Наследствена информация в клетката: хроматин, хромозоми

Хроматин

Функционална форма на хромозомите в дисперсно състояние през интерфазата ^{[w] [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] [видео]}
    • 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][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. 2011-2024. Анатомия и морфология на растенията. Курс за самостоятелна подготовка на студентите от ОКС бакалавър.
онлайн версия обновена на 31.01.2023 от К. Стоянов
www.botanica.gallery
(cc) цитирането е задължително