कोर, इसकी संरचना और कार्य। क्रोमैटिन। गुणसूत्र। कैरियोटाइप।

सार- जीवित यूकेरियोटिक कोशिकाओं का सबसे महत्वपूर्ण संरचनात्मक घटक।

न्यूक्लियस को पहली बार 1831 में आर ब्राउन द्वारा वर्णित किया गया था। फ्लेमिंग, स्ट्रासबर्गर, चिस्त्यकोव, हेकेल, बरनेत्स्की, नवाशिन, गेरासिमोव, बेलीएव और अन्य (कंकाल की मांसपेशी, यकृत) कोशिकाओं द्वारा नाभिक के आकारिकी और कार्यों की जांच की गई थी। कुछ अति विशिष्ट कोशिकाएं अपने नाभिक (स्तनधारियों के एरिथ्रोसाइट्स और एंजियोस्पर्म में चलनी ट्यूबों की कोशिकाएं) खो देती हैं।

नाभिक एक लोचदार शरीर है, जो परमाणु झिल्ली द्वारा साइटोप्लाज्म से अलग होता है। नाभिक का आकार, एक नियम के रूप में, गोल होता है, लेकिन यह फ़्यूसीफ़ॉर्म, फ़िलीफ़ॉर्म, खंडित (लोबेड), आदि हो सकता है। परमाणु लिफाफे के आक्रमण और प्रोट्रूशियंस नाभिक की सतह को काफी बढ़ाते हैं, जिससे परमाणु के बीच संबंध मजबूत होता है। और साइटोप्लाज्मिक संरचनाएं और पदार्थ। केंद्रक हमेशा कोशिका द्रव्य में स्थित होता है।

भौतिक और रासायनिक गुणों के संदर्भ में, केंद्रक कोशिका द्रव्य के करीब है।

चावल। इंटरपेज़ न्यूक्लियस संगठन की संरचना का आरेख: 1 - छिद्रों के साथ परमाणु झिल्ली (2), 3 - घने क्रोमैटिन; 4 - ढीला क्रोमैटिन; 5 - न्यूक्लियोलस; 6 - इंटरक्रोमैटिन कणिकाओं; 7 - पेरीक्रोमैटिन कणिकाओं; 8 - पेरीक्रोमैटिन तंतु; 9 - कैरियोप्लाज्म।

नाभिक में एक परमाणु लिफाफा, परमाणु रस, न्यूक्लियोलस और क्रोमैटिन होते हैं।

परमाणु म्यान (karyolemma)बहुत पतला (300-500 ए के बारे में); दो झिल्लियों (बाहरी और भीतरी) द्वारा निर्मित, जिनके बीच एक गुहा होती है - पेरिन्यूक्लियर स्पेस... बाहरी परमाणु झिल्ली राइबोसोम से ढकी होती है, आंतरिक झिल्ली चिकनी होती है। परमाणु लिफाफा छिद्रों (200-300 ए ओ के व्यास के साथ गोल छेद) से घिरा हुआ है, जिसके माध्यम से नाभिक और साइटोप्लाज्म के बीच विभिन्न पदार्थों का आदान-प्रदान होता है। इसके अलावा, नाभिक से साइटोप्लाज्म में और साइटोप्लाज्म से नाभिक में पदार्थ नाभिक में प्रवेश करते हैं, परमाणु लिफाफे के बहिर्गमन और प्रोट्रूशियंस को लेस करके। इसके अलावा, छोटे अणु परमाणु लिफाफे के माध्यम से फैल सकते हैं। कुछ बिंदुओं पर, परमाणु झिल्ली सीधे एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम की झिल्ली में गुजरती है, जिसके साथ इसकी भौतिक रासायनिक संरचना समान होती है। नाभिक और साइटोप्लाज्म के बीच सक्रिय चयापचय के बावजूद, परमाणु लिफाफा परमाणु सामग्री को साइटोप्लाज्म से अलग करता है, जिससे आसपास के साइटोप्लाज्म से अलग एक विशेष इंट्रान्यूक्लियर वातावरण का अस्तित्व संभव हो जाता है।

चावल। नाभिक और साइटोप्लाज्म के बीच चयापचय पथ। 1 - परमाणु छिद्रों के माध्यम से चयापचय, 2 - नाभिक में साइटोप्लाज्म का आक्रमण, 3 - परमाणु लिफाफे का आक्रमण, 4 - एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम में परमाणु झिल्ली की उन्नति; 5 - चैनलों के हिस्से को बाहरी इंटरसेलुलर स्पेस में हटाना।

परमाणु रस (कैरियोप्लाज्म, न्यूक्लियोप्लाज्म, कैरियोलिम्फ)एक जेली जैसा घोल है - हाइड्रोफिलिक कोलाइड्स की एक प्रणाली - जिसमें विभिन्न प्रकार के प्रोटीन, न्यूक्लियोटाइड, साथ ही साथ गुणसूत्र और एक न्यूक्लियोलस होता है। रासायनिक संरचना के संदर्भ में, परमाणु रस साइटोप्लाज्मिक मैट्रिक्स के करीब है, लेकिन इसमें न्यूक्लियोटाइड्स की मात्रा काफी अधिक है। परमाणु रस का कार्य परमाणु संरचनाओं का जुड़ाव है।

न्यूक्लियसगठन नाभिक के थोक की तुलना में सघन है, इसका अपना खोल नहीं है, इसमें बड़े दाने होते हैं, आकार और आकार में राइबोसोम के करीब होते हैं। न्यूक्लियोलस मैट्रिक्स में एक तरल स्थिरता होती है। न्यूक्लियोलस द्वितीयक कसना (नाभिक आयोजक) के क्षेत्र में बनता है। न्यूक्लियोलस का कार्य आर-आरएनए को संश्लेषित करना और उन्हें प्रोटीन के साथ संयोजित करना है, अर्थात। राइबोसोम सबयूनिट्स का संयोजन।

क्रोमेटिन- कुछ रंगों (हेमटॉक्सिलिन, सोफ्रेनिन, कारमाइन, आदि) से सना हुआ गांठ, दाने और फिलामेंटस संरचनाएं। रासायनिक दृष्टिकोण से, क्रोमैटिन एक डीऑक्सीराइबोन्यूक्लियोप्रोटीन (डीएनपी, डीएनए और हिस्टोन प्रोटीन का एक जटिल) है। मूल अमीनो एसिड की उच्च सामग्री के कारण हिस्टोन में बुनियादी (क्षारीय) गुण होते हैं। अमीनो एसिड की प्रचलित सामग्री के अनुसार, पांच सबसे महत्वपूर्ण हिस्टोन प्रतिष्ठित हैं:

हिस्टोन एच1 में उच्च लाइसिन सामग्री होती है;

हिस्टोन H2b लाइसिन में H1 से कम होता है;

हिस्टोन H2a में लाइसिन और आर्जिनिन की मात्रा अधिक होती है;

हिस्टोन एच3 में बड़ी मात्रा में आर्जिनिन होता है;

हिस्टोन एच4 आर्जिनिन और ग्लाइसिन से भरपूर होता है।

सभी हिस्टोन अम्लीय माध्यम में आसानी से घुलनशील होते हैं। विभिन्न शक्तियों वाले हिस्टोन प्रोटीन डीएनए से बंधते हैं। इसलिए, उनके पास डीएनए स्ट्रैंड की स्थानिक व्यवस्था को बदलने और ट्रांसक्रिप्शन की प्रक्रिया में डीएनए की भागीदारी को प्रभावित करने की अलग-अलग क्षमताएं हैं। हिस्टोन अणु मुख्य रूप से डीएनए अणु के नकारात्मक चार्ज फॉस्फेट समूहों और क्षारीय गुणों वाले हिस्टोन एमिनो एसिड के सकारात्मक चार्ज समूहों के बीच इलेक्ट्रोस्टैटिक बॉन्ड के माध्यम से डीएनए से जुड़ते हैं। परिणाम एक न्यूक्लियोसोम है। न्यूक्लियोसोम हिस्टोन के साथ डीएनए के एक क्षेत्र का एक परिसर है।यह छोटा है और समय-समय पर डीएनए की पूरी लंबाई के साथ दोहराता है। न्यूक्लियोसोम में 160 से 240 न्यूक्लियोटाइड जोड़े और हिस्टोन H2a, H2b, H3 और H4 के प्रत्येक अंश के 2 अणु होते हैं - उनके हाइड्रोफोबिक क्षेत्रों से जुड़े कुल 8 अणु। न्यूक्लियोसोम का मुख्य खंड 11 एनएम के व्यास और 5.7 एनएम की मोटाई वाला एक सिलेंडर (ऑक्टेमर) है, जिसके चारों ओर डबल हेलिक्स लगभग दो मोड़ बनाता है और अगले सिलेंडर में जाता है। लिपटे डीएनए टुकड़े की लंबाई लगभग 60 एनएम है ।

कोशिका नाभिक का मुख्य घटक क्रोमैटिन, पृथक इंटरफेज़ नाभिक और पृथक माइटोटिक गुणसूत्रों से आसानी से प्राप्त किया जा सकता है। ऐसा करने के लिए, कम आयनिक शक्ति या बस विआयनीकृत पानी के साथ जलीय घोल के साथ निष्कर्षण के दौरान एक भंग अवस्था में जाने के लिए इसकी संपत्ति का उपयोग करें। इस मामले में, क्रोमैटिन क्षेत्र सूज जाते हैं और जेल में बदल जाते हैं। ऐसी दवाओं को वास्तविक समाधान में बदलने के लिए, मजबूत यांत्रिक प्रभावों की आवश्यकता होती है: मिलाते हुए, हलचल, अतिरिक्त समरूपता। यह, निश्चित रूप से, क्रोमेटिन की मूल संरचना के आंशिक विनाश की ओर जाता है, इसे छोटे टुकड़ों में तोड़ देता है, लेकिन व्यावहारिक रूप से इसकी रासायनिक संरचना को नहीं बदलता है।

विभिन्न वस्तुओं से प्राप्त क्रोमैटिन अंशों में घटकों का एक समान समूह होता है। यह पाया गया कि इंटरफेज़ नाभिक और माइटोटिक गुणसूत्रों से क्रोमैटिन की कुल रासायनिक संरचना एक दूसरे से बहुत कम भिन्न होती है। क्रोमैटिन के मुख्य घटक डीएनए और प्रोटीन हैं, जिनमें से थोक हिस्टोन और गैर-हिस्टोन प्रोटीन हैं (तालिका 3 देखें)।

टेबल तीन।क्रोमैटिन की रासायनिक संरचना। डीएनए के संबंध में प्रोटीन और आरएनए की सामग्री दी गई है।

क्रोमेटिन में औसतन लगभग 40% डीएनए द्वारा और लगभग 60% प्रोटीन द्वारा होता है, जिसमें विशिष्ट परमाणु प्रोटीन शामिल हैं हिस्टोन, पृथक क्रोमैटिन बनाने वाले सभी प्रोटीनों का 40 से 80% हिस्सा बनाते हैं। इसके अलावा, क्रोमैटिन अंश में झिल्ली घटक, आरएनए, कार्बोहाइड्रेट, लिपिड, ग्लाइकोप्रोटीन शामिल हैं। इन छोटे घटकों को क्रोमैटिन संरचना में कैसे शामिल किया गया है, इसका सवाल अभी तक हल नहीं हुआ है। उदाहरण के लिए, आरएनए को आरएनए लिखा जा सकता है जिसने अभी तक डीएनए टेम्पलेट के साथ अपना संबंध नहीं खोया है। अन्य छोटे घटक परमाणु लिफाफे के अवक्षेपित टुकड़ों के पदार्थ हो सकते हैं।

संरचनात्मक रूप से, क्रोमैटिन डीऑक्सीराइबोन्यूक्लियोप्रोटीन (डीएनपी) का एक फिलामेंटस जटिल अणु है, जिसमें हिस्टोन से जुड़े डीएनए होते हैं (चित्र 57 देखें)। इसलिए, क्रोमेटिन के लिए एक और नाम ने जड़ें जमा लीं - न्यूक्लियोहिस्टोन... यह डीएनए के साथ हिस्टोन के जुड़ाव के कारण है कि बहुत ही अस्थिर, परिवर्तनशील न्यूक्लिक-हिस्टोन कॉम्प्लेक्स बनते हैं, जहां डीएनए: हिस्टोन अनुपात लगभग एक होता है, अर्थात। वे वजन के हिसाब से समान मात्रा में मौजूद हैं। ये फिलामेंटस डीएनपी फाइब्रिल प्राथमिक क्रोमोसोमल या क्रोमैटिन फिलामेंट्स हैं, जिनकी मोटाई डीएनए पैकिंग की डिग्री के आधार पर 10 से 30 एनएम तक भिन्न हो सकती है। डीएनपी के ये तंतु, बदले में, माइटोटिक गुणसूत्र तक डीएनपी संरचनाकरण के उच्च स्तर के गठन के साथ अतिरिक्त रूप से संकुचित हो सकते हैं। कुछ गैर-हिस्टोन प्रोटीनों की भूमिका क्रोमेटिन संघनन के उच्च स्तर के निर्माण में होती है।

क्रोमैटिन डीएनए

क्रोमैटिन की तैयारी में, डीएनए आमतौर पर 30-40% होता है। यह डीएनए जलीय घोल में शुद्ध पृथक डीएनए की तरह एक डबल-स्ट्रैंडेड पेचदार अणु है। यह कई प्रयोगात्मक डेटा से प्रमाणित है। इसलिए, जब क्रोमेटिन के घोल को गर्म किया जाता है, तो घोल के ऑप्टिकल घनत्व में वृद्धि देखी जाती है, तथाकथित हाइपरक्रोमिक प्रभाव डीएनए स्ट्रैंड्स के बीच इंटरन्यूक्लियोटाइड हाइड्रोजन बॉन्ड के टूटने से जुड़ा होता है, ठीक उसी तरह जब शुद्ध डीएनए गर्म (पिघला हुआ) होता है। .

क्रोमेटिन में डीएनए अणुओं के आकार और लंबाई का सवाल क्रोमोसोम की संरचना को समग्र रूप से समझने के लिए महत्वपूर्ण है। डीएनए अलगाव के मानक तरीकों के साथ, क्रोमैटिन का आणविक भार 7-9 x 10 6 है, जो एस्चेरिचिया कोलाई (2.8 x 10 9) से डीएनए के आणविक भार से काफी कम है। क्रोमेटिन की तैयारी से डीएनए के अपेक्षाकृत कम आणविक भार को क्रोमेटिन अलगाव के दौरान डीएनए को यांत्रिक क्षति द्वारा समझाया जा सकता है। यदि डीएनए को ऐसी परिस्थितियों में पृथक किया जाता है जिसमें कंपन, समरूपीकरण और अन्य प्रभावों को शामिल नहीं किया जाता है, तो कोशिकाओं से बहुत बड़ी लंबाई के डीएनए अणु प्राप्त करना संभव है। यूकेरियोटिक कोशिकाओं के नाभिक और गुणसूत्रों से डीएनए अणुओं की लंबाई का अध्ययन प्रकाश-ऑप्टिकल रेडियोऑटोग्राफी की विधि का उपयोग करके किया जा सकता है, जैसा कि प्रोकैरियोटिक कोशिकाओं पर किया गया था।

यह पाया गया कि गुणसूत्रों की संरचना में, व्यक्तिगत रैखिक (प्रोकैरियोटिक गुणसूत्रों के विपरीत) डीएनए अणुओं की लंबाई सैकड़ों माइक्रोमीटर और यहां तक ​​​​कि कई सेंटीमीटर तक पहुंच सकती है। इस प्रकार, 0.5 मिमी से 2 सेमी तक के डीएनए अणु विभिन्न वस्तुओं से प्राप्त किए गए थे। इन परिणामों से पता चला कि प्रति गुणसूत्र की गणना की गई डीएनए लंबाई और रेडियोऑटोग्राफिक अवलोकन के बीच एक करीबी संयोग है।

यूकेरियोटिक कोशिकाओं के हल्के विश्लेषण के बाद, भौतिक रासायनिक विधियों द्वारा डीएनए के आणविक भार को सीधे निर्धारित करना संभव है। यह दिखाया गया है कि ड्रोसोफिला डीएनए अणु का अधिकतम आणविक भार 41 x 10 9 है, जो लगभग 2 सेमी की लंबाई से मेल खाता है। कुछ यीस्ट में, 1 x 10 8 -10 9 के आणविक भार के साथ एक डीएनए अणु, जिसका आकार लगभग 0.5 मिमी है, गुणसूत्र पर पड़ता है...

इतने लंबे डीएनए एक अणु होते हैं, न कि कई छोटे डीएनए, प्रोटीन बंडलों का उपयोग करके एकल फ़ाइल में सिल दिए जाते हैं, जैसा कि कुछ शोधकर्ताओं का मानना ​​​​था। यह निष्कर्ष तब निकला जब यह पता चला कि प्रोटियोलिटिक एंजाइमों के साथ तैयारी के उपचार के बाद डीएनए अणुओं की लंबाई नहीं बदलती है।

जीवों के जीनोम में कोशिकाओं की परमाणु संरचनाओं में प्रवेश करने वाले डीएनए की कुल मात्रा प्रजातियों से प्रजातियों में भिन्न होती है, हालांकि सूक्ष्मजीवों में प्रति कोशिका डीएनए की मात्रा अकशेरूकीय, उच्च पौधों और जानवरों की तुलना में बहुत कम है। तो, एक माउस में, ई. कोलाई की तुलना में प्रति नाभिक लगभग 600 गुना अधिक डीएनए होता है। यूकेरियोटिक जीवों में प्रति कोशिका डीएनए की मात्रा की तुलना करना, जीव की जटिलता की डिग्री और प्रति नाभिक डीएनए की मात्रा के बीच किसी भी संबंध को समझना मुश्किल है। सन, समुद्री अर्चिन, पर्च (1.4-1.9 पीजी) या फिश चार और बुल (6.4 और 7 पीजी) जैसे विभिन्न जीवों में डीएनए की मात्रा लगभग समान होती है।

बड़े टैक्सोनॉमिक समूहों में डीएनए की मात्रा में महत्वपूर्ण उतार-चढ़ाव होते हैं। उच्च पौधों में, विभिन्न प्रजातियों में डीएनए की मात्रा सैकड़ों गुना भिन्न हो सकती है, जैसे मछली के बीच, उभयचरों में डीएनए की मात्रा दस गुना भिन्न होती है।

कुछ उभयचरों के नाभिक में मानव नाभिक की तुलना में 10-30 गुना अधिक डीएनए होता है, हालांकि किसी व्यक्ति की आनुवंशिक संरचना मेंढ़कों की तुलना में अतुलनीय रूप से अधिक जटिल होती है। नतीजतन, यह माना जा सकता है कि निचले संगठित जीवों में डीएनए की "अतिरिक्त" मात्रा या तो आनुवंशिक भूमिका की पूर्ति से जुड़ी नहीं है, या जीन की संख्या एक या दूसरी बार दोहराई जाती है।

तालिका 4. कुछ वस्तुओं की कोशिकाओं में डीएनए सामग्री (pg, 10 -12 g)

डीएनए पुनर्संयोजन या संकरण प्रतिक्रिया के कैनेटीक्स के अध्ययन के आधार पर इन प्रश्नों को हल करना संभव हो गया। यदि समाधान में खंडित डीएनए अणुओं को थर्मल विकृतीकरण के अधीन किया जाता है, और फिर उस तापमान से कुछ कम तापमान पर ऊष्मायन किया जाता है, जिस पर विकृतीकरण होता है, तो पूरक किस्में के पुनर्मिलन के कारण डीएनए टुकड़ों की मूल डबल-स्ट्रैंडेड संरचना बहाल हो जाती है। वायरस और प्रोकैरियोटिक कोशिकाओं के डीएनए के लिए, यह दिखाया गया था कि इस तरह के पुनर्विकास की दर सीधे जीनोम के आकार पर निर्भर करती है; जीनोम जितना बड़ा होगा, प्रति कण या कोशिका में डीएनए की मात्रा उतनी ही अधिक होगी, पूरक किस्में के यादृच्छिक अभिसरण और न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम में भिन्न डीएनए अंशों की एक बड़ी संख्या के विशिष्ट पुनर्संयोजन के लिए अधिक समय की आवश्यकता होती है (चित्र। 53)। प्रोकैरियोटिक कोशिकाओं के डीएनए पुनर्संयोजन वक्र की प्रकृति प्रोकैरियोटिक जीनोम में दोहराए गए आधार अनुक्रमों की अनुपस्थिति को इंगित करती है; उनके डीएनए के सभी भागों में अद्वितीय अनुक्रम होते हैं, जिनकी संख्या और विविधता वस्तुओं की आनुवंशिक संरचना की जटिलता की डिग्री को दर्शाती है और, परिणामस्वरूप, उनका सामान्य जैविक संगठन।

