Az interfázisos mag általános jellemzői

A sejtmag a sejt legfontosabb alkotóeleme, amely a többsejtű élőlények szinte minden sejtjében megtalálható. A legtöbb sejtnek egyetlen magja van, de vannak kétmagvú és többmagvú sejtek (például harántcsíkolt izomrostok). A binukleáris és többmagvú a sejtek funkcionális jellemzőiből vagy kóros állapotából adódik. A sejtmag alakja és mérete nagyon változó, és a szervezet típusától, típusától, életkorától és a sejt funkcionális állapotától függ. A sejtmag térfogata átlagosan a sejt teljes térfogatának körülbelül 10%-a. Leggyakrabban a mag kerek vagy ovális alakú, mérete 3-10 mikron átmérőjű. A legkisebb magméret 1 mikron (egyes protozoonokban), a maximum 1 mm (egyes halak és kétéltűek tojásai). Egyes esetekben a sejtmag alakja függ a sejt alakjától. A sejtmag általában központi helyet foglal el, de differenciált sejtekben a sejt perifériás részébe is eltolható. A sejtmag az eukarióta sejt szinte teljes DNS-ét tartalmazza.

A kernel fő funkciói a következők:

1) Genetikai információ tárolása és átvitele;

2) A fehérjeszintézis, az anyagcsere és az energia szabályozása a sejtben.

Így a sejtmag nem csak a genetikai anyag befogadója, hanem egy hely, ahol ez az anyag működik és szaporodik. Ezért ezen funkciók bármelyikének megsértése sejthalálhoz vezet. Mindez a nukleinsavak és fehérjék szintézisében a nukleáris szerkezetek vezető szerepére utal.

KIBASZOTT

Mag. Kromatin, heterokromatin, euchromatin.

A sejtmag (lat. Nucleus) az eukarióta sejt egyik szerkezeti komponense, amely genetikai információkat (DNS-molekulákat) tartalmaz, és ellátja a fő funkciókat: az örökletes információk tárolását, továbbítását és megvalósítását fehérjeszintézissel. A mag kromatinból, magból, karioplazmából (vagy nukleoplazmából) és magburokból áll. A sejtmagban replikáció (vagy reduplikáció) történik - a DNS-molekulák megkettőzése, valamint a transzkripció - az RNS-molekulák szintézise egy DNS-molekulán. A sejtmagban szintetizált RNS-molekulák módosulnak, majd kikerülnek a citoplazmába. A riboszómák mindkét alegységének kialakulása a sejtmag speciális képződményeiben - a nukleolusokban - történik. Így a sejtmag nem csak a genetikai információ befogadója, hanem egy hely, ahol ez az anyag működik és szaporodik.

Egy nem osztódó, interfázisú sejt magja általában sejtenként egy van (bár többmagvú sejteket is találunk). A sejtmag kromatinból, magból, karioplazmából (nukleoplazmából) és a citoplazmától elválasztó magburokból áll (17. ábra).

Kromatin

A magon belüli élő vagy rögzített sejtek megfigyelésekor a sűrű anyag zónái derülnek ki, amelyeket jól érzékelnek a különféle színezékek, különösen a főbbek. A jól festő képesség miatt a mag ezen komponensét "kromatinnak" nevezték (a görög chroma - szín, festék szóból). A kromatin DNS-t fehérjével kombinálva tartalmaz. A mitotikus sejtosztódás során jól látható kromoszómák ugyanezekkel a tulajdonságokkal rendelkeznek. A nem osztódó (interfázisú) sejtekben a fénymikroszkóppal kimutatott kromatin többé-kevésbé egyenletesen töltheti ki a sejtmag térfogatát, vagy külön csomókban helyezkedhet el.

Az interfázisos magok kromatinját kromoszómák képviselik, amelyek azonban ekkor elveszítik tömör alakjukat, fellazulnak, dekondenzálódnak. A kromoszómák ilyen dekondenzációjának mértéke eltérő lehet. A metszeteik teljes dekondenzációs zónáit a morfológusok euchromatinnak (euchromatinum) nevezik. A kromoszómák nem teljes fellazulásával a kondenzált kromatin területek, amelyeket néha heterokromatinnak (heterochromatinumnak) neveznek, láthatók az interfázisú magban. A kromoszómális anyag - kromatin interfázisban lévő dekondenzációjának mértéke tükrözheti ennek a szerkezetnek a funkcionális terhelését. Minél "diffúzabb" a kromatin az interfázisú magban (azaz minél több az euchromatin), annál intenzívebbek a szintetikus folyamatok benne.

A kromatin maximálisan a mitotikus sejtosztódás során kondenzálódik, amikor sűrű kromoszómák formájában található meg. Ebben az időszakban a kromoszómák nem látnak el szintetikus funkciót, nem tartalmazzák a DNS és az RNS prekurzorait.

Így a sejtkromoszómák két szerkezeti és funkcionális állapotban lehetnek: aktív, működő, részben vagy teljesen dekondenzált állapotban, amikor a transzkripciós és reduplikációs folyamatok az interfázisú sejtmagban való részvételükkel mennek végbe, és inaktívak, metabolikus nyugalmi állapotban maximális kondenzációjukkal. , amikor a genetikai anyag leánysejtekbe történő elosztásának és átvitelének funkcióját látják el.

