Хромосомалардың жинақталуы

          Жоспар:

1. Хроматиннің компактизациясы (жинақталуы), Нуклеосом жіпшесі
2. ДНҚ тығыздалуының бірінші деңгейі:нуклеосомдардың құрылымдық рөлі
3. Репликация және транспирация кезіндегі нуклеосома
4. ДНҚ тығыздалуының екінші реттік деңгейі

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

      Клеткада таза ДНҚ болмайды. Барлық  ДНҚ молекулалардың клеткалық цикл этаптарында осы немесе басқа дәрежеде нуклеопротеинді структураларда жинақталған. Нуклеосома дегеніміз - хроматиннің дискретті бөлшектері. Хроматиннің зерттеу жұмыстарында ірі ашылу болады, ол нуклеосомдардың екі түрлі жолмен ашуы. Хроматин препаратының ионды күші әлсіз сілтілі ортада электронды микроскоп тақтайшасына отырғызғанда оның жіпшеге орналаскан моншақ тәрізді екендігі көрінеді: бір-бірімен ұзындығы 20нм ДНҚ кесіндісі арқылы байланыскан шамамен Юнм орташа глобулалар. Бұл бақылаулар хроматинді нуклеазалық өңдеуден кейін фракциялағандағы нәтижемен сәйкес. Бөлініп алынған хроматинге микроккок нуклеазасымен әсер еткенде ол жиі қайталанатын құрылымдарға ажырайтындығы анықталады. Мысалы, хроматиннен алынған ДНҚ, нуклеазамен өңделген, сұр кесінділерден құралды, қысқа 200 жұпқа негіз болды, 200, 400, 600, 800 жұп нуклеотидтер кесінділерде кездесті. Бұл яғни шамамен 200ж.н. орналасқан хроматин құрамындағы нуклеаза тартысында ДНҚ бөлігіне тартылады. Сонымен қатар ДНҚ ядросының 2% ғана ДНҚ-ның қышқылды фракциясына кетеді. 
        Центрифугалау жолымен хроматиннен нуклеазаны өңдегеннен кейін 11S седиментация жылдамдығымен фракция бөліктерін ажыратуға болады. (S- Сведберг бірлігі седиментация жылдамдығын анықтайды.) Сонымен қатар бөліктер өлшемі: димерлер, тримерлер, тетрамерлер және т.б. 11S бөлігінің құрамында шамамен 200ж.н. ДНҚ және 8 гистондар(октамер) 2-ден гистон көшірмесі Н2А, Н2В, НЗ және Н4 және HI бір гистон көшірмесі. Мұндай күрделі нуклепротеид бөлігі нуклеосома атауына ие болды.Нуклеосома мынадай жолмен құралған: гистон октамерлері өзекті ақуызды негізге өзгереді. ағылшын сөзі соге-қыртыс, қыртысты бөлік жоғарғы жағында 146ж.н. тұратын ДНҚ болады, 1,75 айналымнан өзгерген, ал калғандары 54ж.н. ДНҚ бөлікті өзгертеді, линкер- өзекті ақуызбен байланыспаған,ол 2 көрші нуклеосоманы байланыстырады. HI гистоны жиілеп, негізгі және линкер бөлігімен байланысады. Толық нуклеосома құрамында шамамен 200 ж.н. ДНҚ және гистонның қыртысты октамерлері және HI гистонының 1 молекуласы бар. Толық нуклеосоманың молекулалық массасы 262000 Да. 
        Өзекті немесе қыртысты бөлік құрылымы бойынша өте консервативті: құрамында үнемі 146 ж.н. ДНҚ және гистон октамерлері бар. Нейтронды орналастыру әдісін пайдалана отырып нуклеосоманың анық өлшемін және формасын анықтауға болады. Электронды микрокөшірмесіне орналасады да, тартылған ДНҚ молекуласында тығыз, үйлесімді отырғызылған шамамен Юнм, глобулярлы «моншақтарға» өзгереді. Негізінен тек линкерлі бөлігі тығыздалған, ал калғандары гистон октамерлерінің шеткі жағында ДНҚ ұзындығына спиральді түрде салынған. Гистон октамерлерінің өзі, құрамына тетрамер (НЗ. Н4) және 2 тәуелсіз димер Н2А.