Budowa chromatyny

Co to jest chromatyna?

Jest to włóknista substancja występująca w
jądrze komórkowym, zbudowana z:



bardzo długich, dwuniciowych cząsteczek
DNA



prawie takiej samej wagowo ilości
histonów



białek niehistonowych (większość z nich
to białka kwaśne i większe niż histony)



małej ilości RNA

DNA

Wielkocząsteczkowy organiczny związek
chemiczny należący do kwasów
nukleinowych, który zbudowany jest z
pojedynczych, powiązanych ze sobą
monomerów (nukleotydów). U eukariontów
zlokalizowany jest przede wszystkim w
jądrach komórek, u prokariontów
bezpośrednio w cytoplazmie, natomiast u
wirusów w kapsydach. Pełni rolę nośnika
informacji genetycznej organizmów żywych.

Histony

Białka zasadowe, które zawierają dużo
aminokwasów zasadowych (lizyny i argininy),
dobrze rozpuszczalne w wodzie. Są
składnikami jąder komórkowych, gdzie
tworzą rdzenie nukleosomów w chromatynie.
Spośród wszystkich histonów najsłabiej
związane z chromatyną są histony H1 i
dlatego są one łatwo usuwane roztworem
soli, w wyniku czego chromatyna staje się
rozpuszczalna.

Białka niehistonowe

Białka te to enzymy, które biorą udział w
replikacji DNA (np. topoizomerazy DNA).
Należą do nich również białka biorące
udział w transkrypcji (np. kompleks
polimerazy DNA).

RNA

Organiczny związek chemiczny z grupy kwasów
nukleinowych, zbudowany z rybonukleotydów
połączonych wiązaniami fosfodiestrowymi. Z
chemicznego punktu widzenia jest polimerem
kondensacyjnymi rybonukleotydów. Występuje w
jądrach komórkowych i cytoplazmie, często wchodząc
w skład nukleoprotein. Znanych jest wiele klas kwasów
rybonukleinowych o zróżnicowanej wielkości i
strukturze, pełniących rozmaite funkcje biologiczne.
Zarówno struktura, jak i funkcja RNA jest silnie
uzależniona od sekwencji nukleotydów, z których
zbudowana jest dana cząsteczka.

Stopnie upakowania

chromatyny

podwójna helisa + oktamer histonowy →
nukleosom + histon łącznikowy (np. H1) →
chromatosom + łącznikowy dna →
nukleofilament (sznur koralików, włókno
10 nm) → solenoid (włókno 30 nm) →
pętla chromosomowa (pętla laemmliego)
→ chromatyna interfazowa → chromosom
metafazowy

Podwójna helisa

Podwójna helisa stanowi
podstawowy element struktury
przestrzennej cząsteczki DNA.
Składa się z dwóch łańcuchów
polinukleotydowych, które biegną
w przeciwnych kierunkach i
owijają się wokół wspólnej osi.
Zasady azotowe nukleotydów
znajdują się wewnątrz podwójnej
helisy i są połączone wiązaniami
wodorowymi w pary
komplementarne. Fragmenty o
strukturze podwójnej helisy
znajdują się także w niektórych
cząsteczkach RNA, np. tRNA.

Nukleosom

Jest jednostką organizacyjną rozpuszczalnej
chromatyny. Wyizolowany rdzeń
nukleosomów zawiera 4 klasy histonów
(nazywanych rdzeniowymi): H2A, H2B, H3 i
H4. Ich struktura zostaje wśród gatunków w
znacznym stopniu zachowana, co świadczy o
tym, że czynność histonów jest identyczna we
wszystkich komórkach eukariotycznych i że
cała cząsteczka uczestniczy w wypełnianiu
swoistej funkcji.

Wcześniej wymienione klasy histonów rdzeniowych
podlegają następującym rodzajom kowalencyjnych
modyfikacji:



acetylacji (H3 i H4- acetylacja związana z z aktywacją
lub deaktywacją transkrypcji genów, ogólnie o
wszystkich histonach rdzeniowych- związana ze
składaniem chromosomów podczas replikacji DNA)



metylacji



fosforylacji (H1- fosforylacja związana z kondensacją
chromosomów podczas replikacj)



ADP- rybozylacji (związana z naprawą DNA)



monoubikwitylacji (związana z aktywacją genu,
represją i heterochromatycznym wyciszaniem genów)



sumoilacji (prowadzi do represji transkrypcji)

Histony rdzeniowe mają zdolność
wzajemnego oddziaływania na siebie:



H3 i H4 tworzą tetramer, który zawiera po
dwie cząsteczki każdego z nich (H3/H4)

narzuca DNA właściwości nukleosomu



H2A i H2B tworzą dimery (H2A-H2B),
których dodanie stabilizuje pierwotną
cząsteczkę i wiąże silnie dwa dodatkowe
półskręty helisy DNA, uprzednio jedynie
związane z tetramerem (H3/H4)

W warunkach fizjologicznych takie oligomery
łączą się w oktamer histonowy o składzie
(H3/H4)

-(H2A-H2B)



W powstawaniu nukleosomów pośredniczą
niektóre czynniki tworzenia chromatyny,
wspomagane przez białka opiekuńcze
histonów. W trakcie tworzenia nukleosomów
histony zostają uwolnione od tych białek.



