Надмолекулярна организация на хромозомите
Надмолекулната организация на хромозомите се нарича ощеспирализация, иликондензация, иликомпактизация.
Понастоящем се приемат три нива на супрамолекулна организация на хромозомите:първично, вторично, третично.
Уплътняването на ДНК за еукариотната клетка е важно по две причини: позволява да не се объркват и подреждат много дълги ДНК молекули в малък обем на клетъчното ядро и освен това това е един от начините за функционален контрол на гените - естеството на ДНК опаковката влияе върху активността на някои части от генома.
Първичното ниво на супрамолекулна организация енуклеозома. Елементарната структура на хромозомата, която може да се различи с помощта на електронен микроскоп, е нишка с диаметър 10-13 nm, която представлява комплекс от ДНК и хистонови протеини. Тази верига се състои от хистонов скелет (под формата на верига от дисковидни протеинови тела, подредени едно зад друго), върху които спирално е усукана ДНК верига. Комплексът от ДНК и хистони на нивото на едно дисковидно тяло се наричануклеозома. Съдържадве молекули от всеки от 4-те вида хистон (H2A, H2B, H3, H4 ), свързани под формата на октамер. ДНК в нуклеозомата лежи върху октамера, навивайки се около гръбнака на хистона. На нивото на всяка нуклеозома ДНК образува 2,3 навивки на спиралата, което съответства на приблизително 200 базови двойки. Комуникацията между съседни нуклеозоми се осъществява от хистон HI. Това място на свързване има 60 базови двойки. Образува се нишка с диаметър около 11 nm.
Нуклеозомата е универсална частица, която се намира както в еухроматина, така и в хетерохроматина, в интерфазното ядро и метафазните хромозоми.
В случай на линейна корекция, коятопочти не присъства в жива клетка, структурата, образувана от нуклеозоми, прилича на низ от "мъниста" и се нарича нуклеозомна нишка. Поради нуклеозомната организация на хромозомите първоначалната дължина на ДНК се скъсява 7 пъти, т.е. настъпва уплътняване. Това, очевидно, е състоянието на интерфазната хромозома, нейните еухроматични области.
По-нататъшното уплътняване на ДНК в хромозомите е свързано с образуването насупрануклеозомни структури. По този начинвторичното ниво на ДНК хромозомното опаковане се изразява в образуването насуперспирална нишка (соленоид ), в която оригиналната ДНК молекула е съкратена 40 пъти. Дебелината достига 30-40 nm. По време на образуването на супернамотка, нуклеозомната нишка е спирално усукана поради взаимодействието на хистони HI и H3. Възможно е също така в този процес да участват нехистонови протеини. Това ниво на нагъване на ДНК изглежда съответства на профазните митотични и мейотични хромозоми, наблюдавани под светлинен микроскоп. Или интерфазни, но не транскрибирани, вероятно участъци от хромозоми, т.е. хетерохроматин.
Третото ниво на пакетиране на хромозоми е най-малко проучено.
Има два модела:първият се основава на принципа на спираловидно полагане,вторият се основава на структурата според принципа на сгъваеми бримки. През последните години е натрупан много материал, който говори за реалността на подобни на бримка структури в хромозомата и тяхното плътно опаковане в метафазната хромозома около аксиалната рамка, изградена от нехистонови протеини. Примкови структури, но не плътно опаковани, също присъстват в интерфазната хромозома. Около рамката, като в четка за ръф, има бримки от супернавита нишка. Освен това, краищата на всяка верига са локализирани в една и съща точка на протеиновата рамка. Предполага се също, че бримките могат да се усукват около собствените сиоси, т.е. метафазната хромозома може да бъде изобразена като плътно опаковани соленоидни бримки, навити в стегната спирала. Типичната човешка хромозома може да съдържа до 2600 бримки.
Третото ниво на подреждане -е кондензацията на профазна хромозома в метафазна. Дебелината на такава структура достига 1400 nm (две хроматиди), докато молекулата на ДНК се скъсява I04 пъти, т.е. от 5 cm разтеглена ДНК до 5 µm. Това супернавиване е придружено от фосфорилиране на всички HI молекули в клетката. Във всеки случай ДНК в ядрата на еукариотните клетки образува йерархична система от спирали и бримки, чиято основна единица е нуклеозомата. Нуклеозомите от своя страна не са абсолютно еднакви навсякъде. Тези фини и малко проучени разлики са биологично много важни, т.к очевидно те се срещат предимно в онези области на хроматина, където са разположени активните гени. В S-периода на интерфазата процесът на репликация по някакъв начин, неизвестно как, преминава през нуклеозомите на родителската хроматинова верига, които преминават към една от дъщернитеДНК спирали. След това всички нови хистонови октамери се прикрепват към втората дъщерна спирала на ДНК, свободна от нуклеозоми.
Нуклеозомната структура се запазва по време на транскрипцията на ДНК, въпреки че е доста трудно да си представим как РНК полимеразата може да транскрибира ДНК, свързана с хистон, без забележими промени в организацията на нуклеозомата. Но в клетките на ембриони на насекоми нуклеозомите изглежда липсват в областта на активираните гени за рРНК. И са открити биохимични разлики между транскрибирания активен и неактивен хроматин. По-специално, HI е много по-малко свързан с нуклеозомите в активния хроматин и като цяло хистоните в тези региони показват по-висока степен на ацетилиране.4.2.3.5. Нива на подреждане на хромозоми
Рязкото скъсяване на дължината на хромозомите по време на кондензацията се постига поради няколко нива на тяхното опаковане.
| Ниво на подреждане | Обяснение | Намаляване на дължината |
| I. Образуване на нуклеозоми | Двуверижна ДНК молекула прави почти 2 завъртания около нуклеозомата. | 6,2 пъти |
| II. Спирализация на нуклеозомната верига | Нуклеозомната верига е навита. | 6,0 пъти |
| III. Образуването на хроматинова нишка | Образува се спирала от по-висок порядък. | 3,0 пъти |
| IV. Сгъване на хроматинова верига в хромозома | Хромозомната нишка е сгъната многократно по дължината на хромозомата. | 90 пъти |
Полученото свиване на дължината е приблизително 10 000 пъти: ДНК молекули с обща дължина 200 cm се вместват в метафазни хромозоми с обща дължина 200 µm.
14.Структурни характеристики на интерфазните хромозоми. Тяхната функция. Концепцията за хроматинвидове хроматин. Полов хроматин.
Хроматинът е комплекс от ДНК и протеини (хистонови и нехистонови). Хроматинът е интерфазна форма на съществуване на хромозоми.
1.Еухроматин; 2. Хетерохроматин
Фиг.26. Хроматин на интерфазните хромозоми.
През този период различните части на хромозомите имат различна степен на уплътняване. Генетично инертните области на хромозомите имат най-висока степен на уплътняване. Те се оцветяват добре с ядрени багрила и се наричат хетерохроматин. Имаконститутивен ифакултативен хетерохроматин.
Конститутивният хетерохроматин се образува от нетранскрибирана ДНК. Смята се, че той участва в поддържането на структурата на ядрото, прикрепването на хромозомите към ядрената обвивка, разпознаването на хомоложните хромозоми по време на мейозата, разделянето на съседни структурни гени и в процесите на регулиране на тяхната активност.
Факултативният хетерохроматин, за разлика от конститутивния хетерохроматин, може да се транскрибира на определени етапи от клетъчната диференциация или онтогенеза. Пример за факултативен хетерохроматин е тялото на Barr, което се образува в организми от хомогаметичен пол поради инактивирането на една от X хромозомите.
Декомпактирани участъци от хромозоми, които са слабо оцветени с ядрени багрила, се наричат еухроматин. Той е функционално активен, транскрибиран хроматин.