Uloženie genetickej informácie v jadre, štruktúra chromozómov

1. slučka chromatínu scaffold scaffold 1 „závit“ solenoidu tvorí 6- 8 chromatozómov(nukleozómov) scaffold „Beads-On-A-String“ = „korálky na niti“= 10 nm vlákno 166 bp DNA G 1 Mb DNAdomény a ICexpandujúcemedzi nimi. A veľká slučkachromatínu. Aktívne gény. F Model vzťahovCrhT –IC. IC obsahujekomplexy pre transkripciu areplikáciu. Bramienka p a q sú odlíšené.Aktívne gény (biele) sú vzdialené od heterochr. Utlmené gény (čierne) sú pricentromerickom chromatíne. E Vyžší stupeňorganizáciechromatínu. Aktívnea utlmenégény. C ChrT majú rôznu „hustotu“ chromatínu – väčšiu i menšiu D včasne a neskoro sa replikujúcichromatín. Lamina. Funkčná organizácia jadra je veľmi účelný systém, ako do objektu s priemerom 5 až 30 mikrometrov uložiť 2 metre DNA + histónové a nehistóno-vé proteíny tak, aby bolo možné informáciu v nej uloženú nielen využívať, ale celý tento komplex aj (pred delením bunky) zdvojiť. Jadroje dynamický systém, ktorý má z funkčného hľadiska päť dôležitýchprvkov: obal jadra, systém lamínov (vrátane jadrovej matrix), asistenčný systém ribonukleoproteínov a tzv. „fabriky“ ukotvené v matrix, ktoré sú zodpovedné za transkripciu a replikáciu. Obal jadra je tvorený dvomi samostatnými biologickými membránami, ktoré na niektorých miestach splývajú a vytvárajú niekoľko tisíc jadrových pórov. Majú rozhodujúcu úlohu pri transporte látok z a do jadra. Zároveň cez nich prechádzajú aj niektoré vlákna cytoskeletu, ktoré komunikujú s jadrovou matrix a sú nevyhnutné pre správnu organizáciu uloženia používania chromatínu, ako aj pre bunkové delenie. Systém lamínov je tvorený tromi druhmi bielkovín. Lamín b ukotvuje celú lamínovú vrstvu na vnútornej membráne jadrového obalu.Okrem toho slúži na prichytenie koncovýchčastí chromozómov (telomér) na laminu.Má zároveň dôležitú úlohu pri rekonštrukciijadrového obalu, v telofáze mitózy. Lamíny typu a a c sa podieľajú na tvorbe jadrovej matrix, ktorá má závažné funkcie pri remodelácii chromatínu a pri udržiavaní sektorov chromozómov v jadre. Vytvárajú sieť z 10 nm vlákien tvaru „Y“ Mutácia génu pre lamín a sa podieľa na vzniku progérie. Infraštruktúra eukaryotického (ľudského) chromozómu: V G1 fáze bunkového cyklu sú chromatínové slučky uvoľnené a „fabriky“ (ukotvené v matrix) môžu vykonávať transkripciu. Bunka plní svoje funkcie v organizme. Podobne v S-fáze môže prebiehať replikácia DNA. Od začiatku mitózy prebiehajú zároveň dvaprocesy. Matrix sa dezintegruje a proteínyscaffoldu sa zasúvajú „do seba“, čo spôsobuje,že zdvojené chromozómy hrubnú a skracujú sa. Proces kondenzácie vrcholí v metafáze mitózy. Princípy funkčnej organizácie genetickej informácie v jadre: 1) Chromozóm sa nachádza v jadre v určitom teritóriu (ChrT).2) ChrT s rôznou hustotou génov zaujímajú v jadre odlíšiteľné pozície. 