Наследствена информация в клетката: хроматин, хромозоми

Хроматин

Функционална форма на хромозомите в дисперсно състояние през интерфазата [w]

  • Състав: всичкият ДНК материал в интерфазното ядро, белтъци, РНК и липиди
    • ДНК: дезоксирибонуклеинова киселина, съставена от нуклеотидите с бази аденин (A), тимин (T), гуанин (G) и цитозин (C) [w]
    • Хистонови и нехистонови белтъци – 60-70% от хроматина
    • Дезоксирибонуклеопротеиди – от ДНК и хистонови белтъци
    • Липиди с неясни функции
  • Хроматинови нишки: интерфазно състояние на генетичния материал – ДНК, белтъчни комплекси, РНК и липиди
  • Хромозома: суперспирализиран хроматин

Хромозоми

  • Структурно-функционално състояние на хромозомите
    • Активно – деспирализиран хроматин през интерфазата; процеси траскрипция, редупликация
    • Неактивно – максимална спирализация при деленето; разпределяне и транспортиране на генетичен материал
  • Структурна морфология на хромозомите
    • Преобразуванията свързани със степента на компактизация
    • Процеси: спирализация/деспирализация
    • Структурни хромозомни субединици (нива на организация):
      • Хроматиди
      • Хромонеми (хроматинови нишки)
      • Хромомери (силно обагрени хроматинови зърна)
      • Нуклеомери (нуклеозомна фибрила)
      • Нуклеозоми
      • ДНК
  • Компактизация на хроматина [видео] [видео] [видео]

    • Нуклеозоми: 2 навивки ДНК около хистонов октамер, стабилизиране с външна на навивката хистонова молекула. Диаметър 11 nm, скъсяване 7 пъти
    • Нуклеомер: глобули от 8-10 нуклеозоми, скъсяване 20 пъти
    • Хроматинови фибрили
    • Хромомер – поддържа се от нехистонови белтъци. Сечение 300 nm, скъсяване 200 пъти
    • Хромонеми – формирани от сближени в линеен порядък хромомери. Дебелина 700 nm – видими със светлинен микроскоп
    • Хромозоми (най-компактни в метафаза) – всяка от две хроматиди [видео]
  • Метафазни хромозоми [w]
    • Центромери (кинетохори): дисковидни структури [w]
      • разделят хромозомите (хроматидите) на по 2 рамена
      • захващат хромозомите (хроматидите) за тубулите на делителното вретено
      • придвижват хромозомите (хроматидите) към двата полюса на клетката
    • Вторични прищъпвания и сателити (SAT хромозоми)
    • Типове хромозоми:
      • метацентрични (приблизително симетрични рамена)
      • субметацентрични (асиметрични рамена)
      • акроцентрични (дълго и силно скъсено рамо)
      • телоцентрични (само с дълго рамо)
    • Размери: варират 0,2-50 mkm дължина; диаметър 0,2 -2 mkm. Дребни хромозоми – водораслите, при висшите растения – род лен Linum /Лен/, най-едри в сем. Liliaceae /Кремови/.

Кариотип

брой, размери и морфологични особености на хроозомите [w]

  • Хромозомен набор: характерна постоянна величина за всеки жив организъм
    • Диплоиден хромозомен набор (2n) – от хомоложни двойки хромозоми (от майчиния и бащиния организъм); характерен за соматичните клетки
    • Хаплоиден хромозомен набор (n) – характерен за спори и полови клетки
    • Полиплоидия – наличие на повече от 3 хромозомни набора в соматичните клетки на един организъм.
  • Хромозомният набор и характеристиките на кариотипа носят важнa видовоспецифичнa информация. Примери: лук (Allium) – 2n=16; царевица (Zea mays) – 2n=20; мека пшеница (Triticum aestivum) – 2n=48; твърда пшеница (Triticum durum) – 2n=28; мъжка папрат (Dryopteris filix-mas) – 2n=137; полски хвощ (Equisetum arvense) – 2n=108.
  • Идиограма – графика на хромозомния набор по кариограмата; сравнителна морфология, симетрия.

Как ДНК контролира клетката

  • Инструкциите за функционирането на клетката са кодирани в ДНК молекулите.
  • Всяка инструкция в ДНК се нарича ген.
  • Гените предават своите информации чрез РНК копия.
  • РНК копие на ген се нарича информационна РНК – иРНК. (матрична РНК -мРНК)
  • иРНК пренася съответната инструкция извън ядрото в цитоплазмата до рибозомите.
  • Рибозомите разчитат информацията закодирана върху иРНК и с помощта на тРНК синтезират протеини.

Механизми на запазване и реализиране на наследствената информация

  • Репликация на ДНК: запазване на ДНК чрез удвояване [w]
    • Реплизоми – ядрени ензимни компплекси (ДНК зависима ДНК полимераза; репликаза); спомагателни комплекси: топоизомераза, праймозома [w] [видео]
    • Основен принцип – правило за съответност (комплементарност) [видео]:
      • Във всяка верига срещу всяка база се прикрепва комплементарен нуклеотид: А=Т, GΞC.
        пример: върху матрица с код ATAGCGT ще се получи комплементарна верига с код TATCGCA

      • Реплизомата синтезира комплементарна верига само в посока 5′ → 3′

      [видео]

  • Експресия (реализиране) на информацията чрез транскрипция и транслация
    • Транскрипция от ДНК към РНК : Превеждане на избрани структурни или функционални гени до РНК – началният етап на генната експресия [w][видео] [видео]

      • Извършва се от транскриптаза (ДНК-зависима РНК полимераза) [w] [видео]
      • Транскрибираните участъци са означени в ДНК като “старт” и “стоп”
      • Върху матрицата от ДНК се синтезира комплементарна верига в посока 5′ → 3′. За разлика от ДНК, при транскрипцията комплеменарният нуклеотид на аденина (A) не е T, а е урацил (U).

        пример: върху матрица с код ATAGCGT ще се получи РНК верига с последователност UAUCGCA

      • В еукариотните клетки РНК се подлага на зреене (сплайсинг), при което се изрязват некодиращите участъци от молекулата. [w]При прокариотите, хлоропластите и митохондриите този процес липсва. [видео]

    • Транслация на РНК до белтък: Структурните гени се транслират от иРНК (информационна РНК) до полипептиди, посредством рибозомите в цитоплазмата. [w] [видео]
  • Централна догма на молекулярната биология: формулировка за пътя на наследствената информация [w]
    • Основно правило: Информацията в клетките може да се реплицира само от ДНК към ДНК, и да се превежда само от ДНК към РНК и от РНК към белтък (полипептид)
    • Изключения: Възможни са репликация на РНК към РНК и обратна транкрипция на РНК до ДНК само при заразяване със специфични вируси.
    • Невъзможно е полипептидите да служат като източник на наследствена информация, въпреки че са неин директен продукт.

    [видео]


Въпроси:

  • Защо хромозомите са невидими през интерфазата?
  • Възможно ли е да има хромозоми без центромери в кариотипа?
  • Как можем да изследваме разликата между два вида по ядрения материал?
  • Избройте процесите на обработка на ядрената информация до получаване на краен продукт – протеин.




Стоянов К. & Райчева Цв. 2011-2017. Анатомия и морфология на растенията. Курс за самостоятелна подготовка на студентите от ОКС бакалавър.
онлайн версия обновена на 03.09.2017 от К. Стоянов
www.botanica.gallery & www.botanica.ovo.bg
(cc) цитирането е задължително

 

Вашият коментар