Kromosom dan kromatin: apa itu dan apa bedanya? Kromatin: definisi, struktur dan peran dalam pembelahan sel Kromatin tidak aktif

Kromatin dan kromosom adalah jenis kompleks genetik yang dapat bertransformasi menjadi satu sama lain. Organisasi kimianya mirip satu sama lain. Kompleks deoksiribonukleoprotein DNA dengan struktur protein merupakan dasar kimia kromatin dan kromosom.

Konsep kromosom dan kromatin

Kromosom biasanya disebut unsur yang merupakan bagian dari inti sel. Kromosom terlibat dalam pembentukan struktur nukleus. Ini Penyimpanan DNA, dan oleh karena itu informasi bersifat turun-temurun tentang organisme secara keseluruhan. Urutan linier gen menjadi ciri kromosom. Kromosom dibentuk oleh kromatid. Kromatid diwakili oleh sepasang subunit memanjang. Masing-masing kromatid yang termasuk dalam pasangan yang ditunjuk memiliki struktur dan struktur yang sangat mirip dengan kromatid lainnya. Dasar kromatid adalah molekul DNA, disajikan dalam satu salinan. Telomer adalah bagian terminal kromatid.

Kromatin adalah zat yang membentuk kromosom. Itu dapat diisolasi dari inti sel tumbuhan atau hewan. Kromatin dicirikan oleh kemampuannya untuk diwarnai secara intens dengan pewarna nuklir. Ketika sel mulai membelah, kromatin mengalami proses pembentukan menjadi struktur berbeda dari jenis tertentu, yang ditemukan di dalam kromosom.

Ciri-ciri umum kromatin dan kromosom

Keumuman konsep yang ditunjuk adalah sebagai berikut:

1. Proses spiralisasi kromatin, di mana pembentukan akhir kromosom terjadi.
2. Selain itu, kromatin dan kromosom adalah dua keadaan struktural dan fungsional yang membawa materi keturunan.

Kesamaan dasar kimia kromatin dan kromosom memungkinkan, dengan bantuan protein, pengemasan molekul yang mengandung DNA bertingkat, sebagai akibatnya kromatin diubah menjadi bentuk kompak.

Perbedaan antara kromosom dan kromatin

Perbedaan pada tingkat struktur

Kromosom sebagai unsur inti sel mempunyai ciri khas sebagai berikut yang berbeda dengan ciri kromatin:

• Kemampuan untuk bereproduksi sendiri.
• Kehadiran komponen individu terkait dengan sifat struktural dan fungsional.
• Kemampuan untuk melestarikan karakteristik individu selama beberapa generasi.

Kromatin dapat dibedakan dari kromosom dengan parameter berikut:

1. Ini adalah kombinasi kompleks RNA, DNA, dan protein yang disusun ulang.
2. Ini adalah substansi kromosom.
3. Terletak di dalam sel eukariotik.
4. Ini adalah fragmen penyusun nukleotida pada prokariota.
5. Dengan bantuan komposisinya, ia diberkahi dengan kemampuan untuk mengimplementasikan informasi genetik.
6. Menerapkan replikasi dan perbaikan DNA.

Perbedaan khas

Kromatin, tidak seperti kromosom, dapat ada dalam dua jenis:

Heterokromatin-mewakili kromosom dengan tingkat aktivitas fungsional yang sangat rendah atau sama sekali tidak ada. Heterokromatin juga bisa berupa bagian-bagian kromosom. Hal ini ditandai dengan kondensasi relatif, yang tidak terwakili secara penuh. Di bawah pengaruh mikroskop cahaya, heterokromatin divisualisasikan sebagai gumpalan warna gelap.

Zukromatin mempunyai sifat yang berlawanan dengan sifat heterokromatin yang ada. Ini mewakili kromosom atau fragmentasi parsialnya, ditandai dengan tingkat dekondensasi yang tidak lengkap. Dari sudut pandang fungsional, euchromatin aktif. Tingkat cahaya tidak memperlihatkan eukromatin; bahkan di bawah pengaruhnya, ia tetap tidak berwarna.

Ciri khas kromatin dibandingkan dengan kromosom adalah kemampuan salah satu jenisnya, heterokromatin, untuk dibagi menjadi dua elemen struktural:

1. Heterokromatin fakultatif, yang dibedakan berdasarkan kemampuannya untuk berubah menjadi eukromatin.
2. Jenis heterokromatin konstruktif yang tidak mampu melakukan transformasi serupa di sel mana pun.

