sifa za jumla kiini cha interphase

Msingi ni muhimu zaidi sehemu seli, ambayo hupatikana karibu na seli zote za viumbe vingi vya seli. Seli nyingi zina kiini kimoja, lakini kuna chembe mbili na chembe nyingi (kwa mfano, zilizopigwa. nyuzi za misuli) Dual-core na multi-core ni kutokana na vipengele vya utendaji au hali ya patholojia seli. Sura na ukubwa wa kiini ni tofauti sana na hutegemea aina ya viumbe, aina, umri na hali ya utendaji seli. Kwa wastani, kiasi cha kiini ni takriban 10% ya jumla ya kiasi cha seli. Mara nyingi, msingi una sura ya mviringo au ya mviringo kutoka kwa microns 3 hadi 10 kwa kipenyo. Ukubwa wa chini wa kiini ni 1 micron (katika baadhi ya protozoa), kiwango cha juu ni 1 mm (mayai ya baadhi ya samaki na amfibia). Katika baadhi ya matukio, kuna utegemezi wa sura ya kiini kwenye sura ya seli. Nucleus kawaida huchukua nafasi ya kati, lakini katika seli tofauti inaweza kubadilishwa hadi sehemu ya pembeni ya seli. Karibu DNA zote za seli ya yukariyoti zimejilimbikizia kwenye kiini.

Kazi kuu za kernel ni:

1) Uhifadhi na uhamisho wa habari za maumbile;

2) Udhibiti wa usanisi wa protini, kimetaboliki na nishati katika seli.

Kwa hivyo, kiini sio tu hifadhi ya nyenzo za maumbile, lakini pia mahali ambapo nyenzo hii inafanya kazi na kuzaliana. Kwa hivyo, ukiukaji wa kazi yoyote kati ya hizi itasababisha kifo cha seli. Yote hii inaonyesha umuhimu mkubwa wa miundo ya nyuklia katika mchakato wa awali wa asidi ya nucleic na protini.

KUFUTA

Msingi. Chromatin, heterochromatin, euchromatin.

Kiini (lat. nucleus) ni mojawapo ya vipengele vya muundo seli ya yukariyoti iliyo na taarifa za maumbile (molekuli za DNA), kufanya kazi kuu: kuhifadhi, maambukizi na utekelezaji wa taarifa za urithi ili kuhakikisha usanisi wa protini. Kiini kina chromatin, nucleolus, karyoplasm (au nucleoplasm) na bahasha ya nyuklia. Katika kiini cha seli, replication (au upunguzaji) hutokea - mara mbili ya molekuli za DNA, pamoja na maandishi - awali ya molekuli za RNA kwenye molekuli ya DNA. Molekuli za RNA zilizoundwa katika kiini hurekebishwa na kisha kutolewa kwenye saitoplazimu. Uundaji wa subunits zote mbili za ribosomal hufanyika ndani elimu maalum kiini cha seli - nucleoli. Kwa hivyo, kiini cha seli sio tu hifadhi ya habari za maumbile, lakini pia mahali ambapo nyenzo hii inafanya kazi na kuzaliana.

Seli isiyogawanyika, kati ya awamu huwa na kiini kimoja kwa kila seli (ingawa seli zenye nyuklia nyingi zinapatikana pia). Kiini kina chromatin, nucleolus, karyoplasm (nucleoplasm) na membrane ya nyuklia ambayo hutenganisha na cytoplasm (Mchoro 17).

Chromatin

Wakati wa kuchunguza seli zilizo hai au zisizohamishika ndani ya kiini, maeneo ya mambo mnene yanafunuliwa ambayo yanaitikia vizuri rangi mbalimbali, hasa za msingi. Shukrani kwa uwezo huu wa kuweka doa vizuri, sehemu hii ya kiini inaitwa "chromatin" (kutoka kwa chroma ya Uigiriki - rangi, rangi). Chromatin ina DNA katika tata na protini. Chromosomes, ambazo zinaonekana wazi wakati wa mgawanyiko wa seli za mitotiki, pia zina mali sawa. Katika seli zisizogawanyika (za interphase), chromatin, inayogunduliwa kwenye darubini nyepesi, inaweza zaidi au chini ya kujaza kwa usawa ujazo wa kiini au kuwa katika sehemu tofauti.

Chromatin ya nuclei interphase ina chromosomes, ambayo, hata hivyo, kwa wakati huu hupoteza umbo lao la kuunganishwa, kufunguliwa, na kufuta. Kiwango cha upunguzaji wa kromosomu vile kinaweza kutofautiana. Wataalamu wa morpholojia huita maeneo ya decondensation kamili ya sehemu zao euchromatinum. Wakati chromosomes hazijafunguliwa kikamilifu, maeneo ya chromatin iliyofupishwa, wakati mwingine huitwa heterochromatin, huonekana kwenye kiini cha interphase. Kiwango cha decondensation ya nyenzo za chromosomal - chromatin katika interphase inaweza kutafakari mzigo wa kazi wa muundo huu. Zaidi ya "kuenea" chromatin inasambazwa katika kiini cha interphase (yaani, euchromatin zaidi), taratibu za synthetic kali zaidi ndani yake.

Chromatin inafupishwa hadi kiwango cha juu wakati wa mgawanyiko wa seli za mitotic, wakati inapatikana katika mfumo wa chromosomes mnene. Katika kipindi hiki, chromosomes haifanyi kazi yoyote ya synthetic; watangulizi wa DNA na RNA hawajajumuishwa ndani yao.

Kwa hivyo, chromosomes za seli zinaweza kuwa katika hali mbili za kimuundo na kazi: katika hali ya kazi, ya kufanya kazi, iliyopunguzwa au iliyopunguzwa kabisa, wakati michakato ya unukuzi na upunguzaji hutokea na ushiriki wao katika kiini cha interphase, na katika hali isiyofanya kazi, katika hali ya kimetaboliki. kupumzika na condensation yao ya juu, wakati wanafanya kazi ya kusambaza na kuhamisha nyenzo za maumbile kwa seli za binti.

