Хроматинът е веществото, използвано за създаване на хромозоми. Малко по-подробно, хроматинът се състои от ДНК, РНК и различни протеини. Това се намира в ядрото на всяка клетка, която изгражда човешкото същество. Това вещество представлява приблизително два метра ДНК молекула в хиперкомпактна форма. От своя страна ядрото на клетката има приблизителна дължина от 5 до 7 микрометра.
Какво е хроматин
Съдържание
По отношение на определението за биология на хроматин, то се отнася до начина, по който ДНК е представена в клетъчното ядро. Това е основното вещество на еукариотните хромозоми и принадлежи към обединението на ДНК, РНК и протеини, които се намират в интерфазното ядро на еукариотните клетки и съставлява генома на тези клетки, чиято функция е да оформят хромозомата така, че се интегрират в ядрото на клетката. Протеините са два вида: хистони и нехистонови протеини.
История на хроматин
Това вещество е открито през 1880 г. благодарение на Уолтър Флеминг, ученият, който му е дал това име, поради неговата привързаност към багрилата. Историите на Флеминг обаче са открити четири години по-късно, от изследователя Албрехт Косел. Що се отнася до напредъка, постигнат при определянето на хроматиновата структура, те бяха много оскъдни, едва през 70-те години, когато първите наблюдения на хроматиновите влакна могат да бъдат направени благодарение на вече установената електронна микроскопия, която което разкрива съществуването на нуклеозомата, като последната е основната единица на хроматина, чиято структура е била по-подробно детайлизирана чрез рентгенова кристалография през 1997 г.
Видове хроматин
Класифицира се в два вида: еухроматин и хетерохроматин. Основните единици, които изграждат хроматина, са нуклеозомите, които са съставени от приблизително 146 двойки основи по дължина, които от своя страна са свързани със специфичен комплекс от осем нуклеозомни хистона. Видовете са описани по-долу:
Хетерохроматин
- Това е най-компактният израз на това вещество, той не променя нивото му на уплътняване през целия клетъчен цикъл.
- Състои се от силно повтарящи се и неактивни ДНК последователности, които не се репликират и образуват центромерата на хромозомата.
- Неговата функция е да защитава хромозомната цялост благодарение на плътната и редовна опаковка с гени.
Може да се идентифицира със светлинен микроскоп с тъмен цвят поради своята плътност. Хетерохроматинът е разделен на две групи:
Учредително
Изглежда силно кондензиран от повтарящи се последователности във всички клетъчни типове и не може да бъде транскрибиран, тъй като не съдържа генетична информация. Те са центромерите и теломерите на всички хромозоми, които не експресират своята ДНК.
По желание
Той е различен при различните клетъчни типове, кондензира се само в определени клетки или специфични периоди от развитието на клетките, като например корпуса на Бар, който се формира, тъй като незадължителният хетерохроматин има активни области, които могат да бъдат транскрибирани при определени обстоятелства и характеристики. Включва и сателитна ДНК.
Еухроматин
- Еухроматинът е частта, която остава в по- малко кондензирано състояние от хетерохроматина и се разпределя в ядрото по време на клетъчния цикъл.
- Той представлява активната форма на хроматин, в която се транскрибира генетичен материал. Неговото по-малко кондензирано състояние и способността му да се променя динамично правят възможна транскрипцията.
- Не всичко се транскрибира, но останалото обикновено се превръща в хетерохроматин, за да се уплътни и защити генетичната информация.
- Структурата му е подобна на перлена огърлица, където всяка перла представлява нуклеозома, изградена от осем протеина, наречени хистони, около тях има двойки ДНК.
- За разлика от хетерохроматина, уплътняването в еухроматина е достатъчно ниско, за да позволи достъп до генетичен материал.
- При лабораторни тестове това може да се идентифицира с оптичен микроскоп, тъй като структурата му е по-разделена и е импрегнирана със светъл цвят.
- В прокариотните клетки това е единствената присъстваща форма на хроматин, това може да се дължи на факта, че структурата на хетерохроматина еволюира години по-късно.
Роля и значение на хроматина
Неговата функция е да предоставя генетична информация, необходима на клетъчните органели за осъществяване на транскрипция и синтез на протеини. Те също така предават и съхраняват генетичната информация, съдържаща се в ДНК, дублирайки ДНК при клетъчната репродукция.
Освен това това вещество присъства и в животинския свят. Например, в животинския клетъчен хроматин, половият хроматин се образува като кондензирана маса на хроматин в ядрото на интерфейса, което представлява инактивирана Х хромозома, която надвишава номер едно в ядрото на бозайниците. Това е известно още като корпус на Бар.
Това играе основна регулаторна роля в генната експресия. Различните състояния на уплътняване могат да бъдат свързани (макар и не еднозначно) със степента на транскрипция, проявена от гените, открити в тези области. Хроматинът е силно репресивен за транскрипция, тъй като свързването на ДНК с различни протеини усложнява обработката на различни РНК полимерази. Поради това съществуват различни машини за ремоделиране на хроматин и модифициране на хистон.
В момента има това, което е известно като " хистонов код ". Различните хистони могат да претърпят посттранслационни модификации, като метилиране, ацетилиране, фосфорилиране, обикновено прилагани при остатъци от лизин или аргинин. Ацетилирането е свързано с активирането на транскрипцията, тъй като когато лизинът се ацетилира, общият положителен заряд на хистона намалява, като по този начин той има по-нисък афинитет към ДНК (която е отрицателно заредена).
Следователно ДНК е по-малко свързана, като по този начин позволява достъп от транскрипционната машина. За разлика от това, метилирането е свързано с транскрипционна репресия и по-силно свързване на ДНК-хистон (въпреки че това не винаги е вярно). Например, при дрожди S. pombe, метилирането при лизинов остатък 9 на хистон 3 е свързано с потискане на транскрипцията в хетерохроматин, докато метилирането при лизинов остатък 4 стимулира генната експресия.
Ензимите, които изпълняват функциите на хистоновите модификации, са хистонови ацетилази и деацетилази и хистонови метилази и деметилази, които образуват различни семейства, чиито членове са отговорни за модифицирането на определен остатък в дългата опашка на хистоните.
В допълнение към модификациите на хистона, има и машини за ремоделиране на хроматин, като SAGA, които са отговорни за повторно позициониране на нуклеозомите, или чрез изместването им, завъртането им или дори частичното им обезоръжаване, премахване на част от нуклеозомните съставни хистони и след това връщането им. По принцип машините за ремоделиране на хроматин са от съществено значение за процеса на транскрипция при еукариотите, тъй като позволяват достъп и обработваемост на полимеразите.
Друг начин за маркиране на хроматина като "неактивен" може да се случи на нивото на метилиране на ДНК, в цитозините, които принадлежат към CpG динуклеотидите. По принцип метилирането на ДНК и хроматин са синергични процеси, тъй като например, когато ДНК се метилира, има хистонови метилиращи ензими, които могат да разпознават метилирани цитозини и метилирани хистони. По същия начин ензимите, които метилират ДНК, могат да разпознават метилирани хистони и следователно продължават метилирането на ниво ДНК.
Често задавани въпроси за хроматин
Какви са характеристиките на хроматина?
Характеризира се с това, че съдържа почти два пъти повече протеини от генетичния материал. Най-важните протеини в този комплекс са хистоните, които са малки положително заредени протеини, които се свързват с ДНК чрез електростатични взаимодействия. Също така, хроматинът има над хиляда различни хистонови протеини. Основната единица на хроматина е нуклеозомата, която се състои от обединението на хистони и ДНК.Как се прави хроматинът?
Състои се от комбинация от протеини, наречени хистони, които са основни протеини, образувани от аргинин и лизин, с ДНК и РНК, където функцията е да оформя хромозомата така, че тя да бъде интегрирана в клетъчното ядро.Каква е структурата на хроматина?
Ултраструктурата на хроматина се основава на: хистони, образуващи нуклеозоми (осем хистонови протеина + едно 200 базови двойки ДНК влакна). Всяка нуклеозома се свързва с различен тип хистон, Н1 и се образува кондензиран хроматин.Каква е разликата между хроматин и хромозома?
Що се отнася до хроматина, той е основното вещество на клетъчното ядро и неговата химическа конституция е просто нишки на ДНК в различна степен на кондензация.От друга страна, хромозомите са структури в клетката, които съдържат генетична информация и всяка хромозома е изградена от ДНК молекула, свързана с РНК и протеини.
