Основы молекулярной биологии. Часть 1: Молекулярная биология клетки - А.Н. Огурцов 2011

Нуклеиновые кислоты и белки
Упаковка ДНК эукариот

ДНК эукариот плотно упакованы в метафазные хромосомы, что позволяет уменьшить линейные размеры ДНК в 10 000 раз - с 5 см до 5 мкм. Это всё равно, что нить, длиной с Останкинскую телебашню (500 м), уложить в спичечный коробок (5 см).

Выделяют несколько уровней компактизации (рисунок 68).

а) двойная спираль ДНК,

б) нуклеосомный уровень - хроматин в форме "бусин на нити" - нуклеосом,

в) соленоидный уровень - хроматиновая фибрилла, состоящая из упакованных нуклеосом, свернута в спираль,

г) петлевой уровень - петли, в которые свернуты хроматиновые фибриллы,

д) доменный уровень,

е) целая метафазная хромосома.

Рисунок 68 - Уровни упаковки ДНК в хромосому

Нуклеосомный уровень компактизации обеспечивается специальными белками - гистонами. Восемь положительно заряженных гистоновых доменов образуют кор (сердцевину) нуклеосомы, на которую наматывается отрицательно заряженная молекула ДНК (рисунок 68(6)). Это дает укорочение в 7 раз, при этом диаметр увеличивается с 2 до 11 нм.

Соленоидный уровень - нуклеосомы формируют соленоид или супербид хроматической фибриллы (рисунок 68(b)). Линейный размер сокращается в 6-10 раз, диаметр увеличивается до 30 нм.

Петлевой уровень обеспечивается специфическими негистоновыми сайт-специфическими ДНК-связывающими белками, которые распознают определенные последовательности ДНК и связываются с ними, образуя петли по 20-90 тысяч пар нуклеотидов (рисунок 68(г)). Петля обеспечивает экспрессию генов, т.е. петля является не только структурным, но и функциональным образованием. Укорочение на этом уровне происходит в 20-30 раз. Диаметр увеличивается до 300 нм.

Образование петлевых доменов (рисунок 68(д)) увеличивает диаметр до 700 нм, образуя хроматин - аморфный беспорядочно распределенный по клеточному ядру материал - выглядит как очень тонкие волокна, которые содержат 60% белка, 35% ДНК и 5% РНК, и которые практически не видны во всех фазах клеточного цикла за исключением митоза.

Во время деления клетки хроматин спирализуется, конденсируется и приобретает четкие формы, образуя строго определенной, свойственное данному виду число хромосом (рисунок 68(e)).

Каждая митотическая (т.е. наблюдаемая во время митоза) (или метафазная) хромосома состоит из двух хроматид, соединенных между собой с помощью специального образования — центромеры, или кинетохора. При столь плотной упаковке невозможны транскрипция и репликация ДНК, поэтому после деления клетки происходит деконденсация хромосом.

Метафазная хромосома представляет собой последний уровень компактизации ДНК.