इंटरफेज़ न्यूक्लियस की सामान्य विशेषताएं

केंद्रक कोशिका का सबसे महत्वपूर्ण घटक है, जो बहुकोशिकीय जीवों की लगभग सभी कोशिकाओं में पाया जाता है। अधिकांश कोशिकाओं में एक केंद्रक होता है, लेकिन द्विकेंद्रीय और बहुसंस्कृति कोशिकाएं होती हैं (उदाहरण के लिए, धारीदार मांसपेशी फाइबर)। दोहरी और बहुकेंद्रीयता कार्यात्मक विशेषताओं या कोशिकाओं की रोगात्मक स्थिति के कारण होती है। नाभिक का आकार और आकार बहुत परिवर्तनशील होता है और यह जीव के प्रकार, प्रकार, आयु और कोशिका की कार्यात्मक अवस्था पर निर्भर करता है। औसतन, नाभिक का आयतन कुल कोशिका आयतन का लगभग 10% होता है। सबसे अधिक बार, नाभिक का एक गोल या अंडाकार आकार होता है, जिसका आकार 3 से 10 माइक्रोन व्यास तक होता है। नाभिक का न्यूनतम आकार 1 माइक्रोन (कुछ प्रोटोजोआ में) होता है, अधिकतम 1 मिमी (कुछ मछलियों और उभयचरों के अंडे) होता है। कुछ मामलों में, कोशिका के आकार पर नाभिक के आकार की निर्भरता होती है। नाभिक आमतौर पर एक केंद्रीय स्थान पर होता है, लेकिन विभेदित कोशिकाओं में इसे कोशिका के परिधीय भाग में विस्थापित किया जा सकता है। यूकेरियोटिक कोशिका का लगभग सभी डीएनए नाभिक में केंद्रित होता है।

कर्नेल के मुख्य कार्य हैं:

1) आनुवंशिक जानकारी का भंडारण और संचरण;

2) कोशिका में प्रोटीन संश्लेषण, चयापचय और ऊर्जा का विनियमन।

इस प्रकार, नाभिक न केवल आनुवंशिक सामग्री के लिए एक पात्र है, बल्कि एक ऐसा स्थान भी है जहां यह सामग्री कार्य करती है और पुनरुत्पादन करती है। इसलिए, इनमें से किसी भी कार्य में व्यवधान से कोशिका मृत्यु हो सकती है। यह सब न्यूक्लिक एसिड और प्रोटीन के संश्लेषण में परमाणु संरचनाओं की अग्रणी भूमिका की ओर इशारा करता है।

ब्लैकिंग

सार। क्रोमैटिन, हेटरोक्रोमैटिन, यूक्रोमैटिन।

नाभिक (lat. न्यूक्लियस) यूकेरियोटिक कोशिका के संरचनात्मक घटकों में से एक है, जिसमें आनुवंशिक जानकारी (डीएनए अणु) होते हैं, जो मुख्य कार्य करते हैं: प्रोटीन संश्लेषण के प्रावधान के साथ वंशानुगत जानकारी का भंडारण, संचरण और कार्यान्वयन। नाभिक में क्रोमैटिन, न्यूक्लियोलस, कैरियोप्लाज्म (या न्यूक्लियोप्लाज्म) और परमाणु लिफाफा होता है। कोशिका नाभिक में, प्रतिकृति (या पुनरुत्पादन) होता है - डीएनए अणुओं का दोहरीकरण, साथ ही प्रतिलेखन - डीएनए अणु पर आरएनए अणुओं का संश्लेषण। नाभिक में संश्लेषित आरएनए अणुओं को संशोधित किया जाता है, जिसके बाद वे साइटोप्लाज्म में प्रवेश करते हैं। दोनों राइबोसोम सबयूनिट्स का निर्माण कोशिका नाभिक के विशेष गठन में होता है - न्यूक्लियोली। इस प्रकार, कोशिका नाभिक न केवल आनुवंशिक जानकारी का भंडार है, बल्कि एक ऐसा स्थान भी है जहाँ यह सामग्री कार्य करती है और प्रजनन करती है।

एक गैर-विभाजित, इंटरफेज़ सेल का केंद्रक आमतौर पर प्रति सेल एक होता है (हालांकि बहुकेंद्रीय कोशिकाएं भी पाई जाती हैं)। नाभिक में क्रोमैटिन, न्यूक्लियोलस, कैरियोप्लाज्म (न्यूक्लियोप्लाज्म) और परमाणु लिफाफा होता है जो इसे साइटोप्लाज्म से अलग करता है (चित्र 17)।

क्रोमेटिन

नाभिक के अंदर जीवित या स्थिर कोशिकाओं का अवलोकन करते समय, घने पदार्थ के क्षेत्रों की पहचान की जाती है, जो विभिन्न रंगों, विशेष रूप से बुनियादी रंगों द्वारा अच्छी तरह से पहचाने जाते हैं। अच्छी तरह से दागने की इस क्षमता के कारण, नाभिक के इस घटक को "क्रोमैटिन" (ग्रीक क्रोमा से - रंग, पेंट) कहा जाता है। क्रोमैटिन में प्रोटीन के साथ एक कॉम्प्लेक्स में डीएनए होता है। गुणसूत्र, जो समसूत्री कोशिका विभाजन के दौरान स्पष्ट रूप से दिखाई देते हैं, उनमें समान गुण होते हैं। गैर-विभाजित (इंटरफ़ेज़) कोशिकाओं में, क्रोमेटिन, एक प्रकाश माइक्रोस्कोप में पाया जाता है, कम या ज्यादा समान रूप से नाभिक की मात्रा को भर सकता है या अलग-अलग गांठों में स्थित हो सकता है।

इंटरफेज़ नाभिक का क्रोमैटिन एक गुणसूत्र है, जो, हालांकि, इस समय अपना कॉम्पैक्ट रूप खो देता है, ढीला, डीकंडेनसेट। गुणसूत्रों के ऐसे विघटन की डिग्री भिन्न हो सकती है। आकारिकीविद अपनी साइट यूक्रोमैटिन के पूर्ण विघटन के क्षेत्रों को कहते हैं। इंटरफेज़ न्यूक्लियस में गुणसूत्रों के अधूरे ढीलेपन के साथ, संघनित क्रोमैटिन के क्षेत्र, जिन्हें कभी-कभी हेटरोक्रोमैटिनम कहा जाता है, दिखाई देते हैं। गुणसूत्र सामग्री के विघटन की डिग्री - इंटरफेज़ में क्रोमैटिन इस संरचना के कार्यात्मक भार को दर्शा सकता है। इंटरपेज़ न्यूक्लियस (यानी, अधिक यूक्रोमैटिन) में जितना अधिक "फैलाना" क्रोमैटिन वितरित किया जाता है, उसमें सिंथेटिक प्रक्रियाएं उतनी ही तीव्र होती हैं।

माइटोटिक कोशिका विभाजन के दौरान क्रोमेटिन अधिकतम रूप से संघनित होता है, जब यह घने गुणसूत्रों के रूप में पाया जाता है। इस अवधि के दौरान, गुणसूत्र कोई सिंथेटिक कार्य नहीं करते हैं, और डीएनए और आरएनए के अग्रदूत उनमें शामिल नहीं होते हैं।

इस प्रकार, कोशिकाओं के गुणसूत्र दो संरचनात्मक और कार्यात्मक अवस्थाओं में हो सकते हैं: सक्रिय, कार्यशील, आंशिक रूप से या पूरी तरह से विघटित, जब इंटरफेज़ न्यूक्लियस में उनकी भागीदारी के साथ, ट्रांसक्रिप्शन और रिडुप्लिकेशन की प्रक्रियाएं होती हैं, और एक निष्क्रिय अवस्था में, एक में उनके अधिकतम संघनन के साथ चयापचय आराम की स्थिति, जब वे बेटी कोशिकाओं को आनुवंशिक सामग्री को वितरित और स्थानांतरित करने का कार्य करते हैं।

