Хроматин – это масса генетического вещества, которая состоит из ДНК и белков, конденсирующихся с образованием хромосом в ходе деления клеток эукариот. Хроматин является компонентом ядра.
Что такое хроматин
Основной функцией хроматина является комплектация ДНК, которая сможет обратить ее в такую форму, которая имеет объем, входящий в ядро. Хроматин является комплексом небольших белков – гистонов и ДНК. Гистоны организуют ДНК в нуклеосомы, которые состоят из последовательностей ДНК, обертывающихся вокруг набора из 8 гистонов.
Октомеры – это набор гистонов, находящихся вокруг ДНК.
Нуклеосома складывается дополнительно, благодаря получению хроматинового волокна. Хроматиновые волокна в свою очередь конденсируются в хромосомы. Хроматин обладает следующими функциями:
- реализация клеточных процессов, которые включают репликацию ДНК;
- транскрипция и восстановление ДНК;
- рекомбинация наследственного материала и деление клеток.
Внутриклеточный хроматин имеет различную степень плотности, что зависит от конкретной стадии в клеточном цикле.
В ядре присутствуют следующие виды хроматина:
- эухроматин;
- гетерохроматин.
Основные свойства хроматина
ДНК подвергается воздействию эухроматина, в связи с чем становится возможным провести репликацию и транскрипцию. Транскрипция позволяет ДНК раскрутиться и скопировать гены, кодирующие определенные белки. Тем самым репликация и транскрипция ДНК необходимы клетке для того, чтобы клетка могла активно синтезировать ДНК, белки, образовывать органеллы при подготовке процесса клеточного деления любого характера митоза или мейоза.
Небольшой процент хроматина существует в виде гетерохроматина в ходе интерфазы. Этот хроматин плотно упакован, что не дает возможности провести генетическую транскрипцию. Гетерохроматин окрашивается в более темный цвет при применении красителей, в отличие от эухроматина.
Хроматин в митозе реализуется последовательно на протяжении всех четырех фаз. Во время профазы митоза хроматиновые волокна превращаются в хромосомы, каждая из них реплицирована и состоит из двух хроматид, соединенных центромерой.
Метафаза отличается тем, что хроматин чрезвычайно сильно сжимается. Хромосомы выравниваются в ходе образования метафазной пластинки. Анафаза отличается тем, что парные хромосомы (или сестринские хроматиды) отделяются и вытягиваются в микротрубочки по веретену деления на противоположные полюса клетки. Телофаза отличается тем, что каждая новая дочерняя хромосома перемещается внутрь собственного ядра. Хроматиновые волокна разматываются и становятся менее плотными. После цитокенеза образуются две идентичные хромосомы. Хромосомы продолжают размываться и удлиняют хроматин, который образуется в конце фазы.
В науке часто возникают проблемы с трактовкой понятий хроматин, хромосома и хроматида. Все три структуры состоят из ДНК и располагаются внутри ядра. Но при этом хроматин состоит и ДНК, и гистонов, упакованных в тонкие волокна. Они не конденсируются, но существуют в компактной форме гетерохроматина или в менее компактной форме эухроматина. Все процессе, в том числе и рекомбинация ДНК встречаются в эухроматине, который конденсируется с образованием хромосом.
Хромосомы, в свою очередь, являются одноцепочными структурами, состоящими из конденсированного хроматина. Во время процессов деления клеток, а именно митоза и мейоза хромосомы реплицируются для того, чтобы гарантировать получение каждой новой дочерней клеткой нужного числа хромосом. Дублицированная хромосома имеет две цепочки ДНК и обладает привычной формой X. Две нити связаны в центромерой. Хроматидой является одна из двух нитей реплицированных хромосом. Хроматиды, соединенные центромером, называются сестринскими хроматидами. В конце клеточного деления сестринские хроматиды отделяются от дочерних хромосом в новообразованных дочерних клетках.
Таким образом, большинство генетических процессов реализуется именно на уровне эухроматина, поскольку он обладает целым рядом функциональных свойств. А именно: постоянное нахождение в конденсированном состоянии, присутствие многократных повторов небольших нетранскрибируемых участков ДНК. Также плотность расположения генов в гетерохроматине гораздо ниже, чем в эухроматине. Гены транслоцирующиеся в расположенную поблизости область инактивируются достаточно четко. Из – за плотности упаковки гетерохроматин отличается низкой частотой рекомбинации генов.
Также хроматин бывает открытым и представляет собой области ДНК, которые лишены нуклеусом и очень чувствительны к процессу обработки ДНК.
Детальное исследование хроматина показало, что гетерохроматин часто скапливается в ядрах клеток самок, но и отсутствует в летках самцов. Такой тип хроматина называется половым и присутствует внутри Х-хромосом. Многие исследователи придерживаются данных о том, что половой хроматин не активен генетически. Например, внутри эпителиальных клеток человека половой хроматин имеет вид мелкой гранулы, которая крепится к ядерной оболочке. Для исследования хроматина данного типа целесообразно использовать клетки внутренней поверхности щек. Также можно применять некоторые участки покровного эпителия или эпителия кровеносных сосудов.
Также часто применяют кровяные мазки и в этом случае хроматин имеет вид сегмента, добавленного в виде палочки внутри ядра. Существенный прогресс в ходе исследования хроматина наступил после разработки методов индукционного деления клеток. Митоз можно индуцировать фитогемагглютинином (в клеточных культурах) и остановить в метафазе колхицином.
В дальнейшем клетки погружаются в гипотонический раствор, и они набухают. Затем клетки распластывают и разрушают между предметным и покровным стеклом.
Любой метод исследования хроматина открывает актуальные возможности для пополнения базы генетических исследований и решения актуальных задач междисциплинарного знания.