Chromatin

Urefu mkubwa wa molekuli za DNA za yukariyoti uliainisha mapema kuibuka kwa njia maalum za kuhifadhi, kurudia na kutekeleza nyenzo za kijeni. Chromatin ni jina linalopewa molekuli za chromosomal DNA pamoja na protini maalum zinazohitajika kutekeleza michakato hii. Wingi hujumuisha "protini za uhifadhi," kinachojulikana kama histones. Nucleosomes hujengwa kutoka kwa protini hizi - miundo ambayo nyuzi za molekuli za DNA zinajeruhiwa. Nucleosomes hupangwa mara kwa mara kabisa, ili muundo unaotokana unafanana na shanga. Nucleosome ina aina nne za protini: H2A, H2B, H3 na H4. Nucleosome moja ina protini mbili za kila aina - jumla ya protini nane. Histone H1, kubwa kuliko histones nyingine, hufungamana na DNA kwenye tovuti yake ya kuingia kwenye nukleosome. Nucleosome pamoja na H1 inaitwa chromatosome.

Kamba ya DNA iliyo na nukleosomes huunda muundo usio wa kawaida wa solenoid kuhusu unene wa nanomita 30, kinachojulikana kama 30 nm fibril. Ufungashaji zaidi wa fibril hii unaweza kuwa na wiani tofauti. Ikiwa chromatin imefungwa vizuri, inaitwa kufupishwa au heterochromatin, inaonekana wazi chini ya darubini. DNA iliyoko katika heterokromatini haijanakili; hali hii kwa kawaida ni tabia ya maeneo yasiyo na maana au tulivu. Katika interphase, heterochromatin kawaida iko kando ya pembeni ya kiini (parietal heterochromatin). Ufupisho kamili wa chromosomes hutokea kabla ya mgawanyiko wa seli. Ikiwa chromatin imefungwa kwa uhuru, inaitwa eu- au interchromatin. Aina hii ya kromatini haina mnene sana inapozingatiwa chini ya darubini na kwa kawaida ina sifa ya kuwepo kwa shughuli za maandishi. Uzito wa ufungaji wa chromatin kwa kiasi kikubwa imedhamiriwa na marekebisho ya histone - acetylation na phosphorylation.

Inaaminika kuwa katika kiini kuna kinachojulikana kikoa cha chromatin (DNA ya kikoa kimoja ina takriban jozi elfu 30 za msingi), yaani, kila sehemu ya chromosome ina "eneo" lake. Kwa bahati mbaya, suala la usambazaji wa anga wa chromatin kwenye kiini bado halijasomwa vya kutosha. Inajulikana kuwa sehemu za telomeri (terminal) na centromeric (zinazohusika na kuunganisha kromatidi dada katika mitosis) zimeunganishwa kwenye protini za lamina za nyuklia.

2. Chromatin

Chromatin ni chembechembe nyingi zilizotiwa rangi za kimsingi ambazo kromosomu huundwa. Chromosomes huundwa na tata ya nucleoproteins iliyo na asidi ya nucleic na protini. Kuna aina mbili za chromatin katika viini vya seli za binadamu katika interphase - iliyotawanywa, chromatin yenye rangi dhaifu (euchromatin), iliyoundwa na nyuzi ndefu, nyembamba, zilizounganishwa, chromatin hai sana na iliyofupishwa (heterochromatin), inayolingana na maeneo ya kromosomu ambayo haijahusika. katika michakato ya udhibiti wa shughuli za kimetaboliki. Seli za kukomaa (kwa mfano, damu) zina sifa ya nuclei tajiri katika chromatin mnene, iliyofupishwa, iliyolala katika makundi. Katika kokwa seli za somatic Kwa wanawake, inawakilishwa na mkusanyiko wa chromatin karibu na utando wa nyuklia: hii ni chromatin ya jinsia ya kike (au miili ya Barr), ambayo ni kromosomu ya X iliyofupishwa. Kromatini ya jinsia ya kiume inawakilishwa katika viini vya seli za somatiki za kiume kama donge linalong'aa linapotiwa madoa na fluorokromu. Uamuzi wa chromatin ya ngono hutumiwa, kwa mfano, kuamua jinsia ya mtoto kwa kutumia seli zilizopatikana kutoka maji ya amniotic mwanamke mjamzito.

Utafiti wa biochemical katika genetics ni njia muhimu ya kujifunza mambo yake ya msingi - chromosomes na jeni. Katika makala hii tutaangalia chromatin ni nini na kujua muundo na kazi zake katika seli.

Urithi ni mali kuu ya vitu vilivyo hai

Michakato kuu inayoonyesha viumbe wanaoishi Duniani ni pamoja na kupumua, lishe, ukuaji, uondoaji na uzazi. Kazi ya mwisho ndiyo muhimu zaidi kwa uhifadhi wa maisha kwenye sayari yetu. Mtu hawezije kukumbuka kwamba amri ya kwanza iliyotolewa na Mungu kwa Adamu na Hawa ilikuwa ifuatayo: “Zaeni, mkaongezeke.” Katika kiwango cha seli, kazi ya uzazi inafanywa na asidi ya nucleic (dutu inayojumuisha ya chromosomes). Tutazingatia miundo hii zaidi.

Wacha tuongezee pia kwamba uhifadhi na usambazaji wa habari za urithi kwa wazao hufanywa kulingana na utaratibu mmoja, ambao ni huru kabisa na kiwango cha shirika la mtu binafsi, ambayo ni, kwa virusi, na kwa bakteria, na kwa wanadamu. , ni ya ulimwengu wote.

Ni nini kiini cha urithi

Katika kazi hii, tunasoma chromatin, muundo na kazi ambazo hutegemea moja kwa moja juu ya shirika la molekuli za asidi ya nucleic. Mwanasayansi wa Uswizi Miescher mnamo 1869 kwenye viini vya seli mfumo wa kinga misombo inayoonyesha mali ya asidi iligunduliwa, ambayo aliita kwanza nuclein na kisha asidi ya nucleic. Kutoka kwa mtazamo wa kemikali, haya ni misombo ya juu ya Masi - polima. Monomeri zao ni nyukleotidi zenye muundo ufuatao: msingi wa purine au pyrimidine, pentose na salio Wanasayansi wamegundua kuwa aina mbili na RNA zinaweza kuwepo katika seli. Wao ni ngumu na protini na huunda dutu ya chromosomes. Kama protini, asidi ya nucleic ina viwango kadhaa vya shirika la anga.