Kromosom dan kromatin juga dapat dibedakan berdasarkan penampilannya. Kromatin diwakili oleh gumpalan, elemen granular, dan struktur berserabut; secara umum, kita dapat mengatakan bahwa ini adalah bagian kromosom yang dipadatkan.
Kromosom, sebagai unit materi genetik, memiliki struktur yang padat.

Reaksi kromosom dan kromatin terhadap pewarnaan berbeda. Kromatin hanya rentan terhadap efek pewarna tertentu, termasuk karmin dan hematoksilin. Kromosom diwarnai secara intens, bereaksi secara sensitif terhadap elemen pewarna.

Sebelum mendalami mekanisme pembelahan sel, menurut saya ada baiknya jika kita membicarakan kosakata yang berkaitan dengan DNA. Kita akan membahas mikrobiologi ini di masa depan, ini hanya untuk mendapatkan gambaran umum tentang bagaimana DNA menyalin dirinya sendiri. Mari kita lihat, adenin, adenin, guanin dan guanin. Dan ketika Anda berbicara tentang asam nukleat, yaitu DNA, dan Anda menggabungkannya dengan protein, Anda sedang berbicara tentang kromatin. "Kromatin" Jadi kata-katanya bisa sangat ambigu dan membingungkan, tapi penggunaan umumnya adalah ketika Anda berbicara tentang untai tunggal DNA yang terdefinisi dengan baik, struktur yang terdefinisi dengan baik seperti itu, itu adalah kromosom. Jadi ini salah satunya, dan ini satu lagi yang mungkin terpisah ke arah ini.

Sel prokariotik tidak memiliki inti yang terorganisir; hanya mengandung satu kromosom, yang tidak dipisahkan dari sel lainnya oleh membran, tetapi terletak langsung di sitoplasma. Namun, ia juga mencatat semua informasi keturunan sel bakteri.

Eukariota (dari bahasa Yunani eu - baik dan carion - inti) adalah organisme yang mengandung inti yang jelas di dalam selnya. Eukariota mencakup tumbuhan uniseluler dan multiseluler, jamur dan hewan, yaitu semua organisme kecuali bakteri. Sel eukariotik dari berbagai kingdom berbeda dalam beberapa karakteristik. Namun dalam banyak hal strukturnya serupa.

Misalnya seseorang mempunyai 23 pasang.

Jumlah kromosom pada jamur berkisar antara 2 hingga 28, pada sebagian besar spesies - dari 10 hingga 12.

Secara umum jumlahnya berbeda-beda.

Kromatin- Bentuk pengemasan DNA dalam inti sel eukariotik. Kromatin adalah campuran zat kompleks yang menjadi dasar pembuatan kromosom eukariotik. Komponen utama kromatin adalah DNA dan protein kromosom, yang meliputi protein histon dan non-histon, membentuk struktur yang sangat tertata dalam ruang. Rasio DNA dan protein dalam kromatin adalah ~1:1, dan sebagian besar protein kromatin diwakili oleh histon. Istilah "X." diperkenalkan oleh W. Flemming pada tahun 1880 untuk menggambarkan struktur intranuklear yang diwarnai dengan pewarna khusus.

Jika Anda menjumlahkan semua kromosom, molekul DNA pada eukariota yang lebih tinggi memiliki panjang sekitar 2 meter dan, oleh karena itu, harus dipadatkan secara maksimal - sekitar 10.000 kali - agar dapat masuk ke dalam inti sel - kompartemen sel tempat materi genetik berada. disimpan. Menggulung DNA ke gulungan protein histon memberikan solusi elegan untuk masalah pengemasan ini dan menghasilkan polimer kompleks protein-DNA berulang yang dikenal sebagai kromatin.

Kromatin tidak homogen dalam strukturnya; ia muncul dalam berbagai bentuk kemasan, dari fibril kromatin yang sangat terkondensasi (dikenal sebagai heterokromatin) hingga bentuk yang kurang padat di mana gen biasanya diekspresikan (dikenal sebagai eukromatin).

