всё дело женщины представляло собой окровавленную рану. Врачи остановили кровотечение искусственной кожей. Сара выздоровела. Причина происшествия: аллергия на антибиотик.

Старение одолеем. Девушка Брук Гринберт в свои семнадцать лет похожа на младенца двенадцати месяцев. Генетики обнаружили у девочки нарушение функции гена старения.

Источник: https://testdnk.pro/informacia/kompaktizaciya-dnk.html

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.