Mnamo 1953 washindi Tuzo la Nobel Watson na Crick waligundua muundo wa DNA. Ni molekuli inayojumuisha minyororo miwili iliyounganishwa na vifungo vya hidrojeni vinavyotokea kati ya besi za nitrojeni kulingana na kanuni ya kukamilishana (kinyume cha adenine kuna msingi wa thymine, kinyume cha cytosine kuna msingi wa guanini). Chromatin, muundo na kazi ambazo tunasoma, ina molekuli za asidi ya deoksiribonucleic na asidi ya ribonucleic ya usanidi mbalimbali. Tutakaa juu ya suala hili kwa undani zaidi katika sehemu ya "Ngazi za Shirika la Chromatin".

Ujanibishaji wa dutu ya urithi katika seli

DNA iko katika muundo wa cytostructures kama vile kiini, na pia katika organelles zinazoweza kugawanya - mitochondria na kloroplasts. Hii ni kutokana na ukweli kwamba organelles hizi hufanya kazi muhimu zaidi katika seli: pamoja na awali ya glucose na malezi ya oksijeni katika seli za mimea. Wakati wa hatua ya synthetic ya mzunguko wa maisha, organelles ya uzazi mara mbili. Kwa hivyo, seli za binti, kama matokeo ya mitosis (mgawanyiko wa seli za somatic) au meiosis (malezi ya mayai na manii), hupokea safu ya lazima ya miundo ya seli ambayo hutoa seli. virutubisho na nishati.

Asidi ya Ribonucleic ina mnyororo mmoja na ina uzito wa chini wa Masi kuliko DNA. Imejumuishwa katika kiini na katika hyaloplasm, na pia ni sehemu ya organelles nyingi za seli: ribosomes, mitochondria, reticulum endoplasmic, plastids. Chromatin katika organelles hizi inahusishwa na protini za histone na ni sehemu ya plasmids - molekuli za DNA zilizofungwa za mviringo.

Chromatin na muundo wake

Kwa hivyo, tumegundua kuwa asidi ya nucleic zilizomo katika dutu ya chromosomes - vitengo vya kimuundo vya urithi. Chromatin yao iko chini hadubini ya elektroni ina mwonekano wa chembechembe au maumbo yanayofanana na uzi. Ina, pamoja na DNA, pia molekuli za RNA, pamoja na protini zinazoonyesha mali ya msingi na huitwa histones. Nucleosomes zote hapo juu. Ziko katika chromosomes ya kiini na huitwa fibrils (nyuzi za solenoid). Kwa muhtasari wa yote hapo juu, hebu tufafanue chromatin ni nini. Hii ni kiwanja tata cha protini maalum - histones. Molekuli za DNA zenye nyuzi-mbili hujeruhiwa juu yake, kama vijiti, na kutengeneza nukleosomes.

Viwango vya shirika la chromatin

Dutu ya urithi ina muundo tofauti, ambayo inategemea mambo mengi. Kwa mfano, inategemea hatua gani ya mzunguko wa maisha kiini inakabiliwa: kipindi cha mgawanyiko (metosis au meiosis), kipindi cha presynthetic au synthetic cha interphase. Kutoka kwa fomu ya solenoid, au fibril, kama rahisi zaidi, compaction zaidi ya chromatin hutokea. Heterochromatin ni hali mnene, iliyoundwa katika maeneo ya intronic ya kromosomu ambapo uandishi hauwezekani. Katika kipindi cha mapumziko ya seli - interphase, wakati hakuna mchakato wa mgawanyiko - heterochromatin iko kwenye karyoplasm ya kiini kando ya pembeni, karibu na membrane yake. Kuunganishwa kwa yaliyomo ya nyuklia hutokea wakati wa hatua ya postsynthetic ya mzunguko wa maisha ya seli, yaani, mara moja kabla ya mgawanyiko.

Je, ufupishaji wa dutu ya urithi hutegemea nini?

Kuendelea kujifunza swali "chromatin ni nini," wanasayansi wamegundua kwamba kuunganishwa kwake kunategemea protini za histone, ambazo zinajumuishwa katika nucleosomes pamoja na molekuli za DNA na RNA. Zinajumuisha aina nne za protini, zinazoitwa core na linker. Wakati wa kunukuu (kusoma habari kutoka kwa jeni kwa kutumia RNA), dutu ya urithi imefupishwa dhaifu na inaitwa euchromatin.

Hivi sasa, vipengele vya usambazaji wa molekuli za DNA zinazohusiana na protini za histone zinaendelea kusomwa. Kwa mfano, wanasayansi wamegundua kwamba chromatin ya loci tofauti ya chromosome sawa hutofautiana katika kiwango cha condensation. Kwa mfano, mahali ambapo nyuzi za spindle, zinazoitwa centromeres, zimeunganishwa kwenye kromosomu, ni mnene kuliko katika maeneo ya telomeri - loci ya mwisho.

Vidhibiti vya jeni na muundo wa chromatin

Wazo la udhibiti wa shughuli za jeni, iliyoundwa na wanajenetiki wa Ufaransa Jacob na Monod, hutoa wazo la uwepo wa maeneo ya asidi ya deoxyribonucleic ambayo hakuna habari juu ya muundo wa protini. Wanafanya kazi za ukiritimba tu - usimamizi. Inaitwa jeni za udhibiti, sehemu hizi za chromosomes, kama sheria, hazina protini za histone katika muundo wao. Chromatin, imedhamiriwa na mpangilio, inaitwa wazi.

Katika kipindi cha utafiti zaidi, iligunduliwa kwamba loci hizi zina mifuatano ya nyukleotidi ambayo huzuia chembe za protini zishikamane na molekuli za DNA. Maeneo hayo yana jeni za udhibiti: waendelezaji, waimarishaji, waanzishaji. Kuunganishwa kwa chromatin ndani yao ni juu, na urefu wa mikoa hii ni wastani wa 300 nm. Kuna ufafanuzi wa chromatin wazi katika nuclei pekee, ambayo DNAse ya enzyme hutumiwa. Haraka sana hupasua loci ya kromosomu isiyo na protini za histone. Chromatin katika maeneo haya imeitwa hypersensitive.