Data terbaru menunjukkan bahwa ncRNA (RNA non-coding) dapat “mengarahkan” transisi wilayah khusus genom ke keadaan kromatin yang lebih kompak. Dengan demikian, kromatin harus dipandang sebagai polimer dinamis yang dapat mengindeks genom dan memperkuat sinyal dari lingkungan eksternal, yang pada akhirnya menentukan gen mana yang harus diekspresikan dan mana yang tidak.

Kromatin gen yang ditranskripsi secara aktif berada dalam keadaan perubahan konstan, ditandai dengan penggantian histon secara terus menerus (Henikoff dan Ahmad, 2005).

Unit dasar pengemasan kromatin adalah nukleosom. Nukleosom terdiri dari heliks ganda DNA yang melilit kompleks spesifik delapan histon nukleosom (histone oktamer). Nukleosom adalah partikel berbentuk cakram dengan diameter sekitar 11 nm, berisi dua salinan dari masing-masing histon nukleosom (H2A, H2B, H3, H4). Oktamer histon membentuk inti protein di mana DNA untai ganda dibungkus dua kali (146 pasangan basa DNA per oktamer histon).

Nukleosom yang menyusun fibril terletak kurang lebih merata di sepanjang molekul DNA pada jarak 10-20 nm satu sama lain. Nukleosom mengandung empat pasang molekul histon: H2a, H2b, H3 dan H4, serta satu molekul histon H1.

Biasanya, sel eukariotik memilikinya inti, tetapi ada sel berinti dua (ciliata) dan sel berinti banyak (opaline). Beberapa sel yang sangat terspesialisasi kehilangan nukleusnya untuk kedua kalinya (eritrosit mamalia, saluran saringan angiospermae).

Bentuk nukleusnya bulat, ellipsoidal, lebih jarang berlobus, berbentuk kacang, dll. Diameter nukleus biasanya berkisar antara 3 hingga 10 mikron.

1 - membran luar; 2 — luka membran dalam; 3 - pori-pori; 4 - nukleolus; 5 - hetero-kromatin; 6 - eukromatin.

Nukleus dibatasi dari sitoplasma oleh dua membran (masing-masing memiliki struktur yang khas). Di antara membran terdapat celah sempit yang berisi zat semi cair. Di beberapa tempat, membran menyatu satu sama lain, membentuk pori-pori (3), di mana terjadi pertukaran zat antara nukleus dan sitoplasma. Membran inti (1) bagian luar pada sisi yang menghadap sitoplasma ditutupi ribosom sehingga membuatnya kasar, sedangkan membran bagian dalam (2) halus. Membran inti adalah bagian dari sistem membran sel: hasil dari membran inti luar terhubung ke saluran retikulum endoplasma, membentuk satu sistem saluran komunikasi.

Karyoplasma (sari inti, nukleoplasma)- isi bagian dalam nukleus, tempat kromatin dan satu atau lebih nukleolus berada. Getah inti mengandung berbagai protein (termasuk enzim inti) dan nukleotida bebas.

Nukleolus(4) adalah benda padat bulat yang direndam dalam sari inti. Jumlah nukleolus bergantung pada keadaan fungsional nukleus dan bervariasi dari 1 hingga 7 atau lebih. Nukleolus hanya ditemukan pada inti yang tidak membelah; mereka menghilang selama mitosis. Nukleolus terbentuk pada bagian kromosom tertentu yang membawa informasi tentang struktur rRNA. Daerah seperti ini disebut pengatur nukleolar dan mengandung banyak salinan gen yang mengkode rRNA. Subunit ribosom terbentuk dari rRNA dan protein yang berasal dari sitoplasma. Jadi, nukleolus adalah kumpulan rRNA dan subunit ribosom pada berbagai tahap pembentukannya.

Kromatin- struktur nukleoprotein internal nukleus, diwarnai dengan pewarna tertentu dan bentuknya berbeda dari nukleolus. Kromatin berbentuk gumpalan, butiran dan benang. Komposisi kimia kromatin: 1) DNA (30-45%), 2) protein histon (30-50%), 3) protein non-histon (4-33%), oleh karena itu kromatin merupakan kompleks deoksiribonukleoprotein (DNP). Tergantung pada keadaan fungsional kromatin, ada: heterokromatin(5) dan eukromatin(6). Euchromatin aktif secara genetik, heterochromatin adalah daerah kromatin yang tidak aktif secara genetis. Eukromatin tidak terlihat di bawah mikroskop cahaya, warnanya lemah dan mewakili bagian kromatin yang terdekondensasi (terdespiralisasi, tidak terpuntir). Di bawah mikroskop cahaya, heterokromatin tampak seperti gumpalan atau butiran, sangat berwarna dan mewakili area kromatin yang terkondensasi (berspiral, padat). Kromatin merupakan wujud keberadaan materi genetik pada sel interfase. Selama pembelahan sel (mitosis, meiosis), kromatin diubah menjadi kromosom.