क्रोमेटिन

यूकेरियोटिक डीएनए अणुओं की विशाल लंबाई ने आनुवंशिक सामग्री के भंडारण, प्रतिकृति और कार्यान्वयन के लिए विशेष तंत्र के उद्भव को पूर्व निर्धारित किया। क्रोमैटिन को इन प्रक्रियाओं के कार्यान्वयन के लिए आवश्यक विशिष्ट प्रोटीन के संयोजन में क्रोमोसोमल डीएनए का एक अणु कहा जाता है। थोक "भंडारण प्रोटीन", तथाकथित हिस्टोन से बना है। इन प्रोटीनों से न्यूक्लियोसोम निर्मित होते हैं - संरचनाएं जिस पर डीएनए अणुओं के तार घाव होते हैं। न्यूक्लियोसोम काफी नियमित रूप से व्यवस्थित होते हैं, ताकि परिणामी संरचना एक मनके के समान हो। न्यूक्लियोसोम में चार प्रकार के प्रोटीन होते हैं: H2A, H2B, H3 और H4। एक न्यूक्लियोसोम में प्रत्येक प्रकार के दो प्रोटीन होते हैं - कुल आठ प्रोटीन। हिस्टोन एच 1, जो अन्य हिस्टोन से बड़ा है, डीएनए से बांधता है जहां यह न्यूक्लियोसोम में प्रवेश करता है। न्यूक्लियोसोम, H1 के साथ मिलकर गुणसूत्र कहलाता है।

न्यूक्लियोसोम के साथ एक डीएनए स्ट्रैंड एक अनियमित सोलनॉइड जैसी संरचना बनाता है जो लगभग 30 नैनोमीटर मोटी होती है, तथाकथित 30 एनएम फाइब्रिल। इस तंतु की आगे की पैकिंग में अलग-अलग घनत्व हो सकते हैं। यदि क्रोमैटिन को कसकर पैक किया जाता है, तो इसे संघनित या कहा जाता है हेट्रोक्रोमैटिन, यह एक माइक्रोस्कोप के नीचे स्पष्ट रूप से दिखाई देता है। हेटरोक्रोमैटिन में पाया जाने वाला डीएनए लिखित नहीं होता है, आमतौर पर यह स्थिति नगण्य या मूक क्षेत्रों की विशेषता होती है। इंटरफेज़ में, हेटरोक्रोमैटिन आमतौर पर नाभिक (पार्श्विका हेटरोक्रोमैटिन) की परिधि में स्थित होता है। गुणसूत्रों का पूर्ण संघनन कोशिका विभाजन से पहले होता है। यदि क्रोमेटिन ढीले ढंग से पैक किया जाता है, तो इसे कहा जाता है ईयू- या इंटरक्रोमैटिन... माइक्रोस्कोप के नीचे देखे जाने पर इस प्रकार का क्रोमैटिन बहुत कम घना होता है और आमतौर पर ट्रांसक्रिप्शनल गतिविधि की उपस्थिति की विशेषता होती है। क्रोमैटिन का पैकिंग घनत्व काफी हद तक हिस्टोन संशोधनों - एसिटिलीकरण और फास्फोरिलीकरण द्वारा निर्धारित किया जाता है।

ऐसा माना जाता है कि नाभिक में तथाकथित कार्यात्मक क्रोमैटिन डोमेन होते हैं (एक डोमेन के डीएनए में लगभग 30 हजार आधार जोड़े होते हैं), यानी प्रत्येक गुणसूत्र क्षेत्र का अपना "क्षेत्र" होता है। दुर्भाग्य से, नाभिक में क्रोमैटिन के स्थानिक वितरण के मुद्दे का अभी तक पर्याप्त अध्ययन नहीं किया गया है। यह ज्ञात है कि टेलोमेरिक (टर्मिनल) और सेंट्रोमेरिक (समसूत्रण में बहन क्रोमैटिड के बंधन के लिए जिम्मेदार) गुणसूत्रों के खंड परमाणु लामिना के प्रोटीन से जुड़े होते हैं।

2. क्रोमैटिन

क्रोमैटिन मूल रंगों से सना हुआ कई दाने हैं, जिनसे गुणसूत्र बनते हैं। क्रोमोसोम न्यूक्लिक एसिड और प्रोटीन युक्त न्यूक्लियोप्रोटीन के एक कॉम्प्लेक्स द्वारा बनते हैं। इंटरफेज़ में मानव कोशिकाओं के नाभिक में दो प्रकार के क्रोमैटिन होते हैं - बिखरे हुए, कमजोर रंग के क्रोमैटिन (यूक्रोमैटिन), जो लंबे, पतले, अंतःस्थापित तंतुओं द्वारा निर्मित होते हैं, चयापचय रूप से बहुत सक्रिय और संघनित क्रोमैटिन (हेटेरोक्रोमैटिन), गुणसूत्रों के क्षेत्रों के अनुरूप होते हैं। चयापचय गतिविधि के नियंत्रण में शामिल नहीं हैं ... परिपक्व कोशिकाओं (उदाहरण के लिए, रक्त) में घने, संघनित क्रोमैटिन से भरपूर नाभिक होते हैं, जो गांठों में पड़े होते हैं। महिलाओं के दैहिक कोशिकाओं के नाभिक में, यह नाभिक की झिल्ली के करीब क्रोमैटिन की एक गांठ द्वारा दर्शाया जाता है: यह महिला सेक्स क्रोमैटिन (या बार का छोटा शरीर) है, जो एक संघनित एक्स गुणसूत्र है। नर सेक्स क्रोमैटिन को पुरुष दैहिक कोशिकाओं के नाभिक में एक गांठ द्वारा दर्शाया जाता है जो फ्लोरोक्रोम से दागने पर चमकती है। उदाहरण के लिए, सेक्स क्रोमैटिन निर्धारण का उपयोग गर्भवती महिला के एमनियोटिक द्रव से प्राप्त कोशिकाओं का उपयोग करके बच्चे के लिंग का निर्धारण करने के लिए किया जाता है।

आनुवंशिकी में जैव रासायनिक अनुसंधान इसके मूल तत्वों - गुणसूत्रों और जीनों के अध्ययन का एक महत्वपूर्ण तरीका है। इस लेख में हम देखेंगे कि क्रोमैटिन क्या है, कोशिका में इसकी संरचना और कार्य का पता लगाएं।

आनुवंशिकता जीवित पदार्थ की मुख्य संपत्ति है

पृथ्वी पर रहने वाले जीवों की विशेषता वाली मुख्य प्रक्रियाओं में श्वसन, पोषण, वृद्धि, उत्सर्जन और प्रजनन शामिल हैं। बाद वाला कार्य हमारे ग्रह पर जीवन के संरक्षण के लिए सबसे महत्वपूर्ण है। कैसे याद न करें कि आदम और हव्वा को परमेश्वर द्वारा दी गई पहली आज्ञा निम्नलिखित थी: "फूलो-फलो और बढ़ो।" कोशिका स्तर पर, जनन कार्य न्यूक्लिक एसिड (गुणसूत्रों का घटक पदार्थ) द्वारा किया जाता है। इन संरचनाओं पर हम बाद में विचार करेंगे।

आइए हम यह भी जोड़ें कि वंशजों को वंशानुगत जानकारी का संरक्षण और संचरण एक ही तंत्र के अनुसार किया जाता है जो किसी व्यक्ति के संगठन के स्तर पर निर्भर नहीं करता है, अर्थात वायरस के लिए, बैक्टीरिया के लिए और मनुष्यों के लिए , यह सार्वभौमिक है।

आनुवंशिकता का पदार्थ क्या है

इस कार्य में, हम क्रोमैटिन का अध्ययन करते हैं, जिसकी संरचना और कार्य सीधे न्यूक्लिक एसिड अणुओं के संगठन पर निर्भर करते हैं। 1869 में, स्विस वैज्ञानिक मिशर ने प्रतिरक्षा प्रणाली की कोशिकाओं के नाभिक में एसिड के गुणों को प्रदर्शित करने वाले यौगिकों की खोज की, जिसे उन्होंने पहले न्यूक्लिन और फिर न्यूक्लिक एसिड कहा। रसायन विज्ञान की दृष्टि से ये उच्च आणविक भार वाले यौगिक हैं - बहुलक। उनके मोनोमर्स निम्नलिखित संरचना वाले न्यूक्लियोटाइड हैं: प्यूरीन या पाइरीमिडीन बेस, पेंटोस और अवशेष। वैज्ञानिकों ने स्थापित किया है कि कोशिकाओं में दो प्रजातियां और आरएनए मौजूद हो सकते हैं। वे प्रोटीन के साथ एक परिसर में प्रवेश करते हैं और गुणसूत्रों का पदार्थ बनाते हैं। प्रोटीन की तरह, न्यूक्लिक एसिड में स्थानिक संगठन के कई स्तर होते हैं।

