Biochemische Studien in der Genetik sind ein wichtiger Weg, um seine Grundelemente - Chromosomen und Gene - zu untersuchen. In diesem Artikel werden wir untersuchen, was Chromatin ist und seine Struktur und Funktionen in der Zelle herausfinden.
Zu den Hauptprozessen, die Organismen charakterisieren,Das Leben auf der Erde umfasst Atmung, Ernährung, Wachstum, Ausscheidung und Fortpflanzung. Die letztere Funktion ist die wichtigste für die Rettung des Lebens auf unserem Planeten. Wie man sich nicht daran erinnert, dass das erste Gebot, das Gott Adam und Eva gegeben hat, folgendes war: "Sei fruchtbar und vermehr dich." Auf Zellebene wird die generative Funktion von Nukleinsäuren (dem Bestandteil der Chromosomen) wahrgenommen. Diese Strukturen werden wir in Zukunft berücksichtigen.
Fügen Sie auch das Speichern und Übertragen hinzuErbinformation für Nachkommen wird durch einen einzigen Mechanismus ausgeführt, der völlig unabhängig von der Organisationsebene des Individuums ist, dh universell für das Virus, für Bakterien und für den Menschen.
In diesem Artikel untersuchen wir Chromatin, Struktur undderen Funktionen direkt von der Organisation der Nukleinsäuremoleküle abhängen. 1869 entdeckte ein Schweizer Wissenschaftler, Mischer, Verbindungen in den Kernen der Zellen des Immunsystems, die die Eigenschaften von Säuren aufweisen, die zuerst Nuklein und dann Nukleinsäure genannt werden. Aus chemischer Sicht sind dies hochmolekulare Verbindungen - Polymere. Ihre Monomere sind Nukleotide mit der folgenden Struktur: Purin- oder Pyrimidinbase, Pentose und Phosphorsäurerest. Wissenschaftler haben herausgefunden, dass zwei Arten von Nukleinsäuren in Zellen vorhanden sein können: DNA und RNA. Sie gehen mit Proteinen einen Komplex ein und bilden die Substanz der Chromosomen. Nukleinsäuren haben wie Proteine mehrere räumliche Organisationsebenen.
1953 NobelpreisträgerWatson und Crick haben die Struktur der DNA entschlüsselt. Es ist ein Molekül, das aus zwei Ketten besteht, die durch Wasserstoffbrückenbindungen zwischen stickstoffhaltigen Basen nach dem Prinzip der Komplementarität miteinander verbunden sind (die Thyminbase befindet sich gegenüber dem Adenin, das Guanin gegenüber dem Cytosin). Chromatin, dessen Struktur und Funktionen wir untersuchen, enthält Desoxyribonukleinsäure- und Ribonukleinsäuremoleküle verschiedener Konfigurationen. Wir werden im Abschnitt „Ebenen der Chromatin-Organisation“ näher auf dieses Thema eingehen.
DNA ist in Zytostrukturen wie zKern sowie in teilungsfähigen Organellen - Mitochondrien und Chloroplasten. Dies ist darauf zurückzuführen, dass diese Organoide die wichtigsten Funktionen in der Zelle erfüllen: ATP-Synthese sowie Glukosesynthese und Sauerstoffbildung in Pflanzenzellen. In der synthetischen Phase des Lebenszyklus verdoppeln sich die mütterlichen Organellen. So erhalten Tochterzellen durch Mitose (Teilung somatischer Zellen) oder Meiose (Bildung von Eiern und Spermien) das notwendige Arsenal an Zellstrukturen, die die Zellen mit Nährstoffen und Energie versorgen.
Ribonukleinsäure besteht aus einer Kette undhat ein niedrigeres Molekulargewicht als DNA. Es ist sowohl im Zellkern als auch im Hyaloplasma enthalten und Teil vieler zellulärer Organellen: Ribosomen, Mitochondrien, endoplasmatisches Retikulum, Plastiden. Chromatin in diesen Organellen ist mit Histonproteinen assoziiert und Teil von Plasmiden - ringgeschlossenen DNA-Molekülen.
Also fanden wir diese Nukleinsäurenenthalten in der Substanz der Chromosomen - Struktureinheiten der Vererbung. Ihr Chromatin unter dem Elektronenmikroskop hat die Form von Körnern oder Filamentformationen. Es enthält neben DNA auch RNA-Moleküle sowie Proteine, die grundlegende Eigenschaften aufweisen und als Histone bezeichnet werden. Alle obigen Strukturen sind Teil von Nukleosomen. Sie sind in den Chromosomen des Kerns enthalten und werden als Fibrillen (Filament-Solenoide) bezeichnet. Um all das zusammenzufassen, werden wir bestimmen, was Chromatin ist. Dies ist eine komplexe Verbindung aus Desoxyribonukleinsäure und speziellen Proteinen - Histonen. Doppelsträngige DNA-Moleküle werden wie auf Spulen zu Nukleosomen gewickelt.
Die Substanz der Vererbung hat verschiedeneEine Struktur, die von vielen Faktoren abhängt. Zum Beispiel, ab welchem Stadium des Lebenszyklus die Zelle durchläuft: der Teilungszeitraum (Metose oder Meiose), der präsynthetische oder der synthetische Zeitraum der Interphase. Aus der Form des Solenoids oder der Fibrille als einfachster Form ergibt sich eine weitere Verdichtung des Chromatins. Heterochromatin ist ein dichterer Zustand, der in Intronregionen des Chromosoms gebildet wird, in denen keine Transkription möglich ist. Während der Ruhephase der Zellinterphase, in der kein Teilungsprozess stattfindet, befindet sich Heterochromatin im Karyoplasma des Zellkerns in der Peripherie in der Nähe seiner Membran. Die Verdichtung des Kerninhalts erfolgt im postsynthetischen Stadium des Zelllebenszyklus, also unmittelbar vor der Teilung.
Fortsetzung der Untersuchung der Frage, was Chromatin ist,Wissenschaftler haben festgestellt, dass seine Verdichtung von Histonproteinen abhängt, die zusammen mit DNA- und RNA-Molekülen Bestandteil von Nukleosomen sind. Sie bestehen aus vier Arten von Proteinen, die als Kortikalis und Linker bezeichnet werden. Zum Zeitpunkt der Transkription (Lesen von Informationen aus Genen unter Verwendung von RNA) ist die Substanz der Vererbung schwach kondensiert und wird als Euchromatin bezeichnet.
Derzeit VertriebsfunktionenDNA-Moleküle, die mit Histonproteinen assoziiert sind, werden weiterhin untersucht. Wissenschaftler haben zum Beispiel herausgefunden, dass sich das Chromatin verschiedener Loci desselben Chromosoms im Kondensationsgrad unterscheidet. Zum Beispiel ist es an den Stellen, an denen die Stränge der Spaltungsspindel, die als Zentromere bezeichnet werden, an das Chromosom gebunden sind, dichter als in den Telomerregionen - den Endorten.
Im Konzept der Regulation der GenaktivitätDas von den französischen Genetikern Jacob und Mono entwickelte Verfahren gibt eine Vorstellung von der Existenz von Desoxyribonukleinsäurestellen, an denen keine Informationen über die Struktur von Proteinen vorliegen. Sie üben rein bürokratische Führungsaufgaben aus. Diese Teile der Chromosomen, die als regulatorische Gene bezeichnet werden, weisen in ihrer Struktur in der Regel keine Histonproteine auf. Chromatin, dessen Bestimmung nach der Methode der Sequenzierung durchgeführt wurde, wurde als offen bezeichnet.
Weitere Forschung gefundendass sich an diesen Stellen Nukleotidsequenzen befinden, die die Anlagerung von Proteinpartikeln an DNA-Moleküle verhindern. Solche Stellen enthalten regulatorische Gene: Promotoren, Enhancer, Aktivatoren. Die Chromatinverdichtung in ihnen ist hoch und die Länge dieser Stellen beträgt im Durchschnitt etwa 300 nm. Es gibt eine biochemische Methode zur Bestimmung von offenem Chromatin in isolierten Kernen, bei der das Enzym DNA-ase verwendet wird. Chromosomenorte, denen Histonproteine fehlen, werden sehr schnell abgebaut. Chromatin in diesen Bereichen wurde als überempfindlich bezeichnet.
Komplexe einschließlich DNA, RNA und Protein,Chromatin genannt, sind an der Ontogenese von Zellen beteiligt und verändern ihre Zusammensetzung in Abhängigkeit von der Art des Gewebes sowie vom Entwicklungsstadium des gesamten Organismus. Beispielsweise werden in Epithelzellen Gene wie der Enhancer und der Promotor durch Repressorproteine blockiert, und dieselben regulatorischen Gene in den Sekretionszellen des Darmepithels sind aktiv und befinden sich in der offenen Chromatinzone. Genetiker haben herausgefunden, dass DNA, die kein Protein kodiert, mehr als 95% des gesamten menschlichen Genoms ausmacht. Dies bedeutet, dass es viel mehr Kontrollgene gibt als diejenigen, die für die Peptidsynthese verantwortlich sind. Die Einführung von Methoden wie DNA-Chips und Sequenzierung ermöglichte es, herauszufinden, was Chromatin ist, und infolgedessen das menschliche Genom abzubilden.
Chromatinstudien sind in solchen Fällen sehr wichtigWissenschaftszweige wie Humangenetik und medizinische Genetik. Dies ist auf eine starke Zunahme von Erbkrankheiten zurückzuführen - sowohl genetisch als auch chromosomal. Die Früherkennung dieser Syndrome erhöht den Prozentsatz der positiven Vorhersagen bei ihrer Behandlung.