Jukumu la dutu ya urithi

Complexes ikiwa ni pamoja na DNA, RNA na protini, inayoitwa chromatin, wanahusika katika ontogenesis ya seli na kubadilisha muundo wao kulingana na aina ya tishu, na pia juu ya hatua ya maendeleo ya viumbe kwa ujumla. Kwa mfano, katika seli za epithelial za ngozi, jeni kama vile kiboreshaji na kikuzaji huzuiwa na protini za kukandamiza, wakati jeni hizi za udhibiti katika seli za siri za epithelium ya matumbo zinafanya kazi na ziko katika ukanda wa chromatin wazi. Wanasayansi wa jeni wamegundua kwamba DNA ambayo haina kanuni za protini inachukua zaidi ya 95% ya genome nzima ya binadamu. Hii ina maana kwamba kuna jeni nyingi zaidi za udhibiti kuliko zile zinazohusika na usanisi wa peptidi. Kuanzishwa kwa mbinu kama vile chips za DNA na mpangilio kumewezesha kujua chromatin ni nini na, kwa sababu hiyo, kuweka ramani ya jenomu ya binadamu.

Utafiti wa Chromatin ni muhimu sana katika matawi ya sayansi kama vile genetics ya binadamu na jenetiki ya kimatibabu. Hii ni kutokana na kuongezeka kwa kasi kwa matukio ya magonjwa ya urithi- wote maumbile na chromosomal. Utambuzi wa mapema ya syndromes hizi huongeza asilimia ya utabiri mzuri wakati wa matibabu yao.

Karyoplasm

Karyoplasm (juisi ya nyuklia, nucleoplasm) - kuu mazingira ya ndani kiini, inachukua nafasi yote kati ya nucleolus, chromatin, membranes, kila aina ya inclusions na miundo mingine. Chini ya darubini ya elektroni, kariyoplasm inaonekana kama misa iliyo sawa au laini na msongamano mdogo wa elektroni. Ina ribosomes, microbodies, globulins na bidhaa mbalimbali za kimetaboliki katika kusimamishwa.

Mnato wa juisi ya nyuklia ni takriban sawa na mnato wa dutu kuu ya cytoplasm. Asidi ya juisi ya nyuklia, iliyoamuliwa na sindano ndogo ya viashiria kwenye kiini, iligeuka kuwa juu kidogo kuliko ile ya cytoplasm.

Kwa kuongeza, sap ya nyuklia ina enzymes zinazohusika katika awali ya asidi ya nucleic katika kiini na ribosomes. Juisi ya nyuklia haijachafuliwa na dyes za msingi, kwa hivyo inaitwa dutu ya achromatin, au karyolymph, tofauti na maeneo ambayo yanaweza kubadilika - chromatin.

Chromatin

Sehemu kuu ya viini, chromatin, ni muundo ambao hufanya kazi ya maumbile ya seli; karibu habari zote za urithi ziko kwenye chromatin DNA.

Kromosomu za yukariyoti huonekana kama miundo iliyofafanuliwa kwa kasi mara moja kabla na wakati wa mitosis, mchakato wa mgawanyiko wa nyuklia katika seli za somatic. Katika kupumzika, seli za yukariyoti zisizogawanyika, nyenzo za kromosomu, zinazoitwa chromatin, huonekana kuwa na fuzzy na inaonekana kusambazwa kwa nasibu katika kiini kote. Hata hivyo, wakati seli inapojitayarisha kugawanyika, chromatin inakuwa imeunganishwa na kuunganishwa katika sifa yake aina hii idadi ya chromosomes zinazoweza kutofautishwa wazi.

Chromatin ilitengwa kutoka kwa viini na kuchambuliwa. Inajumuisha nyuzi nzuri sana. Sehemu kuu za chromatin ni DNA na protini, ambazo nyingi ni histones na protini zisizo za histone.Kwa wastani, karibu 40% ya chromatin ni DNA na karibu 60% ni protini, kati ya ambayo protini maalum za histone ya nyuklia huchukua 40 hadi 80. % ya protini zote zinazounda chromatin iliyotengwa. Kwa kuongeza, sehemu za chromatin ni pamoja na vipengele vya membrane, RNA, wanga, lipids, na glycoproteins.

Nyuzi za chromatin katika kromosomu zimekunjwa na kuunda vifungo vingi na vitanzi. DNA katika chromatin inafungamana sana na protini zinazoitwa histones, ambazo kazi yake ni kufunga na kupanga DNA katika vitengo vya miundo - nucleosomes. Chromatin pia ina idadi ya protini zisizo za histone. Tofauti na chromosomes za eukaryotic, chromosomes za bakteria hazina histones; zina kiasi kidogo tu cha protini zinazokuza uundaji wa vitanzi na ufupisho (ugandamizo) wa DNA.

Wakati wa kutazama seli nyingi zilizo hai, haswa seli za mmea, au seli baada ya kurekebisha na kuweka rangi, maeneo ya vitu mnene yanafunuliwa ndani ya kiini, ambayo yamechafuliwa vizuri na dyes anuwai, haswa zile za msingi. Uwezo wa chromatin kutambua rangi ya msingi (alkali) inaonyesha mali yake ya tindikali, ambayo imedhamiriwa na ukweli kwamba chromatin ina DNA katika ngumu na protini. Chromosomes, ambazo zinaweza kuzingatiwa wakati wa mgawanyiko wa seli za mitotiki, pia zina sifa sawa za uchafu na maudhui ya DNA.

Tofauti na seli za prokariyoti, nyenzo ya kromatini iliyo na DNA ya yukariyoti inaweza kuwepo katika hali mbili mbadala: kupunguzwa kwa interphase na kuunganishwa kwa upeo wakati wa mitosis, kama sehemu ya kromosomu ya mitotiki.

Katika seli zisizogawanyika (interphase), chromatin inaweza kujaza sawasawa kiasi cha kiini au kuwa iko katika makundi tofauti (chromocenters). Mara nyingi hugunduliwa kwa uwazi kwenye pembezoni mwa kiini (parietali, pembezoni, karibu na utando wa kromatini) au hutengeneza misuko ya nene (karibu 0.3 μm) na nyuzi ndefu ndani ya kiini kwa namna ya mtandao wa nyuklia.

