б) Поэтому используется термин "хроматин": им обозначают
совокупность всех интерфазных хромосом ядра.
Морфологически хроматин проявляется в виде тёмных глыбок (3).
|
|
в) Однако в этих глыбках – не весь хроматин:
часть хроматина, соответствующая деконденсированным хромосомам (и деконденсированным участкам хромосом), остаётся на световом уровне неразличимой.
|
2-3. Прочие различи-
мые элементы
|
Кроме глыбок хроматина, в ядре можно видеть
округлые ядрышки (4)
и ядерную оболочку (кариоплазму) (2)
|
|
4-5. Матрикс
|
а) Хроматин и ядрышки находятся во внешне бесструктурной среде – ядерном матриксе.
б) Оказалось, что в последнем имеются
своеобразный белковый каркас – кариоскелет,
и жидкая часть (раствор сложного состава) – ядерный сок, или кариоплазма.
в) Иногда под термином “кариоплазма” понимают весь ядерный матрикс.
|
Теперь рассмотрим перечисленные компоненты ядра более подробно.
4.1.2. Хроматин (хромосомы)
Хроматин занимает основную часть объёма ядра.
4.1.2.1. Типы хроматина
I. Эу- и гетерохроматин
|
Электронная микрофотография - ядро плазматической клетки.
|
1. Электронный уровень
На электронных микрофотографиях обнаруживается, что хроматин подразделяется на два типа:
эухроматин (2) – светлые (электронопрозрачные) области
|
Полный размер
|
и гетерохроматин(1) – тёмные (электроноплотные) глыбки, которые расположены преимущественно на периферии ядра, прилегая к ядерной оболочке (3).
|
2. Природа эу- и гетеро-
хроматина
|
а) Из предыдущего изложения ясно, что
эухроматин – это те участки хромосом или целые хромосомы, которые находятся вдеконденсированном (диффузном) состоянии,
а гетерохроматин – это, напротив, конденсированные (и потому электроноплотные) фрагменты хромосом или целые хромосомы.
б) В связи с этим,
эухроматин ещё называют диффузным хроматином,
а гетерохроматин – конденсированным хроматином.
|
3. Световой уровень
|
а) При световой микроскопииэухроматин, как уже отмечалось, в ядре не выявляется.
б) Те же глыбки, которые обычно обозначаются как “глыбки хроматина”, представляют собой на самом деле
лишь гетерохроматин.
|
4. Актив-
ность эу- и гетеро-
хроматина
|
а) В конденсированных участках хромосом ДНК недоступна для разнообразных внутриядерных ферментов – в том числе для ферментного комплекса, осуществляющего транскрипцию ДНК.
б) В связи с этим,
гетерохроматин функционально неактивен,
а эухроматин, наоборот,активно участвует в транскрипции ДНК (синтезе пре-мРНК и других РНК).
|
Опреде-
ления
|
а) При изменении функционального состояния клетки или в процессе её дифференцировки возможен переход части гетерохроматина в эухроматин и обратно.
б) В связи с этим, гетерохроматин подразделяется на два вида:
факультативный гетерохроматин – способный превращаться в эухроматин,
и конститутивный гетерохроматин – никогда и ни в одной клетке к подобному превращению не способный.
|
Природа конститу-
тивного гетеро-
хроматина
|
а) Вторая фракция гетерохроматина - это, видимо, те области хромосом, в которых ДНК
не содержит генов,
а выполняет лишь структурную функцию.
б)Данные области расположены, в основном, вблизи центромерных участков хромосом.
|
III. Состояние хроматина в разных клетках
|
а) Из предыдущего следует: чем больше в ядре доля гетерохроматина,
тем ниже функциональная активность ядра,
т.е. тем меньше скорость синтеза РНК.
б) Для иллюстрации этого положения рассмотрим два снимка.
|
Электронные микрофотографии -
I - ядро нервной клетки,
II - ядро малого лимфоцита.
|
1. Сверху – ядро нервной клетки (I). Здесь гетерохроматина очень мало - следовательно, ядро и клетка в целом функционально очень активны.
2. Внизу – лимфоцит (II).
а) В его ядре преобладает гетерохроматин.
б) Это вполне коррелирует с очень малым объёмом цитоплазмы, которая к тому же бедна органеллами.
в) Данная клетка циркулирует в крови, и процессы синтеза РНК и белков идут в ней с небольшой скоростью.
|
Полный размер
|
IV. Половой хроматин (тельце Барра)
Одним из компонентов гетерохроматина может быть т.н. половой хроматин (тельце Барра), встречающийся только у женщин.
|
Половые хромосомы у мужчин
|
а) У мужчин в наборе хромосом каждой клетки содержится, как известно, по одной Х- и Y-половой хромосоме.
б) Обе они находятся в деконденсированном состоянии, т.е. входят во фракцию эухроматина.
|
Половые хромосомы у женщин
|
а) У женщин в клетках содержатся по две Х-хромосомы.
б) А. Одна из них деконденсирована.
Б. Вторая же Х-хромосома всегда находится в конденсированном состоянии, образуя в ядре
компактное тельце - половой хроматин (тельце Барра).
|
4. Препарат - половой хроматин в лейкоцитах (мазок крови женщины). Окраска азур 2-эозином.
|
Обнаруже-
ние полового хроматина в мазке крови
|
а) Для обнаружения полового хроматина обычно исследуют мазок крови.
б) В нейтрофильных лейкоцитах женщин половой хроматин выявляется
|
Полный размер
|
в виде барабанной палочки (2), находящейся в одном из сегментов ядра (1).
