Koncept "kromosoma" ni tako nov v znanosti, kot se morda zdi na prvi pogled. Prvič je ta izraz za označevanje intranuklearne strukture evkariontske celice pred več kot 130 leti predlagal morfolog W. Waldeyer. V imenu je vgrajena sposobnost znotrajcelične strukture, da se obarva z osnovnimi barvili.
Najprej… Kaj je kromatin?
Kromatin je nukleoproteinski kompleks. Kromatin je namreč polimer, ki vključuje posebne kromosomske proteine, nukleosome in DNK. Beljakovine lahko predstavljajo do 65 % mase kromosoma. Kromatin je dinamična molekula in lahko prevzame ogromno konfiguracij.
Kromatinske beljakovine predstavljajo pomemben del njegove mase in so razdeljene v dve skupini:
- Histonski proteini - vsebujejo osnovne aminokisline v svoji sestavi (na primer arginin in lizin). Razporeditev histonov je kaotična v obliki blokov vzdolž celotne dolžine molekule DNK.
- Nehistonski proteini (približno 1/5 celotnega števila histonov) - so jedrski proteinimatrika, ki tvori strukturno mrežo v medfaznem jedru. Prav ona je tista, ki določa morfologijo in presnovo jedra.
Trenutno je v citogenetiki kromatin razdeljen na dve vrsti: heterokromatin in evhromatin. Do delitve kromatina na dve vrsti je prišlo zaradi sposobnosti vsake vrste, da se obarva s posebnimi barvili. To je učinkovita tehnika slikanja DNK, ki jo uporabljajo citologi.
heterokromatin
Heterokromatin je del kromosoma, ki je delno kondenziran v interfazi. Funkcionalno heterokromatin nima vrednosti, saj ni aktiven, še posebej v zvezi s transkripcijo. Toda njegova sposobnost dobrega obarvanja se pogosto uporablja v histoloških študijah.
Struktura heterokromatina
Heterokromatin ima preprosto strukturo (glej sliko).
Heterokromatin je pakiran v globule, imenovane nukleosomi. Nukleosomi tvorijo še bolj goste strukture in tako »motijo« branje informacij iz DNK. Heterohromatin nastane v procesu metilacije histona H3 pri lizinu 9 in je nato povezan z proteinom 1 (HP1 - Heterochromatin Protein 1). Vzajemno deluje tudi z drugimi beljakovinami, vključno z H3K9-metiltransferazami. Tako veliko število interakcij beljakovin med seboj je pogoj za ohranjanje heterokromatina in njegove porazdelitve. Primarna struktura DNK ne vpliva na tvorbo heterokromatina.
Heterokromatin niso samo ločeni deli, ampak tudi celi kromosomi, ki ostanejo v kondenziranem stanju skozi celoten celični cikel. So v S-fazi in so predmet replikacije. Znanstveniki menijo, da heterokromatinske regije ne nosijo genov, ki kodirajo protein, ali pa je število takih genov zelo majhno. Namesto takšnih genov so nukleotidne sekvence heterokromatina večinoma sestavljene iz preprostih ponovitev.
Vrste heterokromatina
Heterokromatin je dveh vrst: fakultativni in strukturni.
- Fakultativni heterokromatin je kromatin, ki nastane med tvorbo vijačnice enega od dveh kromosomov iste vrste, ni vedno heterokromatičen, včasih pa. Vsebuje gene z dednimi informacijami. Prebere se, ko preide v evkromatsko stanje. Zgoščeno stanje za fakultativni heterokromatin je začasen pojav. To je njegova glavna razlika od strukturne. Primer fakultativnega heterokromatina je telo kromatina, ki določa ženski spol. Ker je taka struktura sestavljena iz dveh homolognih X-kromosomov somatskih celic, lahko eden od njih tvori le fakultativni heterokromatin.
- Strukturni heterokromatin je struktura, ki jo tvori močno zvito stanje. Vztraja skozi ves cikel. Kot je navedeno zgoraj, je kondenzirano stanje za strukturni heterokromatin stalen pojav, v nasprotju z izbirnim. Imenuje se tudi strukturni heterokromatinkonstitutivna, jo dobro zazna C-barva. Nahaja se stran od jedra in zavzema centromerne regije, včasih pa je lokaliziran v drugih regijah kromosoma. Pogosto lahko med interfazo pride do agregacije različnih delov strukturnega heterokromatina, kar povzroči nastanek kromocentrov. Pri tej vrsti heterokromatina ni lastnosti transkripcije, torej ni strukturnih genov. Vloga takšnega segmenta kromosoma še ni povsem jasna, zato znanstveniki nagibajo k le podpori funkcije.
Euchromatin
Evhromatin so deli kromosomov, ki se dekondenzirajo v interfazi. Takšen lokus je ohlapna, a hkrati majhna kompaktna struktura.
Funkcionalne značilnosti eukromatina
Ta vrsta kromatina deluje in funkcionalno aktivna. Nima lastnosti obarvanja in ni določena s histološkimi študijami. V fazi mitoze se skoraj ves evhromatin kondenzira in postane sestavni del kromosoma. Sintetične funkcije v tem obdobju kromosomi ne opravljajo. Zato so lahko celični kromosomi v dveh funkcionalnih in strukturnih stanjih:
- Aktivno ali delujoče stanje. V tem času so kromosomi skoraj popolnoma ali popolnoma dekondenzirani. Vključeni so v proces transkripcije in reduplikacije. Vsi ti procesi potekajo neposredno v celičnem jedru.
- Neaktivno stanje presnovnega mirovanja (nedelujoče). V tem stanju so kromosomise maksimalno zgostijo in služijo kot transport za prenos genskega materiala v hčerinske celice. V tem stanju je porazdeljen tudi genetski material.
V zadnji fazi mitoze pride do despiralizacije in nastanejo šibko obarvane strukture v obliki niti, ki vsebujejo transkribirane gene.
Struktura vsakega kromosoma ima svojo, edinstveno, različico lokacije kromatina: evhromatin in heterokromatin. Ta lastnost celic omogoča citogenetikom, da identificirajo posamezne kromosome.