3) Na gény chudobné oblasti sa zhromažďujú na periférii jadra.4) Na gény bohaté oblasti sa zhromažďujú viac v centre jadra. 5) Medzichromatínový kompartment (IC) obsahuje rôzne typy nechromatíno- vých oblastí s enzýmami pre replikáciu DNA a transkripciu.6) Pre reguláciu transkripcie génov sú potrebné zvláštne interakcie ChrT – IC.7) Stav transkripcie génov súvisí s ich polohou v ChrT.8) Dynamická repozícia génov má zásadnú úlohu pri ich aktivácii a utlmovaní. UŽ OD DRUHEJ POLOVICE 19. STOROČIA SA VIE, ŽE SA V BUNKÁCH NACHÁDZA BUĎ JADRO ALEBO ROVNAKO OFARBITEĽNÉ TELIESKA – CHROMOZÓMY. POČET CHROMOZÓMOV U ČLOVEKA BOL ALE URČENÝ AŽ TRINÁSŤ ROKOV PO OBJAVENÍ ŠTRUKTÚRY MOLEKULY DNA. OBJASNENIE KOEXISTENCIE DNA A BIELKOVÍN, V EUKARYOTICKÝCH CHROMOZÓMOCH, SA UDIALO AŽ KONCOM MINULÉHO STOROČIA. POCHOPENIE FUNKČNEJ ORGANIZÁCIE JADRA, V KTOROM MÁ KAŽDÝ CHROMOZÓM SVOJE IZOLOVANÉ TERITÓRIUM, KDE SA USKUTOČŇUJÚ ZLOŽITÉ PROCESY REMODELÁCIE CHROMATÍNU A VYUŽITIA GENETICKEJ INFORMÁCIE, SA USKUTOČŇUJE LEN V OSTATNÝCH ROKOCH. Uloženie genetickej informácie v jadre, štruktúra chromozómov Chromozómy (a mitózu) po prvý raz opísal v roku 1879 Walter Flemming Jadrová DNA človeka má dĺžku 2 metre. Je rozdelená na 46 úsekov, ktoré spolu s bielkovinami vytvárajú v nedeliacom sa jadre chromatín, materiál chromozómov. Samostatné chromozómy sú viditeľné (bez špeciálneho farbenia)len počas delenia bunky – najlepšie v metafáze, kedy sú najviac kondenzované. DNA je asociovaná s dvomi druhmi bielkovín – histónovými a nehistónovými. Históny majú štruktúrnu a regulačnú funkciu. Je ich 5 typov. Z nich H2a, H2b, H3 a H4 v dvojiciach vytvárajúoktamér, okolo ktorého sa obtáča DNA v dĺžke 146 bázových párov (bp), čím vznikajúnukleozómya tzv. 10 nm chromatínové vlákno. Jednotlivé nukleozómy sú spájané histónom H1 a vznikajúchromatozómy. Spájaním chromatozómov vzniká dutý rúrkovitý útvar –solenoid, ktorý jezákladom pre vznik vyššej formy stáčania DNA a bielkovín - 30 nm chromatínové vlákno. Chromatínové vláknovytvára slučky, ktoré sa pripájajú na nehistónové proteíny (tzv.scaffold), ktoré tvoriapozdĺžnu os chromozómu. Vrcholy slučiek sú pripojené na vlákna jadrovej osnovy (matrix). Chromatínové slučky môžu byťrelaxované(uvoľnené), a potom tvoriaeuchromatín, z ktorého možno genetickú informáciu používať. Ak sú kondenzované, tvoriaheterochromatín, v ktorom je zvyčajne DNA neprístupná. Heterochromatín je dvoch druhov. Konštitutívny zostáva stále kondenzovaný, kým fakultatívny je možné relaxovať. Využívanie informácie v génochsúvisí s tzv.remodeláciou chromatínu. Ide o opakovanie „rozpletania“ chromatínových vláken až po rozpad oktamérov a linearizáciu DNA – a jej opätovného stáčania do slučiek.Proces je riadený a majú v ňom úlohu rôzne enzýmy, ktoré vykonávajú aminoacyláciu, deacyláciu, prípadne metyláciu aminokyselín histónov. Vznikajúce torzné napätie odstraňujú tzv. topiozomerázy, čím bránia poškodeniu DNA.