4.Структурная организация хроматина

Хромосомы в виде отдельных тел хорошо видны лишь во время митоза или мейоза. В промежутке между клеточными делениями, т. е. в интерфазе, наследственный материал клетки выявляется в виде глыбок, разбросанных по ядру. И глыбки, и хромосомы имеют общее название – хроматин – это окрашенное с помощью специальных красителей наследственное вещество ядра.

Хромосома представляет собой спирализованную нить. В вытянутом виде длина 1 хромосомы около 1 см, а длина компактной (метафазной) хромосомы ~ 1 мкм, т. е. общий коэффициент компактизации составляет 10⁴. Выделяют несколько уровней спирализации (компактизации) хроматина (см. табл.)

Таблица - Последовательные уровни компактизации хроматина

Уровень компактизации	Название структуры	Степень укорочения		Диаметр, нм
		по сравнению с предшествующей структурой	по сравнению с молекулой ДНК
—	1. ДНК	1	1	1,7
Нуклеосомный	2. Нуклеосомная нить	7	7	11
Нуклеомерный	3. Хроматиновая фибрилла (соленоид, "супербусины", нуклеомеры)	6	42	30
Хромомерный	4. Петлевой домен (хромомеры, розетки)	15	600	100…400
Хромонемный	5. Хромонема	2…3	1600	700
Хроматидный	6. Метафазная хромосома	5	8000	500…600

Уровни компактизации хроматина:

1. ДНК – двуспиральная молекула ДНК диаметром 1,7 нм.

2. Нуклеосомная нить. Она формируется с помощью четырех видов гистонов: H2A, H2B, H3, H4, которые образуют белковые тела – коры, состоящие из восьми молекул (по две молекулы каждого вида гистонов). Коры напоминают по форме шайбу.

Молекула ДНК образует комплекс с белковыми корами, спирально накручиваясь на них. При этом в контакте с каждым кором оказывается участок ДНК, состоящий из 146 п. н. (два витка). Свободные от контакта с белковыми телами участки ДНК называют связующими, или линкерными. Они включают от 15 до 100 п. н. (в среднем 60 п. н.), в зависимости от типа клетки.

Отрезок молекулы ДНК длиной около 200 п. н. вместе с белковым кором составляет нуклеосому. Хромосома представляет собой цепочку таких повторяющихся единиц – нуклеосом. Как известно, геном человека состоит из 3*10⁹ п. н.; нетрудно подсчитать, что это соответствует 15 миллионам нуклеосом. Нуклеосомная нить напоминает цепочку бус.

В результате такой укладки двойной спирали ДНК в нуклеосомную нить она приобретает диаметр 10…11 нм.

3. Хроматиновая фибрилла. На следующем уровне упаковки происходит ещё большее уплотнение нуклеосомной нити. Гистон H1 соединяется с линкерной ДНК и двумя соседними белковыми телами и сближает их друг с другом. В результате образуется структура, которая похожа на соленоид.

Такая хроматиновая фибрилла имеет диаметр 20…30 нм.

4 . Петлевой домен. Далее происходит укладка хроматиновой фибриллы в петли с участием негистоновых белков, которые узнают специфические последовательности ДНК, отдаленные друг от друга на расстояние в несколько десятков тысяч пар (Х = 60×10³) нуклеотидов. Эти негистоновые белки сближают указанные участки, при этом образуется петлевидная розетка, где отдельные петли отходят от центрального плотного участка. Количество петель в розетке 15…80, диаметр структуры – до 400 т. п. н. Расположение петлевых доменов (хромомер) может быть неравномерным: участки тела митотической хромосомы, обогащенные ими, могут соответствовать полосам при дифференциальной окраске хромосомы.

5. Хромонема. Затем происходит еще большая конденсация ДНК, в результате чего хроматиновая фибрилла диаметром 20…30 нм преобразуется в толстую нить диаметром 100…200 нм, которая называется хромонемой и уже видна в световой микроскоп. Отдельные участки интерфазной хромонемы подвергается дальнейшей компактизации с образованием так называемых структурных блоков. Они видны в интерфазном ядре в виде глыбок хроматина. Так формируется окончательная структура интерфазной хромосомы.

6. Метафазная хромосома. Когда клетка переходит из интерфазы в митоз, наблюдается суперкомпактизация хроматина. В профазе митоза становятся видны нити, а в метафазе и анафазе хорошо различимы отдельные хромосомы, состоящие из двух хроматид. Затем происходит декомпактизация вещества хромосом, и в телофазе они уже не видны. Биологический смысл суперкомпактизации заключается в обеспечении возможности точного распределения дочерних хромосом как компактных телец к полюсам клетки при митозе или мейозе.