Структура хромосом эукариот
Структура эукариотической хромосомы относится к уровням упаковки от необработанных молекул ДНК до хромосомных наблюдаемых во время метафазы митоза структур , или мейоза . Хромосомы содержат длинные нити ДНК, содержащие генетическую информацию. По сравнению с хромосомами прокариот , хромосомы эукариот значительно крупнее по размеру и представляют собой линейные хромосомы. Хромосомы эукариот также хранятся в ядре клетки , тогда как хромосомы прокариотических клеток не хранятся в ядре. Эукариотические хромосомы требуют более высокого уровня упаковки для конденсации молекул ДНК в ядро клетки из-за большего количества ДНК. Этот уровень упаковки включает в себя обертывание ДНК вокруг белков, называемых гистонами, с целью формирования конденсированных нуклеосом.
История
[ редактировать ]Двойная спираль была открыта в 1953 году Джеймсом Уотсоном и Фрэнсисом Криком . Другие исследователи сделали очень важные, но несвязанные выводы о составе ДНК. В конечном итоге именно Уотсон и Крик объединили все эти открытия и разработали модель ДНК. Позже химик Александр Тодд определил, что основная цепь молекулы ДНК содержит повторяющиеся сахарные группы фосфата и дезоксирибозы. Биохимик Эрвин Чаргафф обнаружил, что аденин и тимин всегда находятся в паре, а цитозин и гуанин всегда в паре. ДНК высокого разрешения Рентгеновские изображения , полученные Морисом Уилкинсом и Розалиндой Франклин, предполагали спиральную или штопороподобную форму. [1] Одними из первых ученых, распознавших структуры, ныне известные как хромосомы, были Шлейден , Вирхов и Бючли . Термин был придуман Генрихом Вильгельмом Готфридом фон Вальдейером-Гартцем , имея в виду термин хроматин , введенный Вальтером Флеммингом . Ученые также обнаружили, что клетки растений и животных имеют центральное отделение, называемое ядром . Вскоре они поняли, что хромосомы находятся внутри ядра и содержат различную информацию о многих различных признаках.
Структура
[ редактировать ]
У эукариот, таких как человек, примерно 3,2 миллиарда нуклеотидов распределены по 23 различным хромосомам (у мужчин есть как Х-хромосома , так и Y-хромосома вместо пары Х-хромосом, как у женщин). Каждая хромосома состоит из чрезвычайно длинной линейной молекулы ДНК, связанной с белками, которые сворачивают и упаковывают тонкую нить ДНК в более компактную структуру. [2]
Обычно многие люди думают, что структура хромосомы имеет форму буквы «X». Но это происходит только тогда, когда клетка делится. Теперь исследователи смогли смоделировать структуру хромосом, когда они активны. Это чрезвычайно важно, поскольку то, как ДНК складывается в хромосомных структурах, связано со способом использования ДНК. Ученым удалось разработать трехмерную структуру хромосом в одной клетке. Чтобы создать эту модель, ученые использовали сотни измерений того, где различные части ДНК сближаются друг с другом. Это исследование было проведено учеными кафедры биохимии Кембриджа в сотрудничестве с другими учеными из Института Бабрахама и Института Вейцмана . [3]
Нуклеосомы
[ редактировать ]Нуклеосома октамером является основной единицей конденсации ДНК и состоит из двойной спирали ДНК, связанной с основных гистонов ( 2 димера H2A и H2B и тетрамер H3/H4 ). Около 147 пар оснований ДНК скручиваются вокруг 1 октамера, и ~ 20 пар оснований секвестрируются за счет добавления линкерного гистона (H1), а нуклеосомы разделяются «линкерной» ДНК различной длины (~ 0–100 пар оснований). Расположение нуклеосом вдоль ДНК приводит к появлению «бусинок на нитке». Модификация гистонов контролирует доступность ДНК. Гистоновые ацетилтрансферазы или HAT ацетилируют остатки на хвосте гистонов, что приводит к увеличению доступности ДНК. [4]
Упаковка
[ редактировать ]Упаковка ДНК облегчается за счет распределения электростатического заряда: фосфатные группы заставляют ДНК иметь отрицательный заряд, в то время как гистоны заряжаются положительно. Большинство эукариотических клеток содержат гистоны (за некоторыми исключениями), а также царство архей . В частности, гистоны H3 и H4 почти идентичны по структуре у всех эукариот, что предполагает строгую эволюционную консервативность как структуры, так и функций. [4] Гистоны — это положительно заряженные молекулы, поскольку они содержат лизин и аргинин в больших количествах, а ДНК заряжена отрицательно. Это позволяет гистонам образовывать прочную ионную связь с ДНК, образуя нуклеосому. Самый базовый уровень конденсации ДНК — это обертывание ДНК вокруг белков ядра гистонов. Упаковка высшего порядка осуществляется специализированными белками, которые связывают и сворачивают ДНК. Это создает серию петель и витков, которые обеспечивают все более высокий уровень организации и предотвращают запутывание и неуправляемость ДНК. [4] Этот комплекс ДНК и белков называется хроматином. [5] Но помимо белков, участвующих в упаковке, хромосомы связаны с белками, участвующими в репликации ДНК , репарации ДНК и экспрессии генов . [6]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ "Документы Фрэнсиса Крика". : Открытие двойной спирали, 1951–1953. Нп и Интернет. 16 ноября 2014 г.
- ^ «Структура эукариотической хромосомы» . www.ndsu.edu . Проверено 15 сентября 2014 г.
- ^ «Раскрыта структура хромосом». Кембриджский университет. Np, 30 сентября 2013 г. Интернет. 16 ноября 2014 г.
- ^ Перейти обратно: а б с Кокс, Майкл М. (2015). Молекулярная биология: принципы и практика . Дженнифер А. Дудна, Майкл О'Доннелл (второе изд.). Нью-Йорк. стр. 337–338. ISBN 978-1-4641-2614-7 .
{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ) - ^ «Структура эукариотической хромосомы» . Научный Праймер . Проверено 15 сентября 2014 г.
- ^ «Хромосома» . www.nature.com . Проверено 15 сентября 2014 г.