Biochemie - základní kapitoly

Chromosom

Kapitoly:

1. Jakou podobu zaujímá molekula DNA v lidské buňce?

2. Jaká je struktura interfázového chromosomu?

3. Jaká je struktura mitotického chromosomu?

 

1. Jakou podobu zaujímá molekula DNA v lidské buňce?

DNA každého organismu kóduje veškerou RNA a proteiny, které jsou potřebné pro vznik jeho buněk.

Jádro typické lidské buňky má průměr přibližně 5-8 μm a obsahuje DNA o délce asi 2 metrů,(citace Alberts) proto v eukaryotních buňkách jsou enormně dlouhé molekuly DNA asociovány se specifickými proteiny a sbaleny do chromosomů. U eukaryotních organismů je DNA v jádře rozdělena mezi sadu různých chromosomů. Každý chromosom se skládá z jedné molekuly DNA a komplexu bílkovin – histonů, které jsou navázané na DNA, aby umožnily svinutí DNA do kompaktnější struktury. Komplex DNA a proteinů se nazývá chromatin.

Chromosomy se vyskytují v kondenzovaném stavu (sbaleném) jen v malé části buněčného cyklu, a to v době buněčného dělení (jedná se o tzv. mitotické chromosomy). Jinak jsou obvykle chromosomy značně rozvolněné a vypadají jako jedna dlouhá, tenká, vzájemně propletená vlákna (tzv. interfázové chromosomy).

Před každým dělením buňky se každý chromosom musí samostatně zreplikovat a jeho kopie musí být rozděleny do obou dceřinných buněk.

V mitotických chromosomech se nachází již zreplikovaná DNA a transkripce je během mitosy zastavena.

2. Jaká je struktura interfázového chromosomu?

Zjistilo se, že DNA je obtočena okolo histonového komplexu. Kolem histonového komplexu, jenž je tvořen 8 monomery histonů a má tvar nízkého válce o průměru 8 nm, je molekula DNA obtočena necelými dvěma závity - vzniká tak 10 nm vlákno. Komplex histonů a dvouřetězcové DNA, která ho obtáčí, se nazývá nukleosom.

chromosom
Obr. 1: 10 nm vlákno.

Jednotlivé nukleosomy spolu souvisejí kratšími úseky DNA. Histony jsou malé proteiny s vysokým obsahem kladně nabitých aminokyselin (lysin a arginin). Tyto pozitivní náboje umožňují pevné navázání histonů na negativně nabitou molekulu DNA (viz kap. 2.1).

3. Jaká je struktura mitotického chromosomu?

Před vstupem do mitosy (jedno ze stadií buněčného dělení) dochází k postupnému sbalování chromatinu. Chromatin se dále stáčí za vzniku tzv. solenoidu. Na jeden závit solenoidu připadá přibližně 6 nukleosomů. Vzniká tak 30 nm vlákno.

30 nm vlákno je dále organizováno do smyček připojených k centrální ose – tzv. lešení (scaffold), které je bílkovinové povahy (nehistonové proteiny).

Jak se stávají chromosomy kompaktnější (vznikají tzv. mitotické chromosomy), transkripce je zablokována, neboť RNA-polymerasa a ostatní proteiny nutné pro transkripci se nemohou vázat na DNA. Proto v mitotické fázi jsou již všechny chromosomy zreplikovány.

Solenoid se dále stáčí až na chromatidu. Mitotický chromosom je složený ze dvou dceřinných chromatid.

Molekula DNA je stočena do chromatid pouze během jaderného dělení (v mitose).

chromosom
Obr. 2: Struktura mitotického chromosomu.