Хроматин
Хроматиннің ДНҚ-сы
Хроматиннің құрамында 30-40%-ы ДНҚ-ның еншісінде болады. Бұл ДНҚ, таза сулы ерітіндіден бөлініп алынған ДНҚ-ға ұқсас, қос спиральді болып келеді. Бұл жайлы көптеген экспериментальді зерттеулер бар. Мысалы, хроматин ерітіндісін қыздырғандадаза ДНҚ-ны қыздырғандағыдай, ДНҚ-ның скі тізбегі арасындағы нулеотид аралық сутектік байланыс үзіліп, ерітіндіде гиперхромдық эффект деп аталатын жоғары оптикалық тығыздық қалыптасады. Хромосоманың құрылымын түтастай түсіну үшін хроматин құрамындағы ДНҚ молекуласы ұзындығының маңызы зор. Хроматин ДНҚ-сын бөліп алудың стандартты әдістерінде оның молекулалық массасы 7-9* 106 болады, Бұл ішек таяқшасы ДНҚ-ның молекулалық массасынан (2,8-109) әлдеқайда кіші. Хроматин препаратынан алынған ДНҚ-ның молекулалық массасының салыстырмалы түрде аз болуын, оны хроматин препаратынан бөліп алу процесі кезінде механикалық зақымдалулар эсерінен болуы мүмкін деп түсінуге болады. Егер ДНҚ-ны сілку арқылы, гомогенизация және басқа да жағдайлармен әсер ете отырып бөліп алса, онда ДНҚ молекуласын жасушадан өте үлкен ұзындықта алуға болады. Эукариотты жасушалардың ядросы мен хромосомасындағы ДНҚ молекуласының ұзындығын, прокариотты жасушаларды зерттегендегідей, фотооптикалық радиоавтография әдісінің көмегімен анықтауға болады. Хромосома құрамындағы жеке сызықтық ДНҚ молекуласының ұзындығы (прокариоттық хромосомалардан ерекшелігі) жүздеген микрометрден бірнеше сантиметрге жететіндігі анықталды. Әр түрлі объектілерден алынған ДНҚ молекуласының ұзындығы 0,5 мм-ден 2 см-ге дейін ауытқуы байқалды. Хромосомаға есептелінген ДНҚ-ның ұзындығы радиоавтографиялық әдіс арқылы алынған сандарға жақын келетінін осы нәтижелер көрсетіп отыр. Эукариотты жасушаның жеңіл еруінен соң ДНҚ-ның молкулалық массасын тікелей физико-химиялық әдіс арқылы анықтауға болады. Дрозофиланың ДНҚ молекуласының жоғарғы молекулалық массасы 41-109, Бұл шамамен 2 см-дей болатындығы көрсетілген. Кейбір ашытқылардың ДНҚ молекуласыпың молекулалық массасы 1-108-109тең, яғни 0,5 мм-ге жуық өлшемге ие. Кейбір зерттеушілер санағандай, ұзын ДНҚ бірнеше қысқа ақуыздардың көмегімен байланыскан құрылым емес, тұтас молекула болып табылады. Осы тұжырымға ДНҚ молекуласының ұзындығы протеолитикалық фермсігг препараттарымен өңдегенде өзгеріссіз қалатындығы анықталған соц ғана белгілі болды. Клетканың ядролық құрылымына, ағза геномына кіретін ДНҚ-мың жалпы саны жеке түрлер арасында ауытқып отырады, яғни микрооргапизм жасушасында ДНҚ саны омыткасыздар, жоғары сатыдағы өсімдіктср мси жануарларға қарағанда әлдеқайда төмен. Ішек таяқшасына қарағамда егеукүйрық ядросында ДНҚ 600 есе көп болып келеді. Эукариотты ағзалар жасушаларындағы ДНҚ санын салыстыра келе, ағзаның күрделену дәрежесі мен ядродағы ДНҚ санының кандай да бір қорреляциясын анықтау қиынға соғып отыр. Зығыр, теңіз кірпісі, алабүға (1,4-1,9) немесе талмабалық пеп бұқа (6,4-7) сияқты әр түрлі азғалар шамалас ДНҚ санына ие. Үлкен таксономиялық топтарда ДНҚ мөлшері