Fungsi kernel: 1) penyimpanan informasi herediter dan transmisinya ke sel anak selama pembelahan, 2) pengaturan aktivitas sel dengan mengatur sintesis berbagai protein, 3) tempat pembentukan subunit ribosom.

- Ini adalah struktur sitologi berbentuk batang yang mewakili kromatin terkondensasi dan muncul di sel selama mitosis atau meiosis. Kromosom dan kromatin adalah bentuk organisasi spasial kompleks deoksiribonukleoprotein yang berbeda, sesuai dengan fase berbeda dari siklus hidup sel. Komposisi kimia kromosom sama dengan kromatin: 1) DNA (30-45%), 2) protein histon (30-50%), 3) protein non-histon (4-33%).

Dasar dari sebuah kromosom adalah satu molekul DNA beruntai ganda yang berkesinambungan; Panjang DNA satu kromosom bisa mencapai beberapa sentimeter. Jelaslah bahwa molekul dengan panjang ini tidak dapat ditempatkan dalam bentuk memanjang di dalam sel, tetapi mengalami pelipatan, memperoleh struktur tiga dimensi, atau konformasi tertentu. Tingkat lipatan spasial DNA dan DNP berikut dapat dibedakan: 1) nukleosom (penggulungan DNA menjadi butiran protein), 2) nukleomer, 3) kromomer, 4) kromonemeral, 5) kromosom.

Dalam proses pengubahan kromatin menjadi kromosom, DNP tidak hanya membentuk heliks dan superheliks, tetapi juga loop dan superloop. Oleh karena itu, proses pembentukan kromosom yang terjadi pada profase mitosis atau profase 1 meiosis lebih baik disebut bukan spiralisasi, melainkan kondensasi kromosom.

1 - metasentrik; 2 - submetasentrik; 3, 4 - akrosentrik. Struktur kromosom: 5 - sentromer; 6 — penyempitan sekunder; 7 - satelit; 8 - kromatid; 9 - telomer.

Kromosom metafase (kromosom dipelajari selama metafase mitosis) terdiri dari dua kromatid (8). Setiap kromosom memilikinya penyempitan primer (sentromer)(5), yang membagi kromosom menjadi lengan. Beberapa kromosom memilikinya penyempitan sekunder(6) dan satelit(7). Satelit adalah bagian lengan pendek yang dipisahkan oleh penyempitan sekunder. Kromosom yang mempunyai satelit disebut satelit (3). Ujung-ujung kromosom disebut telomer(9). Tergantung pada posisi sentromernya, ada: a) metasentrik(bahu sama) (1), b) submetasentrik(agak tidak setara) (2), c) akrosentris(sangat tidak setara) kromosom (3, 4).

Sel somatik mengandung diploid(ganda - 2n) kumpulan kromosom, sel kelamin - haploid(tunggal - n). Kumpulan cacing gelang diploid adalah 2, lalat buah - 8, simpanse - 48, udang karang - 196. Kromosom dari kumpulan diploid dibagi menjadi berpasangan; kromosom dari satu pasangan mempunyai struktur, ukuran, kumpulan gen yang sama dan disebut homolog.

Kariotipe- sekumpulan informasi tentang jumlah, ukuran dan struktur kromosom metafase. Idiogram adalah representasi grafis dari kariotipe. Perwakilan spesies yang berbeda mempunyai kariotipe yang berbeda, tetapi anggota spesies yang sama mempunyai kariotipe yang sama. Autosom- Kromosom yang sama pada kariotipe pria dan wanita. Kromosom seks- Kromosom yang kariotipe laki-lakinya berbeda dengan kariotipe perempuan.

