การวิจัยทางชีวเคมีในพันธุศาสตร์เป็นวิธีสำคัญในการศึกษาองค์ประกอบพื้นฐานของมัน - โครโมโซมและยีน ในบทความนี้เราจะดูว่าโครมาตินคืออะไรค้นหาโครงสร้างและหน้าที่ของมันในเซลล์
กระบวนการหลักที่จำแนกลักษณะของสิ่งมีชีวิตสิ่งมีชีวิตบนโลก ได้แก่ การหายใจโภชนาการการเจริญเติบโตการขับถ่ายและการสืบพันธุ์ ฟังก์ชั่นหลังมีความสำคัญที่สุดสำหรับการดำรงชีวิตบนโลกของเรา อย่าลืมว่าพระบัญญัติข้อแรกที่พระเจ้าประทานแก่อาดัมและเอวามีดังต่อไปนี้: "จงมีลูกดกและทวีคูณ" ในระดับเซลล์การทำงานของยีนจะดำเนินการโดยกรดนิวคลีอิก (สารที่เป็นส่วนประกอบของโครโมโซม) เราจะพิจารณาโครงสร้างเหล่านี้ในภายหลัง
นอกจากนี้เรายังเพิ่มการบันทึกและการถ่ายโอนข้อมูลทางพันธุกรรมไปยังลูกหลานจะดำเนินการตามกลไกเดียวที่ไม่ได้ขึ้นอยู่กับระดับองค์กรของแต่ละบุคคลนั่นคือไวรัสและแบคทีเรียและสำหรับมนุษย์ถือเป็นสากล
ในงานนี้เราศึกษาโครมาตินโครงสร้างและซึ่งหน้าที่ขึ้นอยู่กับการจัดระเบียบของโมเลกุลของกรดนิวคลีอิกโดยตรง ในปีพ. ศ. 2412 Miescher นักวิทยาศาสตร์ชาวสวิสได้ค้นพบสารประกอบที่แสดงคุณสมบัติของกรดในนิวเคลียสของเซลล์ของระบบภูมิคุ้มกันซึ่งเขาเรียกว่านิวคลีอินตัวแรกและกรดนิวคลีอิก จากมุมมองของเคมีสิ่งเหล่านี้เป็นสารประกอบที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูง - โพลีเมอร์ โมโนเมอร์ของพวกเขาคือนิวคลีโอไทด์ที่มีโครงสร้างดังต่อไปนี้: พิวรีนหรือไพริมิดีนเบสเพนโทสและกากกรดฟอสฟอริก นักวิทยาศาสตร์พบว่ากรดนิวคลีอิก 2 ชนิดสามารถมีอยู่ในเซลล์: DNA และ RNA พวกมันเข้าไปในสารประกอบเชิงซ้อนที่มีโปรตีนและสร้างสารของโครโมโซม เช่นเดียวกับโปรตีนกรดนิวคลีอิกมีการจัดระเบียบเชิงพื้นที่หลายระดับ
ผู้ได้รับรางวัลโนเบลปี 1953วัตสันและคริกได้ถอดรหัสโครงสร้างของดีเอ็นเอ เป็นโมเลกุลที่ประกอบด้วยโซ่สองเส้นเชื่อมต่อกันด้วยพันธะไฮโดรเจนที่เกิดขึ้นระหว่างฐานไนโตรเจนตามหลักการของความสมบูรณ์ (อะดีนีนตรงข้ามคือฐานไทมีนตรงข้ามไซโตซีน - ฐานกัวนีน) โครมาตินโครงสร้างและหน้าที่ที่เรากำลังศึกษาอยู่ประกอบด้วยโมเลกุลของกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิกและไรโบนิวคลีอิกที่มีการกำหนดค่าต่างๆ เราจะกล่าวถึงปัญหานี้โดยละเอียดในหัวข้อ“ ระดับขององค์กรโครมาติน”
DNA มีอยู่ในโครงสร้างเซลล์เช่นนิวเคลียสเช่นเดียวกับในออร์แกเนลล์ที่สามารถแบ่งตัวได้ - ไมโตคอนเดรียและคลอโรพลาสต์ เนื่องจากออร์แกเนลล์เหล่านี้ทำหน้าที่ที่สำคัญที่สุดในเซลล์นั่นคือการสังเคราะห์ ATP ตลอดจนการสังเคราะห์กลูโคสและการสร้างออกซิเจนในเซลล์พืช ในขั้นตอนสังเคราะห์ของวัฏจักรชีวิตออร์แกเนลล์หลักจะเพิ่มเป็นสองเท่า ดังนั้นอันเป็นผลมาจากไมโทซิส (การแบ่งเซลล์ร่างกาย) หรือไมโอซิส (การสร้างไข่และตัวอสุจิ) เซลล์ลูกสาวได้รับคลังแสงที่จำเป็นของโครงสร้างเซลล์ที่ให้สารอาหารและพลังงานแก่เซลล์