1953 में, डीएनए की संरचना को नोबेल पुरस्कार विजेता वाटसन और क्रिक द्वारा डिक्रिप्ट किया गया था। यह एक अणु है जिसमें हाइड्रोजन बांड द्वारा परस्पर जुड़ी दो श्रृंखलाएं होती हैं जो पूरकता के सिद्धांत के अनुसार नाइट्रोजनस बेस के बीच उत्पन्न होती हैं (एडेनिन के विपरीत थाइमिन बेस है, साइटोसिन - गुआनिन के विपरीत)। क्रोमैटिन, जिसकी संरचना और कार्य का हम अध्ययन कर रहे हैं, में विभिन्न विन्यास के डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिक और राइबोन्यूक्लिक एसिड के अणु होते हैं। हम इस मुद्दे पर "क्रोमैटिन संगठन के स्तर" खंड में अधिक विस्तार से ध्यान देंगे।

कोशिका में आनुवंशिकता के पदार्थ का स्थानीयकरण

डीएनए इस तरह के साइटोस्ट्रक्चर में नाभिक के साथ-साथ विभाजन में सक्षम जीवों में मौजूद होता है - माइटोकॉन्ड्रिया और क्लोरोप्लास्ट। यह इस तथ्य के कारण है कि ये अंग कोशिका में सबसे महत्वपूर्ण कार्य करते हैं: साथ ही साथ ग्लूकोज का संश्लेषण और पौधों की कोशिकाओं में ऑक्सीजन का निर्माण। जीवन चक्र के सिंथेटिक चरण में, माता-पिता का अंग दोगुना हो जाता है। इस प्रकार, माइटोसिस (दैहिक कोशिकाओं का विभाजन) या अर्धसूत्रीविभाजन (अंडे और शुक्राणु का निर्माण) के परिणामस्वरूप, बेटी कोशिकाओं को सेलुलर संरचनाओं का आवश्यक शस्त्रागार प्राप्त होता है जो कोशिकाओं को पोषक तत्व और ऊर्जा प्रदान करते हैं।

राइबोन्यूक्लिक एसिड में एक ही स्ट्रैंड होता है और डीएनए की तुलना में इसका आणविक भार कम होता है। यह नाभिक और हाइलोप्लाज्म दोनों में निहित है, और कई सेलुलर ऑर्गेनेल का भी हिस्सा है: राइबोसोम, माइटोकॉन्ड्रिया, एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम, प्लास्टिड। इन जीवों में क्रोमैटिन हिस्टोन प्रोटीन से जुड़ा होता है और प्लास्मिड का हिस्सा होता है - गोलाकार बंद डीएनए अणु।

क्रोमैटिन और इसकी संरचना

तो, हमने स्थापित किया है कि न्यूक्लिक एसिड गुणसूत्रों के पदार्थ में निहित हैं - आनुवंशिकता की संरचनात्मक इकाइयाँ। एक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के तहत उनका क्रोमैटिन कणिकाओं या धागे जैसी संरचनाओं जैसा दिखता है। इसमें डीएनए के अलावा, आरएनए अणु भी होते हैं, साथ ही प्रोटीन जो मूल गुणों को प्रदर्शित करते हैं और हिस्टोन कहलाते हैं। उपरोक्त सभी न्यूक्लियोसोम हैं। वे नाभिक के गुणसूत्रों में पाए जाते हैं और उन्हें तंतु (सोलेनॉइड फिलामेंट्स) कहा जाता है। उपरोक्त सभी को सारांशित करते हुए, आइए परिभाषित करें कि क्रोमैटिन क्या है। यह एक जटिल यौगिक और विशेष प्रोटीन - हिस्टोन है। डबल स्ट्रैंडेड डीएनए अणु उन पर घाव होते हैं, जैसे कॉइल पर, न्यूक्लियोसोम बनाने के लिए।

क्रोमैटिन संगठन स्तर

आनुवंशिकता के पदार्थ की एक अलग संरचना होती है, जो कई कारकों पर निर्भर करती है। उदाहरण के लिए, जीवन चक्र के किस चरण से कोशिका गुजर रही है: विभाजन की अवधि (अर्धसूत्रीविभाजन या अर्धसूत्रीविभाजन), इंटरफेज़ की प्रीसिंथेटिक या सिंथेटिक अवधि। सोलनॉइड, या फाइब्रिल के रूप से, सबसे सरल रूप के रूप में, आगे क्रोमेटिन संघनन होता है। हेटेरोक्रोमैटिन एक सघन अवस्था है; यह गुणसूत्र के इंट्रॉन क्षेत्रों में बनता है जहाँ प्रतिलेखन असंभव है। कोशिका के आराम की अवधि के दौरान - इंटरफेज़, जब कोई विभाजन प्रक्रिया नहीं होती है - हेटरोक्रोमैटिन नाभिक के कैरियोप्लाज्म में परिधि के साथ, इसकी झिल्ली के पास स्थित होता है। परमाणु सामग्री का संघनन कोशिका के जीवन चक्र के बाद के सिंथेटिक चरण में होता है, अर्थात विभाजन से ठीक पहले।

आनुवंशिकता के पदार्थ का संघनन किस पर निर्भर करता है?

"क्रोमैटिन क्या है" के प्रश्न का अध्ययन जारी रखते हुए, वैज्ञानिकों ने पाया है कि इसका संघनन हिस्टोन प्रोटीन पर निर्भर करता है, जो डीएनए और आरएनए अणुओं के साथ, न्यूक्लियोसोम का हिस्सा हैं। वे चार प्रकार के प्रोटीन से बने होते हैं, जिन्हें कोर और लिंकर प्रोटीन कहा जाता है। प्रतिलेखन के समय (आरएनए का उपयोग करने वाले जीन से जानकारी पढ़ना), आनुवंशिकता पदार्थ कमजोर रूप से संघनित होता है और इसे यूक्रोमैटिन कहा जाता है।

वर्तमान में, हिस्टोन प्रोटीन से जुड़े डीएनए अणुओं के वितरण की विशेषताओं का अध्ययन जारी है। उदाहरण के लिए, वैज्ञानिकों ने पाया है कि एक ही गुणसूत्र के विभिन्न लोकी के क्रोमैटिन संक्षेपण के स्तर में भिन्न होते हैं। उदाहरण के लिए, विभाजन स्पिंडल के फिलामेंट्स के गुणसूत्र के लगाव के स्थानों में, जिसे सेंट्रोमियर कहा जाता है, यह टेलोमेरिक क्षेत्रों की तुलना में सघन होता है - टर्मिनल लोकी।

नियामक जीन और क्रोमैटिन संरचना

फ्रांसीसी आनुवंशिकीविद् जैकब और मोनोड द्वारा बनाई गई जीन गतिविधि के नियमन की अवधारणा, डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिक एसिड क्षेत्रों के अस्तित्व का एक विचार देती है जिसमें प्रोटीन की संरचनाओं के बारे में कोई जानकारी नहीं है। वे विशुद्ध रूप से नौकरशाही - प्रबंधकीय कार्य करते हैं। नियामक जीन कहा जाता है, गुणसूत्रों के ये हिस्से, एक नियम के रूप में, उनकी संरचना में हिस्टोन प्रोटीन से रहित होते हैं। क्रोमैटिन, जिसका निर्धारण अनुक्रमण द्वारा किया गया था, को खुला कहा जाता था।

आगे के शोध के दौरान, यह पाया गया कि इन लोकी में न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम स्थित होते हैं जो डीएनए अणुओं के लिए प्रोटीन कणों के लगाव को रोकते हैं। ऐसी साइटों में नियामक जीन होते हैं: प्रमोटर, एन्हांसर, एक्टिवेटर। उनमें क्रोमैटिन का संघनन अधिक होता है, और इन क्षेत्रों की लंबाई औसतन लगभग 300 एनएम होती है। पृथक नाभिक में खुले क्रोमैटिन की परिभाषा होती है, जिसमें एंजाइम DNase का उपयोग किया जाता है। यह हिस्टोन प्रोटीन की कमी वाले क्रोमोसोम लोकी को बहुत जल्दी साफ करता है। इन क्षेत्रों में क्रोमैटिन को हाइपरसेंसिटिव कहा गया है।