в) По этому признаку в судебной медицине отличают кровь женщин от крови мужчин.
|
Другой способ
|
Другой часто используемый в тех же целях объект –
эпителиальные клетки слизистой оболочки полости рта.
|
4.1.2.2. Химические компоненты хроматина.
Белки хромосом
I. Общая характеристика
|
Перечень компо-
нентов
|
Как уже отмечалось, каждая из 46 хромосом представляет собой дезоксирибонуклеопротеин (ДНП), т.е. комплекс
очень длинной молекулы ДНК (или двух таких молекул – после репликации ДНК)
с определёнными белками,
а также с небольшим количеством РНК.
|
РНК хромосом
|
а) Что касается РНК, то это
либо незавершённые продукты транскрипции,
либо молекулы, выполняющие регуляторные, структурные или иные функции.
б) В последнее время особенно подчёркивается регуляторное влияние (на активность генов) т.н. малых молекул РНК.
|
Белки
|
Содержание же белков в хромосомах (и в хроматине в целом) намного выше содержания не только РНК, но и ДНК:
по сравнению с последним (содержанием ДНК) оно обычно в 1,3–1,7 раза больше (по массе).
|
Охарактеризуем хромосомные белки подробней.
По своим физико-химическим свойствам они делятся на основные и кислые.
II. Основные (в физико-химическом смысле) белки хромосом
|
Виды гистонов
|
а) Основные белки представлены гистонами пяти видов:
Н1, Н2А, Н2В, Н3 и Н4.
б) Всего на них приходится 60-80% массы всех хромосомных белков.
|
Особен-
ности состава
|
Гистоны обогащены
аминокислотами с положительно заряженными радикалами (аргинин, лизин) и
аминокислотами с гидрофобными радикалами (валин и т.п.).
|
Свойства
|
При этом
благодаря радикалам аргинина и лизина гистоны взаимодействуют с ДНК (где каждый нуклеотид содержит отрицательно заряженную фосфатную группу),
а благодаря гидрофобным радикалам – друг с другом.
|
Функция
|
а) Указанные взаимодействия приводят к образованию
первого (нуклеосомного) и
второго (нуклеомерного) уровней укладки ДНК в хромосоме (о чём будет сказано ниже).
б) Таким образом, гистоны выполняют важную структурообразующую функцию.
|
III. Кислые белки хромосом
|
Кислые белки чрезвычайно разнообразны: имеется, по крайней мере,
несколько сотен их различных представителей.
|
Структур-
ные белки
|
По всей видимости, некоторые кислые белки тоже играют структурную роль, участвуя в образовании
высших (наднуклеомерных) уровней укладки хромосом.
|
Ферменты
|
а) Другую группу составляют многочисленные ферменты, обеспечивающие процессы
репликации, модификации, репарации, транскрипции и даже разрушения ДНК.
б) Это не означает, что все работающие на ДНК ферменты постоянно связаны с ней: какие-то ферменты могут находиться в кариоплазме.
|
Регуля-
торные белки
|
а) Наконец, самой разнообразной по составу, видимо, является группа регуляторных белков.
б) Эти белки контролируют
активность вышеуказанных ферментов,
а также доступность тех или иных участков ДНК для этих ферментов.
|
4.1.2.3. Деконденсированные интерфазные хромосомы
(эухроматин):
нуклеосомный уровень организации
Как уже было сказано, благодаря гистонам хромосомы имеют нуклеосомную организацию.
I. Нуклеосома
|
Электронная микрофотография и схема - нуклеосомы.
|
а) Основа нуклеосомы –
глобула (1) из 8 белковых молекул (октамер),
содержащая по 2 молекулы гистонов четырёх видов (Н2А, Н2В, Н3 и Н4).
б) Вокруг одной такой глобулы
молекула ДНК делает примерно 2 оборота,
что и образует в итоге нуклеосому.
|
Полный размер
|
в) В участках между глобулами с ДНК связано ещё
по 1 молекуле гистона (Н1).
г) С учётом этих соединительных (линкерных) отделов, период нуклеосомной организации составляет примерно
200 нуклеотидных пар ДНК.
|
Кол-во нуклеосом
|
Молекула ДНК участвует в образовании очень большого числа нуклеосом (в среднем, 600.000).
|
ДНК - цепь "бусин"
|
В результате, на данном уровне организации
каждая хромосома представляет собой длинную нить "бусинок"-нуклеосом толщиной 10 нм,
а деконденсированный хроматин имеет мелкогранулярную структуру (2).
|
|
Влияние нуклеосом
на
доступ-
ность ДНК
|
а) Нуклеосомная организация не препятствует действию на ДНК внутриядерных ферментов.
б) Хотя не исключено, что в момент прохождения ферментного комплекса по какому-либо участку ДНК последний
на короткое время освобождается от связи с гистоновыми октамерами.
Но затем эта связь быстро восстанавливается.
|
Новообра-
зуемые цепи ДНК
|
Новообразуемые участки строящейся цепи ДНК (при репликации ДНК) тоже
почти сразу приобретают нуклеосомную структуру.
|
Итоги
|
а) Таким образом, нуклеосомный уровень укладки присущ хромосомам
практически постоянно.
б)Заметим также: по сравнению с молекулой ДНК, нуклеосомная нить оказывается
в 6,2 раза короче –
благодаря закручиванию ДНК вокруг каждогооктамера.
|
4.1.2.4. Конденсированные интерфазные хромосомы
(гетерохроматин):
нуклеомерная и хромомерная организация
а) Те интерфазные хромосомы или их части, которые образуют гетерохроматин, тоже имеют нуклеосомную организацию.
б) Однако здесь добавляются и следующие уровни укладки хромосомы.
I. Второй уровень: нуклеомерный
| |
Скачать 0.79 Mb.