यूकेरियोटिक जीवों में डीएनए पुनर्संयोजन की एक पूरी तरह से अलग तस्वीर देखी जाती है। यह पता चला कि उनके डीएनए में ऐसे अंश हैं जो उनके जीनोम के आकार के आधार पर अपेक्षा से बहुत अधिक दर पर एनील करते हैं, साथ ही एक डीएनए अंश जो प्रोकैरियोट्स के अद्वितीय डीएनए अनुक्रमों की तरह धीरे-धीरे एनील करता है। हालांकि, यूकेरियोट्स के लिए, इस अंश के पुनर्निर्माण के लिए बहुत अधिक समय की आवश्यकता होती है, जो उनके जीनोम के समग्र बड़े आकार और बड़ी संख्या में विभिन्न अद्वितीय जीनों से जुड़ा होता है।

यूकेरियोटिक डीएनए के उस हिस्से में, जिसे पुनर्विकास की उच्च दर की विशेषता है, दो उप-अंशों को प्रतिष्ठित किया जाता है: 1) उच्च या बार-बार दोहराए जाने वाले अनुक्रमों वाला एक अंश, जहां समान डीएनए क्षेत्रों को 10 6 बार दोहराया जा सकता है; 2) जीनोम में 10 2 -10 3 बार होने वाले मध्यम दोहराव वाले अनुक्रमों का एक अंश। इस प्रकार, चूहों में, बार-बार दोहराए जाने वाले अनुक्रमों वाले डीएनए के अंश में प्रति जीनोम डीएनए की कुल मात्रा का 10% शामिल होता है, और 15% मध्यम रूप से दोहराए गए अनुक्रमों के अंश पर पड़ता है। कुल माउस डीएनए का शेष 75% विभिन्न गैर-दोहराव वाले जीनों की एक बड़ी संख्या के अनुरूप अद्वितीय क्षेत्रों द्वारा दर्शाया गया है।

बार-बार दोहराए जाने वाले अनुक्रमों वाले अंशों में डीएनए के थोक की तुलना में एक अलग उछाल घनत्व हो सकता है, और इसलिए शुद्ध रूप में तथाकथित अंशों के रूप में पृथक किया जा सकता है उपग्रह डीएनए... चूहों में, इस अंश का घनत्व 1.691 ग्राम / एमएल होता है, और डीएनए का थोक 1.700 ग्राम / एमएल होता है। ये घनत्व अंतर न्यूक्लियोटाइड संरचना में अंतर से निर्धारित होते हैं। उदाहरण के लिए, एक माउस में इस अंश में 35% G और C जोड़े होते हैं, और मुख्य डीएनए शिखर में 42%।

जैसा कि यह निकला, उपग्रह डीएनए, या बार-बार दोहराए गए अनुक्रमों के साथ डीएनए का एक अंश, सेल में मुख्य प्रकार के आरएनए के संश्लेषण में शामिल नहीं है, और प्रोटीन संश्लेषण की प्रक्रिया से जुड़ा नहीं है। यह निष्कर्ष इस तथ्य के आधार पर बनाया गया था कि कोई भी प्रकार का सेल आरएनए (टीआरएनए, एमआरएनए, आरआरएनए) उपग्रह डीएनए के साथ संकरण नहीं करता है। नतीजतन, इन डीएनए पर कोई अनुक्रम नहीं हैं जो सेलुलर आरएनए के संश्लेषण के लिए जिम्मेदार हैं, अर्थात। उपग्रह डीएनए आरएनए संश्लेषण के लिए टेम्पलेट नहीं हैं और ट्रांसक्रिप्शन में शामिल नहीं हैं।

एक परिकल्पना है कि अत्यधिक दोहराव वाले अनुक्रम जो सीधे प्रोटीन संश्लेषण में शामिल नहीं होते हैं, उनमें ऐसी जानकारी हो सकती है जो गुणसूत्रों के संरक्षण और कामकाज में महत्वपूर्ण संरचनात्मक भूमिका निभाती है। इनमें इंटरफेज़ न्यूक्लियस बैकबोन (नीचे देखें) के प्रोटीन से जुड़े कई डीएनए क्षेत्र शामिल हैं, प्रतिकृति या प्रतिलेखन की शुरुआत की साइटें, साथ ही डीएनए क्षेत्र जो इन प्रक्रियाओं को नियंत्रित करते हैं।

गुणसूत्रों पर सीधे न्यूक्लिक अम्लों के संकरण की विधि द्वारा ( बगल में) इस गुट के स्थानीयकरण का अध्ययन किया गया। इसके लिए, 3 एच-यूरिडीन-लेबल वाले आरएनए को जीवाणु एंजाइमों का उपयोग करके पृथक उपग्रह डीएनए पर संश्लेषित किया गया था। फिर गुणसूत्रों के साथ साइटोलॉजिकल तैयारी को इस तरह के उपचार के अधीन किया गया जिसमें डीएनए विकृतीकरण होता है (उच्च तापमान, क्षारीय वातावरण, आदि)। उसके बाद, 3 एच-लेबल वाले आरएनए को तैयारी पर रखा गया और डीएनए और आरएनए के बीच संकरण हासिल किया गया। रेडियोऑटोग्राफिक रूप से, यह पाया गया कि अधिकांश लेबल गुणसूत्रों के प्राथमिक संकुचन के क्षेत्र में, उनके सेंट्रोमेरिक क्षेत्रों के क्षेत्र में स्थानीयकृत हैं। लेबल गुणसूत्रों के अन्य भागों में भी पाया गया, लेकिन बहुत कमजोर (चित्र। 54)।

पिछले 10 वर्षों में, के अध्ययन में काफी प्रगति की गई है सेंट्रोमेरिक डीएनएविशेष रूप से खमीर कोशिकाओं में। तो है एस. सेरेविसियासेंट्रोमेरिक डीएनए में 110 बीपी दोहराए जाने वाले खंड होते हैं। इसमें दो संरक्षित क्षेत्र (I और III) और एक केंद्रीय तत्व (II) शामिल हैं जो एटी-बेस जोड़े में समृद्ध हैं। ड्रोसोफिला के गुणसूत्रों में सेंट्रोमियर के डीएनए की समान संरचना होती है। ह्यूमन सेंट्रोमेरिक डीएनए (अल्फॉइड सैटेलाइट डीएनए) में 170 बीपी मोनोमर्स का एक अग्रानुक्रम होता है जो डिमर या पेंटामर्स के समूहों में व्यवस्थित होता है, जो बदले में 1-6 x 10 3 बीपी के बड़े क्रम बनाते हैं। इस सबसे बड़ी इकाई को 100-1000 बार दोहराया जाता है। इस विशिष्ट सेंट्रोमेरिक डीएनए के साथ, विशेष सेंट्रोमेरिक प्रोटीन जटिल होते हैं, जो गठन में भाग लेते हैं कीनेटोचोरा, एक संरचना जो स्पिंडल के सूक्ष्मनलिकाएं के साथ गुणसूत्रों के कनेक्शन को सुनिश्चित करती है और एनाफेज में गुणसूत्रों की गति में (नीचे देखें)।

अत्यधिक दोहराव वाले अनुक्रमों वाला डीएनए भी पाया गया है टेलोमेरिक क्षेत्रकई यूकेरियोटिक जीवों के गुणसूत्र (खमीर से मनुष्यों तक)। यहां, सबसे अधिक बार दोहराव पाए जाते हैं, जिसमें 3-4 ग्वानिन न्यूक्लियोटाइड शामिल होते हैं। मनुष्यों में, टेलोमेरेस में 500-3000 TTAGGG दोहराव होते हैं। डीएनए के ये खंड एक विशेष भूमिका निभाते हैं - गुणसूत्रों को सिरों पर प्रतिबंधित करने और कई प्रतिकृति के दौरान इसे छोटा करने से रोकने के लिए।

हाल ही में, यह पाया गया कि इंटरफेज़ गुणसूत्रों के अत्यधिक दोहराव वाले डीएनए अनुक्रम विशेष रूप से प्रोटीन से बंधे होते हैं - विटामिन, परमाणु लिफाफे में अंतर्निहित होते हैं, और स्ट्रेच्ड डीकॉन्डेंस्ड इंटरफ़ेज़ क्रोमोसोम को एंकरिंग में शामिल करते हैं, जिससे इंटरफ़ेज़ की मात्रा में गुणसूत्रों के स्थानीयकरण का क्रम निर्धारित होता है। केंद्रक

यह सुझाव दिया गया है कि अर्धसूत्रीविभाजन के दौरान उपग्रह डीएनए गुणसूत्रों के समरूप क्षेत्रों की पहचान में भाग ले सकता है। अन्य मान्यताओं के अनुसार, बार-बार दोहराए जाने वाले अनुक्रम वाले क्षेत्र क्रोमोसोमल डीएनए की विभिन्न कार्यात्मक इकाइयों के बीच स्पेसर (स्पेसर्स) की भूमिका निभाते हैं, उदाहरण के लिए, प्रतिकृतियों के बीच (नीचे देखें)।

जैसा कि यह निकला, मध्यम रूप से दोहराए गए अनुक्रमों का अंश (10 2 से 10 5 बार) अनुक्रम डीएनए क्षेत्रों के एक भिन्न वर्ग से संबंधित है जो प्रोटीन संश्लेषण तंत्र बनाने की प्रक्रियाओं में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। इस अंश में राइबोसोमल डीएनए के जीन शामिल हैं, जिन्हें विभिन्न प्रजातियों में 100 से 1000 बार दोहराया जा सकता है। इस अंश में सभी tRNA के संश्लेषण के लिए कई दोहराई गई साइटें शामिल हैं। इसके अलावा, कुछ प्रोटीनों के संश्लेषण के लिए जिम्मेदार कुछ संरचनात्मक जीनों को भी कई बार दोहराया जा सकता है, जिन्हें कई प्रतियों द्वारा दर्शाया जाता है। ये क्रोमेटिन प्रोटीन के लिए जीन हैं - हिस्टोन, जिन्हें 400 बार तक दोहराया जाता है।

इसके अलावा, इस अंश में विभिन्न अनुक्रमों (100-400 न्यूक्लियोटाइड जोड़े) वाले डीएनए क्षेत्र शामिल हैं, जिन्हें कई बार दोहराया गया है, लेकिन पूरे जीनोम में बिखरे हुए हैं। उनकी भूमिका अभी पूरी तरह से समझ में नहीं आई है। यह सुझाव दिया गया है कि ऐसे डीएनए क्षेत्र विभिन्न जीनों के स्वीकर्ता या नियामक क्षेत्रों का प्रतिनिधित्व कर सकते हैं।

तो, यूकेरियोटिक कोशिकाओं का डीएनए संरचना में विषम है, इसमें न्यूक्लियोटाइड अनुक्रमों के कई वर्ग होते हैं: अक्सर दोहराए गए अनुक्रम (> 10 6 बार) उपग्रह डीएनए अंश में शामिल होते हैं और लिखित नहीं होते हैं; मध्यम दोहराव वाले अनुक्रमों का अंश (10 2 -10 5) सच्चे जीन के ब्लॉक का प्रतिनिधित्व करता है, साथ ही पूरे जीनोम में बिखरे हुए छोटे अनुक्रम; कोशिका में अधिकांश प्रोटीनों के लिए जानकारी ले जाने वाले अद्वितीय अनुक्रमों का अंश।

इन अवधारणाओं के आधार पर, विभिन्न जीवों में देखे जाने वाले डीएनए की मात्रा में अंतर समझ में आता है: वे जीवों के जीनोम में डीएनए के कुछ वर्गों के असमान अनुपात से जुड़े हो सकते हैं। तो, उदाहरण के लिए, एक उभयचर में उभयचर(जिसमें मनुष्यों की तुलना में 20 गुना अधिक डीएनए होता है), दोहराए जाने वाले अनुक्रम सभी डीएनए का 80% तक, प्याज में - 70 तक, सामन में - 60% तक, आदि के लिए खाते हैं। आनुवंशिक जानकारी की सच्ची समृद्धि अद्वितीय अनुक्रमों के एक अंश द्वारा परिलक्षित होनी चाहिए। यह नहीं भूलना चाहिए कि गुणसूत्र के मूल, अखंडित डीएनए अणु में, अद्वितीय, मध्यम और बार-बार दोहराए जाने वाले अनुक्रमों सहित सभी क्षेत्रों को एक विशाल सहसंयोजक डीएनए स्ट्रैंड में जोड़ा जाता है।

डीएनए अणु न केवल विभिन्न न्यूक्लियोटाइड अनुक्रमों के क्षेत्रों में विषम हैं, बल्कि उनकी सिंथेटिक गतिविधि के मामले में भी भिन्न हैं।

यूकेरियोटिक डीएनए की प्रतिकृति

जीवाणु गुणसूत्र एक संरचनात्मक इकाई के रूप में प्रतिकृति के एक प्रारंभिक बिंदु और समाप्ति के एक बिंदु के साथ प्रतिकृति करता है। इस प्रकार, जीवाणु चक्रीय डीएनए एक है प्रतिकृति... प्रारंभिक बिंदु से, प्रतिकृति दो विपरीत दिशाओं में आगे बढ़ती है, ताकि जैसे ही डीएनए संश्लेषित होता है, एक तथाकथित प्रतिकृति आंख बनती है, जो प्रतिकृति कांटे द्वारा दोनों तरफ सीमित होती है, जो वायरल और जीवाणु प्रतिकृति गुणसूत्रों के इलेक्ट्रॉन सूक्ष्म अध्ययन के दौरान स्पष्ट रूप से दिखाई देती है। .

यूकेरियोटिक कोशिकाओं में, एक अलग प्रकृति का प्रतिकृति संगठन मल्टीरेप्लिकॉन है। जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, जब 3 एचटी स्पंदित होता है, तो लगभग सभी माइटोटिक गुणसूत्रों में एक बहु लेबल दिखाई देता है। इसका मतलब यह है कि एक ही समय में इंटरफेज़ गुणसूत्र पर कई प्रतिकृति साइट और कई स्वायत्त प्रतिकृति उत्पत्ति होती है। पृथक डीएनए (चित्र 55) के लेबल किए गए अणुओं की रेडियोऑटोग्राफी का उपयोग करके इस घटना का अधिक विस्तार से अध्ययन किया गया था। यदि कोशिकाओं को 3 एनटी के साथ स्पंदित किया गया था, तो पृथक डीएनए के ऑटोग्राफ पर प्रकाश माइक्रोस्कोप में, आप के क्षेत्रों को देख सकते हैं धराशायी लाइनों के रूप में चांदी को कम किया। ये डीएनए के छोटे टुकड़े हैं जिन्हें दोहराने का समय था, और उनके बीच गैर-प्रतिकृति डीएनए के खंड हैं जो रेडियो ऑटोग्राफ नहीं छोड़ते हैं और इसलिए अदृश्य रहते हैं। जैसे-जैसे सेल के साथ 3 NT के संपर्क का समय बढ़ता है, ऐसे खंडों का आकार बढ़ता है, और उनके बीच की दूरी कम होती जाती है। इन प्रयोगों से यूकेरियोटिक जीवों में डीएनए प्रतिकृति की दर की सटीक गणना की जा सकती है। प्रतिकृति फोर्क की गति की गति 1-3 kb पाई गई। स्तनधारियों में प्रति मिनट, लगभग 1 kbp। कुछ पौधों में प्रति मिनट, जो बैक्टीरिया में डीएनए प्रतिकृति की दर (50 kb प्रति मिनट) से बहुत कम है। उन्हीं प्रयोगों में, यूकेरियोटिक गुणसूत्रों के डीएनए की पॉलीरेप्लिकॉन संरचना सीधे साबित हुई: गुणसूत्र डीएनए की लंबाई के साथ, इसके साथ कई स्वतंत्र प्रतिकृति साइट - प्रतिकृतियां हैं। आसन्न टैगिंग प्रतिकृतियों के मध्य बिंदुओं के बीच की दूरी से, अर्थात। दो आसन्न प्रतिकृति प्रारंभिक बिंदुओं के बीच की दूरी से, आप अलग-अलग प्रतिकृतियों के आकार का पता लगा सकते हैं। औसतन, उच्च जानवरों की प्रतिकृति का आकार लगभग 30 µm या 100 kbp है। नतीजतन, स्तनधारी अगुणित सेट में 20,000-30,000 प्रतिकृतियां होनी चाहिए। निचले यूकेरियोट्स में, प्रतिकृति का आकार छोटा होता है, लगभग 40 केबीपी। तो ड्रोसोफिला में प्रति जीनोम 3500 प्रतिकृतियां हैं, और खमीर में - 400। जैसा कि उल्लेख किया गया है, एक प्रतिकृति में डीएनए संश्लेषण दो विपरीत दिशाओं में जाता है। यह रेडियोऑटोग्राफिक रूप से आसानी से सिद्ध हो जाता है: यदि कोशिकाओं को, पल्स लेबल के बाद, 3 NT के बिना किसी माध्यम में कुछ समय के लिए डीएनए को संश्लेषित करना जारी रखने की अनुमति दी जाती है, तो डीएनए में इसका समावेश कम हो जाएगा, लेबल पतला हो जाएगा, जैसा कि यह था , और रेडियोऑटोग्राफ पर दोनों तरफ एक सममित प्रतिकृति क्षेत्र देखना संभव होगा, कम चांदी के अनाज की मात्रा में कमी।

जब वे पड़ोसी प्रतिकृतियों के कांटे का सामना करते हैं (पड़ोसी प्रतिकृतियों के लिए सामान्य टर्मिनल बिंदु पर) प्रतिकृति में समाप्त होने वाले छोर या कांटे हिलना बंद कर देते हैं। इस बिंदु पर, पड़ोसी प्रतिकृतियों के प्रतिकृति वर्गों को दो नए संश्लेषित डीएनए अणुओं की एकल सहसंयोजक श्रृंखला में जोड़ा जाता है। प्रतिकृतियों में डीएनए गुणसूत्रों का कार्यात्मक उपखंड डीएनए के संरचनात्मक उपखंड के साथ डोमेन या लूप में मेल खाता है, जिसके आधार, जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, प्रोटीन बांड द्वारा एक साथ रखा जाता है।

इस प्रकार, एक अलग गुणसूत्र पर सभी डीएनए संश्लेषण कई अलग-अलग प्रतिकृतियों पर स्वतंत्र संश्लेषण के माध्यम से आगे बढ़ते हैं, इसके बाद आसन्न डीएनए खंडों के सिरों में शामिल हो जाते हैं। बैक्टीरिया और यूकेरियोट्स में डीएनए संश्लेषण की तुलना करने पर इस संपत्ति का जैविक अर्थ स्पष्ट हो जाता है। तो 1600 माइक्रोन की लंबाई वाला एक जीवाणु मोनोरेप्लिकॉन गुणसूत्र लगभग आधे घंटे की दर से संश्लेषित होता है। यदि एक स्तनधारी गुणसूत्र के एक सेंटीमीटर डीएनए अणु को भी एक मोनोरेप्लिकॉन संरचना के रूप में दोहराया जाता है, तो इसमें लगभग एक सप्ताह (6 दिन) लगेंगे। लेकिन अगर ऐसे गुणसूत्र में कई सौ प्रतिकृतियां हों, तो इसकी पूरी प्रतिकृति के लिए केवल एक घंटे का समय लगेगा। वास्तव में, स्तनधारियों में डीएनए प्रतिकृति समय 6-8 घंटे है। यह इस तथ्य के कारण है कि एक ही समय में एक व्यक्तिगत गुणसूत्र के सभी प्रतिकृतियां चालू नहीं होती हैं।