आनुवंशिकता के पदार्थ की भूमिका

क्रोमैटिन नामक डीएनए, आरएनए और प्रोटीन सहित कॉम्प्लेक्स, कोशिकाओं के ओण्टोजेनेसिस में शामिल होते हैं और ऊतक के प्रकार के साथ-साथ पूरे जीव के विकास के चरण के आधार पर उनकी संरचना बदलते हैं। उदाहरण के लिए, त्वचा की उपकला कोशिकाओं में, एन्हांसर और प्रमोटर जैसे जीन दमनकारी प्रोटीन द्वारा अवरुद्ध होते हैं, और आंतों के उपकला की स्रावी कोशिकाओं में समान नियामक जीन सक्रिय होते हैं और खुले क्रोमैटिन के क्षेत्र में स्थित होते हैं। आनुवंशिक वैज्ञानिकों ने पाया है कि डीएनए, जो प्रोटीन के लिए कोड नहीं करता है, पूरे मानव जीनोम का 95% से अधिक हिस्सा है। इसका मतलब है कि पेप्टाइड्स के संश्लेषण के लिए जिम्मेदार लोगों की तुलना में कई अधिक नियंत्रण जीन हैं। डीएनए चिप्स और अनुक्रमण जैसे तरीकों की शुरूआत ने यह पता लगाना संभव बना दिया कि क्रोमैटिन क्या है, और इसके परिणामस्वरूप, मानव जीनोम का मानचित्रण करना संभव है।

मानव आनुवंशिकी और चिकित्सा आनुवंशिकी जैसे विज्ञान की शाखाओं में क्रोमैटिन अनुसंधान बहुत महत्वपूर्ण है। यह आनुवंशिक और गुणसूत्र दोनों, वंशानुगत रोगों की घटना के स्तर में तेजी से वृद्धि के कारण है। इन सिंड्रोमों का शीघ्र पता लगाने से उनके उपचार में सकारात्मक पूर्वानुमान का प्रतिशत बढ़ जाता है।

कैरियोप्लाज्म

कैरियोप्लाज्म (परमाणु रस, न्यूक्लियोप्लाज्म) नाभिक का मुख्य आंतरिक वातावरण है; यह न्यूक्लियोलस, क्रोमैटिन, झिल्ली, सभी प्रकार के समावेशन और अन्य संरचनाओं के बीच पूरे स्थान पर कब्जा कर लेता है। एक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के तहत कैरियोप्लाज्म कम इलेक्ट्रॉन घनत्व के साथ एक सजातीय या महीन दाने वाले द्रव्यमान जैसा दिखता है। इसमें निलंबित अवस्था में राइबोसोम, माइक्रोबॉडी, ग्लोब्युलिन और विभिन्न चयापचय उत्पाद होते हैं।

नाभिकीय रस की श्यानता लगभग साइटोप्लाज्म के मूल पदार्थ की श्यानता के समान होती है। नाभिक में संकेतकों के सूक्ष्म इंजेक्शन द्वारा निर्धारित परमाणु रस की अम्लता, साइटोप्लाज्म की तुलना में थोड़ी अधिक निकली।

इसके अलावा, परमाणु रस में नाभिक और राइबोसोम में न्यूक्लिक एसिड के संश्लेषण में शामिल एंजाइम होते हैं। न्यूक्लियर सैप को मूल रंगों से नहीं दागा जाता है, इसलिए इसे अक्रोमैटिन पदार्थ या कैरियोलिम्फ कहा जाता है, जो उन क्षेत्रों के विपरीत होता है जो दाग सकते हैं - क्रोमैटिन।

क्रोमेटिन

नाभिक का मुख्य घटक - क्रोमैटिन, एक संरचना है जो एक कोशिका के आनुवंशिक कार्य करता है; व्यावहारिक रूप से सभी आनुवंशिक जानकारी क्रोमेटिन डीएनए में अंतर्निहित है।

यूकेरियोटिक गुणसूत्र समसूत्रण से ठीक पहले और उसके दौरान तेज रूप से उल्लिखित संरचनाओं की तरह दिखते हैं - दैहिक कोशिकाओं में परमाणु विभाजन की प्रक्रिया। आराम करने में, गैर-विभाजित यूकेरियोटिक कोशिकाएं, क्रोमोसोमल सामग्री, जिसे क्रोमैटिन कहा जाता है, अस्पष्ट दिखती है और पूरे नाभिक में बेतरतीब ढंग से वितरित की जाती है। हालांकि, जब कोशिका विभाजित होने की तैयारी करती है, तो क्रोमैटिन मोटा हो जाता है और स्पष्ट रूप से अलग-अलग गुणसूत्रों की अपनी विशिष्ट संख्या में इकट्ठा हो जाता है।

क्रोमेटिन को नाभिक से अलग किया गया और विश्लेषण किया गया। यह बहुत महीन रेशों से बना होता है। क्रोमैटिन के मुख्य घटक डीएनए और प्रोटीन हैं, जिनमें से थोक हिस्टोन और गैर-हिस्टोन प्रोटीन हैं। औसतन, क्रोमेटिन का लगभग 40% डीएनए है और लगभग 60% प्रोटीन है, जिनमें से विशिष्ट परमाणु प्रोटीन-हिस्टोन 40 से बनते हैं सभी प्रोटीनों का 80% जो पृथक क्रोमैटिन बनाते हैं। इसके अलावा, क्रोमैटिन अंशों में झिल्ली घटक, आरएनए, कार्बोहाइड्रेट, लिपिड, ग्लाइकोप्रोटीन शामिल हैं।

क्रोमोसोम में क्रोमेटिन फाइबर मुड़े हुए होते हैं और कई गांठ और लूप बनाते हैं। क्रोमेटिन में डीएनए हिस्टोन नामक प्रोटीन से बहुत कसकर बंधा होता है, जिसका कार्य डीएनए को संरचनात्मक इकाइयों - न्यूक्लियोसोम में पैक करना और व्यवस्थित करना है। क्रोमैटिन में कई गैर-हिस्टोन प्रोटीन भी होते हैं। यूकेरियोटिक गुणसूत्रों के विपरीत, जीवाणु गुणसूत्रों में हिस्टोन नहीं होते हैं; उनमें केवल थोड़ी मात्रा में प्रोटीन होते हैं जो डीएनए के लूप और संघनन (संघनन) के निर्माण में योगदान करते हैं।

जब कई जीवित कोशिकाओं, विशेष रूप से पौधों की कोशिकाओं, या कोशिकाओं को नाभिक के अंदर निर्धारण और धुंधला होने के बाद देखा जाता है, तो घने पदार्थ के क्षेत्र प्रकट होते हैं, जो विभिन्न रंगों, विशेष रूप से मूल वाले के साथ अच्छी तरह से दागदार होते हैं। मूल (क्षारीय) रंगों को देखने के लिए क्रोमैटिन की क्षमता इसके अम्लीय गुणों को इंगित करती है, जो इस तथ्य से निर्धारित होती है कि क्रोमेटिन में प्रोटीन के साथ एक परिसर में डीएनए होता है। क्रोमोसोम में समान धुंधला गुण और डीएनए सामग्री होती है, जिसे माइटोटिक कोशिका विभाजन के दौरान देखा जा सकता है।

प्रोकैरियोटिक कोशिकाओं के विपरीत, डीएनए युक्त यूकेरियोटिक क्रोमैटिन सामग्री दो वैकल्पिक अवस्थाओं में मौजूद हो सकती है: इंटरफेज़ में विघटित और माइटोटिक गुणसूत्रों के हिस्से के रूप में माइटोसिस के दौरान अधिकतम रूप से संकुचित।

गैर-विभाजित (इंटरफ़ेज़) कोशिकाओं में, क्रोमैटिन समान रूप से नाभिक की मात्रा को भर सकता है या अलग-अलग थक्कों (क्रोमोसेंटर) में स्थित हो सकता है। अक्सर, यह विशेष रूप से नाभिक (पार्श्विका, सीमांत, निकट-झिल्ली क्रोमैटिन) की परिधि पर स्पष्ट रूप से पाया जाता है या नाभिक के अंदर एक इंट्रान्यूक्लियर नेटवर्क के रूप में बल्कि मोटी (लगभग 0.3 माइक्रोन) और लंबी डोरियों की इंटरविविंग बनाता है।