Chromatin ya nuclei interphase ni mwili wa kubeba DNA (chromosomes), ambayo kwa wakati huu inapoteza sura yake ya compact, hupunguza, na decondenses. Kiwango cha upunguzaji wa kromosomu vile kinaweza kutofautiana katika viini seli tofauti. Wakati kromosomu au eneo lake limepunguzwa kabisa, kanda hizi huitwa diffuse chromatin. Wakati kromosomu hazijafunguliwa kikamilifu, maeneo ya chromatin iliyofupishwa (wakati mwingine huitwa heterochromatin) huonekana kwenye kiini cha interphase. Tafiti nyingi zimeonyesha kuwa kiwango cha decondensation ya nyenzo za chromosomal, chromatin, katika interphase inaweza kuonyesha mzigo wa kazi wa muundo huu. Zaidi ya kuenea kwa chromatin ya kiini cha interphase, juu ya michakato ya synthetic ndani yake. Wakati wa awali wa RNA, muundo wa chromatin hubadilika. Kupungua kwa usanisi wa DNA na RNA katika seli kawaida hufuatana na ongezeko la kanda za chromatin iliyofupishwa.

Chromatin inafupishwa hadi kiwango cha juu wakati wa mgawanyiko wa seli za mitotic, wakati inapatikana kwa namna ya miili-chromosomes. Katika kipindi hiki, chromosomes hazibeba mizigo yoyote ya synthetic; watangulizi wa DNA na RNA hawajajumuishwa ndani yao.

Kwa msingi wa hii, tunaweza kudhani kuwa kromosomu za seli zinaweza kuwa katika hali mbili za kimuundo na kazi: katika kufanya kazi, kwa sehemu au kupunguzwa kabisa, wakati michakato ya uandishi na upunguzaji hufanyika na ushiriki wao katika kiini cha interphase, na kutofanya kazi - katika hali ya kimetaboliki. kupumzika kwa kiwango cha juu cha condensation yao, wakati wanafanya kazi ya kusambaza na kuhamisha nyenzo za maumbile kwa seli za binti.

Euchromatin na heterochromatin

Kiwango cha muundo na condensation ya chromatin katika nuclei interphase inaweza kuonyeshwa kwa viwango tofauti. Kwa hivyo, katika kugawanya kwa nguvu na seli maalum, viini vina muundo wa kueneza; ndani yao, pamoja na mdomo mwembamba wa pembeni wa chromatin iliyofupishwa, idadi ndogo ya chromocenters hupatikana, wakati sehemu kuu ya kiini inachukuliwa na. kueneza, chromatin iliyopunguzwa. Wakati huo huo, katika seli maalumu sana au katika seli kumaliza yao mzunguko wa maisha, chromatin inawasilishwa kwa namna ya safu kubwa ya pembeni na chromocenters kubwa, vitalu vya chromatin iliyofupishwa. Kadiri idadi ya chromatin iliyofupishwa kwenye kiini inavyokuwa, ndivyo shughuli ya kimetaboliki ya kiini inavyopungua. Kwa kuanzishwa kwa asili au majaribio ya viini, uboreshaji unaoendelea wa chromatin hutokea na, kinyume chake, na uanzishaji wa nuclei, sehemu ya chromatin iliyoenea huongezeka.

Hata hivyo, baada ya kuwezesha kimetaboliki, sio maeneo yote ya chromatin iliyofupishwa yanaweza kubadilika kuwa fomu ya kuenea. Nyuma mapema miaka ya 1930, E. Geitz aliona kuwa katika nuclei ya interphase kuna maeneo ya kudumu ya chromatin iliyofupishwa, uwepo wa ambayo haitegemei kiwango cha utofauti wa tishu au juu ya shughuli za kazi za seli. Maeneo hayo huitwa heterochromatin, tofauti na wengine wa chromatin - euchromatin (chromatin yenyewe). Kulingana na dhana hizi, heterochromatin ni sehemu za kompakt za chromosomes ambazo huonekana katika prophase kabla ya sehemu zingine kwenye chromosome ya mitotic na hazipunguki katika telophase, kupita kwenye kiini cha interphase kwa namna ya miundo yenye rangi nyingi (chromocenters). Kanda zilizofupishwa kabisa mara nyingi ni sehemu za katikati na telomeri za kromosomu. Mbali nao, baadhi ya maeneo ambayo ni sehemu ya mikono ya chromosome yanaweza kufupishwa kila wakati - intercalary, au intercalary, heterochromatin, ambayo pia hutolewa katika nuclei kwa namna ya chromocenters. Sehemu kama hizo za kromosomu zilizofupishwa kila mara katika viini vya kati ya awamu sasa kwa kawaida huitwa heterokromatini ya msingi (ya kudumu). Ikumbukwe kwamba maeneo ya heterochromatin ya msingi yana idadi ya vipengele vinavyoitofautisha na chromatin nyingine. Heterochromatin ya msingi haifanyi kazi kwa vinasaba; haijaandikwa, inakiliwa baadaye kuliko chromatin nyingine, ina DNA maalum (satelaiti) iliyoboreshwa na mfuatano wa nyukleotidi unaorudiwa sana, imejanibishwa katika maeneo ya centromeric, telomeric na intercalary ya kromosomu ya mitotiki. Uwiano wa chromatin msingi unaweza kuwa tofauti katika vitu tofauti. Umuhimu wa utendaji wa heterochromatin ya msingi haueleweki kikamilifu. Inachukuliwa kuwa yeye hubeba nambari kazi muhimu, inayohusishwa na uunganishaji wa homologues katika meiosis, na muundo wa kiini cha interphase, na baadhi ya kazi za udhibiti.

Iliyobaki, wingi wa chromatin ya kiini, inaweza kubadilisha kiwango cha mshikamano wake kulingana na shughuli ya kazi; ni ya euchromatin. Maeneo yasiyotumika ya Euchromatic ambayo yako katika hali ya kufupishwa yalianza kuitwa heterochromatin ya kitamaduni, ikisisitiza chaguo la hali kama hiyo.

Katika seli zilizotofautishwa, ni takriban 10% tu ya jeni ziko katika hali hai; jeni zilizobaki hazijaamilishwa na ni sehemu ya chromatin iliyofupishwa (heterochromatin ya facultative). Hali hii inaeleza kwa nini kromatini nyingi kwenye kiini zimeundwa.

chromatin ya DNA

Katika maandalizi ya chromatin, DNA kawaida huhesabu 30-40%. DNA hii ni molekuli ya helikali yenye nyuzi mbili, sawa na DNA safi iliyotengwa ndani ufumbuzi wa maji. Chromatin DNA ina uzito wa Masi ya 7-9 · 106. Kama sehemu ya kromosomu, urefu wa mstari wa mtu binafsi (tofauti na kromosomu za prokariyoti) molekuli za DNA zinaweza kufikia mamia ya mikromita na hata sentimita kadhaa. Jumla DNA iliyojumuishwa katika miundo ya nyuklia ya seli, katika genome ya viumbe, inabadilika.

