Хроматин в рабочем состоянии находится в стадии

Cell Biology.ru

Хроматин в рабочем состоянии находится в стадии
Диминуция хроматина (лат. diminutio или deminutio уменьшение, сокращение) – явление дифференцировки клеток зародышевого пути и сомы, связанные с потерей части генетического материала в раннем эмбриональном развитии.

Наблюдается у некоторых видов аскарид, циклопов, инфузорий, клещей, жуков, бабочек, мух и рыб.

В первые явление диминуции было открыто немецким цитологом Теодором Бовери (1862 – 1915) в 1887 году.

Он обнаружил, что в раннем развитии у некоторых видов аскарид будущие тканевые (соматические) клетки теряют часть хромосомного материала — хроматина. Решающий вклад в открытие и детальное изучение диминуции хроматина у простейших внес Д.Прескотт.

В начале 70-х годов прошлого века американский ученый выявил этот феномен у брюхоресничных инфузорий при созревании вегетативных (т.е. выполняющих соматические функции) ядер – макронуклеусов. В середине 60-х годов изучением диминуции хроматина у циклопов занималась С.Берман.

Немецкая исследовательница обратила внимание на то, что число хромосом у тех трех видов циклопов, с которыми она работала, было одинаковым как до диминуции, так и после нее. Конечно, за счет этого события размеры хромосом уменьшались в зависимости от доли потерянной ДНК.

Берман предложила молекулярную модель диминуции: избыточная ДНК выводится из хромосом подобно тому, как профаг исключается из хромосом лизогенных бактерий, т.е. путем выпетливания и внутрихроматидной рекомбинации с образованием колец из ДНК. Кольца Берман и обнаружила при электронно-микроскопическом исследовании разрушенных клеток циклопов в стадии диминуции. К сожалению, работы Берман прервались в 1984 г.

Парадокс генома высших эукариот

В середине XX века, так же как и во времена Ч. Дарвина во всех школьных учебниках по биологии схематически изображалось развитие жизни на Земле в виде эволюционного древа. В его основании находились простые и, как думали, самые древние организмы, а на вершине непременно располагался человек.

Поэтому была вполне естественной точка зрения, согласно которой у Homo sapiens должно быть наибольшее число генов, т.е. и количество ДНК. Однако в 1952 году американские биохимик А.Мирский и цитолог Х.Рис доказали, что нет прямой зависимости между сложностью организации вида животных и количеством генетического материала, которым он обладает.

В настоящее время расшифрованы полные геномы (т.е. нуклеотидные последовательности ядерной ДНК) нескольких организмов, в том числе, разумеется, и человека. Оказалось, что в сумме его гены вместе с регуляторными участками едва ли превышают 3-5% всего генома.

О назначении остальной ДНК сегодня мы фактически ничего не знаем и не понимаем ни ее эволюционной роли, ни механизма происхождения.

Диминуция у инфузории

Taxonavigation Superregnum: Eukaryota Regnum: Protista Phylum: Ciliophora

Инфузория Tetrahymena thermophila — модельный объект для изучения одноклеточных эукариот (фото с сайта mcdb.colorado.

edu)

При созревании Ма (макронуклеуса) происходит диминуция хроматина, об этом свидетельствует тот факт, что геном Ма брюхоресничных инфузорий гипотрихид родов Stylonychia, Euplotes и Oxytricha содержат лишь 2-4% нуклеотидных последовательностей генома Ми (микронуклеус) генеративного ядра, аналога зародышевой линии (germ line) многоклеточных.

Следовательно 96-98% генома теряются при созревании Ма. Процесс диминуции характерен для всех представителей родов Tetrahymena, Paramecium (класс Oligohymenophorea), Stylonychia, Euplotes и Oxytricha (класс Spirotrichea). Из всех инфузорий наиболее кардинальный процесс реорганизации ядерного материала в онтогенезе можно наблюдать у гипотрихид.

При созревании Ма диминуция происходит дважды. Первый раз удаляются целые хромосомы: через 10-15 часов после расхождения коньюгантов у Stylonychia lemnae примерно 140 хромосом становятся более компактными, перемещаются к внутренней мембране оболочки язра и затем дегенерируют.

Оставшиеся 35-36 хромосом постепенно политенизируются, и еще через сутки начинается внутрихромосомная элиминация ДНК. Происходит она следующим образом: диски политенных хромосом поодиночке или небольшими группами окружаются мембраноподобным материалом, образуя пузырьки.

Вся политенная хромосома распадается на множество независимых пузырьков, в которых лизируется удаляемая ДНК: элиминируется большая часть высокоповторенных последовательностей, спейсеры (межгенные промежутки), мобильные элементы генома, а так же внутренние элиминируемые последовательности (ВЭП). Все изученные до сих пор гены, а их более 20, содержат ВЭП.

В целом их число в Ми составляет несколько десятков тысяч. ВЭП имеют на флангах короткие повторы (2-19 пн), при участии которых, возможно, и происходит сплайсинг кодирующих последовательностей ДНК Ма. Остаются только генетически значимые последовательности, к ним с обоих концов присоединяется теломерная ДНК, затем оболочки пузырьков распадаются и Ма превращается в “мешок с генами”. В то же время происходит процессинг ДНК. В результате двух актов диминуции только 2 % последовательностей ДНК, имеющихся в Ми, остается в зрелом Ма.

Диминуция у аскарид

Наиболее подробно ДХ (диминуция хроматина) изучена у Parascaris univalens и Ascaris suum. ДХ у Parascaris univalens происходит последовательно в клетках соматической линии со второго по шестое деления дробления. Зигота содержит две хромосомы , в каждой из которых можно выделить тонкий прицентромерный и утолщенные концевые районы.

В 1887 году Бовери обнаружил, что уже во время второго деления дробления в одной из клеток P. Univalens утолщенные концы хромосом отделяются от средней части и, не имея центромер, остаются в районе экватора, где дегенерируют. В результате утрачивается существенная часть хромосом.

Клетка, прошедшая диминуцию, дает начало клону клеток, имеющих значительно укороченные хромосомы. Что касается второй дочерней клетки, в ней диминуция не происходит и она дает начало двум новым клеткам, одна из которых опять подвергнется диминуции, а другая нет.

В результате получается эмбрион, состоящий из 32 клеток, в которых только две имеют полный набор последовательностей ДНК. Из них затем формируются клетки зародышевого пути, а из оставшихся 30 развиваются соматические клетки.

Показано, что экспозиция развивающихся эмбрионов Parascaris univalens в хлористом литии приводит к инициации диминуционных процессов во всех бластомерах у части зародышей, изменяя поведение бластомеров зародышевой линии и вызывая у них сходство с соматическими бластомерами в том, что касается схемы деления, ориентации митотического веретена деления и синхронизации клеточных делений. Высказано предположение, что экспозиция в хлористом литии зародышей P. univalens инактивирует цитоплазматические факторы, которые предотвращают ДХ в бластомерах, дающих в конечном итоге линию клеток зародышевого пути. Интересна также закономерность, которую наблюдали эти же авторы: хлористый литий индуцировал ДХ в клетках зародышевой линии с 1-го по 4-е деления дробления, но не после 4-го деления. Эта особенность поведения клеток зародышевой линии после 4-го деления дробления строго детерминирована и показывает, что развитие клеток зародышевого пути, начиная с этого этапа, не может быть изменено на направление, сходное с развитием соматических бластомеров. Аналогичным действием на зародыши P. univalens обладает цитохалазин-В. Эмбрионы, обработанные цитохалазином-В, осуществляют только симметричные деления, похожие на деления соматических клеток, и все бластомеры дробящегося яйца подвергаются ДХ. Вероятно, данные по влиянию цитохалазина-В на эмбриогенез P. univalens указывают, что распределение цитоплазматических факторов, определяющих ход ДХ, зависит от целостности микрофиламентов.Исследование не обработанных какими-либо агентами, эмбрионов P. univalens, при использовании антитела anti-myosin II, обнаружило различное распределение миозина между пресоматическими бластомерами и бластомерами-родоначальниками зародышевого пути. Учитывая тот факт, что актин и миозин участвуют в переносе некоторого количества РНК, а также данные, согласно которым белки цитоскелета, особенно актин, отвечают за закрепление локализованной мРНК, была высказана гипотеза, из которой следует, что микрофиламенты, связанные с мРНК, транспортируют и/или закрепляют определенные цитоплазматические факторы, вызывающие ДХ в течение раннего развития эмбрионов Parascaris.

