Хроматин – комплекс ДНК и белков

Хроматин назван так из-за способности интенсивно окрашиваться. Если разрушить ядро и удалить белки, то можно визуализировать нити ДНК толщиной 4 нм.

В хроматине обычно белков в два раза больше, чем ДНК. Основную часть белков хроматина составляют гистоны. Гистоны – мелкие белки, содержащие большое количество основных АК аргинина и лизина, которые усиливают связывание белков с кислой ДНК. Существует 5 классов гистонов, которые очень схожи у разных видов эукариот. Масса гистонов примерно такая же, как масса ДНК, они относятся к т.н. «обильным» белкам.

Хроматин содержит также негистоновые белки, общая масса которых примерно равна массе гистонов. Негистоновых белков около 1000 разновидностей, и они принимают участие в самых разнообразных процессах, в том числе, связанных с репликацией ДНК и экспрессией генов.

Основная структурная единица хроматина – нуклеосома, выявленная при изучении деградации ДНК нуклеазой микрококка, когда было показано, что ДНК нарезается на фрагменты длиной около 200 пар оснований. Внутри этих фрагментов ДНК устойчива к действию нуклеазы. ЭМ показала, что ДНК имеет вид бус, с размером единиц около 200 пар оснований. Эти единицы и были названы нуклеосомами. Нуклеосомы являются динамичными структурами, они собираются-разбираются в зависимости от вовлечения участка ДНК в репликацию.

Следующий этап исследований выявил наличие кора в нуклеосомах, который и соответствовал «бусинке» в ЭМ. Анализ этих частиц показал, что кор (Бусинка) образован плотно упакованными парами гистонов Н2А, Н2В, Н3 и Н4, вокруг которых обернут фрагмент ДНК длиной 146 пар оснований, который делает 1,75 оборота. Молекула гистона Н1 скрепляет ДНК на входе и выходе. Таким образом формируется хроматосома, которая состоит из 166 пар оснований, скрепленных линкерным гистоном Н1. Коровые гистоны высококонсервативны у всех эукариот. Линкерный гистон может отсутствовать (дрожжи), что говорит о том, что он не является обязательным для формирования хроматосомы.

Упакованная в хроматосомы ДНК образует нить толщиной около 10 нм. Эта упаковка приводит к уменьшению длины ДНК примерно в 6 раз. Нить толщиной 10 нм сворачивается в спираль толщиной 30 нм. В этой упаковке важную роль играет гистон Н1. У дрожжей его нет, и хроматин у них упакован в более длинную структуру.

Степень конденсации хроматина зависит от стадии жизненного цикла клетки. В интерфазе хроматин находится в деконденсированном состоянии и в основном представлен нитями 30 нм - эухроматин. Около 10% эухроматина обычно находится в состоянии 10-нм нитей – активная транскрипция.

В интерфазе около 10% хроматина высококонденсировано – гетерохроматин.

Две разновидности гетерохроматина – конститутивный, или структурный - никогда не транскрибируется (центромеры); и факультативный – не транскрибируется в момент исследования.

Участки транскрипции – наименее спирализованные.

В митозе хроматин находится в конденсированном состоянии, транскрипция останавливается. 30-нм нити сворачиваются и формируют хромосомы. В ЭМ в хромосомах видны петли. Полагают, что нити уложены вокруг белкового каркаса. Механизм конденсации ДНК и структура митотических хромосом полностью не поняты до сих пор.

Идентификация ДНК, как генетического материала. Структура ДНК.

Представления о строении ДНК, сформулированные в 1953 г. Уотсоном и Криком, являются основой современной молекулярной биологии. В те времена было известно, что

ДНК – полимер двух пуриновых (аденин и гуанин) и двух пиримидиновых оснований (цитозин и тимин). Понимание пространственной структуры ДНК стало возможным благодаря данным о наличии водородных связей, определяющих образование альфа-спирали, и данным рентгеноструктурного анализа о том, что ДНК - спираль. Уотсон и Крик сформулировали представление о том, что ДНК – двойная спираль, несущая на внешней стороне остатки сахаров и фосфата.

Спаривание пуриновых и пиримидиновых оснований высокоспецифично. А-Т, Г-Ц. Комплементарность цепей ДНК.

Каждая цепь несет информацию, достаточную для определения последовательность оснований второй цепи.

Вообще, история двойной спирали ДНК – яркая иллюстрация того, как может складываться история науки. Все основные данные, которые использовали Уотсон и Крик, были уже известны и опубликованы, однако только в специальной литературе, или в особо детальных учебниках приводятся имена людей, которые показали, что ДНК – спираль, что соотношение между основаниями 1:1. Между тем, считается, что «Уотсон и Крик – основоположники, - они открыли двойную спираль ДНК». На самом деле они осмыслили известные данные и сформулировали выводы-представления.

Поиск по сайту: