СТРУКТУРНЫЕ КОМПОНЕНТЫ КЛЕТКИ: Хроматин

При наблюдении живых или фиксированных клеток внутри ядра выяв­ляются зоны плотного вещества, которые хорошо воспринимают разные красители, особенно основные. Благодаря такой способности хорошо окра шиваться этот компонент ядра и получил название «хроматин» (от греч. chroma - цвет, краска). Такими же свойствами обладают и хромосомы, ко­торые отчетливо видны как плотные окрашивающиеся тельца во время митотического деления клеток. В неделящихся (интерфазных) клетках хро­матин, выявляемый в световом микроскопе, может более или менее равно­мерно заполнять объем ядра или же располагаться отдельными глыбками.

В состав хроматина входит ДНК в комплексе с белками. Хроматин ин­терфазных ядер представляет собой хромосомы, которые, однако, теряют в это время свою компактную форму, разрыхляются, деконденсируются. Сте­пень такой деконденсации хромосом может быть различной. Зоны полной деконденсации хромосом и их участков морфологи называют эухроматином (euchromatinum). При неполном разрыхлении хромосом в интерфазном ядре видны участки конденсированного хроматина, иногда называемого гетеро-хроматином (heterochromatinum). Степень деконденсации хромосомного ма­териала - хроматина в интерфазе может отражать функциональную нагруз­ку этой структуры. Чем «диффузнее» распределен хроматин в интерфазном ядре, тем интенсивнее в нем синтетические процессы.

Максимально конденсирован хроматин во время митотического деле­ния клеток, когда он обнаруживается в виде плотных телец - хромосом. В этот период хромосомы не выполняют никаких синтетических функций, в них не происходит включения предшественников ДНК и РНК.

Таким образом, хромосомы клеток могут находиться в двух структур­но-функциональных состояниях: в активном, рабочем, частично или пол­ностью деконденсированном, когда с их участием в интерфазном ядре про­исходят процессы транскрипции и редупликации, и в неактивном, в со­стоянии метаболического покоя при максимальной их конденсированнос-ти, когда они выполняют функцию распределения и переноса генетическо­го материала в дочерние клетки.

Наблюдения за структурой хроматина с помощью электронного мик­роскопа показали, что как в препаратах выделенного интерфазного хрома­тина или выделенных митотических хромосом, так и в составе ядра на уль­тратонких срезах всегда видны элементарные хромосомные фибриллы тол­щиной 20-25 нм.

В химическом отношении фибриллы хроматина представляют собой сложные комплексы дезоксирибонуклеопротеидов (ДНП), в состав которых входят ДНК и специальные хромосомные белки - гистоновые и негисто-новые. В составе хроматина обнаруживается также РНК. Количественные отношения ДНК, белка и РНК составляют 1:1,3:0,2. Обнаружено, что дли­на индивидуальных линейных молекул ДНК может достигнуть сотен мик­рометров и даже сантиметров. Среди хромосом человека самая большая пер­вая хромосома содержит ДНК с общей длиной до 4 см. Суммарная длина молекул ДНК во всех хромосомах одной клетки человека составляет около 170 см, что соответствует 6 ▪ 10~¹² г.

В хромосомах существует множество мест независимой репликации, т.е. удвоения ДНК - репликонов. ДНК эукариотических хромосом представляют собой линейные молекулы, состоящие из тандемно (друг за другом) рас­положенных репликонов разного размера. Средний размер репликона около 30 мкм. В составе генома человека должно встречаться более 50 000 репли­конов, участков ДНК, которые синтезируются как независимые единицы. Синтез ДНК как на участках отдельной хромосомы, так и среди разных хромосом идет неодновременно, асинхронно. Так, например, в некоторых хромосомах человека (1, 3, 16) репликация наиболее интенсивно начина­ется в плечах хромосом и заканчивается (при высокой интенсивности вклю­чения метки) в центромерном районе (см. ниже). Наиболее поздно репли­кация заканчивается в хромосомах или в их участках, находящихся в ком­пактном, конденсированном состоянии. Таким примером может являться поздняя репликация генетически инактивированной Х-хромосомы у жен­щин, формирующей в ядре компактное тельце полового хроматина.

Белки хроматина составляют 60-70 % от его сухой массы. К ним отно­сятся так называемые гистоны и негистоновые белки. Негистоновые белки составляют 20 % от количества гистонов. Гистоны - щелочные белки, обо­гащенные основными аминокислотами (главным образом лизином и арги­нином). Очевидна структурная роль гистонов, которые не только обеспечи­вают специфическую укладку хромосомной ДНК, но и имеют значение в регуляции транскрипции. Гистоны расположены по длине молекулы ДНК не равномерно, а в виде блоков. В один такой блок входят 8 молекул гисто­нов, образуя так называемую нуклеосому. Размер нуклеосомы около 10 нм. При образовании нуклеосом происходит компактизация, сверхспирализа-ция ДНК, что приводит к укорачиванию длины хромосомной фибриллы примерно в 7 раз. Сама же хромосомная фибрилла имеет вид нитки бус или четок, где каждая бусина - нуклеосома. Такие фибриллы толщиной 10 нм дополнительно продольно конденсируются и образуют основную элемен­тарную фибриллу хроматина толщиной 25 нм.

В интерфазе фибриллы хроматина образуют петли. Эти петли собраны в розетки, где основания нескольких петель связаны друг с другом неги-стоновыми белками ядерного матрикса. Такие петлевые группы (петлевые домены) при падении активности хроматина могут конденсироваться, уп­лотняться, образуя так называемые хромомеры или хромоцентры интер­фазных ядер. Хромомеры выявляются также в составе митотических хро­мосом.

В ядрах, кроме хроматиновых участков и матрикса, обнаруживаются перихроматиновые фибриллы, перихроматиновые и интерхроматиновые гранулы. Они содержат РНК и встречаются практически во всех активных ядрах, представляют собой информационные РНК, связанные с белка­ми, - рибонукле о протеиды (информосомы). Матрицами для синтеза этих РНК являются разные гены, разбросанные по деконденсированным участ­кам хромосомных (хроматиновых) фибрилл.

Особый тип матричной ДНК, а именно ДНК для синтеза рибосомной РНК, собран обычно в нескольких компактных участках, входящих в со­став ядрышек интерфазных ядер.