Kromatin

Az eukarióta DNS-molekulák hatalmas hossza előre meghatározta a genetikai anyag tárolására, replikációjára és megvalósítására szolgáló speciális mechanizmusok megjelenését. A kromatint kromoszómális DNS-molekuláknak nevezik e folyamatok végrehajtásához szükséges specifikus fehérjékkel kombinálva. Legtöbbjük "tároló fehérjék", az úgynevezett hisztonok. A nukleoszómák ezekből a fehérjékből épülnek fel – olyan struktúrákból, amelyek köré DNS-molekulák szálai vannak feltekerve. A nukleoszómák meglehetősen szabályosan vannak elrendezve, így a kapott szerkezet gyöngyökhöz hasonlít. A nukleoszóma négyféle fehérjéből áll: H2A, H2B, H3 és H4. Egy nukleoszóma mindegyik típusból két fehérjét tartalmaz – összesen nyolc fehérjét. A H1 hiszton, amely nagyobb, mint a többi hiszton, a DNS-hez kötődik a nukleoszómába való belépéskor. A nukleoszómát a H1-gyel együtt kromatoszómának nevezzük.

A nukleoszómákat tartalmazó DNS-szál körülbelül 30 nanométer vastag, szabálytalan szolenoidszerű struktúrát, úgynevezett 30 nm-es fibrillumot alkot. Ennek a rostnak a további csomagolása eltérő sűrűségű lehet. Ha a kromatin szorosan tömött, akkor kondenzált ill heterokromatin Mikroszkóp alatt jól látható. A heterokromatinban található DNS nem íródik át, általában ez az állapot jelentéktelen vagy néma régiókra jellemző. Az interfázisban a heterokromatin általában a sejtmag perifériáján található (parietális heterokromatin). A kromoszómák teljes kondenzációja a sejtosztódás előtt következik be. Ha a kromatin lazán van becsomagolva, akkor ún eu vagy interchromatin. Ez a fajta kromatin sokkal kevésbé sűrű, ha mikroszkóp alatt megfigyeljük, és általában transzkripciós aktivitás jellemzi. A kromatin pakolási sűrűségét nagymértékben meghatározzák a hiszton módosulások - acetilezés és foszforiláció.

Úgy gondolják, hogy a sejtmagban a kromatin úgynevezett funkcionális doménjei vannak (egy domén DNS-e körülbelül 30 ezer bázispárt tartalmaz), vagyis a kromoszóma minden szakaszának megvan a maga "területe". Sajnos a kromatin sejtmagban való térbeli eloszlásának kérdését még nem vizsgálták kellőképpen. Ismeretes, hogy a kromoszómák telomer (terminális) és centromer (a mitózisban a testvérkromatidák kötődéséért felelős) régiói a nukleáris lamina fehérjéken rögzülnek.

2. Kromatin

A kromatin számos, bázikus színezékkel megfestett szemcse, amelyből kromoszómák képződnek. A kromoszómákat nukleinsavakat és fehérjéket tartalmazó nukleoproteinek komplexe képezi. Kétféle kromatin található az emberi sejtek magjaiban interfázisban - diszpergált, gyengén festett kromatin (euchromatin), amelyet hosszú, vékony, egymásba fonódó rostok alkotnak, metabolikusan nagyon aktív és kondenzált kromatin (heterokromatin), amely megfelel a kromoszómák azon régióinak, amelyek nem vesz részt az anyagcsere-aktivitás szabályozásában. Az érett sejteket (például a vért) sűrű, kondenzált kromatinban gazdag, csomókban elhelyezkedő magok jellemzik. A nők szomatikus sejtjeinek magjában a magmembránhoz közeli kromatincsomó képviseli: ez a női nemi kromatin (vagy Barr-testek), amely egy kondenzált X-kromoszóma. A férfi nemi kromatin a hím szomatikus sejtek magjában csomóként jelenik meg, amely fluorokrómokkal festve világít. A nemi kromatin meghatározását például arra használják, hogy egy terhes nő magzatvízéből nyert sejtekből meghatározzák a gyermek nemét.

A genetikai biokémiai kutatások fontos módja annak, hogy tanulmányozzuk fő elemeit - a kromoszómákat és a géneket. Ebben a cikkben megvizsgáljuk, mi az a kromatin, megtudjuk annak szerkezetét és funkcióit a sejtben.

Az öröklődés az élő anyag fő tulajdonsága

A Földön élő szervezeteket jellemző fő folyamatok közé tartozik a légzés, a táplálkozás, a növekedés, a kiválasztás és a szaporodás. Az utolsó funkció a legjelentősebb az élet megőrzése szempontjából bolygónkon. Hogy ne emlékezzünk arra, hogy Isten első parancsolata Ádámnak és Évának a következő volt: "Szaporodjatok és sokasodjatok!" Sejtszinten a generatív funkciót a nukleinsavak (a kromoszómák alkotóanyaga) látják el. Ezeket a struktúrákat a jövőben figyelembe veszik.

Azt is hozzátesszük, hogy az örökletes információk megőrzése és továbbítása a leszármazottak számára egyetlen mechanizmus szerint történik, amely teljesen független az egyén szervezettségi szintjétől, azaz a vírus és a baktérium, az ember esetében pedig egyetemes.

Mi az öröklődés lényege

Ebben a munkában a kromatint tanulmányozzuk, amelynek szerkezete és funkciói közvetlenül függenek a nukleinsavmolekulák szerveződésétől. Miescher svájci tudós 1869-ben felfedezte az immunrendszer sejtmagjaiban a savak tulajdonságait mutató vegyületeket, amelyeket először nukleinnek, majd nukleinsavaknak nevezett el. A kémia szempontjából ezek nagy molekulatömegű vegyületek - polimerek. Monomerjeik a következő szerkezetű nukleotidok: purin vagy pirimidin bázis, pentóz és maradék A tudósok azt találták, hogy kétféle RNS lehet jelen a sejtekben. A fehérjékkel komplexet képeznek, és kromoszómák anyagát képezik. A fehérjékhez hasonlóan a nukleinsavaknak is több térbeli szerveződési szintje van.

