Хроматин

Величезна довжина молекул ДНК еукаріот визначила появу спеціальних механізмів зберігання, реплікації і реалізації генетичного матеріалу. Хроматином називають молекули хромосомної ДНК в комплексі зі специфічними білками, необхідними для здійснення цих процесів. Основну масу складають «білки зберігання», так звані гістони. З цих білків побудовані нуклеосоми — структури, на які намотані нитки молекул ДНК. Нуклеосоми розташовуються досить регулярно, так що утворюється структура нагадує намисто. Нуклеосома складається з білків чотирьох типів: H2A, H2B, H3 і H4. В одну нуклеосому входять по два білка кожного типу — всього вісім білків. Гистон H1, більший ніж інші гістони, зв'язується з ДНК в місці її входу на нуклеосому.Нуклеосома разом з H1 називається хроматосомою.

Нитка ДНК з нуклеосомами утворює нерегулярну соленоїд-подібну структуру товщиною близько 30 нанометрів, так звану 30 нм фібрилу. Подальша упаковка цієї фібрили може мати різну щільність. Якщо хроматин упакований щільно, його називають конденсованим або гетерохроматином, його можна побачити під мікроскопом. ДНК, що знаходиться в гетерохроматині. У інтерфазі гетерохроматин звичайно розташовується по периферії ядра (пристінковий гетерохроматин). Повна конденсація хромосом відбувається перед поділом клітини. Якщо хроматин упакований нещільно, його називають еу- або інтерхроматином. Цей вид хроматину набагато менш щільний при спостереженні під мікроскопом і зазвичай характеризується наявністю транскрипційної активності. Щільність упаковки хроматину є частиною епігенетичного контролю експресії генів і частково визначається модифікаціями гістонових хвостів — ацетилюванням та деацетилюванням іметилюванням.

Вважається, що в ядрі існують так звані функціональні домени хроматину (ДНК одного домену містить приблизно 30 тисяч пар основ), тобто кожна ділянка хромосоми має власну «територію». На жаль, питання просторового розподілу хроматину в ядрі вивчений поки недостатньо. Відомо, що теломерні (кінцеві) іцентромерні (що відповідають за зв'язування сестринських хроматид в мітозі) ділянки хромосом закріплені на білках ядерної ламіни.

Еволюційне значення клітинного ядра

Основне функціональне відміну клітин еукаріот від клітин прокаріотів полягає в просторовому розмежуванні процесів транскрипції (синтезу матричної РНК) і трансляції (синтезу білка рибосомою), що дає в розпорядження еукаріотичної клітини нові інструменти регуляції біосинтезу і контролю якості мРНК.

У той час, як у прокаріотів мРНК починає транслюватися ще до завершення її синтезу РНК- полімеразою, мРНК еукаріотів зазнає значних модифікації (так званий процесинг), після чого експортується через ядерні пори в цитоплазму, і тільки після цього може вступити в трансляцію. Процесинг мРНК включає декілька елементів.

З попередника мРНК (пре-мРНК) в ході процесу, званого сплайсингом вирізаються інтрони — незначущі ділянки, а значущі ділянки — екзони з'єднуються один з одним. Причому екзони однієї і тієї ж пре- мРНК можуть бути з'єднані декількома різними способами (альтернативний сплайсинг), так що один попередник може перетворюватися в декілька різних зрілих мРНК. Таким чином, один ген може кодувати відразу декілька білків.

Модифікаціям піддаються кінці молекули мРНК. До 5'-кінця молекули прикріплюється 7-метілгуанін (так званийкеп). До 3'- кінця приєднуються кілька десятків залишків аденіну (поліаденілування). Також за допомогоюальтернативного поліаденілування можна контролювати наступну долю мРНК, наприклад в ході РНК інтерференції — адже 5'- та 3'- нетрансльовані ділянки є місцями з'єднання мікроРНК^[1].