Biokemisk forskning inden for genetik er en vigtig måde at studere dens grundlæggende elementer - kromosomer og gener. I denne artikel vil vi se på, hvad kromatin er, finde ud af dets struktur og funktion i cellen.
Til de vigtigste processer, der karakteriserer organismer,lever på jorden inkluderer åndedræt, ernæring, vækst, udskillelse og reproduktion. Sidstnævnte funktion er den vigtigste for bevarelsen af livet på vores planet. Hvordan man ikke kan huske, at det første bud, som Gud gav Adam og Eva, var følgende: "Vær frugtbar og former dig." På celleniveau udføres den generative funktion af nukleinsyrer (det indgående stof i kromosomer). Disse strukturer vil blive overvejet af os senere.
Vi tilføjer også, at gemme og overførearvelig information til efterkommere udføres i henhold til en enkelt mekanisme, som slet ikke afhænger af organisationsniveauet for et individ, det vil sige for en virus og for bakterier, og for mennesker er det universelt.
I dette arbejde studerer vi kromatin, struktur oghvis funktioner direkte afhænger af organisationen af nukleinsyremolekylerne. I 1869 opdagede den schweiziske videnskabsmand Miescher forbindelser, der udviste syrernes egenskaber i immunsystemets celler, som han kaldte først nuklein og derefter nukleinsyrer. Fra kemisk synspunkt er disse forbindelser med høj molekylvægt - polymerer. Deres monomerer er nukleotider med følgende struktur: en purin- eller pyrimidinbase, pentose og en phosphorsyrerest. Forskere har fundet ud af, at to typer nukleinsyrer kan være til stede i celler: DNA og RNA. De går ind i et kompleks med proteiner og danner stoffet i kromosomerne. Ligesom proteiner har nukleinsyrer flere niveauer af rumlig organisering.
I 1953 fik NobelpristagereWatson og Crick dechiffrerede strukturen af DNA. Det er et molekyle, der består af to kæder, der er forbundet med hydrogenbindinger, der opstår mellem nitrogenholdige baser i henhold til komplementaritetsprincippet (modsat adenin er thyminbase, modsat cytosin - guanin). Kromatin, hvis struktur og funktion vi studerer, indeholder molekyler af deoxyribonukleinsyrer og ribonukleinsyrer med forskellige konfigurationer. Vi vil dvæle ved dette spørgsmål mere detaljeret i afsnittet "Niveauer af kromatinorganisation".
DNA er til stede i cytostrukturer såsomkernen såvel som i organeller, der er i stand til deling - mitokondrier og kloroplaster. Dette skyldes det faktum, at disse organeller udfører de vigtigste funktioner i cellen: syntese af ATP såvel som syntesen af glukose og dannelsen af ilt i planteceller. På det syntetiske stadie af livscyklussen fordobles forældreorganellerne. Som et resultat af mitose (deling af somatiske celler) eller meiose (dannelse af æg og sæd) modtager datterceller det nødvendige arsenal af cellulære strukturer, der giver celler næringsstoffer og energi.
Ribonukleinsyre består af en kæde oghar en lavere molekylvægt end DNA. Den er indeholdt både i kernen og i hyaloplasmaet og er også en del af mange cellulære organeller: ribosomer, mitokondrier, endoplasmatisk retikulum, plastider. Kromatin i disse organeller er forbundet med histonproteiner og er en del af plasmider - cirkulære lukkede DNA-molekyler.
Så vi har fastslået, at nukleinsyrerindeholdt i stoffet i kromosomer - de strukturelle enheder af arvelighed. Deres kromatin under et elektronmikroskop ligner granuler eller trådformationer. Den indeholder ud over DNA også RNA-molekyler såvel som proteiner, der udviser basiske egenskaber og kaldes histoner. Alle ovennævnte strukturer er en del af nukleosomet. De findes i kromosomerne i kernen og kaldes fibriller (solenoidfilamenter). Sammenfattende alt det ovenstående, lad os definere, hvad kromatin er. Det er en kompleks forbindelse af deoxyribonukleinsyre og specielle proteiner - histoner. Dobbeltstrengede DNA-molekyler er viklet på dem, ligesom på spoler, for at danne nukleosomer.
