Компактизація хромосом протягом клітинного циклу.

Через величезну кількість надлишкової ДНК і зростання кількості кодуючих генів відповідно ускладненню будови організмів, кількість ДНК в клітинах еукаріотів набагато зросла. За розрахунками довжина ДНК (всіх хромосом) людини складає 180 см. Молекули ДНК такої довжини укладені в ядра діаметром 10 мкм. Яким чином компактизується ДНК?

В клітинах еукаріот ДНК знаходяться у вигляді хроматину. В інтерфазних ядрах хроматин розташовується переважно на внутрішній оболонці ядра. Під час мітозу або мейозу він компактизується у вигляді паличкоподібних структур – хромосом.

До складу хроматину входять ДНК, гістони, кислі білки та невелика кількість РНК і білків – ферментів. Гістони (лужні білки) представлені п’ятьма типами білків: Н2А, Н2В, Н3, Н4 і Н1. Чотири перших білка входять у подвійній кількості до складу октомерів – овальних структур розміром 86 х 67 Å.

Октомер гістонів, оповитий ланцюгом ДНК довжиною 140 пн, носить назву нуклеосоми. Між нуклеосомами знаходиться лінкерна ділянка довжиною близько 60 пн, яка асоційована з гістоном Н1. На електронномікроскопічній фотографії частково спіралізована хромосома має вигляд намистинок октомерів. Під час реплікації ДНК нуклеосомна структура зберігається, під час транскрипції втрачається і згодом поновлюється.

Дві властивості нуклеосом підтверджують фундаментальну важливість їхньої функції. По-перше, це універсальність нуклеосомної організації хромосом еукаріот. По-друге, це надзвичайно еволюційна консервативність будови гістонів. Наприклад, гістони Н4, виділені у корови і гороху, розрізняються за 2 амінокислотами із 102, які він містить. Це означає надзвичайну важливість будови нуклеосом для життя. Після упаковки ДНК в нуклеосоми лінійна довжина молекул зменшується у 6 разів і діаметр хроматину становить 10 нм.

Наступний етап компактизації хроматину – закручування нуклеосомного ланцюга у соленоїдну структуру, яка стабілізується гістоном Н1. Діаметр такої структури дорівнює 30 нм, коефіцієнт компактизації досягає 40. Щодо третього рівня укладки, то сучасні моделі будуються на уявлені про утворення хроматиновою фібрилою (20 нм) петельних структур з їх подальшою спіралізацією. Окрема суперспіралізована петля, що утворена хроматиновою фібрилою, називається нуклеомером. Розетка із нуклеомерів утворює хромомер – характерну структуру метафазної хромосоми. Кожна хромосома являє собою певну послідовність хромомерів. Кожен нуклеомер є самостійною функціональною одиницею і містить 1 - 2 гени. Третій рівень компактизації зменшує довжину ДНК у 1000 разів. Четвертий рівень – хромонемний: хромомери зближуються і утворюють товсті (0,1-0,2 мкм) нитки, які видно і в світловий мікроскоп. Характер упаковки хромонеми у хроматиду недостатньо з’ясований: передбачають соленоїдну або петельну структуру.

Найбільш компактизовані хромосоми в метафазі мітозу мають діаметр приблизно 2 мкм, а ДНК вкорочується у 10⁴-10⁵ разів.

Компактизація хроматину вздовж хромосоми може бути неоднаковою. Розрізняють еухроматин – більш світлі, менш компактизовані і, як вважають, функціонально активні ділянки і гетерохроматин – темні і більш компактизовані ділянки, функціонально інертні.

РНК синтезується на деконденсованих ділянках ДНК — еухроматинових районах, де містяться активні гени (їх у клітині від 0,0001 до 0,001 від загальної кількості). Слід нагадати, що еухроматиновими районами хромосом називають ділянки ДНК, які деконденсуються в інтерфазі і конденсуються під час мітозу, гетерохроматинові райони не деконденсуються в інтерфазі. Факультативний гетерохроматин може деконденсуватися в інтерфазі, а структурний – залишається конденсованим весь клітинний цикл. Одна з Х-хромосом у жіночому наборі є постійно конденсованою і її виявляють у ядрі як статевий хроматин.