Противоположное действие по отношению к хлористому литию и цитохалазину-В оказывает NaSCN. У эмбрионов, выдержанных в растворе этой соли со стадии зиготы до 4–клеточной стадии, появляются многоядерные эмбрионы, в которых не проходят диминуционные деления, а анализ веретена деления обнаруживает множественные полюса и очевидный недостаток микротрубочек. Высказывается предположение, что действие NaSCN состоит в процессе денатурации фибриллярных белков, но не в специфическом влиянии на ДХ.

Диминуция у циклопов

Кроме аскарид ДХ происходить и у некоторых видов циклопов. Она происходит во время 4-7 деления дробления (у разных видов). Хроматин элиминируется из различных участков хромосом: терминальных гетеропикнотических фрагментов у Сyclops Divulus, C.furcifer, или из интеркалярных – у C.strenuus.

Элиминируемый хроматин остается в виде крупных блоков или гранул в экваториальной части веретен деления.В работах А.П. Акифьева и А.К. Гришанина наиболее полно описан процесс ДХ у C.kolensis.

Диминуция у этого вида происходит во время 4-го деления дробления в 6 клетках зародыша из 8 и характеризуется тем, что в конце значительно удлененной интерфазы в ядрах этих шести клеток поялвяются мелкие фельгенположительные гранулы или капли (около 600 в каждой клетке). Гранулы имеют диаметр порядка 0,5-3,5 мкм.

По мере наступления профазы и следующих стадий диминуционного деления хроматиновые гранулы сливаются, вокруг них формируется плотная однослойная, лишенная пор мембрана толщиной около 50 нм. Лизис элиминируемой ДНК (эДНК) происходит, вероятно, внутри этих гранул.

эДНК представляет собой циклические структуры, поэтому если бы мембрана имела поры, то внутрь гранул с началом телофазы мог бы свободно поступать фактор(ы) декомпактизации. В таком случае гранулы с эДНК превратились бы в обычные микроядра, которые в сумме содержали бы большую часть генетического материала клетки.

Уникальная мембрана гранул обеспечивает надежную изоляцию материала, подлежащего лизису, и таким образом предотвращает возникновение хаоса в постдиминуционных клетках.

Продолжительность интерфазы перед диминуцией значительно увеличивается, после вновь укорачивается. у C.kolensis удаляется до 94% генома зародышевых клеток. В ходе диминуции число хромосом остается неизменным, однако их размеры резко уменьшаются (у C.kolensis c 11-20 до 2,6 мкм, а диаметр – с 1 до 0,5 мкм).

В заключении

К сожалению, диминуция хроматина пока слабо изучена методами молекулярной биологии. Вот почему полное описание всех ее этапов затруднено. Тем не менее с достаточной уверенностью можно говорить о следующих событиях,

1. «Принятие» клеткой программы диминуции хроматина. Отнюдь не случайно у циклопов промежутки до и после диминуционного деления в восемь-девять раз короче, чем предшествующий период.

