Hromatin

Hromatin se uočava u interfaznom jedru (to je jedro ćelije koja nije u deobi, već se nalazi u interfazi ). On je u obliku hromatinskih vlakana koja se, kada se obrade određenim enzimima, vide kao niska perli. Tokom ćelijske deobe dolazi do kondenzovanja hromatinskih vlakana tako da ona postaju samostalna telašca – hromozomi. Naziv hromatina (hromozoma) potiče od grčke reči chromos što znači boja, odnosno, lepo se boji određenim baznim bojama.

Hromatin se sastoji od:

• DNK,
• male količine RNK i
• dve vrste proteina:

1. histona i
2. nehistonskih proteina.

Vrste

Prema jačini bojenja razlikuju se dve vrste hromatina:

• heterohromatin i
• euhromatin.

Heterohromatin je kondenzovan (spiralni navoji DNK su zbijeni) pa je zbog toga tamnije obojen, lako se uočava u jedru i neaktivan je u transkripciji.

Euhromatin je difuzan (rasplinut – manje su zbijeni navoji DNK) pa je usled toga svetlije obojen i aktivan u transkripciji. Ćelije koje intenzivno sintetišu neki protein imaju malo heterohromatina, a dosta euhromatina – njihova jedra su svetlija.

Struktura hromatinskih niti

Struktura hromatina: DNK, nukleozomi, solenoidne strukture, petlje, trake, metafazni hromozom

Na osnovu molekulske mase DNK i podatka da jedan puni zavoj ima dužinu od 3,4 nm, lako se može izračunati ukupna dužina ispružene dvolančane zavojnice DNK u nekoj ćeliji. Tako, ukupna dužina dvolančene DNK u jednoj ćeliji čoveka iznosi oko 2 m. Treba imati u vidu da je prečnik tipične ćelije oko 20 μm, a njenog jedra 5-10 μm. Navedeni primeri jasno ukazuju da DNK mora biti veoma čvrsto upakovana da bi se uopšte mogla smestiti u ćeliju. To podrazumeva da, pored sekundarne strukture, postoje i drugi nivoi organizacije DNK. I, zaista, u svim ćelijama DNK je superspiralizovana, što znači da je dvostruka spirala još mnogo puta ispresavijana i čvrsto upakovana. U tom pakovanju učestvuju proteini sa kojima je DNK čvrsto vezana.

U svim ćelijama DNK se nalazi u hromozomima koji se pojavljuju u jedru neposredno pre i za vreme ćelijske deobe. U periodu između dve deobe (u interfazi) hromozomski materijal je raspoređen po celom jedru kao difuzna masa i naziva se hromatin.

Hromatin(obrađen nekim enzimima) se pod mikroskopom može videti kao tanka nit na kojoj su nanizane perle. Tanka nit je DNK, a perle su kompleksi DNK i histona nazvani nukleozomi.

Glavni članak: Nukleozom

Pakovanjem u nukleozome, DNK se prividno skraćuje oko 7 puta, ali to, još uvek, nije dovoljno za smeštanje DNK u jedro. Ta činjenica ukazuje na postojanje dodatnih nivoa spiralizacije DNK, kao što su solenoidne strukture, petlje, trake.

Histoni

Histoni su bazni proteini male molekulske mase koji zajedno sa nehistonskim proteinima, RNK i DNK izgrađuju hromatin, odnosno hromozome. Ukupna masa histona u ćeliji jednaka je približno masi DNK.

Vrste i osobine histona

Razlikuje se pet klasa (vrsta) histona koje se mogu podeliti u dve grupe:

1. grupu tzv. nukleozomskih histona sačinjavaju histoni koji se obeležavaju kao H2A, H2B, H3 i H4 (po nomenklaturi Ciba simpozijuma iz 1975. g.)

2. grupu sačinjavaju histoni obeleženi kao H1.

Histonske klase se međusobno razlikuju po:

• molekulskoj težini,
• broju i
• redosledu aminokiselina.

Molekulska masa H1 iznosi oko 23 000 Da, dok se za ostale histone kreće od 11 000 do 15 000 Da. U H1, H2A i H2B histonima preovlađuje aminokiselina lizin, a H3 i H4 histoni su sa visokim sadržejem arginina. Pozitivno naelektrisani ostaci baznih aminokiselina histona mogu lako da interreaguju sa kiselim fosfatnim grupama u DNK. Kada je razgradnja u pitanju histoni pripadaju vrlo stabilnim proteinima. Prisutni su u skoro svim tipovima eukariotskih ćelija, izuzev malog broja izuzetaka. Tako, u spermatozoidima se umesto histona nalaze mali bazni proteini, tzv. protamini.

Sinteza histona usaglašena je sa sintezom DNK, replikacijom i odvija se uglavnom u S fazi interfaze ćelijskog ciklusa.