1953-ban a Nobel-díjas Watson és Crick megfejtette a DNS szerkezetét. Ez egy olyan molekula, amely két láncból áll, amelyeket hidrogénkötések kötnek össze, amelyek a komplementaritás elve szerint keletkeznek nitrogénbázisok között (az adenin a timinbázissal, a citozinnal szemben egy guaninbázis áll szemben). A kromatin, amelynek szerkezetét és funkcióit tanulmányozzuk, különböző konfigurációjú dezoxiribonukleinsav- és ribonukleinsav-molekulákat tartalmaz. Ezzel a kérdéssel részletesebben foglalkozunk a „Kromatin szerveződési szintjei” részben.

Az öröklődés anyagának lokalizációja a sejtben

A DNS jelen van olyan citostruktúrákban, mint a sejtmag, valamint az osztódásra képes organellumokban - mitokondriumokban és kloroplasztiszokban. Ez annak köszönhető, hogy ezek az organellumok látják el a legfontosabb funkciókat a sejtben: valamint a glükóz szintézisét és az oxigén képződését a növényi sejtekben. Az életciklus szintetikus szakaszában az anyai organellumok megduplázódnak. Így a mitózis (a szomatikus sejtek osztódása) vagy a meiózis (peték és spermiumok képződése) eredményeként a leánysejtek megkapják a sejtszerkezetek szükséges arzenálját, amelyek tápanyaggal és energiával látják el a sejteket.

A ribonukleinsav egyetlen szálból áll, és molekulatömege kisebb, mint a DNS-é. Mind a sejtmagban, mind a hialoplazmában található, és számos sejtszervecske része: riboszómák, mitokondriumok, endoplazmatikus retikulum, plasztidok. Ezekben az organellumokban a kromatin hisztonfehérjékhez kapcsolódik, és a plazmidok – gyűrűzárt DNS-molekulák – része.

A kromatin és szerkezete

Tehát megállapítottuk, hogy a nukleinsavak a kromoszómák anyagában találhatók - az öröklődés szerkezeti egységeiben. A kromatinjuk elektronmikroszkóp alatt úgy néz ki, mint a szemcsék vagy fonalas képződmények. A DNS mellett RNS-molekulákat, valamint alapvető tulajdonságokkal rendelkező fehérjéket is tartalmaz, amelyeket hisztonoknak neveznek. A fenti nukleoszómák mindegyike. A sejtmag kromoszómáiban találhatók, és fibrilláknak (szálak-szolenoidok) nevezik. Összegezve a fentieket, meghatározzuk, mi a kromatin. Ez egy összetett vegyület és speciális fehérjék - hisztonok. Rajtuk, akárcsak a tekercseken, kétszálú DNS-molekulák tekerednek fel, amelyek nukleoszómákat képeznek.

A kromatin szerveződésének szintjei

Az öröklődés anyagának szerkezete eltérő, ami sok tényezőtől függ. Például attól függ, hogy a sejt életciklusának melyik szakaszán megy keresztül: az osztódás időszakán (metózis vagy meiózis), az interfázis preszintetikus vagy szintetikus időszakán. A legegyszerűbb szolenoid vagy fibrillum formájából a kromatin további tömörödése következik be. Heterokromatin - sűrűbb állapot, a kromoszóma intron régióiban képződik, amelyeken a transzkripció lehetetlen. A sejt nyugalmi időszakában - interfázisban, amikor nincs osztódási folyamat - a heterokromatin a mag karioplazmájában található a periféria mentén, a membrán közelében. A sejtmagtartalom tömörítése a sejt életciklusának posztszintetikus szakaszában, azaz közvetlenül az osztódás előtt következik be.

Mi határozza meg az öröklődés anyagának kondenzációját

Folytatva a „mi a kromatin” kérdés tanulmányozását, a tudósok azt találták, hogy tömörödése a hisztonfehérjéktől függ, amelyek a DNS- és RNS-molekulákkal együtt a nukleoszómák részét képezik. Négyféle fehérjéből állnak, amelyeket magfehérjéknek és linker fehérjéknek neveznek. A transzkripció (a génekből RNS segítségével történő információolvasás) idején az öröklődés anyaga gyengén kondenzálódik, és euchromatinnak nevezik.

Jelenleg a hisztonfehérjékhez kapcsolódó DNS-molekulák eloszlásának jellemzőit továbbra is tanulmányozzák. Például a tudósok azt találták, hogy ugyanazon kromoszóma különböző lokuszainak kromatinja eltér a kondenzáció szintjében. Például az orsószálak kromoszómájához való kapcsolódási helyeken, amelyeket centromereknek neveznek, sűrűbb, mint a telomer régiókban - terminális lókuszok.

Szabályozó gének és kromatin összetétel

A génaktivitás szabályozásának koncepciója, amelyet Jacob és Monod francia genetikusok alkottak meg, képet ad a dezoxiribonukleinsav régiók létezéséről, amelyekben nincs információ a fehérjék szerkezetéről. Tisztán bürokratikus - vezetői feladatokat látnak el. Szabályozó géneknek nevezett kromoszómák ezen részei szerkezetükben általában nem tartalmaznak hisztonfehérjéket. A kromatint, amelynek meghatározását szekvenálással végeztük, nyitottnak nevezték.

A további vizsgálatok során kiderült, hogy ezek a lókuszok olyan nukleotidszekvenciákat tartalmaznak, amelyek megakadályozzák a fehérjerészecskék DNS-molekulákhoz való kötődését. Az ilyen helyek szabályozó géneket tartalmaznak: promotereket, enhanszereket, aktivátorokat. A kromatin tömörödése bennük magas, ezeknek a régióknak a hossza átlagosan körülbelül 300 nm. Az izolált magokban a nyitott kromatin meghatározása létezik, amely a DNáz enzimet használja. Nagyon gyorsan hasítja a hisztonfehérjéket nem tartalmazó kromoszóma lókuszokat. Ezekben a régiókban a kromatint túlérzékenynek nevezik.

