Концепцията за "хромозома" не е толкова нова в науката, колкото може да изглежда на пръв поглед. За първи път този термин е предложен за обозначаване на вътрешноядрената структура на еукариотна клетка преди повече от 130 години от морфолога W. Waldeyer. Заложена в името е способността на вътреклетъчната структура да оцветява с основни багрила.
На първо място… Какво е хроматин?
Хроматинът е нуклеопротеинов комплекс. А именно, хроматинът е полимер, който включва специални хромозомни протеини, нуклеозоми и ДНК. Протеините могат да съставляват до 65% от масата на хромозомата. Хроматинът е динамична молекула и може да приеме огромен брой конфигурации.
Хроматиновите протеини съставляват значителна част от неговата маса и са разделени на две групи:
- Хистонови протеини - съдържат основни аминокиселини в състава си (например аргинин и лизин). Подреждането на хистоните е хаотично под формата на блокове по цялата дължина на ДНК молекулата.
- Нехистонови протеини (около 1/5 от общия брой хистони) - са ядрен протеинматрица, която образува структурна мрежа в интерфазното ядро. Именно тя е основата, която определя морфологията и метаболизма на ядрото.
В момента в цитогенетиката хроматинът е разделен на две разновидности: хетерохроматин и еухроматин. Разделянето на хроматина на два вида се дължи на способността на всеки вид да оцветява със специфични багрила. Това е ефективна техника за изобразяване на ДНК, използвана от цитолозите.
Хетерохроматин
Хетерохроматинът е част от хромозома, частично кондензирана в интерфазата. Функционално хетерохроматинът няма стойност, тъй като не е активен, особено по отношение на транскрипцията. Но способността му да оцветява добре се използва широко в хистологични изследвания.
Структура на хетерохроматина
Хетерохроматинът има проста структура (виж фигурата).
Хетерохроматинът е опакован в глобули, наречени нуклеозоми. Нуклеозомите образуват още по-плътни структури и по този начин „пречат“на четенето на информация от ДНК. Хетерохроматинът се образува в процеса на метилиране на H3 хистон при лизин 9 и впоследствие се свързва с протеин 1 (HP1 - Heterochromatin Protein 1). Също така взаимодейства с други протеини, включително H3K9-метилтрансферази. Толкова голям брой протеинови взаимодействия помежду си е условие за поддържане на хетерохроматин и неговото разпределение. Първичната структура на ДНК не влияе върху образуването на хетерохроматин.
Хетерохроматинът е не само отделни части, но и цели хромозоми, които остават в кондензирано състояние през целия клетъчен цикъл. Те са в S-фаза и подлежат на репликация. Учените смятат, че хетерохроматиновите региони не носят гените, които кодират протеина, или броят на такива гени е много малък. Вместо такива гени, нуклеотидните последователности на хетерохроматина се състоят предимно от прости повторения.
Видове хетерохроматин
Хетерохроматинът е от два вида: факултативен и структурен.
- Факултативният хетерохроматин е хроматин, който се образува по време на образуването на спирала на една от двете хромозоми от един и същи вид, той не винаги е хетерохроматичен, но понякога. Съдържа гени с наследствена информация. Чете се, когато влезе в еухроматично състояние. Кондензираното състояние за факултативен хетерохроматин е временно явление. Това е основната му разлика от структурната. Пример за факултативен хетерохроматин е тялото на хроматина, което определя женския пол. Тъй като такава структура се състои от две хомоложни Х-хромозоми на соматични клетки, една от тях може просто да образува факултативен хетерохроматин.
- Структурният хетерохроматин е структура, образувана от силно навито състояние. Продължава през целия цикъл. Както бе споменато по-горе, кондензираното състояние за структурния хетерохроматин е постоянно явление, за разлика от незадължителното. Структурен хетерохроматин се нарича ощеконститутивен, той се открива добре от C-цвета. Той се намира далеч от ядрото и заема центромерните области, но понякога е локализиран в други области на хромозомата. Често по време на интерфазата може да възникне агрегиране на различни участъци от структурен хетерохроматин, което води до образуване на хромоцентри. При този тип хетерохроматин няма свойство на транскрипция, тоест няма структурни гени. Ролята на такъв сегмент от хромозомата не е напълно ясна досега, така че учените са склонни да поддържат само функцията.
Еухроматин
Еухроматин са части от хромозоми, които се декондензират в интерфаза. Такъв локус е хлабава, но в същото време малка компактна структура.
Функционални характеристики на еухроматина
Този тип хроматин е работещ и функционално активен. Той няма свойството да оцветява и не се определя от хистологични изследвания. Във фазата на митоза почти целият еухроматин се кондензира и става неразделна част от хромозомата. Синтетични функции през този период хромозомите не изпълняват. Следователно, клетъчните хромозоми могат да бъдат в две функционални и структурни състояния:
- Активно или работещо състояние. По това време хромозомите са почти напълно или напълно декондензирани. Те участват в процеса на транскрипция и редупликация. Всички тези процеси протичат директно в клетъчното ядро.
- Неактивно състояние на метаболитна латентност (неработещо). В това състояние хромозомитеса кондензирани до максимум и служат като транспорт за трансфер на генетичен материал към дъщерните клетки. В това състояние генетичният материал също се разпределя.
В крайната фаза на митозата настъпва деспирализация и се образуват слабо оцветени структури под формата на нишки, съдържащи транскрибирани гени.
Структурата на всяка хромозома има свой собствен, уникален вариант на местоположението на хроматина: еухроматин и хетерохроматин. Тази характеристика на клетките позволява на цитогенетиците да идентифицират отделни хромозоми.