Nukleosomy wykazują preferencje do pewnych
regionów na specyficznych cząsteczkach DNA
(fazowanie), jednak przyczyna tego dokładnie
nie jest znana. Prawdopodobnie ma to związek
ze względną fizyczną giętkością pewnych
sekwencji nukleotydowych oraz z obecnością
innych czynników związanych z DNA, które
ograniczają liczbę miejsc lokalizacji
nukleosomów.

Histon łącznikowy

Należy do rodziny małych, zasadowych białek
histonowych, do których zalicza się histon H1 i
jego odmianę histon H5. W porównaniu z innymi
histonami cechuje go względnie duża
heterogenność. Jest zlokalizowany w obrębie
nukleosomu w miejscu, w którym DNA schodzi i
wchodzi do nukleosomu, tworząc swego rodzaju
klamrę spinającą całość. Histony łącznikowe
zbudowane są z trzech domen: globularnej
domeny głównej oraz dwóch małych domen- N-
końcowej i C- końcowej.

Włókienko grubości 10 nm

(nukleofilament)

Składa się z nukleosomów, które są
ułożone w taki sposób, że ich brzegi są od
siebie nieco oddzielone, a ich płaskie
powierzchnie leżą równolegle do osi
włókienka. Włókienko grubości 10 nm jest
prawdopodobnie dodatkowo skręcone (6-
7 nukleosomów na jeden skręt) i tworzy
włókno chromatynowe grubości 30 nm,
które stabilizują histony H1.

Włókno chromatynowe

grubości 30 nm (solenoid)

Jednostka strukturalna chromatyny
składająca się ze zwiniętego w
lewoskrętną helisę nukleofilamentu o
średnicy 30 nm. Na każdy skręt solenoidu
przypada 6 chromatosomów. Zwinięty
solenoid wraz z macierzą jądrową tworzy
pętlę chromosomową.

Chromatyna

Jest to interfazowa postać chromosomów, złożona z DNA, białek
histonowych i niehistonowych oraz małej ilości RNA.
Podział chromatyny pod względem aktywności transkrypcyjnej:



heterochromatyna- nieaktywna transkrypcyjnie, w interfazie gęsto
upakowana, możemy rozróżnić heterochromatynę:



konstytutywną- zawsze upakowana, nieaktywna, znajduje się w regionach w
pobliżu centromera i w końcach chromosomów (w telomerach)



fakultatywną- niekiedy skondensowana, a niekiedy nieskondensowana i
mająca wygląd euchromatyny (przykładem może być jeden z chromosomów
żeńskich X u ssaków, który jest skondensowany i prawie całkowicie
nieaktywny transkrypcyjnie, jednak w okresie gametogenezy ulega
dekondensacji i staje się aktywny transkrypcyjnie we wczesnej
embriogenezie)



euchromatyna- aktywna transkrypcyjnie, wybarwia się jako substancja
mniej gęsta, replikuje się w cyklu komórkowym ssaków zwykle wcześniej
niż heterochromatyna

Budowa chromosomu



Chromatyda- jedna z dwóch identycznych
cząsteczek DNA budujących ramiona
chromosomu.



Centromer- miejsce połączenia dwóch
chromatyd siostrzanych, jest regionem
bogatym w pary zasad (A-T).



Kinetochor- białkowa struktura leżąca na
powierzchni centromeru, która jest miejscem
przyczepu włókien wrzeciona podziałowego.



Przewężenie wtórne- sekwencja DNA służąca
jako tzw. organizator jąderkotwórczy (NOR)
do syntezy rRNA.



Trabant (satelita)- fragment ramienia
chromosomu za przewężeniem wtórnym.



Telomery- zakończenia ramion
chromosomów, które składają się z krótkich
powtarzających się sekwencji bogatych w
pary T-G (u człowieka sekwencja: 5’-TTAGGG-
3’).

Rodzaje chromosomów

(położenie centromerów)



Metacentryczny- centromer
w połowie długości
chromosomu.



Submetacentryczny-
centromer dzieli ramiona
chromosomu na odcinki
nierównej długości.



Akrocentryczny- centromer
tuż przy jednym z końców
ramion chromosomu.



Telocentryczny- centromer
na końcu ramion
chromosomu.

Inne typy chromosomów



Autosomy- chromosomy ciała,
czyli wszystkie z wyjątkiem
chromosomów płci.



Allosomy
(heterochromosomy)-
chromosomy płci.



Chromosomy homologiczne-
chromosomy podobne do
siebie pod względem składu
genetycznego, przy czym
jeden z nich pochodzi od
jednego organizmu
rodzicielskiego, a drugi od
drugiego.



Chromosomy niehomologiczne-
chromosomy różne pod
względem zawartości
genetycznej.



Chromosomy politeniczne
(olbrzymie)- powstające w wyniku
nierozchodzenia się chromatyd po
kilkukrotnej replikacji. Występują
np. w komórkach gruczołów
ślinowych larw muchówek.



Chromosomy szczoteczkowe-
zawierają dużo pętli bocznych,
służących intensywnej syntezie
RNA. Występują w oocytach
kręgowców.

Document Outline