कुछ मामलों में, सभी प्रतिकृतियों की एक साथ सक्रियता या प्रतिकृति की उत्पत्ति के अतिरिक्त बिंदुओं की उपस्थिति देखी जाती है, जिससे कम से कम समय में सभी गुणसूत्रों के संश्लेषण को पूरा करना संभव हो जाता है। यह घटना कुछ जानवरों में भ्रूणजनन के प्रारंभिक चरण में होती है। यह ज्ञात है कि पंजे वाले मेंढकों के अंडे को कुचलने पर ज़ेनोपस लाविसडीएनए संश्लेषण में केवल 20 मिनट लगते हैं, जबकि दैहिक कोशिका संवर्धन में इस प्रक्रिया में लगभग एक दिन लगता है। ड्रोसोफिला में एक समान तस्वीर देखी गई है: प्रारंभिक भ्रूण अवस्था में, नाभिक में संपूर्ण डीएनए संश्लेषण में 3.5 मिनट लगते हैं, और ऊतक संस्कृति कोशिकाओं में - 600 मिनट। इसी समय, संस्कृति कोशिकाओं में प्रतिकृति का आकार भ्रूण की तुलना में लगभग 5 गुना अधिक निकला।

एक व्यक्तिगत गुणसूत्र की लंबाई के साथ डीएनए संश्लेषण असमान होता है। यह पाया गया कि एक व्यक्तिगत गुणसूत्र में, सक्रिय प्रतिकृतियां समूहों, प्रतिकृति इकाइयों में एकत्र की जाती हैं, जिनमें 20-80 प्रतिकृति मूल शामिल हैं। इसके बाद डीएनए रेडियो ऑटोग्राफ का विश्लेषण किया गया, जहां वास्तव में प्रतिकृति खंडों का ऐसा इंटरलॉकिंग देखा गया था। डीएनए में थाइमिडीन एनालॉग 5'-ब्रोमोडॉक्सीयूरिडीन (BrdU) को शामिल करने के साथ प्रयोग प्रतिकृतियों या प्रतिकृति इकाइयों के ब्लॉक या समूहों के अस्तित्व के विचार के लिए एक और आधार थे। इंटरफेज़ क्रोमैटिन में BrdU का समावेश इस तथ्य की ओर जाता है कि, समसूत्रण के दौरान, BrdU वाले क्षेत्र उन क्षेत्रों की तुलना में कुछ हद तक (अपर्याप्त संघनन) संघनित होते हैं जहां थाइमिडीन को शामिल किया गया था। इसलिए, माइटोटिक गुणसूत्रों के वे हिस्से जिनमें BrdU शामिल है, विभेदक धुंधलापन के साथ कमजोर रूप से दागदार होंगे। यह सिंक्रनाइज़ सेल संस्कृतियों का उपयोग करके BrdU निगमन के अनुक्रम को निर्धारित करना संभव बनाता है, अर्थात। एक गुणसूत्र की लंबाई के साथ डीएनए संश्लेषण अनुक्रम लिया गया। यह पता चला कि अग्रदूत गुणसूत्र के बड़े वर्गों में शामिल है। एस-अवधि के दौरान विभिन्न वर्गों का समावेश सख्ती से क्रमिक रूप से होता है। प्रत्येक गुणसूत्र को इसकी लंबाई के साथ प्रतिकृति के क्रम की उच्च स्थिरता की विशेषता होती है, इसकी प्रतिकृति का अपना विशिष्ट पैटर्न होता है।

प्रतिकृति इकाइयों में संयुक्त प्रतिकृति क्लस्टर परमाणु मैट्रिक्स प्रोटीन (नीचे देखें) से जुड़े होते हैं, जो प्रतिकृति एंजाइमों के साथ मिलकर तथाकथित बनाते हैं। क्लस्टरोसोम इंटरफेज़ न्यूक्लियस में ज़ोन होते हैं जिसमें डीएनए संश्लेषण होता है।

जिस क्रम में प्रतिकृति इकाइयाँ सक्रिय होती हैं, वह संभवतः इन क्षेत्रों में क्रोमैटिन संरचना द्वारा निर्धारित की जा सकती है। इसलिए, उदाहरण के लिए, संवैधानिक हेटरोक्रोमैटिन (सेंट्रोमियर के पास) के क्षेत्र आमतौर पर एस-अवधि के अंत में दोहराए जाते हैं, और एस-अवधि के अंत में वैकल्पिक हेटरोक्रोमैटिन का एक हिस्सा भी दोगुना हो जाता है (उदाहरण के लिए, एक्स - मादा स्तनधारियों के गुणसूत्र)। विशेष रूप से स्पष्ट रूप से समय में, गुणसूत्र क्षेत्रों की प्रतिकृति का क्रम विभेदक गुणसूत्र रंग के पैटर्न के साथ संबंध रखता है: आर-खंड प्रारंभिक प्रतिकृति हैं, जी-खंड देर से प्रतिकृति के साथ गुणसूत्र क्षेत्रों के अनुरूप हैं। सी-सेगमेंट (सेंट्रोमियर) सबसे हालिया प्रतिकृति साइट हैं।

चूंकि अलग-अलग गुणसूत्रों में अलग-अलग दाग वाले खंडों के आकार और संख्या अलग-अलग होती है, इसलिए यह समग्र रूप से विभिन्न गुणसूत्रों की प्रतिकृति के अतुल्यकालिक शुरुआत और अंत की एक तस्वीर बनाता है। किसी भी मामले में, एक सेट में व्यक्तिगत गुणसूत्रों की प्रतिकृति की शुरुआत और अंत का क्रम यादृच्छिक नहीं है। सेट में अन्य गुणसूत्रों के सापेक्ष गुणसूत्रों के प्रजनन का एक सख्त क्रम होता है।

व्यक्तिगत गुणसूत्रों की प्रतिकृति की प्रक्रिया की अवधि सीधे उनके आकार पर निर्भर नहीं करती है। समूह ए (1-3) के व्यक्ति के बड़े गुणसूत्र पूरे एस-अवधि के दौरान लेबल किए जाते हैं, साथ ही समूह बी (4-5) के छोटे गुणसूत्र भी होते हैं।

इस प्रकार, यूकेरियोटिक जीनोम में डीएनए संश्लेषण एस अवधि की शुरुआत में नाभिक के सभी गुणसूत्रों पर लगभग एक साथ शुरू होता है। लेकिन एक ही समय में, गुणसूत्रों के अलग-अलग हिस्सों और अलग-अलग गुणसूत्रों में अलग-अलग प्रतिकृतियों का अनुक्रमिक और अतुल्यकालिक समावेश होता है। जीनोम के इस या उस हिस्से की प्रतिकृति का क्रम सख्ती से आनुवंशिक रूप से निर्धारित होता है। यह अंतिम कथन न केवल एस-अवधि के विभिन्न खंडों में लेबल को शामिल करने की तस्वीर से साबित होता है, बल्कि इस तथ्य से भी कि संवेदनशीलता में चोटियों की एस-अवधि के दौरान उपस्थिति का एक सख्त क्रम है। उत्परिवर्तजन के लिए कुछ जीन।

क्रोमेटिनपदार्थों का एक जटिल मिश्रण है जिससे यूकेरियोटिक गुणसूत्र बनते हैं। क्रोमैटिन के मुख्य घटक डीएनए और क्रोमोसोमल प्रोटीन हैं, जिसमें हिस्टोन और गैर-हिस्टोन प्रोटीन शामिल हैं, जो अंतरिक्ष में उच्च क्रम वाली संरचनाएं बनाते हैं। क्रोमेटिन में डीएनए और प्रोटीन का अनुपात ~ 1:1 है, और क्रोमेटिन प्रोटीन के थोक को हिस्टोन द्वारा दर्शाया जाता है। 1880 में डब्ल्यू फ्लेमिंग द्वारा विशेष रंगों से सना हुआ इंट्रान्यूक्लियर संरचनाओं का वर्णन करने के लिए "एक्स" शब्द पेश किया गया था।

क्रोमेटिन- कोशिका नाभिक का मुख्य घटक; पृथक इंटरफेज़ नाभिक और पृथक माइटोटिक गुणसूत्रों से प्राप्त करना काफी आसान है। ऐसा करने के लिए, कम आयनिक शक्ति या बस विआयनीकृत पानी के साथ जलीय घोल के साथ निष्कर्षण के दौरान एक भंग अवस्था में जाने के लिए इसकी संपत्ति का उपयोग करें।

विभिन्न वस्तुओं से प्राप्त क्रोमैटिन अंशों में घटकों का एक समान समूह होता है। यह पाया गया कि इंटरफेज़ नाभिक से क्रोमैटिन की कुल रासायनिक संरचना क्रोमेटिन से माइटोटिक गुणसूत्रों से बहुत कम भिन्न होती है। क्रोमैटिन के मुख्य घटक डीएनए और प्रोटीन हैं, जिनमें से थोक हिस्टोन और गैर-हिस्टोन प्रोटीन हैं।

स्लाइड 3.क्रोमैटिन दो प्रकार के होते हैं: हेटरोक्रोमैटिन और यूक्रोमैटिन। पहला इंटरफेज़ के दौरान संघनित गुणसूत्रों के क्षेत्रों के प्रति प्रतिक्रिया करता है; यह कार्यात्मक रूप से निष्क्रिय है। यह क्रोमैटिन अच्छी तरह से दाग देता है, इसे हिस्टोलॉजिकल नमूने पर देखा जा सकता है। हेटेरोक्रोमैटिन को संरचनात्मक में विभाजित किया गया है (ये गुणसूत्रों के वर्ग हैं जो लगातार संघनित होते हैं) और वैकल्पिक (यह डीकंडेनसेट और यूक्रोमैटिन में बदल सकता है)। यूक्रोमैटिन इंटरफेज़ में विघटित गुणसूत्र क्षेत्रों से मेल खाती है। यह एक कार्यशील, कार्यात्मक रूप से सक्रिय क्रोमैटिन है। यह दाग नहीं करता है, यह हिस्टोलॉजिकल नमूने पर दिखाई नहीं देता है। समसूत्रण के दौरान, सभी यूक्रोमैटिन संघनित हो जाते हैं और गुणसूत्रों में शामिल हो जाते हैं।

औसतन, लगभग 40% क्रोमैटिन का डीएनए द्वारा और लगभग 60% प्रोटीन द्वारा होता है, जिनमें से विशिष्ट परमाणु प्रोटीन-हिस्टोन सभी प्रोटीनों का 40 से 80% हिस्सा बनाते हैं जो पृथक क्रोमैटिन बनाते हैं। इसके अलावा, क्रोमैटिन अंशों में झिल्ली घटक, आरएनए, कार्बोहाइड्रेट, लिपिड, ग्लाइकोप्रोटीन शामिल हैं। इन छोटे घटकों को क्रोमैटिन संरचना में कैसे शामिल किया गया है, इसका सवाल अभी तक हल नहीं हुआ है। इस प्रकार, आरएनए को आरएनए लिखा जा सकता है जिसने अभी तक डीएनए टेम्पलेट के साथ अपना संबंध नहीं खोया है। अन्य छोटे घटक परमाणु लिफाफे के अवक्षेपित टुकड़ों के पदार्थों का उल्लेख कर सकते हैं।

प्रोटीन हर जीवित जीव में पाए जाने वाले जैविक पॉलिमर का एक वर्ग है। प्रोटीन की भागीदारी के साथ, शरीर की महत्वपूर्ण गतिविधि सुनिश्चित करने वाली मुख्य प्रक्रियाएं होती हैं: श्वसन, पाचन, मांसपेशियों में संकुचन, तंत्रिका आवेगों का संचरण।

प्रोटीन पॉलिमर हैं, और अमीनो एसिड उनकी मोनोमेरिक इकाइयाँ हैं।

अमीनो अम्ल - ये ऐसे कार्बनिक यौगिक हैं जिनमें (नाम के अनुसार) अमीनो समूह NH2 और कार्बनिक अम्ल होते हैं, अर्थात। कार्बोक्सिल, COOH समूह।

एक प्रोटीन अणु अमीनो एसिड के अनुक्रमिक कनेक्शन के परिणामस्वरूप बनता है, जबकि एक एसिड का कार्बोक्सिल समूह पड़ोसी अणु के अमीनो समूह के साथ बातचीत करता है, परिणामस्वरूप, एक पेप्टाइड बॉन्ड - CO-NH- बनता है और एक पानी बनता है। अणु मुक्त हो जाता है। स्लाइड 9

प्रोटीन के अणुओं में 50 से 1500 अमीनो एसिड अवशेष होते हैं। एक प्रोटीन की विशिष्टता अमीनो एसिड के सेट द्वारा निर्धारित की जाती है जो बहुलक श्रृंखला बनाते हैं और, कम महत्वपूर्ण नहीं, श्रृंखला के साथ उनके प्रत्यावर्तन के क्रम से। उदाहरण के लिए, एक इंसुलिन अणु में 51 अमीनो एसिड अवशेष होते हैं।

हिस्टोन की रासायनिक संरचना। भौतिक गुणों की विशेषताएं और डीएनए के साथ बातचीत

हिस्टोन- सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए अमीनो एसिड (लाइसिन और आर्जिनिन) के बहुत बड़े अनुपात के साथ अपेक्षाकृत छोटे प्रोटीन; धनात्मक आवेश हिस्टोन को डीएनए (जो अत्यधिक ऋणात्मक रूप से आवेशित होता है) से कसकर बाँधने में मदद करता है, चाहे उसका न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम कुछ भी हो। यूकेरियोटिक कोशिकाओं के परमाणु डीएनए के साथ प्रोटीन के दोनों वर्गों के परिसर को क्रोमैटिन कहा जाता है। हिस्टोन यूकेरियोट्स की एक अनूठी विशेषता है और प्रति कोशिका भारी मात्रा में मौजूद होते हैं (प्रति कोशिका प्रत्येक प्रकार के लगभग 60 मिलियन अणु)। हिस्टोन के प्रकार दो मुख्य समूहों में आते हैं - न्यूक्लियोसोमल हिस्टोन और एच 1 हिस्टोन, उच्च संरक्षित मूल प्रोटीन का एक परिवार बनाते हैं, जिसमें पांच बड़े वर्ग - एच 1 और एच 2 ए, एच 2 बी, एच 3 और एच 4 शामिल हैं। हिस्टोन H1 बड़े होते हैं (लगभग 220 अमीनो एसिड) और विकास के दौरान कम रूढ़िवादी पाए गए हैं। हिस्टोन पॉलीपेप्टाइड श्रृंखलाओं का आकार 220 (H1) से लेकर 102 (H4) अमीनो एसिड अवशेषों तक होता है। हिस्टोन H1 Lys अवशेषों में अत्यधिक समृद्ध है, हिस्टोन H2A और H2B को Lys की एक मध्यम सामग्री की विशेषता है, और हिस्टोन H3 और H4 की पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला Arg में समृद्ध हैं। हिस्टोन के प्रत्येक वर्ग के भीतर (H4 के अपवाद के साथ), इन प्रोटीनों के कई उपप्रकारों को अमीनो एसिड अनुक्रमों के आधार पर प्रतिष्ठित किया जाता है। यह बहुलता विशेष रूप से स्तनधारी H1 हिस्टोन की विशेषता है। इस मामले में, सात उपप्रकार प्रतिष्ठित हैं, जिन्हें H1.1-H1.5, H1o और H1t नाम दिया गया है। हिस्टोन H3 और H4 सबसे अधिक संरक्षित प्रोटीनों में से हैं। यह विकासवादी रूढ़िवाद बताता है कि इन हिस्टोन के कार्य के लिए उनके लगभग सभी अमीनो एसिड महत्वपूर्ण हैं। इन हिस्टोन के एन-टर्मिनल भाग को अलग-अलग लाइसिन अवशेषों के एसिटिलीकरण के कारण सेल में विपरीत रूप से संशोधित किया जा सकता है, जो लाइसिन के सकारात्मक चार्ज को हटा देता है।

नाभिक हिस्टोन पूंछ का क्षेत्र है।

एक लड़ी में मनके

बातचीत की छोटी रेंज

लिंकर हिस्टोन

30nm . पर फाइबर

क्रोमोनिमा फाइबर

लंबी दूरी के फाइबर इंटरैक्शन

न्यूक्लियोसोम क्रोमैटिन हिस्टोन

डीएनए जमावट में हिस्टोन की भूमिका निम्नलिखित कारणों से महत्वपूर्ण है:

• 1) यदि गुणसूत्रों में केवल फैला हुआ डीएनए होता है, तो यह कल्पना करना मुश्किल है कि वे कैसे दोहरा सकते हैं और बिना उलझे या तोड़े बेटी कोशिकाओं में विभाजित हो सकते हैं।
• 2) एक विस्तारित अवस्था में, प्रत्येक मानव गुणसूत्र के डीएनए का दोहरा हेलिक्स हजारों बार कोशिका के केंद्रक को पार करेगा; इस प्रकार, हिस्टोन एक बहुत लंबे डीएनए अणु को व्यवस्थित रूप से एक नाभिक में कई माइक्रोमीटर व्यास में पैक करते हैं;
• 3) सभी डीएनए एक ही तरह से फोल्ड नहीं होते हैं, और जिस तरह से जीनोम क्षेत्र को क्रोमैटिन में पैक किया जाता है, वह शायद इस क्षेत्र में निहित जीन की गतिविधि को प्रभावित करता है।

क्रोमैटिन में, डीएनए एक न्यूक्लियोसोम से दूसरे तक एक सतत डबल स्ट्रैंडेड स्ट्रैंड की तरह फैलता है। प्रत्येक न्यूक्लियोसोम को लिंकर डीएनए के एक भाग द्वारा अगले से अलग किया जाता है, जो 0 से 80 बीपी के आकार में भिन्न होता है। औसतन, दोहराए जाने वाले न्यूक्लियोसोम में लगभग 200 बीपी का न्यूक्लियोटाइड गैप होता है। इलेक्ट्रॉन माइक्रोग्राफ पर, घाव डीएनए और लिंकर डीएनए के साथ हिस्टोन ऑक्टेमर का यह विकल्प क्रोमैटिन को "एक स्ट्रिंग पर मोती" (एक उच्च क्रम के पैकेजिंग को खोलने के प्रसंस्करण के बाद) की उपस्थिति देता है।

मेथिलिकरणचूंकि हिस्टोन का सहसंयोजक संशोधन किसी भी अन्य की तुलना में अधिक जटिल है, क्योंकि यह लाइसिन और आर्जिनिन दोनों में हो सकता है। इसके अलावा, समूह 1 में किसी भी अन्य संशोधन के विपरीत, हिस्टोन (तालिका 10.1) में अवशेषों की स्थिति के आधार पर, ट्रांसक्रिप्शनल अभिव्यक्ति के संबंध में मिथाइलेशन के परिणाम सकारात्मक और नकारात्मक दोनों हो सकते हैं। जटिलता का एक और स्तर इस तथ्य से जुड़ा है कि प्रत्येक अवशेष के लिए कई मिथाइलेटेड राज्य हो सकते हैं। लाइसिन मोनो - (me1), di - (me2), या तीन - (me3) मिथाइलेटेड हो सकते हैं, जबकि आर्गिनिन मोनो - (me1) या di - (me2) मिथाइलेटेड हो सकते हैं।

फास्फारिलीकरण- सबसे अच्छा ज्ञात आरटीएम, क्योंकि यह लंबे समय से समझा गया है कि किनेसेस कोशिका की सतह से साइटोप्लाज्म और न्यूक्लियस में सिग्नल ट्रांसमिशन को नियंत्रित करते हैं, जिससे जीन अभिव्यक्ति में परिवर्तन होता है। फॉस्फोराइलेटेड होने के लिए खोजे जाने वाले पहले प्रोटीन में हिस्टोन थे। 1991 तक, यह पता चला था कि जब कोशिकाओं को बढ़ने के लिए प्रेरित किया गया था, तथाकथित "तत्काल-प्रारंभिक" जीन प्रेरित थे, और वे ट्रांसक्रिप्शनल रूप से सक्रिय हो गए और कोशिका चक्र को प्रोत्साहित करने के लिए कार्य किया। यह बढ़ी हुई जीन अभिव्यक्ति हिस्टोन H3 फॉस्फोराइलेशन (महादेवन एट अल।, 1991) के साथ संबंधित है। हिस्टोन H3 (H3S10) के सेरीन 10 अवशेष, यीस्ट से मनुष्यों में ट्रांसक्रिप्शन के लिए एक महत्वपूर्ण फॉस्फोराइलेशन साइट साबित हुए हैं और ड्रोसोफिला (नोवाक और कॉर्सेस, 2004) में विशेष रूप से महत्वपूर्ण प्रतीत होते हैं।

सर्वव्यापकताएक प्रोटीन के लिए ubiquitin अणुओं की एक "श्रृंखला" संलग्न करने की प्रक्रिया (Ubiquitin देखें)। जब ubiquitin होता है, ubiquitin का C-टर्मिनस सब्सट्रेट में पार्श्व लाइसिन अवशेषों के साथ जुड़ जाता है। पॉलीबीकिटिन श्रृंखला को कड़ाई से परिभाषित क्षण पर लटका दिया जाता है और यह संकेत देता है कि यह प्रोटीन गिरावट के अधीन है।

प्रतिलेखन के सक्रियण पर क्रोमैटिन संरचना को संशोधित करने में हिस्टोन का एसिटिलीकरण एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, जिससे ट्रांसक्रिप्शनल तंत्र के लिए क्रोमैटिन की उपलब्धता बढ़ जाती है। ऐसा माना जाता है कि एसिटिलेटेड हिस्टोन डीएनए से कम कसकर बंधे होते हैं और इसलिए ट्रांसक्रिप्शनल मशीन के लिए क्रोमेटिन पैकिंग प्रतिरोध को दूर करना आसान होता है। विशेष रूप से, एसिटिलीकरण डीएनए पर उनके मान्यता तत्वों के लिए प्रतिलेखन कारकों की पहुंच और बंधन की सुविधा प्रदान कर सकता है। एंजाइमों की अब पहचान की गई है जो हिस्टोन के एसिटिलीकरण और डीसेटाइलेशन की प्रक्रिया को अंजाम देते हैं, और, शायद, हम जल्द ही इस बारे में अधिक जानेंगे कि यह ट्रांसक्रिप्शन की सक्रियता से कैसे जुड़ा है।

यह ज्ञात है कि एसिटिलेटेड हिस्टोन ट्रांसक्रिप्शनल रूप से सक्रिय क्रोमैटिन का संकेत हैं।

हिस्टोन सबसे अच्छा जैव रासायनिक रूप से अध्ययन किया गया प्रोटीन है।

न्यूक्लियोसोम का संगठन

न्यूक्लियोसोम क्रोमेटिन पैकेजिंग की मूल इकाई है। इसमें आठ न्यूक्लियोसोमल हिस्टोन (हिस्टोन ऑक्टेमर) के एक विशिष्ट परिसर के चारों ओर लिपटे डीएनए का एक डबल हेलिक्स होता है। न्यूक्लियोसोम एक डिस्क के आकार का कण है जिसका व्यास लगभग 11 एनएम है, जिसमें प्रत्येक न्यूक्लियोसोमल हिस्टोन (H2A, H2B, HZ, H4) की दो प्रतियां होती हैं। हिस्टोन ऑक्टेमर एक प्रोटीन कोर बनाता है जिसके चारों ओर डबल-स्ट्रैंडेड डीएनए दो बार लपेटा जाता है (प्रति हिस्टोन ऑक्टेमर डीएनए का 146 बीपी)।

न्यूक्लियोसोम जो तंतु बनाते हैं, कमोबेश समान रूप से डीएनए अणु के साथ एक दूसरे से 10-20 एनएम की दूरी पर स्थित होते हैं।

न्यूक्लियोसोम की संरचना पर डेटा न्यूक्लियोसोम क्रिस्टल के निम्न और उच्च-रिज़ॉल्यूशन एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण, इंटरमॉलिक्युलर प्रोटीन-डीएनए क्रॉस-लिंक, और न्यूक्लियोसोम में डीएनए क्लेवाज का उपयोग करके न्यूक्लियस या हाइड्रॉक्सिल रेडिकल का उपयोग करके प्राप्त किया गया था। ए. क्लुग ने न्यूक्लियोसोम के एक मॉडल का निर्माण किया, जिसके अनुसार बी-फॉर्म में डीएनए (146 बीपी) (10 बीपी स्टेप के साथ दाएं हाथ का हेलिक्स) एक हिस्टोन ऑक्टेमर पर घाव होता है, जिसके मध्य भाग में हिस्टोन होते हैं H3 और H4, और परिधि पर - 2а और Н2b। ऐसी न्यूक्लियोसोम डिस्क का व्यास 11 एनएम है, और इसकी मोटाई 5.5 एनएम है। एक हिस्टोन ऑक्टेमर और उसके चारों ओर डीएनए घाव से युक्त संरचना को न्यूक्लियोसोमल कॉर्टेक्स कण कहा जाता है। लिंकर डीएनए के खंडों द्वारा कॉर्टेक्स कण एक दूसरे से अलग होते हैं। एनिमल न्यूक्लियोसोम में शामिल डीएनए खंड की कुल लंबाई 200 (+/- 15) बीपी है।

हिस्टोन पॉलीपेप्टाइड श्रृंखलाओं में कई प्रकार के संरचनात्मक डोमेन होते हैं। केंद्रीय गोलाकार डोमेन और मूल अमीनो एसिड में समृद्ध एन- और सी-टर्मिनल क्षेत्रों को लचीला फैला हुआ है, हथियार कहा जाता है। कॉर्टेक्स के भीतर हिस्टोन-हिस्टोन इंटरैक्शन में भाग लेने वाले पॉलीपेप्टाइड श्रृंखलाओं के सी-टर्मिनल डोमेन मुख्य रूप से एक विस्तारित केंद्रीय पेचदार क्षेत्र के साथ अल्फा-हेलिक्स के रूप में होते हैं, जिसके साथ दोनों तरफ एक छोटा हेलिक्स रखा जाता है। सेल चक्र के दौरान या सेल भेदभाव के दौरान होने वाले प्रतिवर्ती पोस्ट-ट्रांसलेशनल हिस्टोन संशोधनों की सभी ज्ञात साइटें उनकी पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला (तालिका I.2) के लचीले मुख्य डोमेन में स्थित हैं। इसी समय, हिस्टोन एच3 और एच4 की एन-टर्मिनल भुजाएं अणुओं के सबसे अधिक संरक्षित क्षेत्र हैं, और सामान्य रूप से हिस्टोन सबसे अधिक विकसित रूप से संरक्षित प्रोटीनों में से एक हैं। यीस्ट S. cerevisiae के आनुवंशिक अध्ययनों की सहायता से, यह पाया गया कि हिस्टोन जीन के एन-टर्मिनल भागों में छोटे विलोपन और बिंदु उत्परिवर्तन के साथ यीस्ट कोशिकाओं के फेनोटाइप में गहरे और विविध परिवर्तन होते हैं, जो इसके महत्व को इंगित करता है यूकेरियोटिक जीन के सही कामकाज को सुनिश्चित करने में हिस्टोन अणुओं की अखंडता। समाधान में, हिस्टोन H3 और H4 स्थिर टेट्रामर्स (H3) 2 (H4) 2 के रूप में मौजूद हो सकते हैं, और हिस्टोन H2A और H2B स्थिर डिमर के रूप में मौजूद हो सकते हैं। देशी क्रोमैटिन युक्त समाधानों में आयनिक शक्ति में क्रमिक वृद्धि से पहले H2A / H2B डिमर और फिर H3 / H4 टेट्रामर्स निकलते हैं।

क्रिस्टल में न्यूक्लियोसोम की बारीक संरचना का शोधन के। लुगर एट अल के काम में किया गया था। (1997) उच्च-रिज़ॉल्यूशन एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण का उपयोग करना। यह पाया गया कि ऑक्टेमर में प्रत्येक हिस्टोन हेटेरोडिमर की उत्तल सतह 27-28 बीपी लंबाई में डीएनए सेगमेंट द्वारा मुड़ी हुई है, जो एक दूसरे के सापेक्ष 140 डिग्री के कोण पर स्थित है, जो लिंकर क्षेत्रों द्वारा लंबाई में 4 बीपी से अलग होते हैं।

डीएनए संघनन स्तर: न्यूक्लियोसोम, तंतु, लूप, माइटोटिक गुणसूत्र

डीएनए संघनन का पहला स्तर न्यूक्लियोसोमल है। यदि क्रोमैटिन को न्यूक्लीज के संपर्क में लाया जाता है, तो यह और डीएनए नियमित रूप से दोहराई जाने वाली संरचनाओं में क्षय हो जाते हैं। न्यूक्लियस उपचार के बाद, 11S की अवसादन दर वाले कणों का एक अंश क्रोमेटिन से सेंट्रीफ्यूजेशन द्वारा अलग किया जाता है। 11S कणों में लगभग 200 बीपी और आठ हिस्टोन का डीएनए होता है। ऐसे जटिल न्यूक्लियोप्रोटीन कण को ​​न्यूक्लियोसोम कहा जाता है। इसमें हिस्टोन एक प्रोटीन कोर-कोर बनाते हैं, जिसकी सतह पर डीएनए स्थित होता है। डीएनए एक साइट बनाता है जो कोर प्रोटीन से जुड़ा नहीं है - लिंकर, जो दो आसन्न न्यूक्लियोसोम को जोड़ता है, अगले न्यूक्लियोसोम के डीएनए में गुजरता है। वे "मोती" बनाते हैं, लगभग 10 एनएम के गोलाकार संरचनाएं, लंबे डीएनए अणुओं पर एक के बाद एक बैठे होते हैं। संघनन का दूसरा स्तर 30 एनएम तंतु है। पहला, न्यूक्लियोसोमल, क्रोमैटिन संघनन का स्तर एक नियामक और संरचनात्मक भूमिका निभाता है, जो डीएनए पैकिंग के घनत्व को 6-7 गुना प्रदान करता है। माइटोटिक गुणसूत्रों में और इंटरफेज़ नाभिक में, 25-30 एनएम के व्यास वाले क्रोमैटिन तंतु पाए जाते हैं। सोलनॉइड प्रकार के न्यूक्लियोसोम पैकिंग को प्रतिष्ठित किया जाता है: कसकर पैक किए गए न्यूक्लियोसोम का एक धागा 10 एनएम व्यास के रूप में लगभग 10 एनएम के हेलिक्स पिच के साथ बदल जाता है। इस तरह के सुपरकोइल के प्रति मोड़ 6-7 न्यूक्लियोसोम होते हैं। इस तरह की पैकेजिंग के परिणामस्वरूप, एक केंद्रीय गुहा के साथ एक सर्पिल-प्रकार का तंतु उत्पन्न होता है। नाभिक में क्रोमैटिन में 25-एनएम तंतु होते हैं, जिसमें एक ही आकार के सन्निहित ग्लोब्यूल्स होते हैं - न्यूक्लियोमर्स। इन न्यूक्लियोमर्स को सुपरबीड्स ("सुपरबिड्स") कहा जाता है। 25 एनएम के व्यास के साथ मुख्य क्रोमैटिन तंतु संकुचित डीएनए अणु के साथ न्यूक्लियोमर्स का एक रैखिक विकल्प है। न्यूक्लियोमर के हिस्से के रूप में, न्यूक्लियोसोमल फाइब्रिल के दो मोड़ बनते हैं, प्रत्येक में 4 न्यूक्लियोसोम। क्रोमैटिन पैकिंग का न्यूक्लियोमेरिक स्तर 40 गुना डीएनए संघनन प्रदान करता है। क्रोमेटिन डीएनए संघनन के न्यूक्लियोसोम और न्यूक्लियोमेरिक (सुपरबिड) स्तर हिस्टोन प्रोटीन की कीमत पर किए जाते हैं। लूप्ड डीएनए डोमेन-तीसरे स्तरक्रोमैटिन का संरचनात्मक संगठन। क्रोमैटिन संगठन के उच्चतम स्तर पर, विशिष्ट प्रोटीन डीएनए के विशिष्ट क्षेत्रों से जुड़ते हैं, जो बाध्यकारी साइटों पर बड़े लूप या डोमेन बनाते हैं। कुछ स्थानों पर, संघनित क्रोमेटिन, रोसेट-जैसी संरचनाओं के गुच्छे होते हैं, जिनमें 30 एनएम तंतुओं के कई लूप होते हैं, जो एक घने केंद्र में जुड़ते हैं। औसत रोसेट आकार 100-150 एनएम तक पहुंचता है । क्रोमेटिन-क्रोमर फाइब्रिल के रोसेट। प्रत्येक क्रोमोमर में कई न्यूक्लियोसोम युक्त लूप होते हैं जो एक ही केंद्र में जुड़े होते हैं। क्रोमोमेरेस न्यूक्लियोसोमल क्रोमैटिन के क्षेत्रों द्वारा एक दूसरे से जुड़े हुए हैं। क्रोमैटिन की यह लूप-डोमेन संरचना क्रोमैटिन की संरचनात्मक संघनन प्रदान करती है और गुणसूत्रों की कार्यात्मक इकाइयों को व्यवस्थित करती है - प्रतिकृतियां और लिखित जीन।

न्यूट्रॉन प्रकीर्णन विधि का उपयोग करके, न्यूक्लियोसोम के आकार और सटीक आकार को स्थापित करना संभव था; मोटे तौर पर, यह 11 एनएम के व्यास और 6 एनएम की ऊंचाई के साथ एक फ्लैट सिलेंडर या वॉशर है। इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी के समर्थन पर स्थित होने के कारण, वे "मोती" बनाते हैं - लगभग 10 एनएम के गोलाकार संरचनाएं, एकल फ़ाइल में, विस्तारित डीएनए अणुओं पर मिलकर बैठे होते हैं। वास्तव में, केवल लिंकर क्षेत्र ही बढ़े हुए हैं डीएनए की लंबाई के शेष तीन चौथाई हिस्टोन ऑक्टेमर की परिधि के साथ हेलीली फोल्ड होते हैं। माना जाता है कि हिस्टोन ऑक्टेमर को रग्बी बॉल के आकार का माना जाता है, जिसमें एक टेट्रामर (H3 · H4) 2 और दो स्वतंत्र डिमर, H2A · H2B शामिल हैं। अंजीर में। 60 न्यूक्लियोसोम के मूल में हिस्टोन की व्यवस्था का एक आरेख दिखाता है।

सेंट्रोमियर और टेलोमेरेस की संरचना

लगभग सभी जानते हैं कि आज गुणसूत्र क्या हैं। ये परमाणु अंग, जिसमें सभी जीन स्थित होते हैं, किसी दी गई प्रजाति के कैरियोटाइप का निर्माण करते हैं। माइक्रोस्कोप के तहत, क्रोमोसोम सजातीय, लम्बी डार्क रॉड जैसी संरचनाओं की तरह दिखते हैं, और देखी गई तस्वीर एक पेचीदा दृश्य प्रतीत होने की संभावना नहीं है। इसके अलावा, पृथ्वी पर रहने वाली विभिन्न प्रकार की जीवित चीजों के गुणसूत्रों की तैयारी केवल इन छड़ों की संख्या और उनके आकार के संशोधनों में भिन्न होती है। हालांकि, दो गुण हैं जो सभी गुणसूत्रों के लिए समान हैं।

कोशिका विभाजन (माइटोसिस) के पांच चरणों का आमतौर पर वर्णन किया जाता है। सरलता के लिए, हम एक विभाजित कोशिका के गुणसूत्रों के व्यवहार में तीन मुख्य चरणों पर ध्यान देंगे। पहले चरण में, गुणसूत्रों का क्रमिक रैखिक संपीड़न और मोटा होना होता है, फिर सूक्ष्मनलिकाएं से मिलकर एक कोशिका विभाजन धुरी का निर्माण होता है। दूसरे में, गुणसूत्र धीरे-धीरे नाभिक के केंद्र की ओर बढ़ते हैं और भूमध्य रेखा के साथ पंक्तिबद्ध होते हैं, संभवतः सूक्ष्मनलिकाएं को सेंट्रोमियर से जोड़ने की सुविधा के लिए। इस मामले में, परमाणु लिफाफा गायब हो जाता है। अंतिम चरण में, गुणसूत्रों के आधे भाग - क्रोमैटिड - विचलन करते हैं। ऐसा लगता है कि एक टग की तरह सेंट्रोमियर से जुड़े सूक्ष्मनलिकाएं क्रोमैटिड्स को कोशिका के ध्रुवों तक खींचती हैं। विचलन के क्षण से, पूर्व बहन क्रोमैटिड्स को बेटी गुणसूत्र कहा जाता है। वे धुरी के ध्रुवों तक पहुँचते हैं और समानांतर में एक साथ आते हैं। एक परमाणु लिफाफा बनता है।

सेंट्रोमियर के विकास की व्याख्या करने वाला मॉडल।

यूपी- सेंट्रोमियर (ग्रे अंडाकार) में CENH3 (H) और CENP-C (C) हिस्टोन सहित प्रोटीन (किनेटोकोर) का एक विशेष सेट होता है, जो बदले में स्पिंडल सूक्ष्मनलिकाएं (लाल रेखाएं) के साथ बातचीत करता है। विभिन्न करों में, इनमें से एक प्रोटीन अनुकूल रूप से विकसित होता है और सेंट्रोमियर डीएनए की प्राथमिक संरचना के विचलन के साथ संगीत कार्यक्रम में विकसित होता है।

तल पर- सेंट्रोमेरिक डीएनए (गहरा ग्रे अंडाकार) की प्राथमिक संरचना या संगठन में परिवर्तन मजबूत सेंट्रोमियर बना सकते हैं, जो अधिक संख्या में संलग्न सूक्ष्मनलिकाएं में व्यक्त किया जाता है।

टेलोमेयर

"टेलोमेयर" शब्द का प्रस्ताव जी. मोलर ने 1932 में वापस किया था। उनके विचार में, इसका मतलब न केवल गुणसूत्र का भौतिक अंत था, बल्कि "क्रोमोसोम को सील (सीलिंग) करने के एक विशेष कार्य के साथ टर्मिनल जीन" की उपस्थिति भी थी, जिसने इसे हानिकारक प्रभावों (गुणसूत्र पुनर्व्यवस्था, विलोपन) के लिए दुर्गम बना दिया। न्यूक्लियस, आदि)। बाद के अध्ययनों में टर्मिनल जीन की उपस्थिति की पुष्टि नहीं की गई है, हालांकि, टेलोमेर फ़ंक्शन को सटीक रूप से निर्धारित किया गया है।

बाद में एक और फंक्शन का खुलासा हुआ। चूंकि सामान्य प्रतिकृति तंत्र गुणसूत्रों के सिरों पर काम नहीं करता है, इसलिए कोशिका में एक और मार्ग होता है जो कोशिका विभाजन के दौरान गुणसूत्रों के स्थिर आकार को बनाए रखता है। यह भूमिका एक विशेष एंजाइम, टेलोमेरेज़ द्वारा निभाई जाती है, जो एक अन्य एंजाइम की तरह कार्य करता है, रिवर्स ट्रांसक्रिपटेस: यह एक दूसरे स्ट्रैंड को संश्लेषित करने और गुणसूत्रों के सिरों की मरम्मत के लिए एकल-फंसे हुए आरएनए टेम्पलेट का उपयोग करता है। इस प्रकार, सभी जीवों में टेलोमेरेस दो महत्वपूर्ण कार्य करते हैं: वे गुणसूत्रों के सिरों की रक्षा करते हैं और उनकी लंबाई और अखंडता बनाए रखते हैं।

मानव गुणसूत्रों के टेलोमेरेस पर बनने वाले छह टेलोमेर-विशिष्ट प्रोटीन के प्रोटीन कॉम्प्लेक्स का एक मॉडल प्रस्तावित है। डीएनए एक टी-लूप बनाता है, और एक एकल-फंसे हुए फलाव को दूर स्थित डीएनए के डबल-स्ट्रैंडेड क्षेत्र में डाला जाता है (चित्र 6)। प्रोटीन कॉम्प्लेक्स कोशिकाओं को टेलोमेरेस को क्रोमोसोम ब्रेक (डीएनए) से अलग करने की अनुमति देता है। सभी टेलोमेर प्रोटीन कॉम्प्लेक्स का हिस्सा नहीं होते हैं, जो टेलोमेरेस पर अत्यधिक होता है, लेकिन क्रोमोसोम के अन्य क्षेत्रों में अनुपस्थित होता है। टेलोमेयर डीएनए की संरचना को कम से कम तीन तरीकों से प्रभावित करने की क्षमता से जटिल परिणाम के सुरक्षात्मक गुण: टेलोमेर टिप की संरचना का निर्धारण करने के लिए; टी-लूप के गठन में भाग लें; टेलोमेरेस द्वारा टेलोमेरिक डीएनए के संश्लेषण को नियंत्रित करता है। कुछ अन्य यूकेरियोटिक प्रजातियों के टेलोमेरेस पर भी संबंधित परिसर पाए गए हैं।

यूपी -गुणसूत्र प्रतिकृति के समय टेलोमेयर, जब इसका अंत टेलोमेरेज़ कॉम्प्लेक्स के लिए सुलभ होता है, जो प्रतिकृति (गुणसूत्र के बिल्कुल सिरे पर डीएनए श्रृंखला का दोहराव) करता है। प्रतिकृति के बाद, टेलोमेरिक डीएनए (काली रेखाएं), उस पर प्रोटीन के साथ (बहु-रंगीन अंडाकार द्वारा दिखाया गया), एक टी-लूप बनाता है ( तस्वीर के नीचे).

कोशिका चक्र में डीएनए संघनन का समय और प्रक्रियाओं को उत्तेजित करने वाले मुख्य कारक

आइए गुणसूत्रों की संरचना को याद करें (जीव विज्ञान के पाठ्यक्रम से) - वे आमतौर पर अक्षरों की एक जोड़ी के रूप में प्रदर्शित होते हैं, जहां प्रत्येक गुणसूत्र युग्मित होता है, और प्रत्येक में दो समान भाग होते हैं - बाएं और दाएं क्रोमैटिड। गुणसूत्रों का ऐसा समुच्चय उस कोशिका की विशेषता है जो पहले ही अपना विभाजन शुरू कर चुकी है, अर्थात। एक सेल जिसमें डीएनए दोहराव की प्रक्रिया बीत चुकी है। डीएनए की मात्रा को दोगुना करने को कोशिका चक्र की सिंथेटिक अवधि या एस-अवधि कहा जाता है। वे कहते हैं कि एक कोशिका में गुणसूत्रों की संख्या समान रहती है (2n), और प्रत्येक गुणसूत्र में क्रोमैटिड की संख्या दोगुनी हो जाती है (4c - 4 क्रोमैटिड प्रति एक जोड़ी गुणसूत्र) - 2n4c। विभाजित होने पर, एक क्रोमैटिड प्रत्येक गुणसूत्र से बेटी कोशिकाओं में प्रवेश करेगा और कोशिकाओं को एक पूर्ण द्विगुणित सेट 2n2c प्राप्त होगा।

दो विभाजनों के बीच कोशिका की स्थिति (अधिक सटीक रूप से, उसके नाभिक) को इंटरफेज़ कहा जाता है। इंटरफेज़ में, तीन भागों को प्रतिष्ठित किया जाता है - प्रीसिंथेटिक, सिंथेटिक और पोस्टसिंथेटिक अवधि।

इस प्रकार, पूरे कोशिका चक्र में 4 समय अंतराल होते हैं: समसूत्री विभाजन उचित (M), प्रीसिंथेटिक (G1), सिंथेटिक (S), और पोस्टसिंथेटिक (G2) इंटरपेज़ की अवधि (चित्र। 19)। अक्षर जी - अंग्रेजी गैप से - अंतराल, अंतराल। G1-अवधि में, जो विभाजन के तुरंत बाद शुरू होती है, कोशिकाओं में प्रति नाभिक (2c) में एक द्विगुणित डीएनए सामग्री होती है। G1 अवधि के दौरान, सेल की वृद्धि मुख्य रूप से सेलुलर प्रोटीन के संचय के कारण शुरू होती है, जो प्रति सेल आरएनए की मात्रा में वृद्धि से निर्धारित होती है। इस अवधि के दौरान, कोशिका डीएनए संश्लेषण (एस-अवधि) के लिए तैयार करना शुरू कर देती है।

यह पाया गया कि जी 1-अवधि में प्रोटीन या एमआरएनए संश्लेषण का दमन एस-अवधि की शुरुआत को रोकता है, क्योंकि जी 1-अवधि के दौरान, डीएनए अग्रदूतों के गठन के लिए आवश्यक एंजाइमों का संश्लेषण (उदाहरण के लिए, न्यूक्लियोटाइड फॉस्फोकाइनेज), आरएनए और प्रोटीन चयापचय के एंजाइम होते हैं। यह आरएनए और प्रोटीन संश्लेषण में वृद्धि के साथ मेल खाता है। इसी समय, ऊर्जा चयापचय में भाग लेने वाले एंजाइमों की गतिविधि तेजी से बढ़ जाती है।

अगले, एस-अवधि में, प्रति नाभिक डीएनए की मात्रा दोगुनी हो जाती है और तदनुसार, गुणसूत्रों की संख्या दोगुनी हो जाती है। S अवधि में अलग-अलग कोशिकाओं में, डीएनए की अलग-अलग मात्रा पाई जा सकती है - 2c से 4c तक। यह इस तथ्य के कारण है कि कोशिकाएं डीएनए संश्लेषण के विभिन्न चरणों में अनुसंधान से गुजरती हैं (जिन्होंने अभी संश्लेषण शुरू किया है और इसे पहले ही पूरा कर लिया है)। एस-अवधि कोशिका चक्र में नोडल है। डीएनए संश्लेषण के बिना, कोशिकाओं के समसूत्री विभाजन में प्रवेश करने का एक भी मामला ज्ञात नहीं है।

पोस्टसिंथेटिक (G2) चरण को प्रीमिटोटिक भी कहा जाता है। अंतिम शब्द अगले चरण के पारित होने के लिए इसके महान महत्व पर जोर देता है - समसूत्री विभाजन का चरण। इस चरण में, mRNA का संश्लेषण होता है, जो समसूत्री विभाजन के लिए आवश्यक है। कुछ समय पहले, राइबोसोम का rRNA, जो कोशिका विभाजन का निर्धारण करता है, संश्लेषित होता है। इस समय संश्लेषित प्रोटीनों में, ट्यूबुलिन, माइटोटिक स्पिंडल के सूक्ष्मनलिकाएं के प्रोटीन, एक विशेष स्थान पर कब्जा कर लेते हैं।

G2 अवधि के अंत में या समसूत्रण में, जब समसूत्री गुणसूत्र संघनित होते हैं, RNA संश्लेषण तेजी से गिरता है और समसूत्रण के दौरान पूरी तरह से रुक जाता है। माइटोसिस के दौरान प्रोटीन संश्लेषण प्रारंभिक स्तर के 25% तक कम हो जाता है और फिर बाद की अवधि में G2 अवधि में अपने अधिकतम तक पहुंच जाता है, आमतौर पर आरएनए संश्लेषण की प्रकृति को दोहराता है।

पौधों और जानवरों के बढ़ते ऊतकों में, हमेशा ऐसी कोशिकाएं होती हैं जो चक्र के बाहर होती हैं। ऐसी कोशिकाओं को सामान्यतः G0-अवधि कोशिका कहा जाता है। यह ये कोशिकाएं हैं जो तथाकथित आराम करने वाली कोशिकाओं का प्रतिनिधित्व करती हैं, अस्थायी रूप से या स्थायी रूप से गुणा करना बंद कर देती हैं। कुछ ऊतकों में, ऐसी कोशिकाएं लंबे समय तक रह सकती हैं, विशेष रूप से उनके रूपात्मक गुणों को बदले बिना: वे, सिद्धांत रूप में, विभाजित करने की क्षमता, कैंबियल, स्टेम कोशिकाओं (उदाहरण के लिए, हेमटोपोइएटिक ऊतक में) को बनाए रखते हैं। अधिक बार, साझा करने की क्षमता का नुकसान (यद्यपि अस्थायी) विशेषज्ञता के लिए, भेदभाव के लिए क्षमता के उद्भव के साथ होता है। ऐसी विभेदक कोशिकाएं चक्र को छोड़ देती हैं, लेकिन विशेष परिस्थितियों में वे फिर से चक्र में प्रवेश कर सकती हैं। उदाहरण के लिए, अधिकांश यकृत कोशिकाएं G0 अवधि में होती हैं; वे डीएनए संश्लेषण में भाग नहीं लेते हैं और विभाजित नहीं होते हैं। हालांकि, जब प्रायोगिक जानवरों से जिगर का एक हिस्सा हटा दिया जाता है, तो कई कोशिकाएं माइटोसिस (जी 1-अवधि) के लिए तैयार होने लगती हैं, डीएनए संश्लेषण के लिए आगे बढ़ती हैं, और माइटोटिक रूप से विभाजित हो सकती हैं। अन्य मामलों में, उदाहरण के लिए, त्वचा के एपिडर्मिस में, प्रजनन और भेदभाव के चक्र से बाहर निकलने के बाद, कोशिकाएं कुछ समय के लिए कार्य करती हैं, और फिर मर जाती हैं (पूर्णांक उपकला की केराटिनाइज्ड कोशिकाएं)।

क्रोमैटिन संरचना और रसायन विज्ञान

मापदण्ड नाम	अर्थ
लेख का विषय:	क्रोमैटिन संरचना और रसायन विज्ञान
श्रेणी (विषयगत श्रेणी)	परिस्थितिकी

क्रोमैटिन, कोशिका नाभिक का मुख्य घटक, पृथक इंटरफेज़ नाभिक से और पृथक माइटोटिक गुणसूत्रों से प्राप्त करना अपेक्षाकृत आसान है। ऐसा करने के लिए, कम आयनिक शक्ति या बस विआयनीकृत पानी के साथ जलीय घोल के साथ निष्कर्षण के दौरान एक भंग अवस्था में जाने के लिए इसकी संपत्ति का उपयोग करें। इस मामले में, क्रोमैटिन क्षेत्र सूज जाते हैं और जेल में बदल जाते हैं। ऐसी दवाओं को वास्तविक समाधान में बदलने के लिए, मजबूत यांत्रिक प्रभावों की आवश्यकता होती है: मिलाते हुए, हलचल, अतिरिक्त समरूपता। यह, निश्चित रूप से, क्रोमेटिन की मूल संरचना के आंशिक विनाश की ओर जाता है, इसे छोटे टुकड़ों में तोड़ देता है, लेकिन व्यावहारिक रूप से इसकी रासायनिक संरचना को नहीं बदलता है।

विभिन्न वस्तुओं से प्राप्त क्रोमैटिन अंशों में घटकों का एक समान समूह होता है। यह पाया गया कि इंटरफेज़ नाभिक और माइटोटिक गुणसूत्रों से क्रोमैटिन की कुल रासायनिक संरचना एक दूसरे से बहुत कम भिन्न होती है। क्रोमैटिन के मुख्य घटक डीएनए और प्रोटीन हैं, जिनमें से थोक हिस्टोन और गैर-हिस्टोन प्रोटीन हैं (तालिका 3 देखें)।

तालिका 3. क्रोमैटिन की रासायनिक संरचना। डीएनए के संबंध में प्रोटीन और आरएनए की सामग्री दी गई है।

औसतन, लगभग 40% क्रोमैटिन का डीएनए द्वारा और लगभग 60% प्रोटीन द्वारा होता है, जिसमें विशिष्ट परमाणु प्रोटीन, हिस्टोन, सभी प्रोटीनों का 40 से 80% हिस्सा होता है जो पृथक क्रोमैटिन बनाते हैं। इसके अलावा, क्रोमैटिन अंश में झिल्ली घटक, आरएनए, कार्बोहाइड्रेट, लिपिड, ग्लाइकोप्रोटीन शामिल हैं। इन छोटे घटकों को क्रोमैटिन संरचना में कैसे शामिल किया गया है, इसका सवाल अभी तक हल नहीं हुआ है। इसलिए, उदाहरण के लिए, आरएनए को आरएनए लिखा जा सकता है जिसने अभी तक डीएनए टेम्पलेट के साथ अपना संबंध नहीं खोया है। अन्य छोटे घटक परमाणु लिफाफे के अवक्षेपित टुकड़ों के पदार्थ हो सकते हैं।

संरचनात्मक रूप से, क्रोमैटिन डीऑक्सीराइबोन्यूक्लियोप्रोटीन (डीएनपी) का एक फिलामेंटस जटिल अणु है, जिसमें हिस्टोन से जुड़े डीएनए होते हैं (चित्र 57 देखें)। इसी कारण से क्रोमेटिन का दूसरा नाम न्यूक्लियोहिस्टोन जड़ जमा चुका है। यह डीएनए के साथ हिस्टोन के जुड़ाव के कारण है कि बहुत ही अस्थिर, परिवर्तनशील न्यूक्लिक-हिस्टोन कॉम्प्लेक्स बनते हैं, जहां डीएनए: हिस्टोन अनुपात लगभग एक है, .ᴇ। वे वजन के हिसाब से समान मात्रा में मौजूद हैं। ये फिलामेंटस डीएनपी फाइब्रिल प्राथमिक क्रोमोसोमल या क्रोमैटिन फिलामेंट्स हैं, जिनकी मोटाई डीएनए पैकिंग की डिग्री के आधार पर 10 से 30 एनएम तक भिन्न हो सकती है। डीएनपी के ये तंतु, बदले में, माइटोटिक गुणसूत्र तक डीएनपी संरचनाकरण के उच्च स्तर के गठन के साथ अतिरिक्त रूप से संकुचित हो सकते हैं। कुछ गैर-हिस्टोन प्रोटीनों की भूमिका क्रोमेटिन संघनन के उच्च स्तर के निर्माण में होती है।

क्रोमैटिन डीएनए।क्रोमैटिन की तैयारी में, डीएनए आमतौर पर 30-40% होता है। यह डीएनए जलीय घोल में शुद्ध पृथक डीएनए की तरह एक डबल-स्ट्रैंडेड पेचदार अणु है। यह कई प्रयोगात्मक डेटा से प्रमाणित है। इसलिए, जब क्रोमेटिन के घोल को गर्म किया जाता है, तो घोल के ऑप्टिकल घनत्व में वृद्धि देखी जाती है, तथाकथित हाइपरक्रोमिक प्रभाव डीएनए स्ट्रैंड्स के बीच इंटरन्यूक्लियोटाइड हाइड्रोजन बॉन्ड के टूटने से जुड़ा होता है, ठीक उसी तरह जब शुद्ध डीएनए गर्म (पिघला हुआ) होता है। .

क्रोमेटिन में डीएनए अणुओं के आकार और लंबाई का सवाल क्रोमोसोम की संरचना को समग्र रूप से समझने के लिए महत्वपूर्ण है। अलगाव के मानक तरीकों के साथ, क्रोमेटिन डीएनए का आणविक भार 7-9 x 106 है, जो ई. कोलाई डीएनए (2.8 x 109) के आणविक भार से काफी कम है। क्रोमेटिन की तैयारी से डीएनए के अपेक्षाकृत कम आणविक भार को क्रोमेटिन अलगाव की प्रक्रिया में डीएनए को यांत्रिक क्षति द्वारा समझाया जा सकता है। यदि डीएनए को ऐसी परिस्थितियों में पृथक किया जाता है जिसमें कंपन, समरूपीकरण और अन्य प्रभावों को शामिल नहीं किया जाता है, तो कोशिकाओं से बहुत लंबी लंबाई के डीएनए अणु प्राप्त करना संभव है। यूकेरियोटिक कोशिकाओं के नाभिक और गुणसूत्रों से डीएनए अणुओं की लंबाई का अध्ययन प्रकाश-ऑप्टिकल रेडियो ऑटोग्राफी की विधि का उपयोग करके किया जाना चाहिए, जैसा कि प्रोकैरियोटिक कोशिकाओं पर किया गया था।

यह पाया गया कि गुणसूत्रों की संरचना में, व्यक्तिगत रैखिक (प्रोकैरियोटिक गुणसूत्रों के विपरीत) डीएनए अणुओं की लंबाई सैकड़ों माइक्रोमीटर और यहां तक ​​​​कि कई सेंटीमीटर तक पहुंच सकती है। इस प्रकार, 0.5 मिमी से 2 सेमी तक के डीएनए अणु विभिन्न वस्तुओं से प्राप्त किए गए थे। इन परिणामों से पता चला कि प्रति गुणसूत्र की गणना की गई डीएनए लंबाई और रेडियोऑटोग्राफिक अवलोकन के बीच एक करीबी संयोग है।

यूकेरियोटिक कोशिकाओं के हल्के विश्लेषण के बाद, भौतिक रासायनिक विधियों द्वारा डीएनए के आणविक भार को सीधे निर्धारित करना संभव है। यह दिखाया गया है कि ड्रोसोफिला डीएनए अणु का अधिकतम आणविक भार 41 x 109 है, जो लगभग 2 सेमी की लंबाई से मेल खाता है। कुछ यीस्ट में, 1 x 108-109 के आणविक भार के साथ एक डीएनए अणु, जिसमें एक होता है लगभग 0.5 मिमी के आकार में एक गुणसूत्र होता है।

इतना लंबा डीएनए एक एकल अणु है, न कि कई छोटे वाले, प्रोटीन बंडलों का उपयोग करके एकल फ़ाइल में सिल दिए जाते हैं, जैसा कि कुछ शोधकर्ताओं का मानना ​​​​था। यह निष्कर्ष तब निकला जब यह पता चला कि प्रोटियोलिटिक एंजाइमों के साथ तैयारी के उपचार के बाद डीएनए अणुओं की लंबाई नहीं बदलती है।

जीवों के जीनोम में कोशिकाओं की परमाणु संरचनाओं में प्रवेश करने वाले डीएनए की कुल मात्रा प्रजातियों से प्रजातियों में भिन्न होती है, हालांकि सूक्ष्मजीवों में प्रति कोशिका डीएनए की मात्रा अकशेरूकीय, उच्च पौधों और जानवरों की तुलना में बहुत कम है। तो, एक माउस में, ई. कोलाई की तुलना में प्रति नाभिक लगभग 600 गुना अधिक डीएनए होता है। यूकेरियोटिक जीवों में प्रति कोशिका डीएनए की मात्रा की तुलना करना, जीव की जटिलता की डिग्री और प्रति नाभिक डीएनए की मात्रा के बीच किसी भी संबंध को समझना मुश्किल है। सन, समुद्री अर्चिन, पर्च (1.4-1.9 पीजी) या फिश चार और बुल (6.4 और 7 पीजी) जैसे विभिन्न जीवों में डीएनए की मात्रा लगभग समान होती है।

बड़े टैक्सोनॉमिक समूहों में डीएनए की मात्रा में महत्वपूर्ण उतार-चढ़ाव होते हैं। उच्च पौधों में, विभिन्न प्रजातियों में डीएनए की मात्रा सैकड़ों गुना भिन्न हो सकती है, जैसे मछली के बीच, उभयचरों में डीएनए की मात्रा दस गुना भिन्न होती है।

कुछ उभयचरों के नाभिक में मानव नाभिक की तुलना में 10-30 गुना अधिक डीएनए होता है, हालांकि किसी व्यक्ति की आनुवंशिक संरचना मेंढ़कों की तुलना में अतुलनीय रूप से अधिक जटिल होती है। इसलिए, यह माना जा सकता है कि निचले संगठित जीवों में डीएनए की "अतिरिक्त" मात्रा या तो आनुवंशिक भूमिका की पूर्ति से जुड़ी नहीं है, या जीन की संख्या एक या दूसरी बार दोहराई जाती है।

तालिका 4. कुछ वस्तुओं की कोशिकाओं में डीएनए सामग्री (पृष्ठ, 10 -12 ग्राम)

डीएनए पुनर्संयोजन या संकरण प्रतिक्रिया के कैनेटीक्स के अध्ययन के आधार पर इन प्रश्नों को हल करना संभव हो गया। यदि विलयनों में खंडित डीएनए अणुओं को थर्मल विकृतीकरण के अधीन किया जाता है और फिर उस तापमान से कुछ कम तापमान पर ऊष्मायन किया जाता है, जिस पर विकृतीकरण होता है, तो पूरक किस्में के पुनर्मूल्यांकन के कारण डीएनए टुकड़ों की मूल डबल-स्ट्रैंडेड संरचना बहाल हो जाती है। वायरस और प्रोकैरियोटिक कोशिकाओं के डीएनए के लिए, यह दिखाया गया था कि इस तरह के पुनर्विकास की दर सीधे जीनोम के आकार पर निर्भर करती है; जीनोम जितना बड़ा होगा, प्रति कण या कोशिका में डीएनए की मात्रा उतनी ही अधिक होगी, पूरक किस्में के यादृच्छिक अभिसरण और न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम में भिन्न डीएनए अंशों की एक बड़ी संख्या के विशिष्ट पुनर्संयोजन के लिए अधिक समय की आवश्यकता होती है (चित्र। 53)। प्रोकैरियोटिक कोशिकाओं के डीएनए पुनर्संयोजन वक्र की प्रकृति प्रोकैरियोटिक जीनोम में दोहराए गए आधार अनुक्रमों की अनुपस्थिति को इंगित करती है; उनके डीएनए के सभी भागों में अद्वितीय अनुक्रम होते हैं, जिनकी संख्या और विविधता वस्तुओं की आनुवंशिक संरचना की जटिलता की डिग्री को दर्शाती है और, परिणामस्वरूप, उनका सामान्य जैविक संगठन।

यूकेरियोटिक जीवों में डीएनए पुनर्संयोजन की एक पूरी तरह से अलग तस्वीर देखी जाती है। यह पता चला कि उनके डीएनए में ऐसे अंश हैं जो उनके जीनोम के आकार के आधार पर अपेक्षा से बहुत अधिक दर पर एनील करते हैं, साथ ही एक डीएनए अंश जो प्रोकैरियोट्स के अद्वितीय डीएनए अनुक्रमों की तरह धीरे-धीरे एनील करता है। इसी समय, यूकेरियोट्स के लिए, इस अंश के पुनर्निर्माण के लिए बहुत अधिक समय की आवश्यकता होती है, जो उनके जीनोम के समग्र बड़े आकार और बड़ी संख्या में विभिन्न अद्वितीय जीनों से जुड़ा होता है।

यूकेरियोटिक डीएनए के उस हिस्से में, जो कि उच्च दर के पुनर्वसन द्वारा प्रतिष्ठित है, दो उप-अंशों को प्रतिष्ठित किया जाता है: 1) उच्च या बार-बार दोहराए जाने वाले अनुक्रमों वाला एक अंश, जहां समान डीएनए क्षेत्रों को 106 बार दोहराया जाता है; 2) जीनोम में 102-103 बार होने वाले मध्यम दोहराव वाले अनुक्रमों का एक अंश। इस प्रकार, चूहों में, बार-बार दोहराए जाने वाले अनुक्रमों वाले डीएनए के अंश में प्रति जीनोम डीएनए की कुल मात्रा का 10% शामिल होता है, और 15% मध्यम रूप से दोहराए गए अनुक्रमों के अंश पर पड़ता है। सभी माउस डीएनए का शेष 75% विभिन्न गैर-दोहराव वाले जीनों की एक बड़ी संख्या के अनुरूप अद्वितीय क्षेत्रों द्वारा दर्शाया गया है।

बार-बार दोहराए जाने वाले अनुक्रमों वाले अंशों में डीएनए के थोक की तुलना में एक अलग उछाल घनत्व हो सकता है, और इसलिए तथाकथित उपग्रह डीएनए अंशों के रूप में शुद्ध रूप में पृथक होते हैं। चूहों में, इस अंश का घनत्व 1.691 ग्राम / एमएल होता है, और डीएनए का थोक 1.700 ग्राम / एमएल होता है। ये घनत्व अंतर न्यूक्लियोटाइड संरचना में अंतर से निर्धारित होते हैं। उदाहरण के लिए, एक माउस में इस अंश में 35% G और C जोड़े होते हैं, और मुख्य डीएनए शिखर में 42%।

जैसा कि यह निकला, उपग्रह डीएनए, या बार-बार दोहराए जाने वाले अनुक्रमों के साथ डीएनए का एक अंश, कोशिका में मूल प्रकार के आरएनए के संश्लेषण में शामिल नहीं है, और प्रोटीन संश्लेषण की प्रक्रिया से जुड़ा नहीं है। यह निष्कर्ष इस तथ्य के आधार पर बनाया गया था कि कोई भी प्रकार का सेल आरएनए (टीआरएनए, एमआरएनए, आरआरएनए) उपग्रह डीएनए के साथ संकरण नहीं करता है। इसलिए, इन डीएनए पर सेलुलर आरएनए, ᴛ.ᴇ के संश्लेषण के लिए जिम्मेदार कोई अनुक्रम नहीं हैं। उपग्रह डीएनए आरएनए संश्लेषण के लिए टेम्पलेट नहीं हैं और ट्रांसक्रिप्शन में शामिल नहीं हैं।

एक परिकल्पना है कि अत्यधिक दोहराव वाले अनुक्रम जो सीधे प्रोटीन संश्लेषण में शामिल नहीं होते हैं, उनमें ऐसी जानकारी हो सकती है जो गुणसूत्रों के संरक्षण और कामकाज में महत्वपूर्ण संरचनात्मक भूमिका निभाती है। इनमें इंटरफेज़ न्यूक्लियस बैकबोन (नीचे देखें) के प्रोटीन से जुड़े कई डीएनए क्षेत्र शामिल हैं, प्रतिकृति या प्रतिलेखन की शुरुआत के क्षेत्र, साथ ही डीएनए क्षेत्र जो इन प्रक्रियाओं को नियंत्रित करते हैं।

इस अंश के स्थानीयकरण का अध्ययन सीधे गुणसूत्रों पर (सीटू में) न्यूक्लिक एसिड संकरण की विधि द्वारा किया गया था। इसके लिए, 3H-यूरिडीन-लेबल वाले RNA को जीवाणु एंजाइमों का उपयोग करके पृथक उपग्रह डीएनए पर संश्लेषित किया गया था। इसके अलावा, गुणसूत्रों के साथ साइटोलॉजिकल तैयारी को इस तरह के उपचार के अधीन किया गया था जिसमें डीएनए विकृतीकरण होता है (ऊंचा तापमान, क्षारीय वातावरण, आदि)। उसके बाद, 3H-लेबल वाले RNA को तैयारी पर रखा गया और DNA और RNA के बीच संकरण प्राप्त किया गया। रेडियोऑटोग्राफिक रूप से, यह पाया गया कि अधिकांश लेबल गुणसूत्रों के प्राथमिक संकुचन के क्षेत्र में, उनके सेंट्रोमेरिक क्षेत्रों के क्षेत्र में स्थानीयकृत हैं। लेबल गुणसूत्रों के अन्य भागों में भी पाया गया, लेकिन बहुत कमजोर (चित्र। 54)।

पिछले 10 वर्षों में, सेंट्रोमेरिक डीएनए के अध्ययन में विशेष रूप से खमीर कोशिकाओं में काफी प्रगति की गई है। इस प्रकार, एस सेरेविसिया में, सेंट्रोमेरिक डीएनए में 110 बीपी दोहराए जाने वाले खंड होते हैं। इसमें दो संरक्षित क्षेत्र (I और III) और एक केंद्रीय तत्व (II) शामिल हैं जो एटी-बेस जोड़े में समृद्ध हैं। ड्रोसोफिला के गुणसूत्रों में सेंट्रोमियर के डीएनए की समान संरचना होती है। ह्यूमन सेंट्रोमेरिक डीएनए (अल्फॉइड सैटेलाइट डीएनए) में 170 बीपी मोनोमर्स का एक अग्रानुक्रम होता है जो डिमर या पेंटामर्स के समूहों में व्यवस्थित होता है, जो बदले में 1-6 x 103 बीपी के बड़े क्रम बनाते हैं। इस सबसे बड़ी इकाई को 100-1000 बार दोहराया जाता है। इस विशिष्ट सेंट्रोमेरिक डीएनए के साथ, विशेष सेंट्रोमेरिक प्रोटीन जटिल होते हैं, किनेटोकोर के निर्माण में भाग लेते हैं, एक संरचना जो स्पिंडल सूक्ष्मनलिकाएं के साथ गुणसूत्रों के कनेक्शन को सुनिश्चित करती है और एनाफेज में गुणसूत्रों की गति में (नीचे देखें)।

कई यूकेरियोटिक जीवों (खमीर से मनुष्यों तक) के गुणसूत्रों के टेलोमेरिक क्षेत्रों में अत्यधिक दोहराव वाले अनुक्रमों वाला डीएनए भी पाया गया है। यहां, सबसे अधिक बार दोहराव का सामना करना पड़ता है, जिसमें 3-4 ग्वानिन न्यूक्लियोटाइड शामिल होते हैं। मनुष्यों में, टेलोमेरेस में 500-3000 TTAGGG दोहराव होते हैं। डीएनए के ये खंड एक विशेष भूमिका निभाते हैं - गुणसूत्रों को सिरों पर प्रतिबंधित करने और कई प्रतिकृति के दौरान इसे छोटा करने से रोकने के लिए।

हाल ही में, यह पाया गया कि इंटरफेज़ क्रोमोसोम के अत्यधिक दोहराव वाले डीएनए अनुक्रम विशेष रूप से प्रोटीन से बंधे होते हैं - लैमिनास जो परमाणु लिफाफे के नीचे होते हैं, और स्ट्रेच्ड डीकॉन्डेंस इंटरपेज़ क्रोमोसोम को एंकरिंग करने में शामिल होते हैं, जिससे इंटरफेज़ की मात्रा में गुणसूत्रों के स्थानीयकरण का क्रम निर्धारित होता है। केंद्रक

यह सुझाव दिया गया है कि अर्धसूत्रीविभाजन के दौरान उपग्रह डीएनए गुणसूत्रों के समरूप क्षेत्रों की पहचान में भाग ले सकता है। अन्य मान्यताओं के अनुसार, बार-बार दोहराए जाने वाले अनुक्रम वाले क्षेत्र क्रोमोसोमल डीएनए की विभिन्न कार्यात्मक इकाइयों के बीच स्पेसर (स्पेसर्स) की भूमिका निभाते हैं, उदाहरण के लिए, प्रतिकृतियों के बीच (नीचे देखें)।

जैसा कि यह निकला, मध्यम दोहराया (102 से 105 गुना तक) अनुक्रमों का अंश डीएनए क्षेत्रों के एक भिन्न वर्ग से संबंधित है जो प्रोटीन संश्लेषण तंत्र बनाने की प्रक्रियाओं में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। इस अंश में राइबोसोमल डीएनए के जीन शामिल होते हैं, जिन्हें विभिन्न प्रजातियों में 100 से 1000 बार दोहराया जाता है। इस अंश में सभी tRNA के संश्लेषण के लिए कई दोहराई गई साइटें शामिल हैं। इसके अलावा, कुछ प्रोटीन के संश्लेषण के लिए जिम्मेदार कुछ संरचनात्मक जीन भी कई बार दोहराए जाते हैं, जिन्हें कई प्रतियों द्वारा दर्शाया जाता है। ये क्रोमेटिन प्रोटीन के लिए जीन हैं - हिस्टोन, जिन्हें 400 बार तक दोहराया जाता है।

साथ ही, इस अंश में विभिन्न अनुक्रमों (100-400 न्यूक्लियोटाइड जोड़े) वाले डीएनए क्षेत्र शामिल हैं, जिन्हें कई बार दोहराया जाता है, लेकिन पूरे जीनोम में बिखरा हुआ होता है। उनकी भूमिका अभी पूरी तरह से समझ में नहीं आई है। यह सुझाव दिया गया है कि ऐसे डीएनए क्षेत्र विभिन्न जीनों के स्वीकर्ता या नियामक क्षेत्रों का प्रतिनिधित्व कर सकते हैं।

तो, यूकेरियोटिक कोशिकाओं का डीएनए संरचना में विषम है, इसमें न्यूक्लियोटाइड अनुक्रमों के कई वर्ग होते हैं: अक्सर दोहराए गए अनुक्रम (> 106 बार) उपग्रह डीएनए अंश में शामिल होते हैं और लिखित नहीं होते हैं; मध्यम दोहराव वाले अनुक्रमों का अंश (102-105) सच्चे जीन के ब्लॉकों के साथ-साथ पूरे जीनोम में बिखरे हुए छोटे अनुक्रमों का प्रतिनिधित्व करता है; कोशिका में अधिकांश प्रोटीनों के लिए जानकारी ले जाने वाले अद्वितीय अनुक्रमों का अंश।

इन अवधारणाओं के आधार पर, विभिन्न जीवों में देखे जाने वाले डीएनए की मात्रा में अंतर समझ में आता है: वे जीवों के जीनोम में डीएनए के कुछ वर्गों के असमान अनुपात से जुड़े होते हैं। इसलिए, उदाहरण के लिए, उभयचर उभयचर (जिसमें मनुष्यों की तुलना में 20 गुना अधिक डीएनए होता है) में, दोहराए जाने वाले अनुक्रम कुल डीएनए का 80% तक, प्याज में - 70 तक, सामन में - 60% तक, आदि होते हैं। एन.एस. आनुवंशिक जानकारी की सच्ची समृद्धि अद्वितीय अनुक्रमों के एक अंश द्वारा परिलक्षित होनी चाहिए। यह नहीं भूलना चाहिए कि गुणसूत्र के मूल, अखंडित डीएनए अणु में, अद्वितीय, मध्यम और बार-बार दोहराए जाने वाले अनुक्रमों सहित सभी क्षेत्रों को एक विशाल सहसंयोजक डीएनए स्ट्रैंड में जोड़ा जाता है।

डीएनए अणु न केवल विभिन्न न्यूक्लियोटाइड अनुक्रमों के क्षेत्रों में विषम हैं, बल्कि उनकी सिंथेटिक गतिविधि के मामले में भी भिन्न हैं।

यूकेरियोटिक डीएनए की प्रतिकृति।जीवाणु गुणसूत्र एक संरचनात्मक इकाई के रूप में प्रतिकृति के एक प्रारंभिक बिंदु और समाप्ति के एक बिंदु के साथ प्रतिकृति करता है। इस प्रकार, जीवाणु चक्रीय डीएनए एक प्रतिकृति है। प्रारंभिक बिंदु से, प्रतिकृति दो विपरीत दिशाओं में आगे बढ़ती है, ताकि जैसे ही डीएनए संश्लेषित होता है, एक तथाकथित प्रतिकृति आंख बनती है, जो प्रतिकृति कांटे द्वारा दोनों तरफ सीमित होती है, जो वायरल और जीवाणु प्रतिकृति गुणसूत्रों के इलेक्ट्रॉन सूक्ष्म अध्ययन के दौरान स्पष्ट रूप से दिखाई देती है। .

यूकेरियोटिक कोशिकाओं में, एक अलग प्रकृति की प्रतिकृति का संगठन बहुप्रतिकृति है। जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, जब 3HT को स्पंदित किया जाता है, तो लगभग सभी गुणसूत्रों में एक बहु लेबल दिखाई देता है। इसका मतलब यह है कि एक ही समय में इंटरफेज़ गुणसूत्र पर कई प्रतिकृति साइट और कई स्वायत्त प्रतिकृति उत्पत्ति होती है। डीएनए (चित्र 55) द्वारा पृथक लेबल किए गए अणुओं की रेडियोऑटोग्राफी का उपयोग करके इस घटना का अधिक विस्तार से अध्ययन किया गया था। यदि कोशिकाओं को 3HT के साथ आवेगपूर्ण रूप से लेबल किया गया था, तो पृथक डीएनए के ऑटोग्राफ पर प्रकाश माइक्रोस्कोप में, आप कम के क्षेत्रों को देख सकते हैं धराशायी लाइनों के रूप में चांदी ... ये डीएनए के छोटे टुकड़े हैं जिन्हें दोहराने का समय था, और उनके बीच गैर-प्रतिकृति डीएनए के खंड हैं, जो रेडियो ऑटोग्राफ नहीं छोड़ते हैं और इसलिए अदृश्य रहते हैं। जैसे-जैसे सेल के साथ 3HT के संपर्क का समय बढ़ता है, ऐसे खंडों का आकार बढ़ता है, और उनके बीच की दूरी कम होती जाती है। इन प्रयोगों से यूकेरियोटिक जीवों में डीएनए प्रतिकृति की दर की सटीक गणना की जा सकती है। प्रतिकृति फोर्क की गति की गति 1-3 kb पाई गई। स्तनधारियों में प्रति मिनट, लगभग 1 kbp। कुछ पौधों में प्रति मिनट, जो बैक्टीरिया में डीएनए प्रतिकृति की दर (50 kb प्रति मिनट) से बहुत कम है। उन्हीं प्रयोगों में, यूकेरियोटिक गुणसूत्रों के डीएनए की पॉलीरेप्लिकॉन संरचना सीधे साबित हुई: गुणसूत्र डीएनए की लंबाई के साथ, इसके साथ, कई स्वतंत्र प्रतिकृति साइट - प्रतिकृतियां हैं। आसन्न टैगिंग प्रतिकृतियों के मध्य बिंदुओं के बीच की दूरी से, .ᴇ. दो आसन्न प्रतिकृति प्रारंभिक बिंदुओं के बीच की दूरी से, आप अलग-अलग प्रतिकृतियों के आकार का पता लगा सकते हैं। औसतन, उच्च जानवरों की प्रतिकृति का आकार लगभग 30 µm या 100 kbp है। नतीजतन, स्तनधारी अगुणित सेट में 20,000-30,000 प्रतिकृतियां होनी चाहिए। निचले यूकेरियोट्स में, प्रतिकृति का आकार छोटा होता है, लगभग 40 केबीपी। तो ड्रोसोफिला में प्रति जीनोम 3500 प्रतिकृतियां हैं, और खमीर में - 400। जैसा कि उल्लेख किया गया है, एक प्रतिकृति में डीएनए संश्लेषण दो विपरीत दिशाओं में जाता है। यह रेडियोऑटोग्राफिक रूप से आसानी से सिद्ध हो जाता है: यदि कोशिकाओं को, पल्स लेबल के बाद, 3HT के बिना किसी माध्यम में कुछ समय के लिए डीएनए को संश्लेषित करना जारी रखने की अनुमति दी जाती है, तो डीएनए में इसका समावेश कम हो जाएगा, लेबल पतला हो जाएगा, जैसा कि यह था, और रेडियोऑटोग्राफ पर दोनों तरफ एक सममित प्रतिकृति क्षेत्र देखना संभव होगा, जिससे चांदी के कम अनाज की मात्रा कम हो जाएगी।

जब वे पड़ोसी प्रतिकृतियों (पड़ोसी प्रतिकृतियों द्वारा साझा किए गए एक टर्मिनल बिंदु पर) से कांटे का सामना करते हैं, तो प्रतिकृति में समाप्त या कांटे की प्रतिकृति चलना बंद हो जाती है। इस बिंदु पर, पड़ोसी प्रतिकृतियों के प्रतिकृति क्षेत्रों को दो नए संश्लेषित डीएनए अणुओं की एकल सहसंयोजक श्रृंखला में जोड़ा जाता है। प्रतिकृतियों में डीएनए गुणसूत्रों का कार्यात्मक उपखंड डीएनए के संरचनात्मक उपखंड के साथ डोमेन या लूप में मेल खाता है, जिसके आधार, जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, प्रोटीन बांड द्वारा एक साथ रखा जाता है।

इस प्रकार, एक अलग गुणसूत्र पर डीएनए का पूरा संश्लेषण कई अलग-अलग प्रतिकृतियों पर स्वतंत्र संश्लेषण के कारण होता है, इसके बाद पड़ोसी डीएनए खंडों के सिरों में शामिल हो जाता है। बैक्टीरिया और यूकेरियोट्स में डीएनए संश्लेषण की तुलना करने पर इस संपत्ति का जैविक अर्थ स्पष्ट हो जाता है। तो 1600 माइक्रोन की लंबाई वाला एक जीवाणु मोनोरेप्लिकॉन गुणसूत्र लगभग आधे घंटे की दर से संश्लेषित होता है। यदि एक स्तनधारी गुणसूत्र के एक सेंटीमीटर डीएनए अणु को भी एक मोनोरेप्लिकॉन संरचना के रूप में दोहराया जाता है, तो इसमें लगभग एक सप्ताह (6 दिन) लगेंगे। लेकिन अगर ऐसे गुणसूत्र में कई सौ प्रतिकृतियां होती हैं, तो इसकी पूर्ण प्रतिकृति के लिए केवल एक घंटे का समय लगेगा। वास्तव में, स्तनधारियों में डीएनए प्रतिकृति समय 6-8 घंटे है। यह इस तथ्य के कारण है कि एक ही समय में एक व्यक्तिगत गुणसूत्र के सभी प्रतिकृतियां चालू नहीं होती हैं।