Arvelighedens substans har en andenen struktur, der afhænger af mange faktorer. For eksempel på hvilket stadium af livscyklussen cellen gennemgår: delingsperioden (meiose eller meiose), interfasens presyntetiske eller syntetiske periode. Fra formen af solenoiden eller fibrillen, som den enkleste form, optræder yderligere kromatinkomprimering. Heterochromatin er en tættere tilstand; det dannes i kromosomets intronregioner, hvor transkription er umulig. I cellenes hvileperiode - interfase, når der ikke er nogen delingsproces - er heterochromatin placeret i karyoplasmaet i kernen langs periferien nær dens membran. Komprimering af nukleart indhold sker i det postsyntetiske trin i cellens livscyklus, det vil sige umiddelbart inden delingen.
Fortsætter med at studere spørgsmålet "hvad er kromatin",forskere har fundet ud af, at dens komprimering afhænger af histonproteinerne, som sammen med DNA- og RNA-molekyler er en del af nukleosomerne. De består af fire typer proteiner kaldet kerne- og linkerproteiner. På tidspunktet for transkriptionen (læsning af information fra gener ved hjælp af RNA) er arvelighedsstoffet svagt kondenseret og kaldes euchromatin.
De aktuelle distributionsfunktionerDNA-molekyler associeret med histonproteiner undersøges fortsat. For eksempel har forskere fundet ud af, at kromatinet på forskellige steder i det samme kromosom adskiller sig i niveauet for kondens. For eksempel er det tættere på kromosomet i delespindelens filamenter, kaldet centromerer, tættere end i de telomere regioner - terminal loci.
I begrebet regulering af genaktivitet,oprettet af franske genetikere Jacob og Monod, giver en idé om eksistensen af deoxyribonukleinsyreområder, hvor der ikke er nogen information om proteinstrukturer. De udfører rent bureaukratiske ledelsesfunktioner. Kaldte regulatorgener, disse dele af kromosomer er som regel blottet for histonproteiner i deres struktur. Chromatin, hvis bestemmelse blev udført ved sekventering, blev kaldt åben.
I løbet af yderligere forskning blev det fundet, atat disse loci indeholder nukleotidsekvenser, der forhindrer proteinpartikler i at binde sig til DNA-molekyler. Sådanne steder indeholder regulerende gener: promotorer, forstærkere, aktivatorer. Komprimering af kromatin i dem er høj, og længden af disse regioner er i gennemsnit ca. 300 nm. Der er en biokemisk metode til bestemmelse af åben kromatin i isolerede kerner, hvor enzymet DNase anvendes. Det spalter meget hurtigt kromosom loci, der mangler histonproteiner. Kromatin i disse områder er blevet kaldt overfølsom.
Komplekser inklusive DNA, RNA og protein,kaldet kromatin, er involveret i ontogenesen af celler og ændrer deres sammensætning afhængigt af typen af væv såvel som på udviklingsstadiet for organismen som helhed. For eksempel i hudens epitelceller blokeres gener såsom forstærkeren og promotoren af repressorproteiner, og de samme regulatoriske gener i sekretoriske celler i tarmepitelet er aktive og er placeret i zonen med åbent kromatin. Genforskere har fundet ud af, at DNA, som ikke koder for proteiner, tegner sig for mere end 95% af hele det menneskelige genom. Dette betyder, at der er mange flere kontrolgener end de, der er ansvarlige for syntesen af peptider. Indførelsen af metoder som DNA-chips og sekventering gjorde det muligt at finde ud af, hvad kromatin er, og som et resultat at udføre kortlægning af det humane genom.
Kromatinundersøgelser er meget vigtige i sådannevidenskabelige grene som human genetik og medicinsk genetik. Dette skyldes det kraftigt øgede forekomst af arvelige sygdomme, både genetiske og kromosomale. Tidlig påvisning af disse syndromer øger procentdelen af positiv prognose i deres behandling.