2. Маркировка последовательностей ДНК, которые должны быть элиминированы, с одной стороны, и которые подлежат сохранению — с другой. Сотни и даже тысячи участков, в которых происходит диминуция хроматина в хромосомах, должны быть приведены в состояние готовности к диминуции одновременно.

3. Разрезание ДНК в маркированных участках.

4. Сшивание неэлиминируемой ДНК в «мини-хромосомы».

5. Образование уникальной по своей структуре мембраны, формирующей гранулу, в которую, как в консервную банку, заключена элиминируемая ДНК (впервые процесс описан А. К. Гришаниным).

6. Деградация ДНК внутри этих гранул.

Источник: https://cellbiol.ru/book/organizatsiya_khromosom/diminutsiya_khromatina

Структурный гетерохроматин – это что такое?

Хроматин в рабочем состоянии находится в стадии

Понятие «хромосома» не так ново в науке, как может показаться на первый взгляд. Впервые обозначать внутриядерную структуру эукариотической клетки таким термином было предложено более 130 лет назад морфологом В. Вальдейером. В название вложена способность внутриклеточной структуры окрашиваться основными красителями.

Прежде всего… Что такое хроматин?

Хроматин – это нуклеопротеиновый комплекс. А именно хроматин – это полимер, включающий в себя в специальные хромосомные белки, нуклеосомы и ДНК. Белки могут составлять до 65% от массы хромосомы. Хроматин представляет собой динамическую молекулу и может принимать огромное количество конфигураций.

Социально-значимая деятельность: определение, особенности, развитие и примеры

Канал ДНЕВНИК ПРОГРАММИСТА Жизнь программиста и интересные обзоры всего. , чтобы не пропустить новые видео.

Белки хроматина составляют весомую часть от его массы и подразделяются на две группы:

  • Гистоновые белки – содержат основные аминокислоты в своем составе (например, аргинин и лизин). Расположение гистонов хаотично в виде блоков по всей протяженности молекулы ДНК.
  • Негистоновые белки (примерно 1/5 часть от общего количества гистонов) – представляют собой ядерный белковый матрикс, образующий в интерфазном ядре структурную сеть. Именно она является основой, определяющие морфологию и метаболизм ядра.
  • В настоящее время в цитогенетике хроматин подразделяется на две разновидности: гетерохроматин и эухроматин. Разделение хроматина на два вида произошло из-за способности каждого вида окрашиваться специфичными красителями. Это эффективный способ визуализации ДНК, используемый цитологами.

    Гетерохроматин

    Гетерохроматин – это частично конденсированные в интерфазе участки хромосомы. Функционально гетерохроматин не представляет никакой ценности, так как не активен, именно в отношении транскрипции. Но его способность хорошо окрашиваться широко применяется в гистологических исследованиях.

    Строение гетерохроматина

    Гетерохроматин имеет несложное строение (см. рисунок).

    Гетерохроматин упаковывается в глобулы, которые называются нуклеосомами. Нуклеосомы образуют еще более плотные структуры и таким образом «мешают» считывать информацию с ДНК.

    Гетерохроматин образуется в процессе метилирования гистона НЗ по лизину 9, в последующем ассоциируется с белком 1 (НР1- Heterochromatin Protein 1). Также взаимодействует с другими белками, в том числе НЗК9-метилтрансфераз.

    Такое большое количество взаимодействий белков между собой является условием поддержания гетерохроматина и его распространения. Первичное строение ДНК не влияет на образование гетерохроматина.

    Гетерохроматин – это не только отдельные части, но и целые хромосомы, которые на протяжении всего клеточного цикла остаются в конденсированном состоянии. Именно они в S-фазе и подвергаются репликации.

    Ученые считают, что гетерохроматиновые участки не несут в себе гены, которые кодируют белок, либо количество таких генов очень незначительно.

    Вместо таких генов нуклеотидные последовательности гетерохроматина в большинстве своих состоят из простых повторов.