कुछ मामलों में, सभी प्रतिकृतियों की एक साथ सक्रियता या प्रतिकृति की उत्पत्ति के अतिरिक्त बिंदुओं की उपस्थिति देखी जाती है, जिससे कम से कम समय में सभी गुणसूत्रों के संश्लेषण को पूरा करना संभव हो जाता है। यह घटना कुछ जानवरों में भ्रूणजनन के प्रारंभिक चरण में होती है। यह ज्ञात है कि जब ज़ेनोपस लाविस के अंडों को तोड़ दिया जाता है, तो डीएनए संश्लेषण में केवल 20 मिनट लगते हैं, जबकि दैहिक कोशिका संवर्धन में यह प्रक्रिया लगभग एक दिन तक चलती है। ड्रोसोफिला में एक समान तस्वीर देखी गई है: प्रारंभिक भ्रूण अवस्था में, नाभिक में संपूर्ण डीएनए संश्लेषण में 3.5 मिनट लगते हैं, और ऊतक संस्कृति कोशिकाओं में - 600 मिनट। इसी समय, संस्कृति कोशिकाओं में प्रतिकृति का आकार भ्रूण की तुलना में लगभग 5 गुना अधिक निकला।

एक व्यक्तिगत गुणसूत्र की लंबाई के साथ डीएनए संश्लेषण असमान होता है। यह पाया गया कि एक व्यक्तिगत गुणसूत्र में, सक्रिय प्रतिकृतियां समूहों, प्रतिकृति इकाइयों में एकत्र की जाती हैं, जिनमें 20-80 प्रतिकृति मूल शामिल हैं। इसके बाद डीएनए रेडियो ऑटोग्राफ का विश्लेषण किया गया, जहां वास्तव में प्रतिकृति खंडों का ऐसा इंटरलॉकिंग देखा गया था। डीएनए में थाइमिडीन एनालॉग 5'-ब्रोमोडॉक्सीयूरिडीन (BrdU) को शामिल करने के साथ प्रयोग प्रतिकृतियों या प्रतिकृति इकाइयों के ब्लॉक या समूहों के अस्तित्व के विचार के लिए एक और आधार थे। इंटरफेज़ क्रोमैटिन में BrdU का समावेश इस तथ्य की ओर जाता है कि, समसूत्रण के दौरान, BrdU वाले क्षेत्र उन क्षेत्रों की तुलना में कुछ हद तक (अपर्याप्त संघनन) संघनित होते हैं जहां थाइमिडीन को शामिल किया गया था। इस कारण से, माइटोटिक गुणसूत्रों के वे भाग जिनमें BrdU शामिल है, विभेदक धुंधलापन के साथ कमजोर रूप से दागदार होंगे। यह सिंक्रनाइज़ सेल संस्कृतियों पर BrdU, .ᴇ समावेशन के अनुक्रम का पता लगाना संभव बनाता है। एक गुणसूत्र की लंबाई में डीएनए संश्लेषण अनुक्रम लिया गया। यह पता चला कि अग्रदूत गुणसूत्र के बड़े वर्गों में शामिल है। एस-अवधि के दौरान विभिन्न वर्गों का समावेश सख्ती से क्रमिक रूप से होता है। प्रत्येक गुणसूत्र को इसकी लंबाई में प्रतिकृति के क्रम की उच्च स्थिरता की विशेषता होती है, इसकी प्रतिकृति का अपना विशिष्ट पैटर्न होता है।

प्रतिकृति इकाइयों में एकजुट प्रतिकृति क्लस्टर, परमाणु मैट्रिक्स प्रोटीन (नीचे देखें) से जुड़े होते हैं, जो प्रतिकृति एंजाइमों के साथ मिलकर तथाकथित बनाते हैं। क्लस्टरोसोम इंटरफेज़ न्यूक्लियस में ज़ोन होते हैं जिसमें डीएनए संश्लेषण होता है।

जिस क्रम में प्रतिकृति इकाइयाँ सक्रिय होती हैं, वह संभवतः इन क्षेत्रों में क्रोमैटिन संरचना द्वारा निर्धारित की जा सकती है। इसलिए, उदाहरण के लिए, संवैधानिक हेटरोक्रोमैटिन (सेंट्रोमियर के पास) के क्षेत्र आमतौर पर एस-अवधि के अंत में दोहराए जाते हैं; साथ ही, एस-अवधि के अंत में, फैकल्टी हेटरोक्रोमैटिन का हिस्सा दोगुना हो जाता है (उदाहरण के लिए, मादा स्तनधारियों का एक्स-गुणसूत्र)। विशेष रूप से स्पष्ट रूप से समय में, गुणसूत्र क्षेत्रों की प्रतिकृति का क्रम विभेदक गुणसूत्र रंग के पैटर्न के साथ संबंध रखता है: आर-खंड प्रारंभिक प्रतिकृति हैं, जी-खंड देर से प्रतिकृति के साथ गुणसूत्र क्षेत्रों के अनुरूप हैं। सी-सेगमेंट (सेंट्रोमियर) सबसे हालिया प्रतिकृति साइट हैं।

चूंकि अलग-अलग गुणसूत्रों में अलग-अलग दाग वाले खंडों के आकार और संख्या अलग-अलग होती है, इसलिए यह समग्र रूप से विभिन्न गुणसूत्रों की प्रतिकृति के अतुल्यकालिक शुरुआत और अंत की एक तस्वीर बनाता है। किसी भी मामले में, एक सेट में व्यक्तिगत गुणसूत्रों की प्रतिकृति की शुरुआत और अंत का क्रम यादृच्छिक नहीं है। सेट में अन्य गुणसूत्रों के सापेक्ष गुणसूत्रों के प्रजनन का एक सख्त क्रम होता है।

व्यक्तिगत गुणसूत्रों की प्रतिकृति की प्रक्रिया की अवधि सीधे उनके आकार पर निर्भर नहीं करती है। इस प्रकार, समूह ए (1-3) के व्यक्ति के बड़े गुणसूत्र पूरे एस-अवधि के साथ-साथ समूह बी (4-5) के छोटे गुणसूत्रों के दौरान लेबल किए जाते हैं।

, यूकेरियोटिक जीनोम में डीएनए संश्लेषण एस-अवधि की शुरुआत में नाभिक के सभी गुणसूत्रों पर लगभग एक साथ शुरू होता है। लेकिन एक ही समय में, गुणसूत्रों के अलग-अलग हिस्सों और अलग-अलग गुणसूत्रों में अलग-अलग प्रतिकृतियों का अनुक्रमिक और अतुल्यकालिक समावेश होता है। जीनोम के इस या उस हिस्से की प्रतिकृति का क्रम सख्ती से आनुवंशिक रूप से निर्धारित होता है। यह अंतिम कथन न केवल एस-अवधि के विभिन्न खंडों में लेबल को शामिल करने की तस्वीर से साबित होता है, बल्कि इस तथ्य से भी कि संवेदनशीलता में चोटियों की एस-अवधि के दौरान उपस्थिति का एक सख्त क्रम है। उत्परिवर्तजन के लिए कुछ जीन।

क्रोमैटिन के मुख्य प्रोटीन हिस्टोन हैं।इंटरफेज़ क्रोमोसोम (इंटरफ़ेज़ न्यूक्लियस के क्रोमैटिन) और माइटोटिक क्रोमोसोम दोनों की संरचना में डीएनए की भूमिका काफी स्पष्ट है: आनुवंशिक जानकारी का भंडारण और कार्यान्वयन। साथ ही, इंटरफेज़ नाभिक की संरचना में इन कार्यों के प्रदर्शन के लिए, एक स्पष्ट संरचनात्मक आधार होना बेहद जरूरी है, जिससे सख्त क्रम में बड़ी लंबाई के डीएनए अणुओं को व्यवस्थित करना संभव हो सके, ताकि प्रक्रियाएं आरएनए संश्लेषण और डीएनए दोहराव दोनों एक निश्चित समय अनुक्रम के साथ होते हैं। इंटरफेज़ न्यूक्लियस में, डीएनए एकाग्रता 100 मिलीग्राम / एमएल (!) तक पहुंच जाती है। औसतन, स्तनधारियों के इंटरफेज़ नाभिक में लगभग 2 मीटर डीएनए होता है, जो एक गोलाकार नाभिक में लगभग 10 माइक्रोन के औसत व्यास के साथ स्थानीयकृत होता है। इसका मतलब है कि डीएनए का इतना बड़ा द्रव्यमान किसी तरह 1 x 103-1 x 104 के पैकिंग कारक के साथ पैक किया जाना चाहिए। और साथ ही, आंशिक रूप से या पूरी तरह से विघटित गुणसूत्रों की व्यवस्था में एक निश्चित क्रम को नाभिक में संरक्षित किया जाना चाहिए। . और इसके अलावा, गुणसूत्रों के व्यवस्थित कामकाज के लिए शर्तों को महसूस किया जाना चाहिए। यह स्पष्ट है कि संरचनाहीन, अराजक व्यवस्था में इनमें से कोई भी आवश्यकता पूरी नहीं होती है।

कोशिका नाभिक में, डीएनए की व्यवस्था को व्यवस्थित करने में, इसके संघनन में और कार्यात्मक भार के नियमन में प्रमुख भूमिका परमाणु प्रोटीन की होती है। जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, क्रोमैटिन प्रोटीन, डीऑक्सीराइबोन्यूक्लियोप्रोटीन (डीएनपी) के साथ डीएनए का एक जटिल परिसर है, जहां प्रोटीन सूखे वजन का लगभग 60% हिस्सा होता है। क्रोमैटिन में प्रोटीन बहुत विविध हैं, लेकिन उन्हें दो समूहों में विभाजित किया जा सकता है: हिस्टोन और गैर-हिस्टोन प्रोटीन। सभी क्रोमैटिन प्रोटीन का 80% तक हिस्टोन होता है। डीएनए के साथ उनकी बातचीत नमक या आयनिक बंधनों के माध्यम से होती है और डीएनए अणु में न्यूक्लियोटाइड की संरचना या अनुक्रम के संबंध में गैर-विशिष्ट है। कुल मात्रा में प्रबलता के बावजूद, हिस्टोन को प्रोटीन की एक छोटी किस्म द्वारा दर्शाया जाता है: यूकेरियोटिक कोशिकाओं में केवल 5-7 प्रकार के हिस्टोन अणु होते हैं। हिस्टोन के विपरीत, तथाकथित। अधिकांश भाग के लिए गैर-हिस्टोन प्रोटीन विशेष रूप से डीएनए अणुओं के कुछ अनुक्रमों के साथ बातचीत करते हैं, इस समूह (कई सौ) में शामिल प्रोटीन की एक बहुत बड़ी विविधता है, वहां कई प्रकार के कार्य हैं जो वे करते हैं।

हिस्टोन डीएनए से एक आणविक परिसर के रूप में, सबयूनिट्स या न्यूक्लियोसोम के रूप में जुड़े होते हैं। इससे पहले, यह माना जाता था कि डीएनए समान रूप से इन प्रोटीनों से ढका होता है, जिसका डीएनए के साथ संबंध हिस्टोन के गुणों से निर्धारित होता है।

हिस्टोन - केवल क्रोमैटिन की विशेषता वाले प्रोटीन में कई विशेष गुण होते हैं। ये मूल या क्षारीय प्रोटीन हैं, जिनके गुण लाइसिन और आर्जिनिन जैसे मूल अमीनो एसिड की अपेक्षाकृत उच्च सामग्री द्वारा निर्धारित किए जाते हैं। यह लाइसिन और आर्जिनिन के अमीनो समूहों पर सकारात्मक चार्ज है जो डीएनए के फॉस्फेट समूहों पर नकारात्मक आरोपों के साथ इन प्रोटीनों के नमक या इलेक्ट्रोस्टैटिक बंधन को निर्धारित करते हैं। यह कनेक्शन बल्कि लचीला है, आसानी से टूटा हुआ है, इस मामले में, डीएनए और हिस्टोन में डीएनपी का पृथक्करण हो सकता है। इस कारण से, क्रोमैटिन, डीऑक्सीराइबोन्यूक्लियोप्रोटीन, या जैसा कि पहले कहा जाता था, न्यूक्लियोहिस्टोन, एक जटिल न्यूक्लिक-प्रोटीन कॉम्प्लेक्स है, जिसमें रैखिक उच्च-बहुलक डीएनए अणु और हिस्टोन अणुओं की एक विशाल विविधता (प्रत्येक प्रकार की 60 मिलियन प्रतियां तक) शामिल हैं। हिस्टोन प्रति नाभिक)।

हिस्टोन सबसे अच्छा जैव रासायनिक रूप से अध्ययन किया गया प्रोटीन है (तालिका 5 देखें)।

तालिका 5. स्तनधारी हिस्टोन के सामान्य गुण

हिस्टोन अपेक्षाकृत छोटे आणविक भार के प्रोटीन होते हैं। लगभग सभी यूकेरियोट्स में, इन प्रोटीनों में समान गुण होते हैं, समान वर्गों के हिस्टोन पाए जाते हैं। विभिन्न मूल अमीनो एसिड की सामग्री में हिस्टोन वर्ग एक दूसरे से भिन्न होते हैं। तो हिस्टोन H3 और H4 को आर्जिनिन युक्त के रूप में वर्गीकृत किया जाता है, क्योंकि उनमें इस अमीनो एसिड की अपेक्षाकृत उच्च सामग्री होती है। ये हिस्टोन सभी अध्ययन किए गए प्रोटीनों में सबसे अधिक संरक्षित हैं: उनके अमीनो एसिड अनुक्रम व्यावहारिक रूप से गाय और मटर जैसी दूर की प्रजातियों में भी समान हैं (केवल दो अमीनो एसिड प्रतिस्थापन)।

अन्य दो हिस्टोन एच 2 ए और एच 2 बी मध्यम लाइसिन युक्त प्रोटीन हैं। हिस्टोन के इन समूहों के भीतर विभिन्न वस्तुओं में, अमीनो एसिड के क्रम में, उनकी प्राथमिक संरचना में अंतर-प्रजाति भिन्नताएं पाई जाती हैं।

हिस्टोन एच 1 एक अद्वितीय अणु नहीं है, बल्कि प्रोटीन का एक वर्ग है जिसमें अतिव्यापी अमीनो एसिड अनुक्रमों के साथ कई निकट से संबंधित प्रोटीन होते हैं। इन हिस्टोन में महत्वपूर्ण अंतःप्रजातियां और अंतरालीय भिन्नताएं पाई गईं। इसके अलावा, उनकी सामान्य संपत्ति लाइसिन के साथ उनका संवर्धन है, जो उन्हें सबसे बुनियादी प्रोटीन बनाती है जो आसानी से खारा (0.5 एम) समाधानों में क्रोमैटिन से अलग हो जाते हैं। उच्च आयनिक शक्ति (1-2 M NaCl) वाले विलयनों में सभी हिस्टोन डीएनए से पूरी तरह अलग हो जाते हैं और विलयन में चले जाते हैं।

सभी वर्गों के हिस्टोन के लिए (विशेषकर एच 1 के लिए) अणुओं के एन- और सी-सिरों पर मूल अमीनो एसिड, लाइसिन और आर्जिनिन का क्लस्टर वितरण विशेषता है। हिस्टोन अणुओं के मध्य क्षेत्र कई (3-4) ए-पेचदार क्षेत्र बनाते हैं, जो आइसोटोनिक स्थितियों (छवि 56) के तहत एक गोलाकार संरचना में संकुचित होते हैं। जाहिर है, सकारात्मक चार्ज से भरपूर हिस्टोन के प्रोटीन अणुओं के गैर-पेचदार छोर एक दूसरे के साथ और डीएनए के साथ अपना संबंध बनाते हैं।

हिस्टोन एच 1 में, सबसे अधिक परिवर्तनशील एन-एंड है, जो अन्य हिस्टोन के साथ संचार करता है, और सी-एंड, लाइसिन में समृद्ध, डीएनए के साथ इंटरैक्ट करता है।

कोशिकाओं के जीवन के दौरान, हिस्टोन के पोस्ट-ट्रांसलेशन संबंधी परिवर्तन (संशोधन) हो सकते हैं: कुछ लाइसिन अवशेषों के एसिटिलीकरण और मिथाइलेशन, जो सकारात्मक चार्ज की संख्या की हानि की ओर जाता है, और सेरीन अवशेषों के फॉस्फोराइलेशन, जिससे एक की उपस्थिति होती है। ऋणात्मक आवेश। हिस्टोन का एसिटिलीकरण और फास्फारिलीकरण प्रतिवर्ती होना चाहिए। ये संशोधन हिस्टोन के गुणों, डीएनए से जुड़ने की उनकी क्षमता को महत्वपूर्ण रूप से बदलते हैं। इस प्रकार, हिस्टोन का बढ़ा हुआ एसिटिलीकरण जीन की सक्रियता से पहले होता है, और फॉस्फोराइलेशन और डीफॉस्फोराइलेशन क्रमशः क्रोमेटिन के संघनन और डीकंडेनसेशन से जुड़े होते हैं।

हिस्टोन को साइटोप्लाज्म में संश्लेषित किया जाता है, नाभिक में ले जाया जाता है, और एस-अवधि, .ᴇ में इसकी प्रतिकृति के दौरान डीएनए से जुड़ जाता है। हिस्टोन और डीएनए के संश्लेषण को सिंक्रनाइज़ किया जाता है। जब कोशिका डीएनए को संश्लेषित करना बंद कर देती है, तो हिस्टोन मैसेंजर आरएनए कुछ ही मिनटों में विघटित हो जाते हैं और हिस्टोन का संश्लेषण बंद हो जाता है। क्रोमेटिन में शामिल हिस्टोन बहुत स्थिर होते हैं और इनकी प्रतिस्थापन दर कम होती है।

पांच समूहों में हिस्टोन का उपविभाजन और प्रत्येक समूह के भीतर उनकी पर्याप्त समानता यूकेरियोट्स की विशेषता है। इसके अलावा, उच्च और निम्न दोनों यूकेरियोटिक जीवों में हिस्टोन की संरचना में कई अंतर देखे जाते हैं। तो निचले कशेरुकियों में, H1 के बजाय, जो इन जीवों के सभी ऊतकों की विशेषता है, हिस्टोन H5 एरिथ्रोसाइट्स में पाया जाता है, जिसमें अधिक आर्गिनिन और सेरीन होता है। दूसरी ओर, कई यूकेरियोट्स में हिस्टोन के कुछ समूह अनुपस्थित हैं, और कई मामलों में, ये प्रोटीन पूरी तरह से दूसरों द्वारा प्रतिस्थापित किए जाते हैं।

हिस्टोन जैसे प्रोटीन वायरस, बैक्टीरिया और माइटोकॉन्ड्रिया में पाए गए हैं। इसलिए, उदाहरण के लिए, ई. कोलाई में, प्रोटीन (एचयू और एच-एनएस) एक कोशिका में बड़ी मात्रा में पाए जाते हैं, जो अमीनो एसिड संरचना में हिस्टोन की याद दिलाते हैं।

हिस्टोन के कार्यात्मक गुण।हिस्टोन का व्यापक वितरण, बहुत दूर की प्रजातियों में भी उनकी समानता, गुणसूत्रों की संरचना में उनका अनिवार्य प्रवेश, यह सब कोशिका जीवन की प्रक्रिया में उनकी अत्यंत महत्वपूर्ण भूमिका को इंगित करता है। न्यूक्लियोसोम की खोज से पहले भी, हिस्टोन की कार्यात्मक भूमिका के बारे में, उनकी नियामक और संरचनात्मक भूमिकाओं के बारे में परिकल्पनाओं के दो परस्पर पूरक समूह थे।

यह पाया गया कि पृथक क्रोमैटिन, जब इसमें आरएनए पोलीमरेज़ जोड़ा जाता है, तो प्रतिलेखन के लिए एक टेम्पलेट होना चाहिए, लेकिन इसकी गतिविधि पृथक शुद्ध डीएनए की गतिविधि के अनुरूप गतिविधि का केवल 10% है। हिस्टोन के समूहों को हटाने के साथ यह गतिविधि उत्तरोत्तर बढ़ती जाती है और हिस्टोन को पूरी तरह से हटाने के साथ 100% तक पहुंच सकती है। इसलिए, यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि कुल हिस्टोन सामग्री प्रतिलेखन के स्तर को नियंत्रित कर सकती है। यह अवलोकन इस तथ्य के साथ मेल खाता है कि जैसे ही हिस्टोन, विशेष रूप से एच 1, हटा दिए जाते हैं, प्रगतिशील डीकंडेंसेशन और डीएनपी फाइब्रिल का खुलासा होता है, जो संभवतः टेम्पलेट डीएनए के साथ आरएनए पोलीमरेज़ की बातचीत की सुविधा प्रदान करता है। यह भी पाया गया कि हिस्टोन के संशोधन से प्रतिलेखन में वृद्धि होती है और क्रोमेटिन का एक साथ विघटन होता है। नतीजतन, निष्कर्ष खुद ही बताता है कि हिस्टोन की मात्रात्मक और गुणात्मक स्थिति क्रोमेटिन की कॉम्पैक्टनेस और गतिविधि की डिग्री को प्रभावित करती है। इसी समय, हिस्टोन के नियामक गुणों की विशिष्टता का प्रश्न खुला रहा: विभिन्न विभेदित कोशिकाओं में विशिष्ट एमआरएनए के संश्लेषण में हिस्टोन की क्या भूमिका है। इस मुद्दे को अभी तक हल नहीं किया गया है, हालांकि कुछ सामान्यीकरण किए जा सकते हैं: हिस्टोन के वे समूह जो कम से कम रूढ़िवादी हैं, जैसे एच 1 या एच 2 ए और एच 2 बी की तरह, जिसे बदलने के लिए सबसे ज्यादा संशोधित किया जा सकता है जीनोम के कुछ हिस्सों में उनके गुण।

क्रोमैटिन संगठन में हिस्टोन की संरचनात्मक, संघनन भूमिका भी स्पष्ट थी। इस प्रकार, शुद्ध डीएनए के समाधान के लिए हिस्टोन के एक अंश के क्रमिक जोड़ से डीएनपी कॉम्प्लेक्स की वर्षा होती है, और इसके विपरीत, क्रोमेटिन की तैयारी से हिस्टोन को आंशिक रूप से हटाने से घुलनशील अवस्था में इसका संक्रमण होता है। दूसरी ओर, उभयचर oocytes या समुद्री यूरिनिन अंडे के साइटोप्लाज्मिक अर्क में मुक्त हिस्टोन होते हैं, किसी भी डीएनए (फेज सहित) को जोड़ने से क्रोमैटिन फाइब्रिल (डीएनएफ) का निर्माण होता है, जिसकी लंबाई मूल से कई गुना कम होती है। डीएनए। ये डेटा हिस्टोन की संरचनात्मक, संघनन भूमिका का संकेत देते हैं। विशाल सेंटीमीटर डीएनए अणुओं के लिए एक गुणसूत्र की लंबाई के साथ फिट होने के लिए, जिसमें केवल कुछ माइक्रोमीटर का आकार होता है, डीएनए अणु को किसी तरह घुमाया जाना चाहिए, 1: 10000 के बराबर पैकिंग घनत्व के साथ कॉम्पैक्ट किया जाना चाहिए। यह पता चला कि में डीएनए संघनन की प्रक्रिया में पैकेजिंग के कई स्तर होते हैं, जिनमें से पहला डीएनए के साथ हिस्टोन की बातचीत से सीधे निर्धारित होता है।

डीएनए संघनन का पहला स्तर।प्रारंभिक जैव रासायनिक और इलेक्ट्रॉन सूक्ष्म अध्ययनों में, यह दिखाया गया था कि डीएनपी की तैयारी में 5 से 50 एनएम के व्यास के साथ फिलामेंटस संरचनाएं होती हैं। यह धीरे-धीरे स्पष्ट हो गया कि क्रोमेटिन तंतुओं का व्यास दवा के उत्सर्जन की विधि पर निर्भर करता है।

ग्लूटाराल्डिहाइड के साथ निर्धारण के बाद, ग्लूटाराल्डिहाइड के साथ निर्धारण के बाद इंटरफेज़ नाभिक और माइटोटिक गुणसूत्रों के अल्ट्राथिन वर्गों पर 30 एनएम मोटी क्रोमेटेड फाइब्रिल पाए गए। नाभिक के भौतिक निर्धारण के दौरान क्रोमेटिन तंतु एक ही आकार के थे - नाभिक के तेजी से जमने पर, किसी वस्तु को छिलने और ऐसी तैयारी से प्रतिकृतियां प्राप्त करने पर। बाद के मामले में, क्रोमेटिन पर परिवर्तनशील रासायनिक स्थितियों के प्रभाव को बाहर रखा गया था। लेकिन ये सब

क्रोमैटिन संरचना और रसायन विज्ञान - अवधारणा और प्रकार। "क्रोमैटिन की संरचना और रसायन विज्ञान" 2017, 2018 श्रेणी का वर्गीकरण और विशेषताएं।

क्रोमेटिन पदार्थों का एक जटिल मिश्रण कहलाता है जिससे यूकेरियोट्स के गुणसूत्र बनते हैं। क्रोमैटिन के मुख्य घटक डीएनए, हिस्टोन और गैर-हिस्टोन प्रोटीन हैं, जो अंतरिक्ष में उच्च क्रम वाली संरचनाएं बनाते हैं। क्रोमेटिन में डीएनए और प्रोटीन का अनुपात ~ 1:1 है, और क्रोमेटिन प्रोटीन के थोक को हिस्टोन द्वारा दर्शाया जाता है। हिस्टोन अत्यधिक संरक्षित मूल प्रोटीन का एक परिवार बनाते हैं जिन्हें पांच बड़े वर्गों में विभाजित किया जाता है जिन्हें कहा जाता है एच1, एच2ए, एच2बी, एच3 और एच4... हिस्टोन पॉलीपेप्टाइड श्रृंखलाओं का आकार ~ . के भीतर होता है 220 (H1) और 102 (H4)अमीनो एसिड अवशेष। हिस्टोन H1 अवशेषों में अत्यधिक समृद्ध है लिसो, हिस्टोन H2A और H2B को Lys की एक मध्यम सामग्री की विशेषता है, हिस्टोन H3 और H4 की पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला समृद्ध हैं आर्ग... हिस्टोन के प्रत्येक वर्ग के भीतर (H4 के अपवाद के साथ), इन प्रोटीनों के कई उपप्रकारों को अमीनो एसिड अनुक्रमों के आधार पर प्रतिष्ठित किया जाता है। यह बहुलता विशेष रूप से स्तनधारी H1 हिस्टोन की विशेषता है। इस मामले में, सात उपप्रकार प्रतिष्ठित हैं, जिन्हें H1.1 - H1.5, H1 o और H1t कहा जाता है।

चावल। मैं 2. क्रोमेटिन संघनन के लूप-डोमेन स्तर का योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व

ए- MAR / SAR अनुक्रमों और प्रोटीन का उपयोग करके परमाणु मैट्रिक्स पर क्रोमोमेयर लूप का निर्धारण; बी- क्रोमर लूप से बने "रोसेट्स"; वी- न्यूक्लियोसोम और न्यूक्लियोमर्स की भागीदारी के साथ रोसेट लूप्स का संघनन

क्रोमेटिन में प्रोटीन के साथ डीएनए की बातचीत का एक महत्वपूर्ण परिणाम इसका संघनन है। मानव कोशिकाओं के नाभिक में निहित डीएनए की कुल लंबाई 1 मीटर तक पहुंचती है, जबकि नाभिक का औसत व्यास 10 माइक्रोन है। एक मानव गुणसूत्र में निहित डीएनए अणु की लंबाई औसतन ~ 4 सेमी होती है। उसी समय, मेटाफ़ेज़ गुणसूत्र की लंबाई ~ 4 माइक्रोन होती है। नतीजतन, मानव मेटाफ़ेज़ गुणसूत्रों का डीएनए कम से कम 10 4 बार लंबाई में संकुचित होता है। इंटरफेज़ नाभिक में डीएनए संघनन की डिग्री व्यक्तिगत आनुवंशिक लोकी में बहुत कम और असमान होती है। कार्यात्मक दृष्टिकोण से, वहाँ हैं यूक्रोमैटिन तथा हेट्रोक्रोमैटिन ... यूक्रोमैटिन को हेटरोक्रोमैटिन की तुलना में डीएनए के कम संघनन की विशेषता है, और सक्रिय रूप से व्यक्त जीन मुख्य रूप से इसमें स्थानीयकृत होते हैं। अब यह व्यापक रूप से माना जाता है कि हेटरोक्रोमैटिन आनुवंशिक रूप से निष्क्रिय है। चूंकि इसके वास्तविक कार्यों को आज स्थापित नहीं माना जा सकता है, हेटरोक्रोमैटिन के बारे में ज्ञान के संचय के साथ यह दृष्टिकोण बदल सकता है। इसमें पहले से ही सक्रिय रूप से व्यक्त जीन पाए जाते हैं।

गुणसूत्रों के कुछ क्षेत्रों का विषमवर्णीकरण अक्सर उनमें मौजूद जीनों के प्रतिलेखन के दमन के साथ होता है। हेटरोक्रोमैटाइजेशन की प्रक्रिया में क्रोमोसोम के विस्तारित वर्ग और यहां तक ​​कि पूरे क्रोमोसोम शामिल हो सकते हैं। तदनुसार, यह माना जाता है कि यूकेरियोटिक जीन प्रतिलेखन का विनियमन मुख्य रूप से दो स्तरों पर होता है। उनमें से पहले में, क्रोमेटिन में डीएनए के संघनन या अपघटन से किसी जीव की ओटोजेनी में गुणसूत्रों के विस्तारित वर्गों या यहां तक ​​कि पूरे गुणसूत्रों की लंबी अवधि की निष्क्रियता या सक्रियता हो सकती है। सक्रिय गुणसूत्र क्षेत्रों के प्रतिलेखन का एक बेहतर विनियमन गैर-हिस्टोन प्रोटीन की भागीदारी के साथ दूसरे स्तर पर प्राप्त किया जाता है, जिसमें कई प्रतिलेखन कारक शामिल होते हैं।

यूकेरियोट्स के क्रोमैटिन और क्रोमोसोम का संरचनात्मक संगठन।इंटरफेज़ नाभिक में क्रोमैटिन के संरचनात्मक संगठन का प्रश्न वर्तमान में हल होने से बहुत दूर है। यह, सबसे पहले, इसकी संरचना की जटिलता और गतिशीलता के कारण है, जो मामूली बहिर्जात प्रभावों के साथ भी आसानी से बदल जाता है। क्रोमेटिन की संरचना के बारे में अधिकांश ज्ञान इन विट्रो में खंडित क्रोमैटिन की तैयारी पर प्राप्त किया गया था, जिसकी संरचना देशी नाभिक से काफी अलग है। सामान्य दृष्टिकोण के अनुसार, यूकेरियोट्स में क्रोमैटिन के संरचनात्मक संगठन के तीन स्तर हैं: 1 ) न्यूक्लियोसोमल तंतु ; 2) solenoid , यान्यूक्लियोमर ; 3) लूप-डोमेन संरचना समेतगुणसूत्र .

न्यूक्लियोसोमल तंतु। कुछ शर्तों के तहत (कम आयनिक शक्ति पर और द्विसंयोजक धातु आयनों की उपस्थिति में), न्यूक्लियोसोम से मिलकर 10 एनएम व्यास के विस्तारित तंतुओं के रूप में पृथक क्रोमैटिन में नियमित संरचनाओं का निरीक्षण करना संभव है। ये तंतुमय संरचनाएं, जिनमें न्यूक्लियोसोम एक स्ट्रिंग पर मोतियों की तरह व्यवस्थित होते हैं, क्रोमेटिन में यूकेरियोटिक डीएनए पैकिंग का निम्नतम स्तर माना जाता है। न्यूक्लियोसोम जो तंतु बनाते हैं, कमोबेश समान रूप से डीएनए अणु के साथ एक दूसरे से 10-20 एनएम की दूरी पर स्थित होते हैं। न्यूक्लियोसोम में हिस्टोन अणुओं के चार जोड़े शामिल हैं: एच 2 ए, एच 2 बी, एच 3 और एच 4, साथ ही एक हिस्टोन एच 1 अणु। न्यूक्लियोसोम की संरचना पर डेटा मुख्य रूप से तीन विधियों का उपयोग करके प्राप्त किया गया था: न्यूक्लियोसोम क्रिस्टल का निम्न और उच्च-रिज़ॉल्यूशन एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण, इंटरमॉलिक्युलर प्रोटीन - डीएनए क्रॉसलिंक्स, और न्यूक्लियोसोम में डीएनए क्लेवाज न्यूक्लीज़ या हाइड्रॉक्सिल रेडिकल का उपयोग करते हुए। इन आंकड़ों के आधार पर ए. क्लुग ने न्यूक्लियोसोम के एक मॉडल का निर्माण किया, जिसके अनुसार डीएनए (146 बीपी) में बी-फॉर्म(एक 10 बीपी कदम के साथ एक दाहिने हाथ का सर्पिल) एक हिस्टोन ऑक्टेमर पर घाव होता है, जिसके मध्य भाग में हिस्टोन एच 3 और एच 4 होते हैं, और परिधि पर - एच 2 ए और एच 2 बी। ऐसी न्यूक्लियोसोम डिस्क का व्यास 11 एनएम है, और इसकी मोटाई 5.5 एनएम है। एक हिस्टोन ऑक्टेमर और उसके चारों ओर डीएनए घाव से युक्त संरचना को कहा जाता है न्यूक्लियोसोमल टूó घूमने वाले कण।प्रति ó यहां तक ​​कि कण एक दूसरे से खंडों द्वारा अलग होते हैं लिंकर डीएनए... एनिमल न्यूक्लियोसोम में शामिल डीएनए खंड की कुल लंबाई 200 (15) बीपी है।

हिस्टोन पॉलीपेप्टाइड श्रृंखलाओं में कई प्रकार के संरचनात्मक डोमेन होते हैं। केंद्रीय गोलाकार डोमेन और मूल अमीनो एसिड में समृद्ध एन- और सी-टर्मिनल क्षेत्रों को लचीला फैला हुआ कहा जाता है कंधों(हाथ)। पॉलीपेप्टाइड श्रृंखलाओं के सी-टर्मिनल डोमेन हिस्टोन-हिस्टोन इंटरैक्शन में शामिल हैं ó कण, मुख्य रूप से एक विस्तारित केंद्रीय सर्पिल खंड के साथ एक-हेलिक्स के रूप में होते हैं, जिसके साथ दोनों तरफ एक छोटा हेलिक्स रखा जाता है। सेल चक्र के दौरान या सेल भेदभाव के दौरान होने वाले प्रतिवर्ती पोस्ट-ट्रांसलेशनल हिस्टोन संशोधनों की सभी ज्ञात साइटें उनकी पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला (तालिका I.2) के लचीले मुख्य डोमेन में स्थित हैं। इस मामले में, हिस्टोन एच 3 और एच 4 के एन-टर्मिनल हथियार अणुओं के सबसे संरक्षित क्षेत्र हैं, और सामान्य रूप से हिस्टोन सबसे विकसित रूप से संरक्षित प्रोटीन में से एक हैं। खमीर के आनुवंशिक परीक्षण के माध्यम से एस. सेरेविसिया यह पाया गया कि हिस्टोन जीन के एन-टर्मिनल भागों में छोटे विलोपन और बिंदु उत्परिवर्तन के साथ खमीर कोशिकाओं के फेनोटाइप में गहरा और विविध परिवर्तन होते हैं। यह यूकेरियोटिक जीन के सही कामकाज को सुनिश्चित करने में हिस्टोन अणुओं की अखंडता के अत्यधिक महत्व को इंगित करता है।

समाधान में, हिस्टोन H3 और H4 स्थिर टेट्रामर्स (H3) 2 (H4) 2 के रूप में मौजूद हो सकते हैं, और हिस्टोन H2A और H2B स्थिर डिमर के रूप में मौजूद हो सकते हैं। देशी क्रोमैटिन युक्त समाधानों में आयनिक शक्ति में क्रमिक वृद्धि से पहले H2A / H2B डिमर और फिर H3 / H4 टेट्रामर्स निकलते हैं।

क्रिस्टल में न्यूक्लियोसोम की बारीक संरचना का और शोधन हाल ही में के। लुगर एट अल द्वारा किया गया था। (1997) उच्च-रिज़ॉल्यूशन एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण का उपयोग करना। यह पाया गया कि ऑक्टेमर में प्रत्येक हिस्टोन हेटेरोडिमर की उत्तल सतह 27-28 बीपी लंबाई में डीएनए सेगमेंट के चारों ओर मुड़ी हुई है, जो एक दूसरे से 140 डिग्री के कोण पर स्थित है, जो लिंकर क्षेत्रों द्वारा 4 बीपी लंबाई में अलग होते हैं।

आधुनिक आंकड़ों के अनुसार, किसकी संरचना में डीएनए की स्थानिक संरचना है? ó स्ट्रैंड के कण बी-फॉर्म से कुछ अलग होते हैं: डीएनए डबल हेलिक्स 0.25–0.35 बीपी / डबल हेलिक्स के मोड़ से मुड़ जाता है, जिससे 10.2 बीपी / टर्न (बी-फॉर्म में) के बराबर हेलिक्स पिच का निर्माण होता है। समाधान में - 10.5 बीपी / बारी)। संरचना में हिस्टोन के परिसर की स्थिरता ó एक स्वच्छ कण उनके गोलाकार भागों की परस्पर क्रिया से निर्धारित होता है; इसलिए, हल्के प्रोटियोलिसिस की स्थितियों में लचीली भुजाओं को हटाने से परिसर का विनाश नहीं होता है। हिस्टोन के एन-टर्मिनल हथियार डीएनए के विशिष्ट क्षेत्रों के साथ अपनी बातचीत प्रदान करते प्रतीत होते हैं। इस प्रकार, हिस्टोन H3 के एन-टर्मिनल डोमेन के प्रवेश द्वार पर डीएनए क्षेत्रों के साथ संपर्क करते हैं ó कण और उससे बाहर निकलते हैं, जबकि हिस्टोन H4 का संबंधित डोमेन न्यूक्लियोसोम के डीएनए के आंतरिक भाग से जुड़ता है।

उच्च-रिज़ॉल्यूशन न्यूक्लियोसोम की संरचना के पूर्वोक्त अध्ययन से पता चलता है कि 121 बीपी डीएनए खंड का मध्य भाग। न्यूक्लियोसोम के भीतर हिस्टोन H3 के साथ अतिरिक्त संपर्क बनाता है। इस मामले में, हिस्टोन H3 और H2B के पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला के एन-टर्मिनल भाग न्यूक्लियोसोम के पड़ोसी डीएनए सुपरकोइल के मामूली खांचे द्वारा बनाए गए चैनलों से गुजरते हैं, और हिस्टोन H2A का एन-टर्मिनल हिस्सा छोटे खांचे से संपर्क करता है डीएनए सुपरकोइल का बाहरी भाग। एक साथ लिया गया, उच्च-रिज़ॉल्यूशन डेटा दिखाता है कि न्यूक्लियोसोम के मूल कणों में डीएनए असमान रूप से हिस्टोन ऑक्टेमर के चारों ओर झुकता है। हिस्टोन सतह के साथ डीएनए इंटरेक्शन के स्थलों पर वक्रता बाधित होती है, और इस तरह के किंक 10-15 और 40 बीपी की दूरी पर सबसे अधिक ध्यान देने योग्य होते हैं। डीएनए सुपरकोइल के केंद्र से।