Каким образом достигается компактная упаковка ДНК в ядре при сохранении её функциональной активности?
Ответы
Неделящихся эукариотических клетках ДНК входит в состав хроматина, который выглядит как аморфный беспорядочно распределенный по клеточному ядру материал. Он состоит из очень тонких волокон, которые содержат ~60% белка, ~35% ДНК и ~5% РНК.
В структуре хроматиновых волокон выделяют 4 уровня структурной организации. Первый НУКЛЕОСОМНЫЙ уровень образуется за счет специфического взаимодействия двойной спирали ДНК с белками, называемыми гистонами.
Гистоны - это небольшие белки с очень высоким содержанием (20 - 35%) положительно заряженных аминокислот (лизина и аргинина). Суммарный положительный заряд позволяет гистонам прочно связываться с ДНК независимо от ее нуклеотидного состава. В ядре любой эукариотической клетки всегда присутствуют 5 разных гистонов. Гистоны Н2А (14 кДа), Н2В (13.7 кДа), Н3 (15.3 кДа) и Н4 (11.3 кДа), объединяясь по 2 молекулы каждого вида, формируют плотную белковую 8-ми субъединичную структуру, на которую, как на катушку, накручивается молекула двухцепочечной ДНК (рис. 116). Такая структура из белковой сердцевины ("кора") с намотанной на него ДНК называется НУКЛЕОСОМОЙ. Нуклеосомы регулярно повторяются вдоль молекулы ДНК, разделенные лишь короткими линкерными участками (в среднем 54 п.н.), и является основной структурной единицей хроматина. Пятый вид гистонов - гистон Н1 (23 кДа) - соединяет соседние нуклеосомы. Его молекула имеет центральную глобулярную часть и вытянутые N- и С-концевые участки (рис116). Центральная глобула Н1 присоединяется к специфическому участку на поверхности нуклеосомы, а вытянутые "плечи" примыкают, с одной стороны, к линкерной ДНК в области ее контакта с нуклеосомной частицей, а с другой стороны, к белковой сердцевине соседней нуклеосомы. Таким образом, гистон Н1 как бы стягивает соседние нуклеосомы друг с другом. Так же, как и расплетание-"плавления" двухцепочечной ДНК, присоединение гистона Н1 к нуклеосомной нити является кооперативным процессом, т.е. каждая индивидуальная молекула Н1 более охотно связывается с ДНК в непосредственной близости от другой, уже присоединившейся молекулы Н1, и, следовательно, соединение и разъединение нуклеосом происходит кластерами.
Хромосомы состоят из хроматина — смеси ДНК и белков . Именно благодаря взаимодействию с белками молекула ДНК имеет компактную структуру.
Упаковка молекулы ДНК в хромосоме имеет 4 уровня
1. нуклеосомы, нуклеосомная нить
2. соленоидная спираль
3. петли
4. розетки