इंटरफेज़ नाभिक के क्रोमैटिन डीएनए-वाहक निकाय (गुणसूत्र) हैं, जो इस समय अपना कॉम्पैक्ट रूप खो देते हैं, ढीले, डीकंडेनसेट। विभिन्न कोशिकाओं के नाभिक में गुणसूत्रों के ऐसे विघटन की डिग्री भिन्न हो सकती है। जब एक गुणसूत्र या उसका कोई भाग पूरी तरह से विघटित हो जाता है, तो इन क्षेत्रों को फैलाना क्रोमेटिन कहा जाता है। इंटरफेज़ न्यूक्लियस में गुणसूत्रों के अपूर्ण ढीलेपन के साथ, संघनित क्रोमैटिन (कभी-कभी हेटरोक्रोमैटिन कहा जाता है) के क्षेत्र दिखाई देते हैं। कई कार्यों से पता चला है कि इंटरफेज़ में क्रोमोसोमल सामग्री, क्रोमैटिन के विघटन की डिग्री इस संरचना के कार्यात्मक भार को दर्शा सकती है। इंटरफेज़ न्यूक्लियस के क्रोमैटिन जितना अधिक फैलता है, उसमें सिंथेटिक प्रक्रियाएं उतनी ही अधिक होती हैं। आरएनए के संश्लेषण के दौरान, क्रोमेटिन की संरचना बदल जाती है। कोशिकाओं में डीएनए और आरएनए के संश्लेषण में कमी आमतौर पर संघनित क्रोमैटिन के क्षेत्रों में वृद्धि के साथ होती है।

माइटोटिक कोशिका विभाजन के दौरान क्रोमैटिन अधिकतम रूप से संघनित होता है, जब यह शरीर - गुणसूत्रों के रूप में पाया जाता है। इस अवधि के दौरान, गुणसूत्र कोई सिंथेटिक भार नहीं उठाते हैं, उनमें डीएनए और आरएनए के अग्रदूत शामिल नहीं होते हैं।

इसके आधार पर, यह माना जा सकता है कि कोशिकाओं के गुणसूत्र दो संरचनात्मक और कार्यात्मक अवस्थाओं में हो सकते हैं: काम करने में, आंशिक रूप से या पूरी तरह से विघटित, जब इंटरपेज़ न्यूक्लियस में उनकी भागीदारी के साथ, ट्रांसक्रिप्शन और रिडुप्लिकेशन की प्रक्रियाएं होती हैं, और एक में निष्क्रिय अवस्था में, उपापचयी अवस्था में अधिकतम उनका संघनन होता है जब वे संतति कोशिकाओं को आनुवंशिक सामग्री को वितरित करने और स्थानांतरित करने का कार्य करते हैं।

यूक्रोमैटिन और हेटरोक्रोमैटिन

इंटरफेज़ नाभिक में संरचनाकरण की डिग्री, क्रोमेटिन का संघनन विभिन्न डिग्री में व्यक्त किया जा सकता है। इसलिए, गहन रूप से विभाजित और छोटी विशिष्ट कोशिकाओं में, नाभिक में एक विसरित संरचना होती है, उनमें संघनित क्रोमैटिन के संकीर्ण परिधीय रिम के अलावा, छोटे क्रोमोसेंटर्स की एक छोटी संख्या होती है, जबकि नाभिक का मुख्य भाग व्याप्त होता है फैलाना, decondensed क्रोमैटिन द्वारा। उसी समय, अत्यधिक विशिष्ट कोशिकाओं में या उनके जीवन चक्र को समाप्त करने वाली कोशिकाओं में, क्रोमैटिन को एक विशाल परिधीय परत और बड़े क्रोमोसेंटर, संघनित क्रोमैटिन के ब्लॉक के रूप में प्रस्तुत किया जाता है। नाभिक में संघनित क्रोमैटिन का अंश जितना अधिक होगा, नाभिक की चयापचय गतिविधि उतनी ही कम होगी। नाभिक के प्राकृतिक या प्रायोगिक निष्क्रियता के साथ, क्रोमेटिन का प्रगतिशील संघनन होता है और, इसके विपरीत, नाभिक के सक्रियण के साथ, फैलाना क्रोमेटिन का अनुपात बढ़ जाता है।

हालांकि, चयापचय सक्रियण के दौरान, संघनित क्रोमैटिन के सभी क्षेत्र एक विसरित रूप में परिवर्तित नहीं हो सकते हैं। 1930 के दशक की शुरुआत में, ई. गीट्ज़ ने देखा कि इंटरफ़ेज़ नाभिक में संघनित क्रोमैटिन के निरंतर क्षेत्र होते हैं, जिनकी उपस्थिति ऊतक भेदभाव की डिग्री या कोशिकाओं की कार्यात्मक गतिविधि पर निर्भर नहीं करती है। ऐसे क्षेत्रों को हेटरोक्रोमैटिन कहा जाता है, बाकी क्रोमेटिन द्रव्यमान के विपरीत - यूक्रोमैटिन (स्वयं क्रोमैटिन)। इन अवधारणाओं के अनुसार, हेटरोक्रोमैटिन गुणसूत्रों के कॉम्पैक्ट खंड होते हैं, जो प्रोफ़ेज़ में माइटोटिक गुणसूत्रों की संरचना में अन्य भागों की तुलना में पहले दिखाई देते हैं और टेलोफ़ेज़ में विघटित नहीं होते हैं, गहन रंगीन घने संरचनाओं (क्रोमोसेंटर) के रूप में इंटरफ़ेज़ न्यूक्लियस में गुजरते हैं। गुणसूत्रों के सेंट्रोमेरिक और टेलोमेरिक क्षेत्र सबसे अधिक बार लगातार संघनित क्षेत्र होते हैं। उनके अलावा, कुछ क्षेत्र जो गुणसूत्रों की भुजाओं का हिस्सा होते हैं, उन्हें लगातार संघनित किया जा सकता है - इंटरकलरी, या इंटरकैलेरी, हेटरोक्रोमैटिन, जो क्रोमोसेंटर के रूप में नाभिक में भी प्रस्तुत किया जाता है। इंटरफेज़ नाभिक में गुणसूत्रों के ऐसे लगातार संघनित क्षेत्रों को अब आमतौर पर संवैधानिक (स्थायी) हेटरोक्रोमैटिन कहा जाता है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि संवैधानिक हेटरोक्रोमैटिन के क्षेत्रों में कई विशेषताएं हैं जो इसे बाकी क्रोमैटिन से अलग करती हैं। संवैधानिक हेटरोक्रोमैटिन आनुवंशिक रूप से निष्क्रिय है; यह लिखित नहीं है, यह बाकी क्रोमैटिन की तुलना में बाद में दोहराता है, इसमें एक विशेष (उपग्रह) डीएनए शामिल है जो अत्यधिक दोहराव वाले न्यूक्लियोटाइड अनुक्रमों से समृद्ध है, यह माइटोटिक गुणसूत्रों के सेंट्रोमेरिक, टेलोमेरिक और इंटरकैलेरी ज़ोन में स्थानीयकृत है। संवैधानिक क्रोमैटिन का अनुपात वस्तु से वस्तु में भिन्न हो सकता है। संवैधानिक हेटरोक्रोमैटिन का कार्यात्मक महत्व पूरी तरह से समझा नहीं गया है। यह माना जाता है कि इसके कई महत्वपूर्ण कार्य हैं जो अर्धसूत्रीविभाजन में होमोलॉग्स के संभोग से जुड़े हैं, कुछ नियामक कार्यों के साथ इंटरफेज़ न्यूक्लियस की संरचना के साथ।

बाकी, परमाणु क्रोमैटिन का बड़ा हिस्सा, कार्यात्मक गतिविधि के आधार पर इसके संघनन की डिग्री को बदल सकता है; यह यूक्रोमैटिन से संबंधित है। यूक्रोमैटिक निष्क्रिय क्षेत्र जो एक संघनित अवस्था में होते हैं, उन्हें ऐच्छिक हेटरोक्रोमैटिन कहा जाता है, जो ऐसे राज्य की वैकल्पिक प्रकृति पर बल देता है।

विभेदित कोशिकाओं में, केवल लगभग 10% जीन सक्रिय अवस्था में होते हैं, शेष जीन निष्क्रिय होते हैं और संघनित क्रोमैटिन (ऐच्छिक हेटरोक्रोमैटिन) का हिस्सा होते हैं। यह परिस्थिति बताती है कि अधिकांश परमाणु क्रोमैटिन क्यों संरचित है।

क्रोमैटिन डीएनए

क्रोमैटिन की तैयारी में, डीएनए आमतौर पर 30-40% होता है। यह डीएनए जलीय घोल में शुद्ध पृथक डीएनए के समान एक डबल-स्ट्रैंडेड पेचदार अणु है। क्रोमैटिन डीएनए का आणविक भार 7-9106 है। गुणसूत्रों की संरचना में, व्यक्तिगत रैखिक (प्रोकैरियोटिक गुणसूत्रों के विपरीत) डीएनए अणुओं की लंबाई सैकड़ों माइक्रोमीटर और यहां तक ​​​​कि कई सेंटीमीटर तक पहुंच सकती है। कोशिकाओं की परमाणु संरचनाओं में प्रवेश करने वाले डीएनए की कुल मात्रा, जीवों के जीनोम में उतार-चढ़ाव होता है।

यूकेरियोटिक कोशिकाओं का डीएनए संरचना में विषम होता है, इसमें न्यूक्लियोटाइड अनुक्रमों के कई वर्ग होते हैं: बार-बार दोहराए गए अनुक्रम (> 106 बार) उपग्रह डीएनए अंश में शामिल होते हैं और लिखित नहीं होते हैं; मध्यम दोहराव वाले अनुक्रमों का अंश (102-105) सच्चे जीन के ब्लॉकों का प्रतिनिधित्व करता है, साथ ही पूरे जीनोम में बिखरे हुए छोटे अनुक्रम; कोशिका में अधिकांश प्रोटीनों के लिए जानकारी ले जाने वाले अद्वितीय अनुक्रमों का अंश। न्यूक्लियोटाइड के इन सभी वर्गों को एक विशाल सहसंयोजक डीएनए स्ट्रैंड में जोड़ा जाता है।

क्रोमेटिन के मुख्य प्रोटीन - हिस्टोन

कोशिका नाभिक में, डीएनए की व्यवस्था को व्यवस्थित करने में, इसके संघनन और कार्यात्मक भार के नियमन में प्रमुख भूमिका परमाणु प्रोटीन की होती है। क्रोमैटिन में प्रोटीन बहुत विविध हैं, लेकिन उन्हें दो समूहों में विभाजित किया जा सकता है: हिस्टोन और गैर-हिस्टोन प्रोटीन। सभी क्रोमैटिन प्रोटीन का 80% तक हिस्टोन होता है। डीएनए के साथ उनकी बातचीत नमक या आयनिक बंधनों के माध्यम से होती है और डीएनए अणु में न्यूक्लियोटाइड की संरचना या अनुक्रम के संबंध में गैर-विशिष्ट है। एक यूकेरियोटिक कोशिका में केवल 5-7 प्रकार के हिस्टोन अणु होते हैं। हिस्टोन के विपरीत, तथाकथित गैर-हिस्टोन प्रोटीन अधिकांश भाग के लिए विशेष रूप से डीएनए अणुओं के कुछ अनुक्रमों के साथ बातचीत करते हैं, इस समूह में शामिल विभिन्न प्रकार के प्रोटीन बहुत बड़े (कई सौ) हैं, और उनके द्वारा किए जाने वाले कार्यों की विविधता है महान।

हिस्टोन - प्रोटीन जो केवल क्रोमैटिन की विशेषता है - में कई विशेष गुण होते हैं। ये मूल या क्षारीय प्रोटीन हैं, जिनके गुण लाइसिन और आर्जिनिन जैसे आवश्यक अमीनो एसिड की अपेक्षाकृत उच्च सामग्री द्वारा निर्धारित किए जाते हैं। यह लाइसिन और आर्जिनिन के अमीनो समूहों पर सकारात्मक चार्ज है जो डीएनए के फॉस्फेट समूहों पर नकारात्मक आरोपों के साथ इन प्रोटीनों के नमक या इलेक्ट्रोस्टैटिक बंधन को निर्धारित करते हैं।

हिस्टोन अपेक्षाकृत छोटे आणविक भार के प्रोटीन होते हैं। विभिन्न आवश्यक अमीनो एसिड की सामग्री में हिस्टोन वर्ग एक दूसरे से भिन्न होते हैं। सभी वर्गों के हिस्टोन के लिए, अणुओं के एन- और सी-सिरों पर मुख्य अमीनो एसिड - लाइसिन और आर्जिनिन का क्लस्टर वितरण विशेषता है। हिस्टोन अणुओं के मध्य क्षेत्र कई (3-4) बी-हेलिकल क्षेत्र बनाते हैं, जो आइसोटोनिक परिस्थितियों में गोलाकार संरचना में संकुचित होते हैं। धनात्मक आवेशों से भरपूर हिस्टोन के प्रोटीन अणुओं के गैर-पेचदार सिरे एक दूसरे के साथ और डीएनए के साथ संबंध बनाते हैं।

कोशिकाओं के जीवन के दौरान, हिस्टोन के पोस्ट-ट्रांसलेशन संबंधी परिवर्तन (संशोधन) हो सकते हैं: कुछ लाइसिन अवशेषों के एसिटिलीकरण और मिथाइलेशन, जो सकारात्मक चार्ज की संख्या की हानि की ओर जाता है, और सेरीन अवशेषों के फॉस्फोराइलेशन, जिससे एक की उपस्थिति होती है। ऋणात्मक आवेश। हिस्टोन का एसिटिलीकरण और फास्फारिलीकरण प्रतिवर्ती हो सकता है। ये संशोधन हिस्टोन के गुणों, डीएनए से जुड़ने की उनकी क्षमता को महत्वपूर्ण रूप से बदलते हैं।

हिस्टोन को साइटोप्लाज्म में संश्लेषित किया जाता है, नाभिक में ले जाया जाता है, और एस-अवधि में इसकी प्रतिकृति के दौरान डीएनए से जुड़ जाता है, अर्थात। हिस्टोन और डीएनए के संश्लेषण सिंक्रनाइज़ होते हैं। जब कोशिका डीएनए को संश्लेषित करना बंद कर देती है, तो हिस्टोन मैसेंजर आरएनए कुछ ही मिनटों में विघटित हो जाते हैं और हिस्टोन का संश्लेषण बंद हो जाता है। क्रोमेटिन में शामिल हिस्टोन बहुत स्थिर होते हैं और इनकी प्रतिस्थापन दर कम होती है।

हिस्टोन प्रोटीन के कार्य

1. हिस्टोन की मात्रात्मक और गुणात्मक स्थिति क्रोमेटिन की कॉम्पैक्टनेस और गतिविधि की डिग्री को प्रभावित करती है।

2. संरचनात्मक - संघनन - क्रोमेटिन के संगठन में हिस्टोन की भूमिका।

गुणसूत्र की लंबाई के साथ विशाल सेंटीमीटर डीएनए अणुओं को रखने के लिए, जिसमें केवल कुछ माइक्रोमीटर का आकार होता है, डीएनए अणु को घुमाया जाना चाहिए, 1: 10,000 के बराबर पैकिंग घनत्व के साथ संकुचित होना चाहिए। डीएनए संघनन की प्रक्रिया में, पैकिंग के कई स्तर हैं, जिनमें से पहला सीधे डीएनए के साथ इंटरेक्शन हिस्टोन द्वारा निर्धारित किया जाता है