Sve ove osobine histona ukazuju na njihovu ulogu u obrazovanju strukture hromatina i pakovanju ogromne dužine DNK u jedro mnogostruko manjeg prečnika. Telesna ljudska ćelija ima 46 hromozoma. Ako se izmeri ukupna dužina DNK u svim hromozoma , dobija se vrednost od oko 2m. Treba imati u vidu da je prečnik jedra 5-10μm. Možda još jedan primer to bolje ilustruje: ukupna dužina DNK u svim ćelijama ljudskog tela iznosi 2x 10¹¹ km, što je mnogo puta veće od obima Zemlje ili rastojanja između Zemlje i Sunca. Zbog toga DNK mora da se namotava i na različite načine pakuje.

Nukleozom

Nukleozom je kompleks DNK i histon i predstavlja strukturnu jedinicu hromatina koja se ponavlja. Nukleozom ima oblik cilindra čiji prečnik iznosi 11 nm, a njegova visina 5, 7 nm . Prve elektronske mikrografije, dobijene 1974. god, pokazale su hromatin obrađen enzimima kao niz perli na tankoj niti. Tanka nit odgovara dvolančanoj DNK, a perle su nukleozomi prečnika 11 nm.

Sastoji od:

• histonskog oktamera, koji formira jezgro
• DNK, koja je namotana oko oktamera skoro 2 puta (tačnije 1,8 puta); njena dužina je oko 200 bp.

Oktamer se sastoji od 8 molekula histona, po dva molekula histona:

• H2A,
• H2B,
• H3 i
• H4.

Histon H1 je vezan za DNK na mestu gde ona ulazi i napušta nukleozom, za tzv. vezujuću (linker) DNK. Vezujuća DNK je u stvari deo DNK lanca između dva nukleozoma. Njena dužina najčešće iznosi oko 55 bp, mada može da varira zavisno od biološke vrste u rasponu od 8-114 bp. Pored toga histon H1 ostvaruje interakciju i sa DNK koja se namotava oko histonskog okramera.

Solenoidne strukture

Obrazovanjem nukleozoma, odnosno, namotavanjem DNK oko 2 puta oko oktamera, ukupna dužina DNK se smanjuje oko 7 puta što još uvek nije dovoljno da bi se ona mogla smestiti u jedro. Kako se nukleozomi prečnika 11 nm upakuju u niti debljine 30 nm nije potpuno razjašnjeno. Danas su važeća dva osnovna modela kojima se objašnjava dalje pakovanje nukleozoma:

• model solenoidnih (sunčanih) struktura
• cig-cag model.

Solenoidne strukture se sastoje od gusto upakovanih nukleozoma tako da se dobijaju hromatinske niti debljine 30 nm. Nukleozomalna DNK obrazuje superspiralu koja se sastoji od oko 6 nukleozoma po jednom spiralnom navoju pri čemu vezna DNK ostaje u samom centru spirale, ali ne prolazi kroz uzdužnu osu hromatinske niti. Po tome se razlikuje od cig-cag modela po kome vezujuća DNk prelazi preko centralne ose hromatinske niti. Procene su da je DNK obrazovanjem solenoidnih struktura kompaktnija 10-20 puta u odnosu na nukleozome.

Za obrazovanje solenoidnih struktura zaslužan je histon H1 koji se sastoji od oko 220 amino kiselina. Sastoji se od:

• centralnog globularnog dela (tela) koji se vezuje za određeno mesto na nukleozomu (za svaki nukleozom vezan je po jedan molekul H1);
• produžetaka koji su u kontaktu sa veznom DNK i pružaju se do narednog nukleozoma gde se vezuju za centralni deo sledećeg histona H1.

Ni ovaj nivo pakovanja nije dovoljan da se DNK smesti u jedro već je neophodno da se njena dužina prividno smanji oko 10 000 puta. To uslovljava još nekoliko nivoa savijanja tzv. superspiralizacije DNK kao što su petlje i trake koje su prečnika od 100 nm.

Literatura

• Tucić, N, Matić, Gordana: O genima i ljudima, Centar za primenjenu psihologiju, Beograd, 2002.
• Marinković, D, Tucić, N, Kekić, V: Genetika, Naučna knjiga, Beograd
• Tatić, S, Kostić, G, Tatić, B: Humani genom, ZUNS, Beograd, 2002.
• Matić, Gordana: osnovi molekularne biologije, Zavet, Beograd, 1997.
• Ridli, M: Genom - autobiografija vrste u 23 poglavlja, Plato, Beograd, 2001.
• Prentis S: Biotehnologija, Školska knjiga, Zagreb, 1991.
• Dumanović, J, marinković, D, Denić, M: Genetički rečnik, Beograd, 1985.
• Kosanović, M, Diklić, V: Odabrana poglavlja iz humane genetike, Beograd, 1986.
• Lazarević, M: ogledi iz medicinske genetike, beograd, 1986.
• Švob, T. i sradnici: Osnovi opće i humane genetike, Školska knjiga, Zagreb, 1990.

Spoljašnje veze

• BioNet Škola
• Recent chromatin publications and news