Н2В кіреді, және формасы ойнайтын допты еске түсіреді. Нуклеосома бөлігінің үстіне ДНҚ спиралін жалғастырсақ, ол тығыз нуклеосомада орналаскан, калыңдығы шамамен Юнм тегіс жіпшеге өзгерте отырып, көрші нуклеотидтерді байланыстырады. Сонымен қатар қосымша ДНҚ спиралданғаннан кейін, біріншілік ДНҚ компактизациясы жүреді. ДНҚ фосфаттарымен гистон октамерлерінің жоғарғы жағында оң зарядталған амин қышқылдар калдықтарының қарым-қатынас әсерінен, нуклеосоманың өзегінің шеткі бөлімімен 2ДНҚ жіпшесі байланысады. Өзекті гистондарының үштарындағы бөліктер, оң зарядпен толтырылған, яғни ол қосымша нуклеосома құрылымына тұрақтылық беру қызметін аткарады. 
       ДНҚ тығыздалуында өзекті ақуыздарының қызметі нуклеосоманың өзін- өзі жинақталуында көрсетілген. ДНҚ және гистондарды қосып, толық реконструкциялы нуклеосомдарды алуға болады. Гистон HI нуклеосомдардың өзгеруіне қажет емес, ол жоғарғы деңгейдегі ДНҚ тығыздалуына және дайын нуклеосомдарды бір-біріне байланыстырады.НЗ және Н4 гистондары нуклеосомдарды орналасуына қатысады. ДНҚ бастамасында тетрамерлермен байланысады (НЗН4), содан кейінірек екі димер Н2А.Н2В байланысады. Нуклеосомдардың өзгерісіне ДНҚ компактизациясының біріншілік этаптарына НЗ және Н4 гистондары құрылымдық қызмет атқарады. ДНҚ репликациясы кезінде нуклеосома қалай түзіледі, репликациялық айырылым кезінде нуклеосоманың тағдыры кандай, ескі және жаңа нуклеосома немесе ақуыздар қалай бөлінеді деген сұрақтар бүгінгі күнге дейін әлі шешімін тапкан жоқ. Электронды микроскоппен зерттеу жүргізу нәтижесінде репликацияға ұшыраған хроматиннің екі жіпшесінде де нуклеосома болатыны анықталды. Эукариоттарда ДНҚ синтезінің жылдамдығы (20нм/с), онда жаңа нуклеосома хромосом жіпшелерінің екі еселенуіне 3-4с болады. Нуклеосоманың түзілуінің Бұндай жылдамдықта болуы ДНҚ синтезі кезінде синтезделген гистондардың түрлеріне байланысты және ол нуклеосома құрамына кіруге дайын болады. Гистонды гендар ДНҚ-ның жүйелілікпен қайталанатынына байланысты, көрнекі түрде әр гистондар бірнеше көшірмелерден тұрады. Олар ДНҚ синтезін бірге белсендетеді, сондықтан репликациялық айырылым ДНҚ-ның жаңа бөлігі жаңа синтезделген гистондармен қосыла алады. Жаңа синтезделген гистондар және ескі гистондар ДНҚ-ның репликациясы кезінде, нуклеосоманың түзілуіне қосылмайды. Октамерлі гистондармен бірге репликацияға дейін қатысушы интакты күйінде калып және ДНҚ-ның жаңа дуплексына ауысады. Сол кезде жаңа гистондар нуклеосомның ДНҚ -дан босаған бөлігіне жиналады. Ескі және жаңа актомерлі гистондар жаңа ДНҚ-ның екі еселенуі кез келген жерден жүреді. 
        ДНК репликациясының айырылымындағы ескі нуклеосоманың тағдыры әлі күнге дейін зерттелмеген. Бір гипотиза бойынша әрбір нуклеосома репликациялық айырылым келген кезде 2-ге айырылады «жарты нуклеосома» ал ДНҚ полимеразасының осы ауданға кіру үшін нуклеосомды ДНК бұрылады. Осыдан кейін жаңа синтезделген ДНҚ тізбегі ядро ішіндегі гистондармен байланысады және ДНҚ-ның екінші тізбегінде жаңа нуклеосома түзіледі. 
         Хроматиннің активті бөлігіне жинақталуына шашыраңқы калыпы тән. Хроматиннің бұл құрылымын цинтрофуга әдісімен шашыраңқы хроматиннің карқындылығын жоғарылатады. Активті хроматиннің құрылымы нуклеосомаға жоғарғы сезімталдылық, кейбір гистон емес ақуыздардың құрамын гистондардың өзгергіштік деңгейін жоғарылатады. 
       Биохимиялық дәлелдемелерде нуклеосолмалық ақуыздар транскрипция кезінде ДНҚ мен байланысты болады. Нуклеосома хромасома жіпшелерінің бір бөлігі ретінде транскрипция болған жерден байқалады, содан кейін сирек жағдайда РНҚ полимераза ферменті нуклеосомаға қарағанда екі есс үлкен келеді. Бұл фермент болған кезде (мысалы рибосомалық гендердің транскрипция кезінде немесе гендердің басқада активті орталары) РНҚ полемеразасы бір-біріне тығыз орналасады да олардың арасындағы нуклеосома байкалмайды. Нуклеосомалық ақуыздар РНҚ полимеразасы кезінде ДНҚ мсн байланысын жоғалтпайтындығы таң қаларлық жағдай, ал ДНҚ-ның өзі нуклеосома құрамында ширатылады.          Нуклеосома құрылымы РНҚ синтезделер кезінде екі түрлі нұска таңдауға беріледі. Олардың біреуінде нуклеосома екі жартылай нуклеосомаға бөлінеді де ДНҚ ширатылады; басқа нуклеосома жанында аздап еркін орналасады, тетромерлер сақталада (НЗ. Н4)2 ал димерлер Н2А. Н2В уақытша жоғалып кетеді, ал кейіннен РНҚ полимераза процесінен кейін қайтып келеді де бұрынғы нуклеосома калыптасады. Көптеген электрондық микроскопиялық зерттеулер көрсеткендей митотикалық хромосомаларда интерфаза кезінде ядродағы хромитин фибрилдерінің диаметрі 30 нм болып көрінеді. Мұндай диаметрі 30 нм болатын хроматинді фибриллдер глутар альдегидімен ультра жұқа кесіндіні өңдегенде ерітіндіден хромасомаларды, хроматиндерді бөліп алғанда байқалады. Хроматин фибрилдері кайтымды, өз диаметрлерін өзгертетіндігі анықталған яғни, қалыңдығы 10 нм., ал егер хроматин препараттарын деионизацияланған суға немесе ЭДТА хелатоны бар ерітіндіге ауыстырса бастапқы калпына кайта айналады. Егер оған HI гистонын қосатын болса бастапқы қалпына келеді. 
      Хроматин фибрилдерінің қалыңдығы нуклеотидтердің диаметрі 30 нм-лі қасиетіне тән екі түрлі көзкарас калыптасқан. Оның бірі нуклеосом компактизациялауының соленоидтық типі деп аталады. Бұл модельге сәйкес жіптің бойы нуклеосомдармен тығыз ширатылып өз кезегінде диаметрі 10 нм болатын спиральді бүтак құрайды. Спиральдің бір кадамы 10 нм. Мұндай суперспиральдің бұтағына 6 нуклеосом сәйкес келеді. Нәтижесінде мұндай компактизацияланудан фибрилланың спиральді типі пайда болады. Ортаңғы бөлігі куыс, егер негативті бояумен бояса фибрилланың центрінде «жіңішке канал» көрінеді. Егер де осы фибрилланың бөліктерін ажыратар болсақ онда нуклеосомдар фибрилла бойында «ирек тәрізді» орналасқандығы жаксы көрінеді. HI гистондары көрші орналаскан нуклеосомдардың араларын өзара біріктіріп тұратындығын қамтамасыз етеді, тек оларды бір-бірімен байланыстырып қана қоймай диаметрі 10 нм спиральдің барынша тығыздылығын камтамасыз ету осыған байланысты. Егерде хроматидтерді ядро құрамында не болмаса екі валентті катиондардың белгілі бір концентрациясында зерттейтін болса, онда хромосомалардың глобулалар тәрізді нуклеомерлер түзетіндегі анықталған. Екінші тип - нуклеомерлі тип, мұнда глобулалар фибрилдердің бойында шиыршықталады. Нуклеомерлердің шиыршықталуы магний иондары мен HI гистонының болуына байланысты. Гистондық емес ақуыздар мұндай процеске қатыспайды. Гистонды ақуыздар тек нуклеосомды және нуклеомерлі деңгейде ДНК компактизациясына ғана қатысады, сонымен қатар фибрилдерде дезоксирибонуклеопротеидтердің (ДНП) кооперациясының бірігуін қамтамасыз етеді.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    Қорытынды:

    Хроматиннің компактизациясы (жинақталуы) немесе спирализациясының бірнеше деңгейі бар: 
1. Нуклеосомды жіп – хроматин ұйымының бұл деңгейін келесі гистондар қамтамасыз етеді: Н2А; Н2В; Н3; Н4. Олар 8 молекуладан тұратын (әрбір гистондардан екі молекуладан), ақуыз негіздерін құрастырады. ДНҚ- молекуласы қыртыстарға (коры) спиральді оралады. Ақуыз қыртысымен, 146 жұп нуклеотидтерден тұратын ДНҚ бөлігі байланыста болады. Ақуыз қыртыстарының байланыста жоқ ДНҚ бөліктері линкерлі немесе байланыстырып тұрушы деп аталады. Олар орташа 60 жұп нуклеотидтерден тұрады. Ұзындығы шамамен 200 жұп нуклеотидтерден тұратын ДНҚ молекуласының бөлігі ақуызды қыртыспен бірігіп нуклеосоманы құрайды. 
2. Хроматинді фибрилла. Компактизацияланудың (жинақталудың) екінші сатысы – бұл диаметрі 30 нм-лі хроматинді фибриллалардың қалыптасуы болып табылады. 
Бұл процеске Н1 гистоны қатысады, ол линкерлі ДНҚ-мен қосылады және екі көрші қыртыстармен оларды бір-біріне жақындатады. Нәтижесінде, соленоида типті құрылым (спиральге бұралған) пайда болып, нуклеосомды жіп спиральге оралады. 
3. Интерфазалы хромонема. Хроматинді фибриллалардың жинақталуының үшінші деңгейі. Бұл этап – ілмекті деп аталады, ол ең күрделі. Соленоидты фибрилла (спиральге бұралған фибрилла) ұзындығы әртүрлі ілмекті жасай отырып жиналады. Бір ілмекте 20 мыңнан- 80 мыңға дейін жұп нуклеотидтер болады.Нәтижесінде, хроматинді фибрилла диаметрі 100-200 нм (300 нм-ге дейін) құрылымға айналады, ол интерфазалы хромонема деп аталады. Хромонемалар қосымша оралады, диаметрі шамамен 600-700 нм хроматидтерді құрайды. Хроматидтер метафазалы хромосомалардың құрамына кіреді, диаметрі 1400 нм-ді құрады. Нуклеосома бөлігінің үстіне ДНҚ спиралін жалғастырсақ, ол тығыз нуклеосомада орналаскан, калыңдығы шамамен Юнм тегіс жіпшеге өзгерте отырып, көрші нуклеотидтерді байланыстырады. Сонымен қатар қосымша ДНҚ спиралданғаннан кейін, біріншілік ДНҚ компактизациясы жүреді. ДНҚ фосфаттарымен гистон октамерлерінің жоғарғы жағында оң зарядталған амин қышқылдар калдықтарының қарым-қатынас әсерінен, нуклеосоманың өзегінің шеткі бөлімімен 2ДНҚ жіпшесі байланысады. Өзекті гистондарының үштарындағы бөліктер, оң зарядпен толтырылған, яғни ол қосымша нуклеосома құрылымына тұрақтылық беру қызметін аткарады. 
ДНҚ тығыздалуында өзекті ақуыздарының қызметі нуклеосоманың өзін- өзі жинақталуында көрсетілген. ДНҚ және гистондарды қосып, толық реконструкциялы нуклеосомдарды алуға болады. Гистон HI нуклеосомдардың өзгеруіне қажет емес, ол жоғарғы деңгейдегі ДНҚ тығыздалуына және дайын нуклеосомдарды бір-біріне байланыстырады.НЗ және Н4 гистондары нуклеосомдарды орналасуына қатысады. ДНҚ бастамасында тетрамерлермен байланысады (НЗН4), содан кейінірек екі димер Н2А.Н2В байланысады. Нуклеосомдардың өзгерісіне ДНҚ компактизациясының біріншілік этаптарына НЗ және Н4 гистондары құрылымдық қызмет атқарады.

         Пайдаланылған әдебиеттер:

• Цитология және гистология. Оқу құралы. Сапаров Қ.Ә. - Алматы: Қазақ университеті, 2009. - 128 бет
• http://www.skachate.com/docs/index-583188.html
• Жимулев И. Ф. Общая и молекулярная генетика. — 1. — Новосибирск: Издательство Новосибирского университета, 2002. — 459 с.