едәуір ауытқып отырады. Жоғары сатыдағы өсімдіктердің әр түрлерінде ДНҚ мөлшері балықтардағы секілді бір - бірінен жүз есе айырмашылығы болса, ондаған есе айырмашылық амфибиялардың ДНҚ мөлшерінде байкалады. Кейбір амфибиялардың ядроларында ДНҚ мөлшері көбірск, адамдар ядросына қарағанда 10 -30 есе, бірақ бакаларға қарағанда адамның генетикалық конституциясы бірнеше есе күрделі екендігі сөзсіз. Сондықтам төменгі сатыдағы ағзаларда ДНҚ - ның «артық» мөлшерде болуы, олардың генетикалық рөлімен байланысты емес, тек гендер санының бірнеіпе рет қайталанып келуімен деп тұжырымдауға болады. Бұл сұрақтардың шешілуі ДНҚ гибридизациясы немесе ренатурация реакциясының кинетикасын зерттеу негізінде мүмкін болды. Егер ерітінділердегі фрагменттелген ДНҚ молекулаларын жылулық денатураңияға үшыратып, содан соң денатурация жүретін температураға қарағанда сәл төмендеу келген температурада инкубацияласақ, ренатурация, яғни комплементарлы тізбектердің қосылуы негізінде ДНҚ фрагменттерінің бастапқы қос тізбекті кұрылымының қайта калпына келу процесі жүреді. ДНҚ вирустары мен прокариоттар жасушалары үшін осындай ренатурацияның жылдамдығы олардың геномының үлкендігіне тәуелді екені көрсетілді: яғни неғұрлым геномы үлкен болса, әрі бөлшек немесе жасушаға ДНҚ мөлшері көп келсе, соғұрлым комплементарлы тізбектердің кездейсок жақындауына және нуклеотидтер тізбегі бойынша әр түрлі келген ДНҚ фрагменттерінің басым бөлігінің спецификалық реассоциациялануына көп уақыт керек. Прокариоттық жасушалардың ДНҚ реассоциациялану кисығы прокариоттар геномында қайталанып келетін қатарлар негіздерінің болмауымен сипатталған: олардың ДНҚ - ның барлық бөлімдері уникалды қатарларға ие, олардың мөлшері мен алуан түрлілігі объекттердің генетикалық композицияларының күрделі дәрежелігін, яғни, олардың ортақ биологиялық ұйымдастырылуын көрсетеді. Эукариотты ағзаларда ДНҚ реассоциациясы мүлде өзгеше көрініс табады. Яғни, эукариоттардың құрамына олардың геном көлемінің негізіне қарамастан өте үлкен жылдамдықта ренатурацияланатын фракциялар кіреді, сонымен қатар прокариоттар ДНҚ - ның ерекше тізбектері секілді жай ренатурацияланатын фракция кіреді. Дегенмен эукариоттарда Бұл фракцияның ренатурациялануына біраз уақыт кажет, бұл олардың геномының үлкен колсміне және көп мөлшерде алуан түрлі уникальды гендердің бар болуымен байланысты. Үлкен жылдамдықтағы ренатурациямен өзгешеленетін эукариоттар ДНҚ- иың осы бөлігінде екі фракция тармағын ажыратады: Жиі қайталанатын қатарлары бар фракциялар ДНҚ- ның негізгі массасына қарағанда өзге жылжымалы тығыздықка ие, сондықтан оларды сателитті ДНҚ - ның фракциясы ретінде таза күйде бөліп алуға болады. Тышқанның Бұл фракциясының тығыздығы 1,691 г/мл тең, ал ДНҚ - ның нсгізгі бөлігі- 1,700 г/мл-ге тең. Тығыздықтағы айырмашылықтар нуклеотидтер құрамындағы айырмашылықтармен байланысты. Мысалы, тышканның осы фракциясында Г- және Ц- жұптардың 35%, ал негізгі шыңында ДНҚ- ның 42% бар. Сателитті ДНҚ, немесе жиі кайталанып келетін