कोशिका के लगभग सभी डीएनए नाभिक में समाहित होते हैं। डीएनएएक लंबा रैखिक बहुलक है जिसमें कई लाखों न्यूक्लियोटाइड होते हैं। चार प्रकार के डीएनए न्यूक्लियोटाइड भिन्न होते हैं नाइट्रोजनयुक्त क्षार. न्यूक्लियोटाइडएक क्रम में व्यवस्थित किया जाता है जो वंशानुगत जानकारी को रिकॉर्ड करने के लिए एक कोड रूप है।
इस जानकारी को लागू करने के लिए, इसे फिर से लिखा जाता है, या छोटी एम-आरएनए श्रृंखलाओं में स्थानांतरित किया जाता है। आई-आरएनए में आनुवंशिक कोड के प्रतीक न्यूक्लियोटाइड के ट्रिपल हैं - कोडोन... प्रत्येक कोडन अमीनो एसिड में से एक का प्रतिनिधित्व करता है। प्रत्येक डीएनए अणु एक अलग गुणसूत्र से मेल खाता है, और किसी जीव के गुणसूत्रों में संग्रहीत सभी आनुवंशिक जानकारी को कहा जाता है जीनोम.
उच्च जीवों के जीनोम में अधिक मात्रा में डीएनए होता है, यह जीव की जटिलता से जुड़ा नहीं है। यह ज्ञात है कि मानव जीनोम में ई. कोलाई बैक्टीरिया की तुलना में 700 गुना अधिक डीएनए होता है। वहीं, कुछ उभयचरों और पौधों का जीनोम मानव जीनोम से 30 गुना बड़ा होता है। कशेरुकियों में, 90% से अधिक डीएनए आवश्यक नहीं है। डीएनए में संग्रहीत जानकारी को विभिन्न प्रकार के प्रोटीनों द्वारा व्यवस्थित, पढ़ा और दोहराया जाता है।
नाभिक के मुख्य संरचनात्मक प्रोटीन हैं प्रोटीन-हिस्टोनकेवल यूकेरियोटिक कोशिकाओं के लिए विशेषता। हिस्टोन- छोटे दृढ़ता से बुनियादी प्रोटीन। यह संपत्ति इस तथ्य के कारण है कि वे मूल अमीनो एसिड - लाइसिन और आर्जिनिन से समृद्ध हैं। ट्रिप्टोफैन की अनुपस्थिति से हिस्टोन की भी विशेषता होती है। वे सभी ज्ञात प्रोटीनों में सबसे अधिक रूढ़िवादी हैं, उदाहरण के लिए, गाय और मटर में H4 केवल दो अमीनो एसिड अवशेषों द्वारा प्रतिष्ठित है। यूकेरियोट्स के कोशिका नाभिक में डीएनए के साथ प्रोटीन के परिसर को क्रोमैटिन कहा जाता है।
प्रकाश सूक्ष्मदर्शी का उपयोग करके कोशिकाओं का अवलोकन करते समय, क्रोमेटिन को नाभिक में घने पदार्थ के क्षेत्रों के रूप में पाया जाता है, जो मूल रंगों से अच्छी तरह से सना हुआ होता है। क्रोमैटिन की संरचना का गहन अध्ययन 1974 में शुरू हुआ, जब पति-पत्नी एडा और डोनाल्ड ओलिन्स ने इसकी मूल संरचनात्मक इकाई का वर्णन किया, इसे न्यूक्लियोसोम नाम दिया गया।
न्यूक्लियोसोम डीएनए अणुओं की एक लंबी श्रृंखला को अधिक कॉम्पैक्ट रूप से मोड़ने की अनुमति देते हैं। तो, प्रत्येक मानव गुणसूत्र में, डीएनए स्ट्रैंड की लंबाई नाभिक के आकार से हजारों गुना अधिक होती है। इलेक्ट्रॉनिक तस्वीरों में, न्यूक्लियोसोम लगभग 11 एनएम के व्यास के साथ एक डिस्कोइड कण जैसा दिखता है। इसका मूल आठ हिस्टोन अणुओं का एक परिसर है, जिसमें चार हिस्टोन H2A, H2B, H3 और H4 प्रत्येक दो अणुओं द्वारा दर्शाए जाते हैं। ये हिस्टोन न्यूक्लियोसोम के आंतरिक भाग - हिस्टोन कोर का निर्माण करते हैं। 146 बेस पेयर वाले डीएनए अणु को हिस्टोन कोर पर घाव किया जाता है। यह न्यूक्लियोसोम के हिस्टोन कोर के चारों ओर दो अधूरे मोड़ बनाता है; प्रति मोड़ 83 न्यूक्लियोटाइड जोड़े होते हैं। प्रत्येक न्यूक्लियोसोम को एक लिंकर डीएनए अनुक्रम द्वारा अगले से अलग किया जाता है, जिसकी लंबाई 80 न्यूक्लियोटाइड तक हो सकती है। यह संरचना मोतियों की एक स्ट्रिंग जैसा दिखता है।
गणना से पता चलता है कि 6x10 9 न्यूक्लियोटाइड जोड़े वाले मानव डीएनए में 3x10 7 न्यूक्लियोसोम होना चाहिए। जीवित कोशिकाओं में, क्रोमैटिन में शायद ही कभी यह उपस्थिति होती है। न्यूक्लियोसोम एक साथ और भी अधिक कॉम्पैक्ट संरचनाओं में जुड़े हुए हैं। अधिकांश क्रोमैटिन 30 एनएम व्यास के तंतुओं के रूप में होते हैं। यह पैकेजिंग एक अन्य हिस्टोन H1 का उपयोग करके की जाती है। प्रति न्यूक्लियोसोम में एक H1 अणु होता है, जो लिंकर साइट को उन बिंदुओं पर एक साथ खींचता है जहां डीएनए प्रवेश करता है और हिस्टोन कोर को छोड़ देता है।
डीएनए पैकेजिंग इसकी लंबाई को काफी कम कर देता है। फिर भी, इस स्तर पर एक गुणसूत्र के क्रोमैटिन फिलामेंट की औसत लंबाई 100 के कारक से नाभिक के आकार से अधिक होनी चाहिए।
उच्च क्रम क्रोमैटिन संरचना लूप की एक श्रृंखला है, जिनमें से प्रत्येक में लगभग 20 से 100 हजार आधार जोड़े होते हैं। लूप के आधार पर एक साइट-विशिष्ट डीएनए-बाध्यकारी प्रोटीन होता है। ऐसे प्रोटीन क्रोमेटिन फिलामेंट के दो दूरी वाले क्षेत्रों के कुछ न्यूक्लियोटाइड अनुक्रमों (साइटों) को पहचानते हैं और उन्हें एक साथ करीब लाते हैं।

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नाभिक कोशिका का केंद्रीय तत्व है। इसका सर्जिकल निष्कासन साइटोप्लाज्म के कार्यों में गड़बड़ी करता है। नाभिक वंशानुगत लक्षणों और प्रोटीन संश्लेषण के संचरण में एक प्रमुख भूमिका निभाता है। गुणसूत्रों में निहित डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिक एसिड (डीएनए) द्वारा एक कोशिका से दूसरी कोशिका में आनुवंशिक जानकारी का स्थानांतरण प्रदान किया जाता है। डीएनए दोहराव कोशिका विभाजन से पहले होता है। विभिन्न ऊतकों की कोशिकाओं में नाभिक का द्रव्यमान भिन्न होता है और उदाहरण के लिए, हेपेटोसाइट के द्रव्यमान का 10-18%, लिम्फोइड कोशिकाओं में 60% होता है। इंटरफेज़ (इंटरमिटोटिक अवधि) में, नाभिक को चार तत्वों द्वारा दर्शाया जाता है: क्रोमैटिन, न्यूक्लियोला (न्यूक्लियोलस), न्यूक्लियोप्लाज्म और परमाणु झिल्ली।

क्रोमेटिन

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क्रोमैटिन मूल रंगों से सना हुआ कई दाने हैं, जिनसे गुणसूत्र बनते हैं। क्रोमोसोम न्यूक्लिक एसिड और प्रोटीन युक्त न्यूक्लियोप्रोटीन के एक कॉम्प्लेक्स द्वारा बनते हैं। इंटरफेज़ में मानव कोशिकाओं के नाभिक में दो प्रकार के क्रोमैटिन होते हैं - बिखरे हुए, कमजोर रंग के क्रोमैटिन (यूक्रोमैटिन), जो लंबे, पतले, अंतःस्थापित तंतुओं द्वारा निर्मित होते हैं, चयापचय रूप से बहुत सक्रिय और संघनित क्रोमैटिन (हेटेरोक्रोमैटिन), गुणसूत्रों के क्षेत्रों के अनुरूप होते हैं। चयापचय गतिविधि के नियंत्रण में शामिल नहीं हैं ...