Himpunan kromosom manusia (2n = 46, n = 23) berisi 22 pasang autosom dan 1 pasang kromosom seks. Autosom dibagi menjadi beberapa kelompok dan diberi nomor:

Kromosom seks tidak termasuk dalam kelompok mana pun dan tidak memiliki nomor. Kromosom seks wanita adalah XX dan pria adalah XY. Kromosom X bersifat submetasentrik sedang, kromosom Y bersifat akrosentrik kecil.

Kromatin(dari bahasa Yunani chrome - cat) butiran kecil dan gumpalan bahan yang terdapat di dalam inti sel dan diwarnai dengan pewarna dasar. Kromatin terdiri dari Kompleks DNA dan protein Dan itu berhubungan dengan kromosom, yang dalam inti interfase diwakili oleh benang panjang dan tipis yang bengkok dan tidak dapat dibedakan sebagai struktur individu. Tingkat keparahan spiralisasi setiap kromosom tidak sama sepanjang panjangnya. Ada dua jenis kromatin - Eukromatin dan heterokromatin.

Eukromatin. Sesuai dengan segmen kromosom itu Terdespiralisasi dan terbuka untuk transkripsi. Segmen-segmen ini Jangan ternoda Dan mereka tidak terlihat di bawah mikroskop cahaya.

Heterokromatin. Sesuai Kental Segmen kromosom yang melingkar rapat (yang menjadikannya Tidak tersedia untuk transkripsi). Dia Berwarna secara intensif Berdasarkan pewarna dasar, dan pada mikroskop cahaya tampak seperti butiran.

Dengan demikian, Berdasarkan karakteristik morfologi nukleus (rasio kandungan eu- dan heterokromatin), dimungkinkan untuk menilai aktivitas proses transkripsi, dan akibatnya, fungsi sintetik sel. Ketika meningkat, rasio ini berubah menjadi eukromatin; ketika menurun, kandungan heterokromatin meningkat. Ketika fungsi nukleus benar-benar ditekan (misalnya, pada sel yang rusak dan mati, selama keratinisasi sel epitel epidermis - keratinosit, selama pembentukan retikulosit darah), ukurannya mengecil, hanya mengandung heterokromatin dan ternoda. dengan pewarna dasar secara intensif dan merata. Fenomena ini disebut Kariopiknosis(dari bahasa Yunani karyon - inti dan piknosis - pemadatan).

Distribusi heterokromatin (topografi partikelnya dalam inti) dan perbandingan kandungan eu - dan heterokromatin Karakteristik untuk setiap jenis sel, yang memungkinkannya dilakukan identifikasi baik secara visual maupun menggunakan penganalisis gambar otomatis. Namun, ada kesamaan tertentu pola distribusi heterokromatin Di dalam nukleus: cluster-clusternya berada Di bawah karyolemma, terputus di daerah pori-pori (karena hubungannya dengan lamina) dan di sekitar nukleolus ( Heterokromatin perinukleolar), potongan-potongan kecil tersebar di seluruh inti.

Tubuh Barr - Akumulasi heterokromatin yang berhubungan dengan satu kromosom X pada wanita, yang melingkar erat dan tidak aktif selama interfase. Di sebagian besar sel, ia terletak di dekat karyolemma, dan di granulosit darah, ia tampak seperti lobus tambahan kecil dari nukleus. ("pemukul drum"). Deteksi badan Barr (biasanya pada sel epitel mukosa mulut) digunakan sebagai tes diagnostik untuk menentukan jenis kelamin genetik (wajib, khususnya bagi wanita yang berpartisipasi dalam Olimpiade).

Pengemasan kromatin dalam nukleus. Dalam keadaan terdekondensasi, panjang satu molekul DNA (heliks ganda) yang membentuk setiap kromosom rata-rata sekitar 5 cm, dan panjang total molekul DNA seluruh kromosom dalam nukleus (diameter sekitar 10 m) lebih dari 2 m. (yang sebanding dengan memasukkan benang sepanjang 20 km ke dalam bola tenis dengan diameter sekitar 10 cm), dan pada periode interfase S - lebih dari 4 m. Mekanisme khusus yang mencegah kusutnya benang ini selama transkripsi dan replikasi masih belum terpecahkan, namun kebutuhannya jelas Kemasan kompak molekul DNA, Dalam inti sel, hal ini dicapai karena hubungannya dengan basa khusus (histon) protein. Pengemasan DNA yang kompak di dalam nukleus menyediakan:

(1) Penataan yang teratur Molekul DNA yang sangat panjang dalam volume inti yang kecil;

(2) fungsional Kontrol aktivitas gen(karena pengaruh sifat pengemasan terhadap aktivitas masing-masing wilayah genom.

Tingkat kemasan kromatin. Tingkat awal pengemasan kromatin yang menjamin terbentuknya Filamen nukleosom Diameter 11 nm, karena belitan untai ganda DNA (diameter 2 nm) pada blok berbentuk cakram yang terdiri dari 8 molekul histon (nukleosom). Nukleosom dipisahkan oleh DNA bebas yang pendek. Pengemasan tingkat kedua juga disebabkan oleh histon dan menyebabkan puntiran benang nukleosom dengan formasi Fibril kromatin Diameternya 30nm. Pada interfase, kromosom dibentuk oleh fibril kromatin, dengan masing-masing kromatid terdiri dari satu fibril. Dengan pengemasan lebih lanjut, fibril kromatin terbentuk Loop (domain loop) Dengan diameter 300 nm, yang masing-masing berhubungan dengan satu atau beberapa gen, dan ini, sebagai hasil dari pengemasan yang lebih kompak, membentuk bagian-bagian kromosom yang terkondensasi yang hanya terungkap selama pembelahan sel.

Dalam kromatin, DNA, selain gaston, diasosiasikan juga dengan Protein non-histon Yang Mengatur aktivitas gen. Pada saat yang sama, histon, dengan membatasi ketersediaan DNA untuk protein pengikat DNA lainnya, dapat berpartisipasi dalam pengaturan aktivitas gen.

Fungsi penyimpanan informasi genetik Di dalam nukleus, tidak berubah, sangat penting untuk fungsi normal sel dan seluruh organisme. Diperkirakan selama replikasi DNA dan akibat kerusakannya oleh faktor eksternal, 6 perubahan nukleotida terjadi setiap tahun di setiap sel manusia. Kerusakan molekul DNA yang terjadi dapat diperbaiki akibat proses tersebut Reparasi Atau oleh Pergantian pemain Setelah Pengakuan dan penandaan daerah yang sesuai.

Jika perbaikan DNA tidak memungkinkan karena kerusakan yang terlalu signifikan, maka akan aktif mekanisme kematian sel terprogram. Dalam situasi ini, “perilaku” sel dapat dinilai sebagai semacam “bunuh diri altruistik”: dengan mengorbankan kematiannya, sel tersebut menyelamatkan tubuh dari kemungkinan konsekuensi negatif dari replikasi dan amplifikasi materi genetik yang rusak.

Kemampuan perbaikan DNA Populasi orang dewasa menurun sekitar 1% setiap tahun. Penurunan ini mungkin menjelaskan mengapa penuaan merupakan faktor risiko berkembangnya penyakit ganas. Gangguan proses perbaikan DNA Ciri-ciri sejumlah penyakit keturunan yang mana Dipromosikan Bagaimana Sensitivitas terhadap faktor-faktor yang merusak, Ya dan Insidensi neoplasma ganas.

Fungsi Realisasi informasi genetik Pada inti interfase dilakukan terus menerus karena adanya proses Transkripsi. Genom mamalia mengandung sekitar 3x109 nukleotida, tetapi tidak lebih dari 1% volumenya mengkode protein penting dan berperan dalam pengaturan sintesisnya. Fungsi bagian utama genom yang tidak mengkode tidak diketahui.

Ketika DNA ditranskripsi, molekul RNA yang sangat besar terbentuk (transkrip utama), yang berikatan dengan protein inti untuk terbentuk Ribonukleoprotein (RNP). Transkrip RNA primer (serta DNA cetakan) mengandung urutan nukleotida signifikan yang terpisah (ekson), Dipisahkan oleh sisipan panjang tanpa kode (nitron). Pemrosesan transkrip RNA melibatkan penghilangan nitron dan penggabungan ekson - penyambungan(dari bahasa Inggris, splicing - splicing). Dalam hal ini, molekul RNA yang sangat besar diubah menjadi molekul mRNA yang cukup kecil, yang dipisahkan dari protein terkait ketika ditransfer ke sitoplasma.