қатарлары бар ДНҚ фракциясы жасушадағы РНҚ- ның негізгі типтерін синтездеуге қатыспайды, әрі белок синтезімен еш байланысы жок. Себебі жасушаның бірде- бір РНҚ түрлері (тРНҚ, рРНҚ, иРНҚ) сателитті ДНҚ- мен гибридизацияланбайтындықтан осындай шешімге келді. Соған қарағанда Бұл ДНҚ- да жасушалық РНК- ның синтезіне жауапты тізбектер жоқ, яғни сателитті ДНҚ РНҚ синтезі үшін матрица болып табылмайды және транскрипцияға қатыспайды. Белок синтезіне тікелей қатыспайтын жиі кайталанатын қатарлар өзі бойында информацияны алып жүреді. Бұл информация хромосомалардың сақталуы мен қызметтер аткаруы үшін өте маңызды. Оларға көптеген ДНҚ бөлімдерін, интерфазалық ядроның ақуыздық көпірімен байланыскан ДНҚ бөлімдерін, репликация немесе траскрипция басталатын бөлімдерін, және де осы процестерді реттеп отыратын ДНҚ бөлімдерін жатқызуымызға болады. Хромосомада нуклеин қышқылдарын гибридизациялау әдісі бойынша (in situ) осы фракциясының локализациялануы зерттелді. Ол үшін оқшауланған сателитті ДНҚ - да бактериалдық ферменттердің көмегімен 3Н - уридинмен таңбаланған РНҚ синтезделді. Содан соң хромосомалармен бірге цитологиялық препаратты ДНҚ денатурациясы жүретіндей өңдеуге ұшыратады (жоғары температура, сілтілік орта және т.б.). Содан соң препаратқа таңбаланған 3Н РНҚ енгізіп, ДНҚ мен РНҚ арасындағы гибридизацияны жүзеге асырады. Радиоавтография көмегімен таңбаның басым бөлігі хромосомалардың біріншілік үзбе зонасында жинақталған, олардың центромерлі учаскелерінде жинақталғаны анықталды. Таңба әрі хромосомалардың басқа да бөлімдерінде табылған, бірақ аз түрде. Соңғы 10 жыл ішінде центромерлі ДНҚ зерттеуде үлкен жетістіктерге кол жеткізілді, әсіресе ашытқы жасушалары негізінде. Мысалы, S. cerivisiae - нің центромерлі ДНҚ - сы 110 ж.н. бойынша қайталанатын бөлімдерден тұрады. Ол 2 консервативті участок (I және III) және негіздері AT - жұптарға бай орталық элементтен (II) тұрады. Дрозофила хромосомасының ДНҚ - центромерасының кұрылысы осыған ұқсас келеді. Адамның центромерлі ДНҚ- сы (альфоидты сателитті ДНҚ) 170 ж.н. бойынша мономерлер бірлігінен құралған, димерлер немесе пентамерлер топтарына біріктірілген, өз кезегінде олар 1-6.103 п.н. бойынша үлкен қатарлар түзеді. Осындай ең үлкен бірлік 100- 1000 рет кайталанған. Осындай спецификалық центромерлі ДНҚ-мен ерекше центромерлі ақуыздар комплекс құрады, олар өз кезегінде кинетохора деп аталатын құрылымды түзуге қатысады. Кинетохора-хромосомалардың ұршық микротүтікшелерімен байланыс түзуді, әрі хромосомалардың анафаза кезінде қозғалуын камтамасыз етеді. Жиі қайталанып келетін қатарлары бар ДНҚ көптеген эукариотты организдер хромосомаларының теломерлі аудандарында анықталып табылған (ашытқылардан бастап адамдарға дейін). Мұнда 3-4 гуанин нуклеотидтері кіретін қайталанулар кездеседі. Адам теломерлерінде 500-3000 дейін TTAGGG кайталанулары бар. ДНҚ-ның Бұл аудандары ерекше рөл атқарады: олар хромосоманы шетінен шектеп және бірнеше рет жүрген репликация процесінде оның қысқармауын жүзеге