DNA ya seli za yukariyoti ni tofauti katika utungaji, zenye madarasa kadhaa ya mfuatano wa nyukleotidi: mfululizo unaorudiwa mara kwa mara (> mara 106), iliyojumuishwa katika sehemu ya DNA ya satelaiti na haijaandikwa; sehemu ya mfuatano unaorudiwa kwa kiasi (102-105), unaowakilisha vizuizi vya jeni halisi, pamoja na mfuatano mfupi uliotawanyika katika jenomu; sehemu ya mfuatano wa kipekee ambao hubeba taarifa kwa wingi wa protini za seli. Madarasa haya yote ya nyukleotidi yameunganishwa kwenye uzi mmoja mkubwa wa DNA.

Protini kuu za chromatin ni histones

Katika kiini cha seli, jukumu la kuongoza katika kuandaa mpangilio wa DNA, katika kuunganishwa kwake na udhibiti wa mizigo ya kazi ni ya protini za nyuklia. Protini katika chromatin ni tofauti sana, lakini zinaweza kugawanywa katika vikundi viwili: histones na protini zisizo za histone. Histones akaunti hadi 80% ya protini zote za chromatin. Uingiliano wao na DNA hutokea kutokana na chumvi au vifungo vya ionic na isiyo mahususi kuhusiana na muundo au mfuatano wa nyukleotidi katika molekuli ya DNA. Seli ya yukariyoti ina aina 5-7 tu za molekuli za histone. Tofauti na histones, kinachojulikana kama protini zisizo za histone kwa sehemu kubwa huingiliana haswa na mfuatano fulani wa molekuli za DNA, kuna aina kubwa sana ya aina za protini zilizojumuishwa katika kundi hili (mia kadhaa), na aina nyingi za kazi ambazo zinafanya.

Histones, protini tabia tu ya chromatin, kuwa na idadi ya sifa maalum. Hizi ni protini za msingi au za alkali, mali ambayo imedhamiriwa kuhusiana na maudhui ya juu Asidi za amino kama lysine na arginine. Ni malipo chanya kwa vikundi vya amino vya lysine na arginine ambayo huamua dhamana ya chumvi au ya kielektroniki ya protini hizi na chaji hasi kwenye vikundi vya fosfeti vya DNA.

Hisstones ni kiasi kidogo uzito wa Masi protini. Madarasa ya histones hutofautiana kutoka kwa kila mmoja katika maudhui ya asidi ya amino ya msingi. Histoni za madarasa yote zina sifa ya usambazaji wa nguzo ya asidi kuu ya amino - lysine na arginine, kwenye N- na C-termini ya molekuli. Sehemu za kati za molekuli za histone huunda sehemu kadhaa (3-4) za b-helical, ambazo zimeunganishwa katika muundo wa globular chini ya hali ya isotonic. Miisho isiyo ya ond ya molekuli za protini za histone ni matajiri katika malipo mazuri na huwasiliana na kila mmoja na kwa DNA.

Wakati wa maisha ya seli, mabadiliko ya baada ya kutafsiri (marekebisho) ya histones yanaweza kutokea: acetylation na methylation ya baadhi ya mabaki ya lysine, ambayo inaongoza kwa kupoteza idadi ya malipo mazuri, na phosphorylation ya mabaki ya serine, na kusababisha kuonekana kwa malipo hasi. . Acetylation na phosphorylation ya histones inaweza kubadilishwa. Marekebisho haya kwa kiasi kikubwa hubadilisha mali ya histones na uwezo wao wa kumfunga DNA.

Histones ni synthesized katika cytoplasm, kusafirishwa kwa kiini na kumfunga DNA wakati wa replication yake katika kipindi S, i.e. histone na DNA syntheses ni kulandanishwa. Seli inaposimamisha usanisi wa DNA, RNA za messenger ya histone hutengana ndani ya dakika chache na usanisi wa histone hukoma. Histones kuingizwa katika chromatin ni imara sana na kuwa kasi ya chini uingizwaji.

Kazi za protini za histone

1. Kiasi na hali ya ubora histones huathiri kiwango cha kuunganishwa na shughuli za chromatin.

2. Muundo - kuunganisha - jukumu la histones katika shirika la chromatin.

Ili kufunga molekuli kubwa za DNA zenye urefu wa sentimeta pamoja na urefu wa kromosomu, ambayo ina ukubwa wa mikromita chache tu, molekuli ya DNA lazima iingizwe na kuunganishwa kwa msongamano wa 1: 10,000. Katika mchakato wa kuunganishwa kwa DNA, kuna ngazi kadhaa za kufunga, ya kwanza ambayo ni moja kwa moja kuamua na histones mwingiliano na DNA

