Лекция 3. Уровни компактизации ДНК. Структура митотических хромосом. Фазы митоза, хромосомный цикл

Нуклеосома — это структурная часть хромосомы, образованная совместной упаковкой нити ДНК с гистоновыми белками H2А, H2B, H3 и H4. Последовательность нуклеосом, соединенная гистоновым белком H1, формирует нуклеофиламент, или иначе нуклеосомную нить. До 25—40% сухого веса хроматина составляют гистоновые белки. Гистоны являются компонентом нуклеосом, надмолекулярных структур, участвующих в упаковке хромосом. Нуклеосомы располагаются довольно регулярно, так что образующаяся структура напоминает бусы. Нуклеосома состоит из гистонов четырёх типов: H2A, H2B, H3 и H4. Эти гистоны называются кóровыми. В одну нуклеосому входят по два кóровых гистона каждого типа — всего восемь белков. Линкерный гистон H1, более крупный, чем кóровые гистоны, связывается с ДНК в месте её входа на нуклеосому.

Нить ДНК с нуклеосомами образует нерегулярную соленоид-подобную структуру толщиной около 30 нанометров, так называемую 30 нм фибриллу

В интерфазных ядрах эукариот нити хроматина, в которых ДНК упакована в форме соленоида , содержащего нуклеомеры , организованы в виде топологически независимых петель, длина которых в среднем составляет 50-100 т.п.о

Структура в метафазной хромосоме , гомологичная матриксу в интерфазном ядре, называется хромосомным скелетом (scaffold). Обе структуры участвуют в упаковке хромосомной ДНК в петли (loops). В интерфазном ядре петли хроматина включают в себя порядка 100 KB, средний размер индивидуальной петли составляет 0.25 мкм. Петли заякориваются основаниями во внутриядерных нехроматиновых белковых структурах.

В течение профазы основные события происходят в ядре. Начинается спирализация хромосом, которая, естественно, захватывает и области ядрышковых организаторов, так что ядрышко в результате распадается.

Хроматин конденсируется, в результате чего в ядре образуется плотный клубок.

К концу профазы этот клубок разрыхляется (рыхлый клубок), становятся видными индивидуальные хромосомы, каждая из которых состоит из двух хроматид, лежащих параллельно друг другу и связанных между собой в области центромеры.

В цитоплазме активизируется образование лизосом. Центриоли попарно расходятся к противоположным концам клетки, которые теперь называют полюсами.

Одновременно на сателлитах центриолей идет интенсивная сборка микротрубочек.

В завершение профазы лизосомы растворяют ядерную оболочку, так что спирализованные хромосомы оказываются в цитоплазме.

В начале анафазы происходит быстрая репликация ДНК в области центромеры, в результате чего сестринские хроматиды становятся самостоятельными.

Микротрубочки начинают укорачиваться: у кинетохоров происходит их разборка.

В результате этого хроматиды с одинаковой скоростью (около 1 мкм в минуту) направляются к полюсам клетки. Сами центриоли удаляются друг от друга в сторону полюсов клетки. Образуются две дочерних звезды.

На хромосомы действуют две силы: тянущие,возникающие вследствие деполимеризации кинетохорных трубочек, и расталкивающие – в связи с полимеризацией тубулина на концах полярных микротрубочек вблизи экватора.

При этом по мере расхождения хромосом веретено удлиняется, а степень перекрывания друг друга непрерывных трубочек уменьшается.

Содержание генетической информации становится: 2(2n1xp2c).

В телафазе разделившиеся группы хромосом подходят к полюсам, теряют трубочки, разрыхляются, деконденсируются и начанают транскрибировать РНК. Из вновь синтезированных ферментов мембраны образуется ядерная оболочка, в ядре появляются ядрышки.

Митоз заканчивается цитокинезом – делением цитоплазмы материнской клетки.

У растительных клеток перегородка образуется фрагментами от центра – кнаружи, у животных происходит перешнуровка мембраны.

В области экватора клетки образуется – борозда деления (впячивание мембраны), под ней расположено кольцо из актиновых и миозиновых нитей, которое сокращается.

В конечном итоге образуются две дочерние клетки, каждая из которых имеет 2n хромосом, 1 хроматиду в хромосоме, состоящую из 2-х нитей ДНК (2n1xp2c).

События метафазы начинаются в цитоплазме.

На каждой центромере выявляется скопление специальных белков - кинетохор (от греч. kineo – подвижный и choreo – иду вперед).

Сборка микротрубочек на материнских центриолях продолжается, возникает веретено деления.

В его составе различают три группы микротрубочек.

Многие нити расходятся от центриолей (как от полюсов) во все стороны, это – астральная лучистость.

Другая их часть направлена к экватору клетки – это так называемые полярные микротрубочки.

У экватора полярные микротрубочки, связанные с разными полюсами, перекрывают друг друга.

Кроме астральных и полярных микротрубочек от полюсов отходят кинетохорные – те, которые в области экватора прикрепляются к кинетохорам хромосом. В клетках человека каждый кинетохор связан с 20 – 40 микротрубочками.

Далее хромосомы перемещаются и располагаются в экваториальной плоскости клетки.

Образуется фигура, называемая материнской, или метафазной звездой. При этом каждый кинетохор одной хромосомы обращен к одному из полюсов клетки. Содержание генетической информации при этом не изменяется: 2n2xp4c.