асырады. Соңғы кезде интерфазалық хромосомалар ДНҚ-ның жиі қайталанатын қатарлары спецификалық түрде ядро кабықшасын төсеп жататын ақуыздар - ламиндермен байланысып, созылған деконденсацияланған интерфазалық хромосомаларды үстап тұруға қатысады, яғни интерфазалық ядро көлемінде хромосомалардың локализациялану тәртібін анықтайдығын тапқан. Сателитті ДНҚ мейоз кезінде хромосомалардың гомологиялық аудандарын тануға қатыса алатындығы туралы болжам жасалды. Басқа да ұсыныстар бойынша, жиі қайталанып келетін қатарлары бар участоктар хромосомалық ДНҚ-ның әр түрлі функционалдық бірліктері арасында бөлгіштер (спейсерлер) рөлін аткарады, мысалы репликондар арасында. Шектеулі қайталанып келетін қатарлар (10"-10') фракциясы ДНҚ участоктарының ерекше класына жатады, олар белок синтезін жүзеге асыратын апаратты жасау процесінде маңызды рөл аткаратындығы белгілі болды. Оған ДНҚ рибосомаларының гендері кіреді, олар әр түрлі түрлерде 100- ден 1000-ға дейін қайталануы мүмкін. Осы фракцияға әрі барлық т-РНҚ синтезі үшін бірнеше кайтара қайталанған участоктар кіреді. Сонымен қатар, белгілі бір ақуыздар синтезіне жауапты кейбір структуралық гендер де бірнеше рет қайталануы мүмкін, және бірнеше көшірме түрінде көрсетіледі.Бұл гендер хроматин ақуыздары - гистондар үшін, олар 400-ге дейін қайталанып келеді. Бұдан басқа, Бұл фракцияға әр түрлі қатарлары бар ДНҚ участоктары кіреді (100-400 ж.н. бойынша), олар да бірнеше рет қайталанған, бірақ бүкіл геном бойынша шашыраған. Олардың рөлі әлі де болса толық анық емес. ДНҚ-ның мұндай участоктары түрлі гендердің акцепторлы немесе регуляторлық участоктары болып табылуы мүмкін деген тұжырым айтылған. Сонымен, эукариотты жасушалардың ДНҚ құрамы бойынша гетерогенді, нуклеотидтер қатарларының бір-екі жасушалары кіреді: сателитті ДНҚ фракциясына кіретін және транскрибицияланбайтын жиі қайталанып келетін қатарлар (> 106 рет); нағыз гендердің блоктары болып табылатын шектеулі түрде қайталанатын қатарлар (102-106 ), әрі бүкіл геном бойынша шашыраған қысқа қатарлар фракциясы; жасушаның көптеген ақуыздары үшін информация таситын уникальды қатарлар фракциясы. Бұл тұжырымдардан шығатыны, әр түрлі ағзаларда ДНҚ мөлшеріндегі сол айырмашылықтар енді түсінікті болады: бұл азғалар геномындағы ДНҚ-ның белгілі бір кластарының бірдей емес бөліктерімен байланысты. Мысалы, Amphiuma амфибиясында (оның ДНҚ-лы адамға қарағанда 20 есе үлкен) жиі қайталанатын қатарлар бөлігіне бүкіл ДНҚ-ның 80% дейін, пияздарда - 70% дейін,қызыл балықта- 60 % дейін келеді.Генетикалық ақпараттың нағыз күнын уникальды қатарлар фракциясы көрсету керек. ¥мытпау қажет, хромосоманың нативті, фрагменттелмеген ДНҚ молекуласында, құрамына уникальды, шектеулі және жиі қайталанатын қатарлар кіретін, барлық участоктар ДНҚ-ның бір өте үлкен ковалентті тізбегіне біріктірілген. ДНҚ молекулалары әр түрлі нуклеотидтік қатарларының участоктары бойынша ғана гетерогенді емес, сонымен қатар олардың синтездік белсенділігі негізінде әр түрлі келеді.