กรดไรโบนิวคลีอิกประกอบด้วยโซ่เดียวและมีน้ำหนักโมเลกุลต่ำกว่า DNA พบได้ทั้งในนิวเคลียสและในไฮยาโลพลาสซึมและยังเป็นส่วนหนึ่งของออร์แกเนลล์ของเซลล์หลายชนิดเช่นไรโบโซมไมโทคอนเดรียเรติคูลัมเอนโดพลาสมิกพลาสปิด โครมาตินในออร์แกเนลล์เหล่านี้เกี่ยวข้องกับโปรตีนฮิสโตนและเป็นส่วนหนึ่งของพลาสมิด - โมเลกุลดีเอ็นเอแบบปิดแบบวงกลม
ดังนั้นเราจึงกำหนดกรดนิวคลีอิกนั้นมีอยู่ในสารของโครโมโซม - หน่วยโครงสร้างของการถ่ายทอดทางพันธุกรรม โครมาตินของพวกมันภายใต้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนดูเหมือนว่าเป็นแกรนูลหรือการก่อตัวของเส้นใย ประกอบด้วยนอกเหนือจาก DNA แล้วยังมีโมเลกุลของ RNA เช่นเดียวกับโปรตีนที่แสดงคุณสมบัติพื้นฐานและเรียกว่าฮิสโตน โครงสร้างทั้งหมดข้างต้นเป็นส่วนหนึ่งของนิวคลีโอโซม พบในโครโมโซมของนิวเคลียสและเรียกว่าไฟบริล (เส้นใยโซลินอยด์) สรุปทั้งหมดข้างต้นให้นิยามว่าโครมาตินคืออะไร เป็นสารประกอบเชิงซ้อนของกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิกและโปรตีนพิเศษ - ฮิสโตน โมเลกุลของดีเอ็นเอที่มีเกลียวสองเส้นจะถูกกระทบกับพวกมันเช่นเดียวกับบนขดลวดเพื่อสร้างนิวคลีโอโซม
สารพันธุกรรมมีความแตกต่างกันโครงสร้างที่ขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย ตัวอย่างเช่นในขั้นตอนใดของวงจรชีวิตของเซลล์: ช่วงเวลาของการแบ่งตัว (ไมโอซิสหรือไมโอซิส) ระยะเวลาสังเคราะห์หรือสังเคราะห์ของเฟส จากรูปแบบของโซลินอยด์หรือไฟบริลเมื่อการบดอัดโครมาตินที่ง่ายที่สุดเกิดขึ้น Heterochromatin เป็นสถานะที่หนาแน่นขึ้นมันถูกสร้างขึ้นในบริเวณภายในของโครโมโซมซึ่งเป็นไปไม่ได้ที่จะถอดความ ในช่วงเวลาที่อยู่เฉยๆของเซลล์ - ระหว่างเฟสเมื่อไม่มีกระบวนการแบ่งเฮเทอโรโครมาตินจะอยู่ในคาริโอพลาสซึมของนิวเคลียสตามรอบนอกใกล้กับเยื่อหุ้มเซลล์ การบดอัดของเนื้อหานิวเคลียร์เกิดขึ้นในขั้นตอนหลังการสังเคราะห์ของวงจรชีวิตของเซลล์นั่นคือทันทีก่อนการแบ่งตัว
ศึกษาคำถาม "โครมาตินคืออะไร"นักวิทยาศาสตร์พบว่าการบดอัดขึ้นอยู่กับโปรตีนฮิสโตนซึ่งร่วมกับโมเลกุลของ DNA และ RNA เป็นส่วนหนึ่งของนิวคลีโอโซม ประกอบด้วยโปรตีนสี่ประเภทเรียกว่าโปรตีนคอร์และโปรตีนตัวเชื่อม ในช่วงเวลาของการถอดความ (อ่านข้อมูลจากยีนโดยใช้ RNA) สารพันธุกรรมจะควบแน่นอย่างอ่อนและเรียกว่า euchromatin