    Виды гетерохроматина

    Гетерохроматин бывает двух видов: факультативный и структурный.

  • Факультативный гетерохроматин – это хроматин, который образуется в процессе образования спирали одной из двух хромосом одного вида, он не всегда гетерохроматичен, а временами. В нем содержатся гены с наследственной информацией. Она считывается при переходе его в эухроматическое состояние. Конденсированное состояние для факультативного гетерохроматина – явление временное. В этом его главное отличие от структурного. Примером факультативного гетерохроматина можно назвать тело хроматина, определяющего женскую половую принадлежность. Так как такая структура состоит из двух гомологичных Х-хромосом соматических клеток, одна из них может как раз образовать факультативный гетерохроматин.
  • Структурный гетерохроматин – это структура, образованная высокоспирализованным состоянием. Оно сохраняется на протяжении всего цикла. Как сказано выше, конденсированное состояние для структурного гетерохроматина – явление постоянное, в отличие от факультативного. Структурный гетерохроматин называют еще конститутивным, он хорошо выявляется С-окраской. Находится подальше от ядра и занимает прицентромерные области, но иногда локализируется и в других областях хромосомы. Часто в процессе интерфазы может произойти агрегация различных участков структурного гетерохроматина, в результате чего образуются хромоцентры. В подобном виде гетерохроматина отсутствует свойство транскрибации, то есть структурных генов нет. Роль такого участка хромасомы не совсем ясна до нынешнего времени, поэтому деятели науки склоняются к лишь опорной функции.
  • Эухроматин

    Эухроматин – это участки хромосом, которые деконденсированы в интерфазе. Такой локус представляет собой разрыхленную, но вместе с тем небольшую компактную структуру.

    Функциональные особенности эухроматина

    Подобный вид хроматина рабочий и функционально активен. Не обладает свойством окрашивания и не определяется при гистологических исследованиях.

    В фазе митоза эухроматин практически весь конденсируется и становится составляющей частью хромосомы. Синтетические функции в этот период хромосомы не выполняют.

    Поэтому клеточные хромосомы могут находиться в двух функционально-структурных состояниях:

  • Активное или рабочее состояние. В это время хромосомы почти полностью или полностью деконденсированы. Они участвуют в процессе транскрипции и редупликации. Все перечисленные процессы происходят непосредственно в ядре клетки.
  • Неактивное состояние метаболического покоя (нерабочее). В этом состоянии хромосомы по максимуму конденсированы и служат транспортом для переноса генетического материала в дочерние клетки. В этом состоянии генетический материал еще и распределяется.
  • В завершающей фазе митоза происходит деспирализация и образуются слабоокрашенные структуры в виде нитей, содержащие транскрибируемые гены.

    В структуре каждой хромосомы свой, уникальный, вариант расположения хроматина: эухроматина и гетерохроматина. Эта особенность клеток позволяет цитогенетикам идентифицировать отдельные хромосомы.

    Источник

    Источник: https://1Ku.ru/obrazovanie/48816-strukturnyj-geterohromatin-jeto-chto-takoe/

    Хроматин против хромосомы

    Хроматин в рабочем состоянии находится в стадии

    В ядре двойная спираль ДНК упаковывается специальными белками (гистонами), образуя комплекс под названием хроматин . Хроматин подвергается дальнейшей конденсации с образованием хромосомы .

    Таким образом, хотя хроматин является низшим порядком организации ДНК, хромосомы являются высшим порядком организации ДНК. Генетическое содержание организма подсчитывается по количеству присутствующих пар хромосом.

    например, у людей есть 23 пары хромосом.