Az öröklődés anyagának szerepe

A komplexek, beleértve a DNS-t, az RNS-t és a fehérjét, az úgynevezett kromatin részt vesznek a sejt ontogenezisében, és megváltoztatják összetételüket a szövet típusától, valamint a szervezet egészének fejlődési szakaszától függően. Például a bőrhámsejtekben az olyan géneket, mint az enhanszer és a promoter blokkolják a represszor fehérjék, míg ugyanezek a szabályozó gének a bélhám szekréciós sejtjeiben aktívak és a nyitott kromatin zónában helyezkednek el. Genetikusok azt találták, hogy a fehérjéket nem kódoló DNS a teljes emberi genom több mint 95%-át teszi ki. Ez azt jelenti, hogy sokkal több vezérlőgén létezik, mint a peptidszintézisért felelős gén. Az olyan technikák bevezetése, mint a DNS chipek és a szekvenálás lehetővé tette, hogy kiderítsék, mi az a kromatin, és ennek eredményeként feltérképezhető az emberi genom.

A kromatin vizsgálatok nagyon fontosak olyan tudományágakban, mint a humángenetika és az orvosi genetika. Ennek oka az örökletes betegségek - mind a gén, mind a kromoszómális - hirtelen megnövekedett gyakorisága. E szindrómák korai felismerése növeli kezelésük pozitív prognózisának százalékos arányát.

Karioplazma

A karioplazma (nukleáris lé, nukleoplazma) a mag fő belső környezete, a mag, a kromatin, a membránok, mindenféle zárvány és egyéb struktúrák közötti teljes teret elfoglalja. A karioplazma elektronmikroszkóp alatt homogén vagy finomszemcsés tömegnek tűnik, alacsony elektronsűrűséggel. Lebegő állapotban riboszómákat, mikrotesteket, globulinokat és különféle anyagcseretermékeket tartalmaz.

A maglé viszkozitása megközelítőleg megegyezik a citoplazma fő anyagának viszkozitásával. A maglé savassága, amelyet indikátorok sejtmagba történő mikroinjekciójával határoztak meg, kissé magasabbnak bizonyult, mint a citoplazmáé.

Ezenkívül a maglé olyan enzimeket tartalmaz, amelyek részt vesznek a nukleinsavak szintézisében a sejtmagban és a riboszómákban. A maglé nem festett bázikus színezékkel, ezért akromatikus anyagnak vagy kariolimfának nevezik, ellentétben a festhető területekkel - kromatinnal.

Kromatin

A sejtmagok fő alkotóeleme a kromatin, amely a sejt genetikai funkcióját látja el, szinte minden genetikai információ a kromatin DNS-be ágyazódik.

Az eukarióta kromoszómák csak közvetlenül a mitózis, a szomatikus sejtekben a magosztódás folyamata előtt és alatt jelennek meg élesen meghatározott struktúrákként. Nyugodt, nem osztódó eukarióta sejtekben a kromoszómális anyag, az úgynevezett kromatin, homályosnak tűnik, és úgy tűnik, hogy véletlenszerűen oszlik el a sejtmagban. Azonban ahogy a sejt felkészül az osztódásra, a kromatin kondenzálódik, és a fajra jellemző, jól meghatározott számú kromoszómává gyűlik össze.

A kromatint izoláltuk a sejtmagokból és elemeztük. Nagyon finom szálakból áll. A kromatin fő összetevői a DNS és a fehérjék, amelyek közül a legtöbb hiszton és nem hiszton fehérje. Átlagosan a kromatin körülbelül 40%-a DNS és körülbelül 60%-a fehérjék, amelyek közül a specifikus sejtmag hiszton fehérjék 40-80 között mozognak. A kiválasztott kromatint alkotó összes fehérje %-a. Ezenkívül a kromatinfrakciók összetétele membránkomponenseket, RNS-t, szénhidrátokat, lipideket, glikoproteineket tartalmaz.

A kromoszómában lévő kromatin rostok össze vannak gyűrve, és sok csomót és hurkot képeznek. A kromatinban lévő DNS nagyon szorosan kötődik a hisztonoknak nevezett fehérjékhez, amelyek funkciója a DNS csomagolása és szerkezeti egységekbe - nukleoszómákba történő - rendszerezése. A kromatin számos nem hiszton fehérjét is tartalmaz. Az eukariótáktól eltérően a bakteriális kromoszómák nem tartalmaznak hisztonokat; csak kis mennyiségű fehérjét tartalmaznak, amelyek elősegítik a hurkok kialakulását és a DNS kondenzációját (sűrűsödését).

Számos élő sejt, különösen növényi sejtek, vagy a sejtmagon belüli rögzítés és festés utáni megfigyeléskor egy sűrű anyag zónái tárulnak fel, amelyek jól festődnek különféle színezékekkel, különösen bázikusakkal. A kromatin bázikus (lúgos) festékek érzékelésére való képessége jelzi savas tulajdonságait, amelyeket az a tény határoz meg, hogy a kromatin fehérjékkel kombinálva tartalmaz DNS-t. A mitotikus sejtosztódás során megfigyelhető kromoszómák azonos festési tulajdonságokkal és DNS-tartalommal rendelkeznek.

A prokarióta sejtekkel ellentétben az eukarióta kromatin DNS-tartalmú anyaga két alternatív állapotban létezhet: interfázisban dekondenzálva és a mitózis során maximálisan tömörítve, a mitotikus kromoszómák részeként.