คุณสมบัติการกระจายปัจจุบันยังคงมีการศึกษาโมเลกุลของดีเอ็นเอที่เกี่ยวข้องกับโปรตีนฮิสโตน ตัวอย่างเช่นนักวิทยาศาสตร์พบว่าโครมาตินของตำแหน่งที่แตกต่างกันของโครโมโซมเดียวกันแตกต่างกันในระดับการควบแน่น ตัวอย่างเช่นในตำแหน่งของสิ่งที่แนบมากับโครโมโซมของเส้นใยของแกนหมุนที่เรียกว่า centromeres จะมีความหนาแน่นมากกว่าในบริเวณเทโลเมอร์ - เทอร์มินัล loci
ในแนวคิดของการควบคุมกิจกรรมของยีนสร้างขึ้นโดยนักพันธุศาสตร์ชาวฝรั่งเศส Jacob และ Monod ให้แนวคิดเกี่ยวกับการมีอยู่ของบริเวณกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิกซึ่งไม่มีข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างของโปรตีน พวกเขาทำหน้าที่ในระบบราชการอย่างหมดจด - หน้าที่ในการบริหารจัดการ เรียกว่ายีนควบคุมซึ่งตามกฎแล้วส่วนของโครโมโซมเหล่านี้จะไม่มีโปรตีนฮิสโตนในโครงสร้าง โครมาตินการกำหนดซึ่งดำเนินการโดยการจัดลำดับเรียกว่าเปิด
ในระหว่างการวิจัยเพิ่มเติมพบว่าว่า loci เหล่านี้มีลำดับนิวคลีโอไทด์ที่ป้องกันการยึดติดของอนุภาคโปรตีนกับโมเลกุลของ DNA ไซต์ดังกล่าวมียีนควบคุม: ตัวส่งเสริม, สารเพิ่มประสิทธิภาพ, ตัวกระตุ้น การบดอัดของโครมาตินอยู่ในระดับสูงและความยาวของบริเวณเหล่านี้โดยเฉลี่ยประมาณ 300 นาโนเมตร มีวิธีการทางชีวเคมีสำหรับการตรวจหาโครมาตินแบบเปิดในนิวเคลียสที่แยกได้ซึ่งใช้เอนไซม์ DNase มันแยกโครโมโซมที่ขาดโปรตีนฮิสโตนได้อย่างรวดเร็ว Chromatin ในพื้นที่เหล่านี้เรียกว่าแพ้ง่าย
คอมเพล็กซ์ ได้แก่ DNA, RNA และโปรตีนเรียกว่าโครมาตินมีส่วนร่วมในการสร้างเซลล์และเปลี่ยนองค์ประกอบขึ้นอยู่กับชนิดของเนื้อเยื่อตลอดจนขั้นตอนของการพัฒนาของสิ่งมีชีวิตโดยรวม ตัวอย่างเช่นในเซลล์เยื่อบุผิวของผิวหนังยีนเช่นสารเพิ่มประสิทธิภาพและตัวส่งเสริมจะถูกปิดกั้นโดยโปรตีนที่กดทับและยีนควบคุมเดียวกันในเซลล์หลั่งของเยื่อบุผิวในลำไส้จะทำงานอยู่และอยู่ในโซนของโครมาตินแบบเปิด นักพันธุศาสตร์พบว่าดีเอ็นเอที่ไม่มีรหัสสำหรับโปรตีนมีสัดส่วนมากกว่า 95% ของจีโนมมนุษย์ทั้งหมด ซึ่งหมายความว่ามียีนควบคุมจำนวนมากมากกว่ายีนที่รับผิดชอบในการสังเคราะห์เปปไทด์ การแนะนำวิธีการต่างๆเช่นชิปดีเอ็นเอและการจัดลำดับทำให้สามารถค้นหาได้ว่าโครมาตินคืออะไรและเป็นผลให้สามารถทำแผนที่จีโนมของมนุษย์ได้
การศึกษาโครมาตินมีความสำคัญมากสาขาวิทยาศาสตร์เช่นพันธุศาสตร์มนุษย์และพันธุศาสตร์ทางการแพทย์ เนื่องจากระดับการเกิดโรคทางพันธุกรรมที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วทั้งยีนและโครโมโซม การตรวจพบกลุ่มอาการเหล่านี้ในระยะเริ่มต้นจะเพิ่มเปอร์เซ็นต์ของการพยากรณ์โรคในเชิงบวกในการรักษา