    Сравнительная таблица

    Сравнительная таблица хроматина и хромосомыхроматинхромосомаОпределениеСтруктуравидПарыМетаболическая активностьПрисутствиеформаВизуализация
    В ядре двойная спираль ДНК упаковывается специальными белками (гистонами), образуя комплекс под названием хроматин. Хроматин подвергается дальнейшей конденсации с образованием хромосомы.Компактная структура нуклеиновых кислот и белков содержится в ядре большинства живых клеток, несущих генетическую информацию в виде генов.
    Состоит из нуклеосом – комплекса ДНК и белков (называемых гистонами). Представляют собой ДНК, свернутую на нуклеопротеинах, на величину 50. Хроматиновое волокно – ок. 10 нм в диаметре.Хромосомы представляют собой конденсированные хроматиновые волокна. Это более высокий порядок организации ДНК, где ДНК конденсируется как минимум в 10000 раз на себя.
    Волокна хроматина длинные и тонкие. Это незакрученные структуры, найденные внутри ядра.Хромосомы компактны, толсты и похожи на ленточки. Эти спиральные структуры видны заметно во время деления клеток.
    Хроматин непарный.Хромосома является парной.
    Разрешает репликацию ДНК, синтез РНК (транскрипцию) и события рекомбинации.Невосприимчив к этим процессам.
    Найдено на протяжении всего клеточного цикла.Отчетливо видны во время клеточного деления (метафазы, анафазы) в виде высококонденсированных структур до нескольких тысяч нм.
    Может иметь открытую (эухроматин) или компактную (гетерохроматин) конформации, которая динамически регулируется на стадиях клеточного цикла.Преимущественно гетерохроматическое состояние с заданным положением в ядре и определенной формой, такой как метацентрическая, субметацентрическая, акроцентрическая, телоцентрическая.
    Электронный микроскоп (бусы по внешнему виду)Световой микроскоп (классическая четырехплечевая структура при дублировании)

    Хроматин против Хромосомы

    • 1 Структура и формирование
    • 2 Метаболическая активность
    • 3 Присутствие
    • 4 Визуализация
    • 5 Конформация
    • 6 Ссылки

    Структура и формирование

    Структурной единицей хроматина является нуклеосома – комплекс ДНК и гистонов. Хроматиновое волокно имеет диаметр около 10 нм. Хроматины представляют собой ДНК, свернутую на нуклеопротеинах величиной 50.

    Хромосомы формируются из уплотненного хроматина, где ДНК конденсируется по крайней мере в 10000 раз на себя.

    Основные структуры в уплотнении ДНК; ДНК, нуклеосома, 10-нм волокно «бусы на струне» (хроматин), 30-нм волокно (хроматин) и метафазные хромосомы. Нажмите, чтобы увеличить.

    Метаболическая активность

    Структура хромосомы – (1) Хроматид. (2) Центромера. (3) Короткая рука. (4) Длинная рука.

    Хотя хроматин допускает репликацию ДНК, синтез РНК (транскрипцию) и события рекомбинации, хромосомы невосприимчивы к этим процессам, поскольку они тесно связаны между собой.

    Присутствие

    Хроматин обнаруживается на всех стадиях клеточного цикла, и они подвергаются дальнейшему скручиванию с образованием хромосом, которые отчетливо видны при делении клеток в виде высококонденсированных структур (до нескольких тысяч нм). В зависимости от количества хромосом клетка может быть диплоидной или гаплоидной.

    Визуализация

    Хроматин виден в клетке с помощью электронного микроскопа, где он показывает типичные шарики на внешнем виде.

    Хромосомы гораздо проще визуализировать и их можно увидеть с помощью светового микроскопа.

    форма

    Хроматин имеет открытую (эухроматин) или компактную (гетерохроматин) конформации, которая динамически регулируется на стадиях клеточного цикла. Хромосомы имеют преимущественно гетерохроматическое состояние с заданным положением в ядре и определенной формой, такой как метацентрическая, субметацентрическая, акроцентрическая или телоцентрическая.

    Источник: https://ru.weblogographic.com/chromatin-vs-chromosome

    Все о медицине
    Добавить комментарий

    ;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: