Структурачовешки хромозоми
Всичкигени в човешкия геном, както и детерминантите на тяхната експресия, са организирани в 46 хромозоми, разположени в ядрото, плюс митохондриална хромозома. Всяка хромозома се състои от единична двойна спирала от непрекъсната ДНК; тези. всяка хромозома в ядрото е дълга, линейна, спирална двойна ДНК молекула и следователно ядреният геном се състои от 46 молекули, съдържащи над 6 милиарда нуклеотиди.
Хромозомитеобаче не са просто двойна спирала на ДНК. Във всяка клетка геномът е опакован като хроматин, в който ДНК се комбинира с няколко класа хромозомни протеини. С изключение на фазата на клетъчно делене, хроматинът е разпределен в ядрото и под микроскоп изглежда относително хомогенен. Когато една клетка започне да се дели, геномът се кондензира и се появяват видимите под микроскоп хромозоми. По този начин хромозомите се разглеждат като отделни структури само по време на клетъчното делене, въпреки че запазват своята цялост между отделенията.
ВхромозоматаДНК молекулата съществува като хроматин, в комплекс със семейство основни хромозомни протеини, наречени хистони, и с хетерогенна група нехистонови протеини, които са много по-малко добре характеризирани, но е установено, че определят подходящите условия за нормалното поведение на хромозомите и влияят на генната експресия.
В опаковката нахроматинпетте основни типа хистони играят най-важната роля. Две копия на всеки от четирите основни хистона - H2A, H2B, H3 и H4 - образуват октамер, около който, като нишка около намотка, е увит сегмент от двойната спирала на ДНК. Около всеки октамер от хистонови протеини ДНК прави две завъртания, което е приблизително 140 базови двойки. След кратък (20-60 базови двойки) междинен сегмент на ДНК отново се образува спирала и т.н.освен това, което придава на хроматина вид на мъниста, нанизани на връв.
ВсекиДНКкомплекс с основни хистони се нарича нуклеозома, представляваща основната структурна единица на хроматина, и всяка от 46-те човешки хромозоми съдържа от няколкостотин хиляди до повече от един милион нуклеозоми. Установено е, че пети хистон, HI, се свързва с ДНК на ръба на всяка нуклеозома, в областта на междунуклеозомната празнина. Обемът на ДНК, свързана с нуклеозомата, включително междинната област, е почти 200 базови двойки.
В допълнение към основнитетипове хистонови протеини, разнообразие от специализирани хистони могат да заменят H3 и H2A, придавайки специфични характеристики на геномната ДНК. Хистоните H3 и H4 също могат да бъдат модифицирани в кодирани протеини. Тези така наречени пост-транслационни модификации могат да променят свойствата на нуклеозомите. Наборът от основни и специализирани хистонови протеини и техните модификации често се нарича хистонов код, който може да се променя в различни типове клетки и следователно се смята, че определя естеството на ДНК опаковката и нейната достъпност до регулаторни фактори, които определят генната експресия или други функции на генома.
По време на клетъчния цикълхромозомитепреминават през последователност от кондензации и декондензации. Въпреки това, дори когато хромозомите са в своето най-декондензирано състояние, на етап от клетъчния цикъл, наречен интерфаза, ДНК е опакована в хроматина в много по-голяма степен, отколкото двойна спирала без протеини. Освен това, дългите вериги от нуклеозоми се самосглобяват във вторична спирална хроматинова структура, която се появява под електронен микроскоп като дебела нишка с диаметър 30 nm, което е почти три пъти по-дебело от диаметъра на нуклеозомите.
Това е цилиндрично влакно"соленоид" (от гръцки solenoeides - тръбен), както се оказа - основната единица на организацията на хроматина. Соленоидите са самостоятелно опаковани бримки или области, прикрепени на интервали от около 100 000 базови двойки (или 100 килобази, 1 килобаза = 1000 базови двойки) към протеиновия скелет или матрицата на ядрото. Предполага се, че тези бримки всъщност са функционални блокове по време на копиране на ДНК или генна транскрипция и точките на закрепване на всеки блок са фиксирани върху ДНК на хромозомата. По този начин едно ниво на контрол на генната експресия може да зависи от това как ДНК и гените са пакетирани в хромозомите и как са свързани с хроматиновите протеини по време на пакетирането.
Огромниятобем геномна ДНК, пакетиран в хромозома, може да бъде оценен след специална обработка на хромозомата, за да се освободи ДНК от протеиновата основа. В този случай могат да се визуализират дълги вериги на ДНК и останките от протеиновата матрица могат да възпроизведат контурите на типична хромозома.
Митохондриална хромозома
Както бе споменато по-горе,малка, но важна подгрупа от гените на човешкия геном се намира в цитоплазмата в митохондриите. Митохондриалните гени се наследяват строго по майчина линия. Човешките клетки могат да имат стотици хиляди митохондрии, всяка от които съдържа много копия на малка, кръгла молекула, митохондриалната хромозома. Митохондриалната ДНК молекула е дълга само 16 килобази (по-малко от 0,03% от дължината на най-малката ядрена хромозома!) и кодира само 37 гена. Продуктите на тези гени функционират в митохондриите, въпреки че повечето от протеините в митохондриите всъщност са продукти на ядрени гени.
Възможността замутации в митохондриалните гение демонстрирана при няколко заболявания с наследство по майка, както и при спорадично разстройство.