परिपक्व कोशिकाओं (उदाहरण के लिए, रक्त) में घने, संघनित क्रोमैटिन से भरपूर नाभिक होते हैं, जो गांठों में पड़े होते हैं। महिलाओं के दैहिक कोशिकाओं के नाभिक में, यह नाभिक की झिल्ली के करीब क्रोमैटिन की एक गांठ द्वारा दर्शाया जाता है: यह महिला सेक्स क्रोमैटिन (या बार का छोटा शरीर) है, जो एक संघनित एक्स गुणसूत्र है। नर सेक्स क्रोमैटिन को पुरुष दैहिक कोशिकाओं के नाभिक में एक गांठ द्वारा दर्शाया जाता है जो फ्लोरोक्रोम से दागने पर चमकती है। उदाहरण के लिए, सेक्स क्रोमैटिन निर्धारण का उपयोग गर्भवती महिला के एमनियोटिक द्रव से प्राप्त कोशिकाओं का उपयोग करके बच्चे के लिंग का निर्धारण करने के लिए किया जाता है।

न्यूक्लियस

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न्यूक्लियोलस एक गोलाकार इंट्रान्यूक्लियर संरचना है जिसमें झिल्ली नहीं होती है। यह प्रोटीन संश्लेषण की एक उच्च गतिविधि की विशेषता वाली सभी कोशिकाओं में विकसित होता है, जो इसमें साइटोप्लाज्मिक सबयूनिट्स, आरआरएनए के गठन से जुड़ा होता है। उदाहरण के लिए, न्यूक्लियोली विभाजित करने में सक्षम कोशिकाओं के नाभिक में पाए जाते हैं - लिम्फोब्लास्ट, मायलोब्लास्ट, आदि।

कोर झिल्ली

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नाभिक की झिल्ली को दो चादरों द्वारा दर्शाया जाता है, जिसके बीच की खाई एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम की गुहा से जुड़ी होती है। झिल्ली में लगभग 100 एनएम व्यास तक के छेद (परमाणु छिद्र) होते हैं, जिसके माध्यम से मैक्रोमोलेक्यूल्स (राइबोन्यूक्लिअस, आरएनए) स्वतंत्र रूप से गुजरते हैं। इसी समय, परमाणु झिल्ली और छिद्र नाभिक के सूक्ष्म वातावरण का समर्थन करते हैं, नाभिक और साइटोप्लाज्म के बीच विभिन्न पदार्थों के चयनात्मक आदान-प्रदान को सुनिश्चित करते हैं। एक खराब विभेदित कोशिका में, छिद्र नाभिक की सतह के 10% तक व्याप्त होते हैं, लेकिन जैसे-जैसे कोशिका परिपक्व होती है, उनकी कुल सतह कम हो जाती है।

न्यूक्लियोप्लाज्म (परमाणु रस)

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न्यूक्लियोप्लाज्म (परमाणु रस) प्रोटीन युक्त एक कोलाइडल घोल है, जो मेटाबोलाइट्स के आदान-प्रदान और आरएनए अणुओं के परमाणु छिद्रों की तीव्र गति को सुनिश्चित करता है। कोशिका की परिपक्वता या उम्र बढ़ने के साथ न्यूक्लियोप्लाज्म की मात्रा कम हो जाती है।

कोशिका विभाजन। समसूत्रीविभाजन।

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पिंजरे का बँटवारा(चित्र 1.5) कोशिका चक्र के केवल एक भाग पर कब्जा करता है। स्तनधारी कोशिकाओं में, माइटोटिक चरण (एम) लगभग एक घंटे तक रहता है।

इसके बाद पोस्टमायोटिक पॉज़ (G1) होता है, जो कोशिका में प्रोटीन जैवसंश्लेषण की एक उच्च गतिविधि की विशेषता है, प्रतिलेखन और अनुवाद की प्रक्रियाओं को महसूस किया जाता है। ठहराव की अवधि लगभग 10 घंटे है, लेकिन यह समय बहुत भिन्न होता है और नियामक कारकों के प्रभाव पर निर्भर करता है जो कोशिका विभाजन को उत्तेजित और बाधित करते हैं, उन्हें पोषक तत्वों की आपूर्ति पर।

कोशिका चक्र का अगला चरण डीएनए संश्लेषण (प्रतिकृति) द्वारा विशेषता है (चरण एस)और लगभग 9 घंटे लगते हैं। इसके बाद प्रीमिटोटिक जी2 चरण आता है, जो लगभग 4 घंटे तक रहता है। इस प्रकार, संपूर्ण कोशिका चक्र लगभग 24 घंटे तक रहता है:

कोशिकाएं आराम की अवस्था में भी हो सकती हैं - जाओ, लंबे समय तक कोशिका चक्र से बाहर रहकर। उदाहरण के लिए, मनुष्यों में, 90% तक हेमटोपोइएटिक स्टेम सेल गो चरण में होते हैं, लेकिन गो से G1 में उनका संक्रमण रक्त कोशिकाओं की मांग में वृद्धि के साथ तेज हो जाता है।

G1 चरण में उनके विभाजन को नियंत्रित करने वाले कारकों के लिए कोशिकाओं की उच्च संवेदनशीलता को हार्मोन रिसेप्टर्स की इस अवधि के दौरान कोशिका झिल्ली पर संश्लेषण द्वारा समझाया जाता है, उत्तेजक और अवरोधक कारक। उदाहरण के लिए, जी चरण में अस्थि मज्जा में एरिथ्रोइड कोशिकाओं का विभाजन हार्मोन एरिथ्रोपोइटिन को उत्तेजित करता है। यह प्रक्रिया एरिथ्रोपोएसिस इनहिबिटर द्वारा बाधित होती है - एक पदार्थ जो ऊतक ऑक्सीजन की मांग (अध्याय 6) में कमी की स्थिति में एरिथ्रोसाइट्स के उत्पादन को कम करता है।

कोशिका विभाजन उत्तेजक के साथ झिल्ली रिसेप्टर्स की बातचीत के बारे में नाभिक को सूचना के हस्तांतरण में डीएनए संश्लेषण शामिल है, वे। चरण एस... नतीजतन, कोशिका में डीएनए की मात्रा द्विगुणित, 2N से टेट्राप्लोइड, 4N में बदल जाती है। G2 चरण में, समसूत्रण के लिए आवश्यक संरचनाओं को संश्लेषित किया जाता है, विशेष रूप से, समसूत्री धुरी के प्रोटीन।

चरण M . मेंदो संतति कोशिकाओं के बीच समान आनुवंशिक सामग्री का वितरण होता है। एम चरण को चार अवधियों में विभाजित किया गया है: प्रोफ़ेज़, मेटाफ़ेज़, एनाफ़ेज़ और टेलोफ़ेज़ (चित्र। 1.5।)।

प्रोफेज़दो क्रोमैटिड बनाने वाले डीएनए गुणसूत्रों के संघनन द्वारा विशेषता, जिनमें से प्रत्येक दो समान डीएनए अणुओं में से एक है। न्यूक्लियोला और परमाणु लिफाफा गायब हो जाते हैं। सेंट्रीओल्स, जो पतले सूक्ष्मनलिकाएं द्वारा दर्शाए जाते हैं, कोशिका के दो ध्रुवों में विचरण करते हैं, एक माइटोटिक स्पिंडल बनाते हैं।

मेटाफ़ेज़ मेंगुणसूत्र कोशिका के केंद्र में स्थित होते हैं, एक मेटाफ़ेज़ प्लेट बनाते हैं। इस चरण में, प्रत्येक गुणसूत्र की आकृति विज्ञान सबसे अलग होता है, जिसका प्रयोग कोशिका के गुणसूत्र सेट का अध्ययन करने के लिए किया जाता है।

एनाफ़ेज़क्रोमैटिड्स की गति द्वारा विशेषता, कोशिका के विपरीत ध्रुवों के लिए माइटोटिक स्पिंडल के तंतुओं द्वारा "अलग खींच लिया"।

टीलोफ़ेज़गुणसूत्रों के एक बेटी सेट के चारों ओर एक परमाणु झिल्ली के गठन की विशेषता है। कोशिका चक्र की विशेषताओं का ज्ञान व्यवहार में प्रयोग किया जाता है, उदाहरण के लिए, ल्यूकेमिया के उपचार के लिए साइटोस्टैटिक पदार्थों के निर्माण में। इस प्रकार, ल्यूकेमिक कोशिकाओं के माइटोसिस को रोकने के लिए माइटोटिक स्पिंडल के लिए जहर होने के लिए विन्क्रिस्टाइन की संपत्ति का उपयोग किया जाता है।

कोशिका विशिष्टीकरण

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कोशिकाओं का विभेदीकरण एक कोशिका द्वारा विशेष कार्यों का अधिग्रहण है जो इसमें संरचनाओं की उपस्थिति से जुड़ा होता है जो इन कार्यों के प्रदर्शन को सुनिश्चित करता है (उदाहरण के लिए, एरिथ्रोसाइट्स में हीमोग्लोबिन का संश्लेषण और संचय एरिथ्रोसाइट्स में उनके भेदभाव की विशेषता है)। भेदभाव जीनोम के कुछ हिस्सों के कार्यों के आनुवंशिक रूप से क्रमादेशित अवरोध (दमन) और दूसरों के सक्रियण से जुड़ा हुआ है।