ЕУХРОМАТИН: БУДОВА ТА ФУНКЦІЇ - БІОЛОГІЯ - 2025

Еухроматин являє собою частину еукаріотичних хромосом , яка складається з злегка упакованого хроматину і містить велику частину гена , що кодує послідовності генома багатьох організмів.

Ця область еукаріотичних хромосом асоціюється з транскрипційно активними ділянками, тому вона має велике значення для клітин організму. Це добре видно в клітинах, які не діляться, оскільки він стає гетерохроматином при конденсації чи ущільненні, попередній крок до мітотичного та / або мейотичного поділу клітин.

Euchromatin доступний для транскрипційного обладнання (Джерело: Wenqiang Shi через Wikimedia Commons)

Отже, еухроматин - один із двох типів структурної організації хроматину, другий - гетерохроматин, який може бути факультативним або складовим.

Будова

Структуру еухроматину можна описати так само, як структуру хроматину, виявлену в багатьох підручниках, оскільки однією з небагатьох відмінностей останнього та гетерохроматину є рівень ущільнення або конденсації ланцюга білка ДНК +.

Хроматин

ДНК еукаріотичних організмів знаходиться в ядрі, в тісній зв'язці з великою кількістю білків. Серед цих білків є чимало значущих, гістонів, які відповідають за «організацію» та конденсацію хромосомних ниток ДНК, дозволяючи цим великим молекулам «входити» в такий невеликий простір і контролювати експресію генів.

Кожна еукаріотична хромосома складається з однієї ланцюга ДНК і великої кількості білків гістону. Ці структури є значно динамічними, оскільки ступінь їх ущільнення змінюється не лише залежно від потреб у транскрипції клітин, а й залежно від моменту клітинного циклу та деяких сигналів навколишнього середовища.

Зміни в ущільненні хроматину так чи інакше впливають на рівень генетичної експресії (в деяких регіонах більше, ніж в інших), тому відповідає рівню епігенетичної регуляції інформації.

Гістони дозволяють скоротити довжину ниток ДНК кожної хромосоми майже в 50 разів, що особливо важливо під час поділу клітин, оскільки ущільнення хроматину забезпечує правильну сегрегацію хромосом між дочірніми клітинами.

Гістоновий октамер

Молекули ДНК еукаріотичних хромосом обмотуються навколо "циліндричної" структури, що складається з восьми білків гістону: H2A, H2B, H3 і H4. Октамерне ядро ​​складається з двох димерів H2A і H2B і тетрамеру білків H3 і H4.

Гістони - це основні білки, оскільки вони мають велику кількість позитивно заряджених амінокислотних залишків, таких як лізин та аргінін, наприклад. Ці позитивні заряди взаємодіють електростатично з негативними зарядами молекул ДНК, сприяючи її об'єднанню з білковим ядром.

Кожен октамер гістону витка приблизно 146 пар основ, утворюючи те, що відоме як нуклеосома. Хроматин складається з послідовних нуклеосом, з’єднаних між собою коротким шматочком ДНК і гістонним мостиком або з'єднанням білка під назвою H1. Ця конфігурація зменшує довжину ДНК приблизно в 7 разів відносно початкової довжини.

Гістонові білки також мають "хвости" амінокислот, які виступають з нуклеосом і можуть зазнавати ковалентних модифікацій, які можуть змінювати рівень ущільнення хроматину (на ущільнення також впливають ковалентні модифікації ДНК, такі як , метилювання цитокінів, що сприяє ущільненню).

Залежно від часу життя кожної клітини, ланцюжок, що складається з нуклеосом, може ще більше ущільнюватися, утворюючи волокнисту структуру, відому як "волокно 30 нм", що скорочує довжину молекули ДНК ще на 7 разів.

Це волокно 30 нм може бути організоване всередині серцевини у вигляді радіальних петель; ці петлі характеризуються тим, що містять транскрипційно активні гени і відповідають еухроматину.

Еухроматин та гетерохроматин

Евхроматин та гетерохроматин - це два типи організації хроматину. Гетерохроматин є найбільш компактною або «закритою» частиною хромосоми; для нього характерні біохімічні позначення гіпоацетилювання та гіперметилювання (у вищих еукаріотів - метилювання залишку 9 гістону Н3).

З гетерохроматином асоціюються транскрипційно мовчазні геномні регіони, області повторюваних послідовностей та "вестигіальні" області вторгнення в переміщувані елементи та ретротранспозони.

Організація хроматину в ядрі (Джерело: Ша, К. і Бойєр, Л. А. Підпис хроматину плюрипотентних клітин (31 травня 2009 р.), StemBook, під ред. Спільноти досліджень стовбурових клітин, StemBook, doi / 10.3824 / стовбук. 1.45.1, http://www.stembook.org. Через Wikimedia Commons)

Гетерохроматин складається з теломерних та центромерних областей хромосом, які функціонально важливі для захисту кінців цих структур та для їх правильної сегрегації під час подій клітинного поділу.

Крім того, залежно від транскрипційних потреб клітини, частина хроматину може гетерохроматин одночасно і вивільняти це ущільнення в іншому.

Навпаки, евхроматин характеризується гіперацетиляцією та гіпометіляцією, точніше "мітками" ацетильної групи в залишку лізину 4 гістонів H3 та H4.

Він відповідає "пухкішим" областям хроматину і, як правило, являє собою найбільш транскрипційно активні ділянки, тобто там, де групується найбільша кількість кодуючих генів.

Функції еухроматину

Еухроматин дуже рясний у клітинному ядрі, коли клітини не діляться, тобто коли хромосоми не конденсуються і не виявляють своєї характерної форми.

Зважаючи на те, що ця порція хроматину містить найбільшу кількість транскрипційно активних генів, еухроматин виконує важливі функції як у розвитку, так і в обміні речовин, фізіології та регуляції життєво важливих біологічних процесів, властивих клітинам.

Чому?

Тому що "активні" гени кодують всі білки та ферменти, необхідні для здійснення всіх метаболічних та фізіологічних процесів клітини.

Ті гени, які не кодують білки, але також активні з точки зору транскрипції, зазвичай мають регуляторні функції, тобто кодують малі молекули РНК, фактори транскрипції, рибосомні РНК тощо.

Тому регуляція транскрипційних процесів також залежить від інформації, що міститься в еухроматині, а також регуляції процесів, пов'язаних з поділом і ростом клітин.

Список літератури

1. Brooker, R., Widmaier, E., Graham, L., Stiling, P., Hasenkampf, C., Hunter, F.,… & Riggs, D. (2010). Біологія.
2. Eissenberg, J., Elgin, S. (2005) Гетерохроматин та Евхроматин. Енциклопедія наук про життя. John Wiley & Sons, Ltd.
3. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). Вступ до генетичного аналізу. Макміллан.
4. Грюнштейн, М., Гехт, А., Фішер-Адамс, Г., Ван, Дж., Манн, Р. К., Штраль-Болсінгер, С., … і Гассер, С. (1995). Регуляція еухроматину та гетерохроматину гістонами в дріжджах. J Cell Sci, 1995 (додаток 19), 29-36.
5. Тамару, Х. (2010). Обмеження території еухроматину / гетерохроматину: юмонджі перетинає лінію. Гени та розвиток, 24 (14), 1465-1478.