Takriban DNA zote za seli ziko kwenye kiini. DNA ni polima ya mstari mrefu iliyo na mamilioni mengi ya nyukleotidi. Aina nne za nyukleotidi za DNA, tofauti misingi ya nitrojeni. Nucleotides zimepangwa katika mlolongo unaowakilisha fomu ya msimbo ya kurekodi taarifa za urithi.
Ili kutekeleza taarifa hii, inaandikwa upya, au kunakiliwa, katika minyororo mifupi ya mRNA. Alama kanuni za maumbile mRNA ina sehemu tatu za nyukleotidi - kodoni. Kila kodoni huteua moja ya asidi ya amino. Kila molekuli ya DNA inalingana na kromosomu tofauti, na habari zote za urithi zilizohifadhiwa katika kromosomu za kiumbe huitwa. jenomu.
Jenomu viumbe vya juu ina kiasi cha ziada cha DNA, hii haihusiani na utata wa viumbe. Inajulikana kuwa jenomu la binadamu lina DNA mara 700 zaidi ya bakteria coli. Wakati huo huo, genome ya wanyama wengine wa amfibia na mimea ni kubwa mara 30 kuliko genome ya binadamu. Katika wanyama wenye uti wa mgongo, zaidi ya 90% ya DNA sio muhimu. Habari iliyohifadhiwa katika DNA hupangwa, kusomwa, na kuigwa na aina mbalimbali za protini.
Protini kuu za muundo wa kiini ni protini za histone, tabia tu ya seli za yukariyoti. Historia- ndogo, protini za msingi sana. Mali hii ni kutokana na ukweli kwamba wao ni utajiri na amino asidi kuu - lysine na arginine. Hisstones pia ina sifa ya kutokuwepo kwa tryptophan. Wao ni miongoni mwa wahafidhina zaidi ya wote protini zinazojulikana Kwa mfano, H4 katika ng'ombe na pea hutofautishwa na mabaki mawili tu ya asidi ya amino. Mchanganyiko wa protini zilizo na DNA katika nuclei ya seli ya yukariyoti inajulikana kama chromatin.
Wakati wa kuchunguza seli kwa kutumia darubini nyepesi, kromatini hugunduliwa kwenye viini kama maeneo ya vitu vizito vilivyo na rangi ya msingi. Utafiti wa kina wa muundo wa chromatin ulianza mnamo 1974, wakati wenzi wa ndoa Ada na Donald Olins walielezea kitengo chake cha msingi cha kimuundo na kukiita nucleosome.
Nucleosomes huruhusu mlolongo mrefu wa molekuli za DNA kuunganishwa zaidi. Kwa hiyo, katika kila kromosomu ya binadamu, urefu wa uzi wa DNA ni mara maelfu zaidi ya ukubwa wa kiini. Katika picha za elektroni, nucleosome inaonekana kama chembe yenye umbo la diski yenye kipenyo cha takriban nm 11. Msingi wake ni tata ya molekuli nane za histone, ambapo histones nne H2A, H2B, H3 na H4 zinawakilishwa na molekuli mbili kila moja. Hizi histones huunda sehemu ya ndani nucleosomes - msingi wa histone. Molekuli ya DNA iliyo na jozi 146 za nyukleotidi imejeruhiwa kwenye msingi wa histone. Inaunda zamu mbili zisizo kamili karibu na msingi wa histone wa nucleosome, na jozi 83 za nucleotide kwa kila upande. Kila nukleosome hutenganishwa na inayofuata kwa mlolongo wa kiunganishi cha DNA, ambayo inaweza kuwa hadi nyukleotidi 80 kwa urefu. Muundo huu unafanana na shanga kwenye kamba.
Mahesabu yanaonyesha kuwa DNA ya binadamu, ambayo ina jozi 6x10 9 za nukleotidi, inapaswa kuwa na 3x10 7 nucleosomes. Katika seli hai, chromatin mara chache huwa na mwonekano huu. Nucleosomes zimeunganishwa pamoja katika miundo thabiti zaidi. Wengi wa chromatin ni katika mfumo wa nyuzi na kipenyo cha 30 nm. Ufungaji huu unafanywa kwa kutumia histone nyingine H1. Kwa kila nukleosome kuna molekuli moja ya H1, ambayo huchota pamoja eneo la kiunganishi kwenye sehemu ambazo DNA huingia na kutoka kwenye msingi wa histone.
Ufungaji wa DNA kwa kiasi kikubwa hupunguza urefu wake. Walakini, urefu wa wastani wa uzi wa kromosomu ya kromosomu moja katika hatua hii unapaswa kuzidi saizi ya kiini kwa mara 100.
Muundo wa mpangilio wa juu wa chromatin ni safu ya vitanzi, kila moja ina takriban jozi za msingi 20 hadi 100 elfu. Chini ya kitanzi ni protini inayofunga DNA ya tovuti maalum. Protini hizo hutambua mlolongo fulani wa nyukleotidi (tovuti) za sehemu mbili za mbali za uzi wa kromatini na kuzileta pamoja.

uwanja_wa_maandishi

mshale_juu

Kiini ni kipengele cha kati cha seli. Yake kuondolewa kwa upasuaji hutenganisha kazi za cytoplasm. Msingi unacheza jukumu kuu katika upitishaji wa sifa za urithi na usanisi wa protini. Uhamisho wa taarifa za kijeni kutoka kwa seli moja hadi nyingine huhakikishwa na asidi ya deoksiribonucleic (DNA) iliyo katika kromosomu. Urudufu wa DNA hutangulia mgawanyiko wa seli. Wingi wa kiini katika seli za tishu tofauti ni tofauti na ni, kwa mfano, 10-18% ya wingi wa hepatocyte, 60% katika seli za lymphoid. Katika interphase (kipindi cha intermitotic), kiini kinawakilishwa na vipengele vinne: chromatin, nucleolus (nucleolus), nucleoplasm na membrane ya nyuklia.

Chromatin

uwanja_wa_maandishi

mshale_juu

Chromatin ni chembechembe nyingi zilizotiwa rangi za kimsingi ambazo kromosomu huundwa. Chromosomes huundwa na tata ya nucleoproteini iliyo na asidi ya nucleic na protini. Kuna aina mbili za chromatin katika viini vya seli za binadamu katika interphase - iliyotawanywa, chromatin yenye rangi dhaifu (euchromatin), iliyoundwa na nyuzi ndefu, nyembamba, zilizounganishwa, chromatin hai sana na iliyofupishwa (heterochromatin), inayolingana na maeneo ya kromosomu ambayo haijahusika. katika michakato ya udhibiti wa shughuli za kimetaboliki.

Seli za kukomaa (kwa mfano, damu) zina sifa ya nuclei tajiri katika chromatin mnene, iliyofupishwa, iliyolala katika makundi. Katika viini vya seli za somatic za wanawake, inawakilishwa na mkusanyiko wa chromatin karibu na membrane ya nyuklia: hii ni chromatin ya jinsia ya kike (au miili ya Barr), ambayo ni chromosome ya X iliyofupishwa. Kromatini ya jinsia ya kiume inawakilishwa katika viini vya seli za somatiki za kiume kama donge linalong'aa linapotiwa madoa na fluorokromu. Uamuzi wa chromatin ya ngono hutumiwa, kwa mfano, kuamua jinsia ya mtoto kutoka kwa seli zilizopatikana kutoka kwa maji ya amniotic ya mwanamke mjamzito.