A nem osztódó (interfázisú) sejtekben a kromatin egyenletesen töltheti ki a sejtmag térfogatát, vagy külön csomókban (kromocentrumokban) helyezkedhet el. Gyakran különösen egyértelműen a sejtmag perifériáján észlelhető (parietális, marginális, közeli membrán kromatin), vagy meglehetősen vastag (kb. 0,3 μm) és hosszú szálak gubancolódását képezi a sejtmag belsejében, intranukleáris hálózat formájában.

Az interfázisos magok kromatinja DNS-hordozó test (kromoszóma), amely ekkor elveszti tömör alakját, meglazul, dekondenzálódik. A kromoszómák ilyen dekondenzációjának mértéke eltérő lehet a különböző sejtek magjában. Amikor egy kromoszóma vagy annak egy része teljesen dekondenzált, ezeket a területeket diffúz kromatinnak nevezik. A kromoszómák nem teljes fellazulásával a kondenzált kromatin (néha heterokromatin) területei láthatók az interfázisú magban. Számos munka kimutatta, hogy a kromoszómális anyag, a kromatin dekondenzációjának mértéke interfázisban tükrözheti ennek a szerkezetnek a funkcionális terhelését. Minél diffúzabb az interfázisú mag kromatinja, annál magasabbak a szintetikus folyamatok benne. Az RNS szintézis során a kromatin szerkezete megváltozik. A sejtekben a DNS és RNS szintézis csökkenését általában a kondenzált kromatin zónák növekedése kíséri.

A kromatin maximálisan kondenzálódik a mitotikus sejtosztódás során, amikor testek - kromoszómák - formájában található meg. Ebben az időszakban a kromoszómák nem hordoznak szintetikus terhelést, nem tartalmazzák a DNS és RNS prekurzorait.

Ennek alapján úgy tekinthetjük, hogy a sejtkromoszómák két szerkezeti és funkcionális állapotban lehetnek: működő, részben vagy teljesen dekondenzált állapotban, amikor transzkripciós és reduplikációs folyamatok mennek végbe az interfázisú sejtmagban való részvételükkel, és inaktívak - metabolikus pihenés maximuma a kondenzációjuk, amikor ellátják a genetikai anyag elosztását és átvitelét a leánysejtekbe.

Euchromatin és heterokromatin

A strukturáltság, a kromatin kondenzáció mértéke az interfázisos magokban többféleképpen fejezhető ki. Így a gyorsan osztódó és gyengén specializálódott sejtekben a magok diffúz szerkezetűek, a kondenzált kromatin szűk perifériás peremén kívül kis számú kis kromocentrum található bennük, míg a mag nagy részét diffúz foglalják el. , dekondenzált kromatin. Ugyanakkor a rendkívül specializált sejtekben vagy az életciklusukat befejező sejtekben a kromatin hatalmas perifériás rétegként és nagy kromocentrumként, kondenzált kromatinblokkként jelenik meg. Minél nagyobb a kondenzált kromatin aránya a sejtmagban, annál kisebb a mag metabolikus aktivitása. A magok természetes vagy kísérleti inaktiválásával a kromatin progresszív kondenzációja következik be, és fordítva, a magok aktiválásával a diffúz kromatin aránya növekszik.

A metabolikus aktiválás során azonban a kondenzált kromatin nem minden területe megy át diffúz formába. E. Gates még az 1930-as évek elején megjegyezte, hogy az interfázisú magokban a kondenzált kromatin állandó területei vannak, amelyek jelenléte nem függ a szöveti differenciálódás mértékétől vagy a sejtek funkcionális aktivitásától. Az ilyen területeket heterokromatinnak nevezik, ellentétben a kromatin többi tömegével - euchromatinnal (maga a kromatin). Ezen elképzelések szerint a heterokromatin a kromoszómák kompakt szakaszai, amelyek a mitotikus kromoszómák összetételének más részeinél korábban jelennek meg a profázisban, és nem dekondenzálódnak a telofázisban, és intenzív színű, sűrű struktúrák (kromocentrumok) formájában átjutnak az interfázisos magba. A kromoszómák centromer és telomer régiói leggyakrabban tartósan kondenzált zónák. Rajtuk kívül néhány, a kromoszómák karjait alkotó szakaszok folyamatosan kondenzálódhatnak - interkaláris vagy interkaláris heterokromatin, amely szintén kromocentrumok formájában jelenik meg a magokban. Az interfázisos magokban lévő kromoszómák ilyen, tartósan kondenzált szakaszait manapság konstitutív (permanens) heterokromatinnak nevezik. Meg kell jegyezni, hogy a konstitutív heterokromatin régiói számos olyan tulajdonsággal rendelkeznek, amelyek megkülönböztetik a kromatin többi részétől. A konstitutív heterokromatin genetikailag nem aktív; nem íródik át, később replikálódik, mint a kromatin többi része, speciális (szatellit) DNS-t tartalmaz, amely erősen ismétlődő nukleotid szekvenciákkal gazdagodik, a mitotikus kromoszómák centromer, telomer és interkaláris zónáiban lokalizálódik. A konstitutív kromatin aránya a különböző objektumokban változhat. A konstitutív heterokromatin funkcionális jelentősége nem teljesen tisztázott. Feltételezhető, hogy számos fontos funkciója van a meiózisban a homológok párosításával, az interfázisos mag strukturálásával és néhány szabályozó funkcióval kapcsolatban.

A többi, a magkromatin nagy része a funkcionális aktivitástól függően változtathatja tömörödésének mértékét, az euchromatinhoz tartozik. Az eukromatikus inaktív régiókat, amelyek kondenzált állapotban vannak, fakultatív heterokromatinnak kezdték nevezni, hangsúlyozva az ilyen állapot opcionálisságát.

A differenciált sejtekben a gének csak körülbelül 10%-a van aktív állapotban, a többi gének inaktiválva vannak, és a kondenzált kromatin (fakultatív heterokromatin) részét képezik. Ez a körülmény megmagyarázza, hogy a nukleáris kromatin nagy része strukturált.

kromatin DNS

Egy kromatin készítményben a DNS általában 30-40%-ot tesz ki. Ez a DNS egy kettős szálú helikális molekula, amely hasonló a vizes oldatokban lévő tiszta izolált DNS-hez. A kromatin DNS molekulatömege 7-9 106. A kromoszómák részeként az egyedi lineáris (a prokarióta kromoszómákkal ellentétben) DNS-molekulák hossza elérheti a több száz mikrométert, sőt akár több centimétert is. A sejtek magszerkezetében, az élőlények genomjában lévő DNS teljes mennyisége ingadozik.

Az eukarióta sejtek DNS-e heterogén összetételű, a nukleotidszekvenciák több osztályát tartalmazza: gyakran ismétlődő szekvenciákat (>106-szor), amelyek a szatellit DNS-frakció részét képezik, és nem íródnak át; mérsékelten ismétlődő szekvenciák egy része (102-105), amelyek valódi gének blokkjait reprezentálják, valamint a genomban szétszórt rövid szekvenciákat; egyedi szekvenciák töredéke, amely információkat hordoz a legtöbb sejtfehérjéről. A nukleotidok mindegyike egyetlen óriási kovalens DNS-szálba kapcsolódik.

A kromatin fő fehérjéi a hisztonok

A sejtmagban a DNS elrendeződésének megszervezésében, tömörítésében és a funkcionális terhelések szabályozásában a nukleáris fehérjéké a vezető szerep. A kromatinban található fehérjék nagyon változatosak, de két csoportra oszthatók: hisztonok és nem hiszton fehérjék. A hisztonok az összes kromatinfehérje 80%-át teszik ki. Kölcsönhatásuk a DNS-sel só- vagy ionkötések következtében jön létre, és nem specifikus a DNS-molekulában lévő nukleotid-összetételhez vagy szekvenciákhoz képest. Egy eukarióta sejt mindössze 5-7 típusú hisztonmolekulát tartalmaz. A hisztonokkal ellentétben az úgynevezett nem-hiszton fehérjék többnyire specifikusan kölcsönhatásba lépnek a DNS-molekulák bizonyos szekvenciáival, az ebbe a csoportba tartozó fehérjetípusok sokfélesége (több száz), és az általuk ellátott funkciók nagyon sokrétűek.

A hisztonok – a csak a kromatinra jellemző fehérjék – számos különleges tulajdonsággal rendelkeznek. Ezek bázikus vagy lúgos fehérjék, amelyek tulajdonságait az olyan bázikus aminosavak viszonylag magas tartalma határozza meg, mint a lizin és az arginin. A lizin és arginin aminocsoportjain lévő pozitív töltések határozzák meg e fehérjék só- vagy elektrosztatikus kötését a DNS foszfátcsoportjainak negatív töltéseivel.

A hisztonok molekulatömegüket tekintve viszonylag kicsi fehérjék. A hisztonok osztályai a különböző bázikus aminosavak tartalmában különböznek egymástól. Minden osztály hisztonját a fő aminosavak - lizin és arginin - klasztereloszlása jellemzi a molekulák N- és C-terminálisain. A hisztonmolekulák középső szakaszai több (3-4) 6-helikális szakaszt alkotnak, amelyek izotóniás körülmények között gömb alakú szerkezetté tömörülnek. A hisztonok fehérjemolekuláinak pozitív töltésekben gazdag, nem spiralizált végei biztosítják a kapcsolatukat egymással és a DNS-sel.

A sejtek élete során a hisztonok poszttranszlációs változásai (módosulásai) következhetnek be: egyes lizinmaradékok acetilezése és metilezése, ami a pozitív töltések számának elvesztéséhez vezet, valamint a szerinmaradékok foszforilációja, ami a sejtek megjelenéséhez vezet. negatív töltés. A hisztonok acetilezése és foszforilációja reverzibilis lehet. Ezek a módosítások jelentősen megváltoztatják a hisztonok tulajdonságait, a DNS-hez való kötődési képességüket.

A hisztonok a citoplazmában szintetizálódnak, a sejtmagba szállítódnak, és a DNS-hez kötődnek annak replikációja során az S-periódusban, azaz. a hisztonok és a DNS szintézise szinkronizálódik. Amikor a sejt leállítja a DNS szintézist, a hiszton hírvivő RNS-ek néhány perc alatt lebomlanak, és a hiszton szintézis leáll. A kromatinba beépült hisztonok nagyon stabilak, és alacsony a helyettesítési arányuk.

A hisztonfehérjék funkciói

1. A hisztonok mennyiségi és minőségi állapota befolyásolja a kromatin tömörségi fokát és aktivitását.

2. Szerkezeti - tömörítő - hisztonok szerepe a kromatin szerveződésében.

Ahhoz, hogy egy mindössze néhány mikrométeres kromoszóma hosszában hatalmas, centiméter hosszú DNS-molekulák elférjenek, egy DNS-molekulát csavarni kell, tömöríteni kell 1:10 000 pakolási sűrűséggel. A DNS-tömörítés során számos pakolási szint létezik, amelyek közül az elsőt közvetlenül a hisztonok és a DNS közötti kölcsönhatás határozza meg

A sejt DNS szinte teljes mennyisége a sejtmagban található. DNS egy hosszú lineáris polimer, amely sok millió nukleotidot tartalmaz. A DNS-nukleotidok négy típusát különböztetjük meg nitrogéntartalmú bázisok. Nukleotidok olyan szekvenciában vannak elrendezve, amely az örökletes információk rögzítésére szolgáló kódformát képviseli.
Ennek az információnak a megvalósításához átírják, vagy rövidebb mRNS-szálakra írják át. Az mRNS-ben a genetikai kód szimbólumai nukleotidhármasok - kodonok. Minden kodon egy aminosavat jelöl. Minden DNS-molekula külön kromoszómának felel meg, és a szervezet kromoszómáiban tárolt összes genetikai információt ún. genom.
A magasabb rendű szervezetek genomja túlzott mennyiségű DNS-t tartalmaz, ez nem a szervezet összetettségéből adódik. Ismeretes, hogy az emberi genom 700-szor több DNS-t tartalmaz, mint az Escherichia coli baktérium. Ugyanakkor egyes kétéltűek és növények genomja 30-szor nagyobb, mint az emberi genom. Gerinceseknél a DNS több mint 90%-a nem esszenciális. A DNS-ben tárolt információkat különféle fehérjék szervezik, olvassák és replikálják.
A sejtmag fő szerkezeti fehérjéi az hiszton fehérjék csak az eukarióta sejtekre jellemző. Hisztonok kisméretű, erősen bázikus fehérjék. Ez a tulajdonság annak a ténynek köszönhető, hogy bázikus aminosavakkal - lizinnel és argininnel - gazdagodtak. A hisztonokra a triptofán hiánya is jellemző. Az összes ismert fehérje közül a legkonzervatívabbak közé tartoznak, például a tehenek és a borsók H4-ét csak két aminosav-maradék különbözteti meg. Az eukarióták sejtmagjában lévő DNS-fehérjék komplexét kromatinnak nevezik.
Amikor a sejteket fénymikroszkóppal figyeljük meg, a kromatint a sejtmagokban egy sűrű anyag zónáiként mutatják ki, amelyek bázikus színezékekkel jól megfestődnek. A kromatin szerkezetének alapos tanulmányozása 1974-ben kezdődött, amikor fő szerkezeti egységét Ada és Donald Olins házastársak leírták, nukleoszómának nevezték el.
A nukleoszómák lehetővé teszik egy DNS-molekula hosszú láncának tömörebb hajtogatását. Tehát minden emberi kromoszómában a DNS-szál hossza ezerszer nagyobb, mint a mag mérete. Az elektronfotókon a nukleoszóma körülbelül 11 nm átmérőjű korong alakú részecskeként néz ki. Magja nyolc hisztonmolekulából álló komplexum, amelyben négy H2A, H2B, H3 és H4 hisztont két-két molekula képvisel. Ezek a hisztonok alkotják a nukleoszóma belső részét, a hisztonmagot. A hisztonmag köré egy 146 bázispárt tartalmazó DNS-molekula tekered. Két hiányos fordulatot képez a nukleoszóma hisztonmagja körül, körönként 83 nukleotidpárral. Mindegyik nukleoszómát egy DNS linker szekvencia választja el a következőtől, amely akár 80 nukleotid hosszú is lehet. Ez a szerkezet a zsinóron lévő gyöngyökhöz hasonlít.
A számítás azt mutatja, hogy a 6x109 nukleotidpárból álló emberi DNS-nek 3x107 nukleoszómát kell tartalmaznia. Élő sejtekben a kromatin ritkán jelenik meg ilyen formában. A nukleoszómák még tömörebb struktúrákban kapcsolódnak egymáshoz. A kromatin nagy része 30 nm átmérőjű fibrillák formájában van. Az ilyen csomagolás egy másik H1 hiszton segítségével történik. Nukleoszómánként egy H1 molekula található, amely összehúzza a linker helyet azokon a pontokon, ahol a DNS belép és kilép a hiszton magból.
A DNS-csomagolás jelentősen csökkenti a hosszát. Ennek ellenére az egyik kromoszóma kromatinszálának átlagos hosszának ebben a szakaszban 100-szor kell meghaladnia a mag méretét.
A magasabb rendű kromatin szerkezete hurkok sorozata, amelyek mindegyike körülbelül 20-100 ezer bázispárt tartalmaz. A hurok alján egy helyspecifikus DNS-kötő fehérje található. Az ilyen fehérjék felismerik a kromatinszál két távoli szakaszának bizonyos nukleotidszekvenciáit (helyeit), és közelebb hozzák azokat.

text_fields

nyíl_felfelé

A sejtmag a sejt központi eleme. Gyors eltávolítása összezavarja a citoplazma funkcióit. A sejtmag nagy szerepet játszik az örökletes tulajdonságok átvitelében és a fehérjeszintézisben. A genetikai információ egyik sejtről a másikra történő átvitelét a kromoszómákban található dezoxiribonukleinsav (DNS) biztosítja. A DNS megkettőződése megelőzi a sejtosztódást. A sejtmag tömege a különböző szövetek sejtjeiben eltérő, és például a hepatocita tömegének 10-18%-a, a limfoid sejtekben 60%-a. Az interfázisban (intermitotikus periódusban) a sejtmagot négy elem képviseli: kromatin, nucleolus (nucleolus), nukleoplazma és magmembrán.

Kromatin

text_fields

nyíl_felfelé

Az érett sejteket (például a vért) sűrű, kondenzált kromatinban gazdag, csomókban elhelyezkedő magok jellemzik. A nők szomatikus sejtjeinek magjában a magmembránhoz közeli kromatincsomó képviseli: ez a női nemi kromatin (vagy Barr-testek), amely egy kondenzált X-kromoszóma. A férfi nemi kromatin a hím szomatikus sejtek magjában csomóként jelenik meg, amely fluorokrómokkal festve világít. A nemi kromatin meghatározását például arra használják, hogy egy terhes nő magzatvízéből nyert sejtekből meghatározzák a gyermek nemét.

nucleolus

text_fields

nyíl_felfelé

A nucleolus egy gömb alakú intranukleáris szerkezet, amely nem rendelkezik membránnal. Minden olyan sejtben fejlődik, amelyet a fehérjeszintézis magas aktivitása jellemez, ami a citoplazmatikus alegységek, az rRNS képződésével jár együtt. Például a nukleolusok osztódásra képes sejtek - limfoblasztok, mieloblasztok stb. - magjában találhatók.

magmembrán

text_fields

nyíl_felfelé

A nukleáris membránt két lap képviseli, amelyek között a lumen az endoplazmatikus retikulum üregéhez kapcsolódik. A membránon körülbelül 100 nm átmérőjű lyukak (nukleáris pórusok) találhatók, amelyeken a makromolekulák (ribonukleázok, RNS) szabadon áthaladnak. A magmembrán és a pórusok ugyanakkor fenntartják a sejtmag mikrokörnyezetét, biztosítva a különféle anyagok szelektív cseréjét a sejtmag és a citoplazma között. A rosszul differenciált sejtben a pórusok a sejtmag felszínének akár 10%-át is elfoglalják, de a sejt érésével a teljes felületük csökken.

Nukleoplazma (nukleáris nedv)

text_fields

nyíl_felfelé

A nukleoplazma (nukleáris lé) fehérjéket tartalmazó kolloid oldat, amely biztosítja a metabolitok cseréjét és az RNS-molekulák gyors mozgását a nukleáris pórusokba. A nukleoplazma mennyisége a sejt érésével vagy öregedésével csökken.

Sejtosztódás, mitózis. Mitózis.

text_fields

nyíl_felfelé

Mitózis(1.5. ábra) a sejtciklusnak csak egy részét foglalja el. Emlőssejtekben a mitotikus fázis (M) körülbelül egy óráig tart.

Ezt egy poszt-mitózisos szünet követi (G1), amelyet a sejtben a fehérje bioszintézis nagy aktivitása jellemez, a transzkripciós és transzlációs folyamatok valósulnak meg. A szünet időtartama körülbelül 10 óra, de ez az idő jelentősen változik, és függ a sejtosztódást serkentő és gátló szabályozó tényezők hatásától, a tápanyagellátástól.

A sejtciklus következő fázisát a DNS szintézise (replikációja) jellemzi (S fázis)és körülbelül 9 órát vesz igénybe. Ezt követi a premitotikus G2 fázis, amely körülbelül 4 órán át tart. Így a teljes sejtciklus körülbelül 24 óráig tart:

A sejtek nyugalmi fázisban is lehetnek - Menj, sokáig a sejtcikluson kívül maradva. Például emberben a vérképző őssejtek akár 90%-a is a Go fázisban van, de a Go-ból a G1-be való átmenetük felgyorsul a vérsejtek iránti növekvő igény miatt.

A sejtek nagy érzékenysége a G1 fázisban az osztódásukat szabályozó faktorokkal szemben a hormonreceptorok, stimuláló és gátló faktorok szintézisével magyarázható a sejtmembránokon ebben az időszakban. Például az eritroid sejtek osztódása a csontvelőben a G-fázisban stimulálja az eritropoetin hormont. Ezt a folyamatot gátolja az erythropoiesis gátlója – egy olyan anyag, amely csökkenti a vörösvértestek termelését a szöveti oxigénigény csökkenése esetén (6. fejezet).

A membránreceptorok sejtosztódás-stimulátorral való kölcsönhatásával kapcsolatos információk átvitele a sejtmagba magában foglalja a DNS-szintézist, azok. S fázis. Ennek eredményeként a DNS mennyisége a sejtben diploidról (2N) tetraploidra (4N) változik. A G2 fázisban a mitózishoz szükséges struktúrák szintetizálódnak, különösen a mitotikus orsófehérjék.

M fázisban azonos genetikai anyag eloszlása két leánysejt között. Maga az M fázis négy periódusra oszlik: profázisra, metafázisra, anafázisra és telofázisra (1.5. ábra).

Prophase DNS-kromoszómák kondenzációja jellemzi, két kromatidot képezve, amelyek mindegyike két azonos DNS-molekula egyike. A mag és a nukleáris burok eltűnik. A vékony mikrotubulusok által képviselt centriolok a sejt két pólusához térnek el, és mitotikus orsót alkotnak.

metafázisba A kromoszómák a sejt közepén helyezkednek el, metafázis lemezt alkotva, ebben a fázisban a legkülönbözőbb az egyes kromoszómák morfológiája, amelyet a gyakorlatban a sejt kromoszómakészletének tanulmányozására használnak.

Anafázis kromatidák mozgása jellemzi, amelyeket a mitotikus orsó rostjai "széthúznak" a sejt ellentétes pólusaira.

Telofázis a kromoszómák leányhalmaza körül nukleáris membrán kialakulása jellemzi. A sejtciklus sajátosságainak ismeretét a gyakorlatban hasznosítják például a leukémia kezelésére szolgáló citosztatikus anyagok létrehozása során. Így a vinkrisztin azon tulajdonságát, hogy mérgezi a mitotikus orsót, a leukémiás sejtek mitózisának megállítására használják fel.

Sejtdifferenciáció

text_fields

nyíl_felfelé

A sejtdifferenciálódás az, hogy egy sejt olyan speciális funkciókat szerez, amelyek e funkciók ellátását biztosító struktúrák megjelenésével járnak együtt (például a hemoglobin szintézise és felhalmozódása az eritrocitákban jellemzi azok vörösvértestekké történő differenciálódását). A differenciálódás a genom egyes részei funkcióinak genetikailag programozott gátlásával (elnyomásával), más részeinek aktiválásával jár.