Nucleolus

uwanja_wa_maandishi

mshale_juu

Nucleolus ni muundo wa intranuclear wa spherical ambao hauna utando. Inatengenezwa katika seli zote zinazojulikana na shughuli kubwa ya awali ya protini, ambayo inahusishwa na malezi ya subunits za cytoplasmic, rRNA. Kwa mfano, nucleoli hupatikana katika viini vya seli zinazoweza kugawanya - lymphoblasts, myeloblasts, nk.

Utando wa nyuklia

uwanja_wa_maandishi

mshale_juu

Utando wa nyuklia unawakilishwa na karatasi mbili, lumen kati ya ambayo inaunganishwa na cavity ya reticulum endoplasmic. Utando una mashimo (pores ya nyuklia) hadi takriban 100 nm kwa kipenyo, kwa njia ambayo macromolecules (ribonucleases, RNA) hupita kwa uhuru. Wakati huo huo, utando wa nyuklia na pores huhifadhi mazingira madogo ya kiini, kuhakikisha kubadilishana kwa kuchagua vitu mbalimbali kati ya kiini na cytoplasm. Katika seli iliyotofautishwa vibaya, pores huchukua hadi 10% ya uso wa kiini, lakini kadiri seli inavyokua, eneo lao la jumla hupungua.

Nucleoplasm (juisi ya nyuklia)

uwanja_wa_maandishi

mshale_juu

Nucleoplasm (juisi ya nyuklia) ni suluhisho la colloidal, iliyo na protini, ambayo inahakikisha kubadilishana kwa metabolites na harakati ya haraka ya molekuli za RNA kwa pores za nyuklia. Kiasi cha nukleoplasm hupungua kadiri seli inavyozidi kukomaa au umri.

Mgawanyiko wa seli. Mitosis.

uwanja_wa_maandishi

mshale_juu

Mitosis(Mchoro 1.5) inachukua sehemu tu mzunguko wa seli. Katika seli za mamalia, awamu ya mitosis (M) huchukua muda wa saa moja.

Hii inafuatwa na pause postmitotic (G1), ambayo inaonyeshwa na shughuli kubwa ya biosynthesis ya protini kwenye seli, michakato ya uandishi na tafsiri hufanyika. Muda wa pause ni kuhusu masaa 10, lakini wakati huu hutofautiana kwa kiasi kikubwa na inategemea ushawishi wa mambo ya udhibiti ambayo huchochea na kuzuia mgawanyiko wa seli, na juu ya ugavi wa virutubisho.

Awamu inayofuata ya mzunguko wa seli ina sifa ya usanisi wa DNA (replication) (Awamu S) na inachukua kama masaa 9. Hii inafuatwa na awamu ya premitotic G2, hudumu kama masaa 4. Kwa hivyo, mzunguko mzima wa seli huchukua kama masaa 24:

Seli pia zinaweza kuwa katika awamu ya kupumzika - Nenda, iliyobaki nje ya mzunguko wa seli kwa muda mrefu. Kwa mfano, kwa wanadamu, hadi 90% ya seli shina za hematopoietic ziko katika awamu ya Go, lakini mpito wao kutoka Go hadi G1 huharakisha kadiri hitaji la seli za damu linavyoongezeka.

Usikivu wa juu wa seli kwa sababu zinazosimamia mgawanyiko wao katika awamu ya G1 inaelezewa na awali ya vipokezi vya homoni, mambo ya kuchochea na ya kuzuia kwenye utando wa seli katika kipindi hiki. Kwa mfano, mgawanyiko wa seli ya erythroid uboho katika awamu ya G, huchochea homoni ya erythropoietin. Utaratibu huu unazuiwa na kizuizi cha erythropoiesis - dutu ambayo inapunguza uzalishaji wa seli nyekundu za damu katika tukio la kupungua kwa mahitaji ya oksijeni ya tishu (Sura ya 6).

Usambazaji wa habari kwa kiini juu ya mwingiliano wa vipokezi vya membrane na kichocheo cha mgawanyiko wa seli ni pamoja na usanisi wa DNA, hizo. awamu ya S. Matokeo yake, kiasi cha DNA katika seli hutoka kwa diploidi, 2N, hadi tetraploid, 4N. Katika awamu ya G2, miundo muhimu kwa mitosis inaunganishwa, hasa, protini za mitotic spindle.

Katika awamu ya M nyenzo za kijeni zinazofanana husambazwa kati ya seli mbili za binti. Awamu ya M yenyewe imegawanywa katika vipindi vinne: prophase, metaphase, anaphase na telophase (Mchoro 1.5.).

Prophase inayojulikana na msongamano wa kromosomu za DNA na kuunda chromatidi mbili, ambayo kila moja inawakilisha moja ya molekuli mbili za DNA zinazofanana. Nucleolus na membrane ya nyuklia hupotea. Centrioles, inayowakilishwa na microtubules nyembamba, inapita kwenye nguzo mbili za seli, na kutengeneza spindle ya mitotic.

Kwa metaphase kromosomu ziko katikati ya seli, na kutengeneza bamba la metaphase.Katika awamu hii, mofolojia ya kila kromosomu ni tofauti zaidi, ambayo hutumiwa katika mazoezi kuchunguza seti ya kromosomu ya seli.

Anaphase inayojulikana na msogeo wa chromatidi, "iliyotenganishwa" na nyuzi za spindle ya mitotic kwa miti iliyo kinyume ya seli.

Telophase inayojulikana na kuundwa kwa membrane ya nyuklia karibu na seti ya binti ya chromosomes. Ujuzi wa sifa za mzunguko wa seli hutumiwa katika mazoezi, kwa mfano, katika kuundwa kwa vitu vya cytostatic kwa ajili ya matibabu ya leukemia. Kwa hivyo, mali ya vincristine kuwa sumu kwa spindle ya mitotic hutumiwa kuacha mitosis ya seli za leukemia.

Utofautishaji wa seli

uwanja_wa_maandishi

mshale_juu

Tofauti ya seli ni upatikanaji wa kazi maalum na seli, inayohusishwa na kuonekana ndani yake ya miundo ambayo inahakikisha utendaji wa kazi hizi (kwa mfano, awali na mkusanyiko wa hemoglobin katika erythrocytes ni sifa ya kutofautisha kwao katika erythrocytes). Utofautishaji unahusishwa na uzuiaji wa kijeni (ukandamizaji) wa utendakazi wa baadhi ya sehemu za jenomu na uanzishaji wa zingine.