Koncept "hromozoma" nije tako nov u nauci kao što se može činiti na prvi pogled. Po prvi put, ovaj termin je prije više od 130 godina predložio morfolog W. Waldeyer da označi intranuklearnu strukturu eukariotske ćelije. U nazivu je ugrađena sposobnost unutarćelijske strukture da se boji osnovnim bojama.
Pre svega… Šta je hromatin?
Hromatin je nukleoproteinski kompleks. Naime, hromatin je polimer koji uključuje posebne hromozomske proteine, nukleozome i DNK. Proteini mogu činiti do 65% mase hromozoma. Kromatin je dinamičan molekul i može poprimiti ogroman broj konfiguracija.
Proteini hromatina čine značajan dio njegove mase i dijele se u dvije grupe:
- Histon proteini - sadrže osnovne aminokiseline u svom sastavu (na primjer, arginin i lizin). Raspored histona je haotičan u obliku blokova duž cele dužine DNK molekula.
- Nehistonski proteini (oko 1/5 ukupnog broja histona) - su nuklearni proteinimatrica koja formira strukturnu mrežu u interfaznom jezgru. Ona je ta koja je osnova koja određuje morfologiju i metabolizam jezgra.
Trenutno, u citogenetici, hromatin se deli na dve varijante: heterohromatin i euhromatin. Podjela hromatina na dvije vrste dogodila se zbog sposobnosti svake vrste da se boji specifičnim bojama. Ovo je efikasna tehnika snimanja DNK koju koriste citolozi.
Heterochromatin
Heterohromatin je deo hromozoma koji je delimično kondenzovan u interfazi. Funkcionalno, heterohromatin nema nikakvu vrednost, jer nije aktivan, posebno u odnosu na transkripciju. Ali njegova sposobnost dobrog bojenja se široko koristi u histološkim studijama.
Struktura heterohromatina
Heterohromatin ima jednostavnu strukturu (vidi sliku).
Heterohromatin je spakovan u globule koje se nazivaju nukleozomi. Nukleozomi formiraju još gušće strukture i tako „ometaju“čitanje informacija iz DNK. Heterohromatin nastaje u procesu metilacije H3 histona na lizinu 9, a zatim je povezan sa proteinom 1 (HP1 - Heterochromatin Protein 1). Također stupa u interakciju s drugim proteinima, uključujući H3K9-metiltransferaze. Tako veliki broj interakcija proteina međusobno je uslov za održavanje heterohromatina i njegove distribucije. Primarna struktura DNK ne utiče na formiranje heterohromatina.
Heterohromatin nije samo odvojeni delovi, već i celi hromozomi, koji ostaju u kondenzovanom stanju tokom celog ćelijskog ciklusa. Oni su u S-fazi i podložni su replikaciji. Naučnici vjeruju da regije heterohromatina ne nose gene koji kodiraju protein, ili je broj takvih gena vrlo mali. Umjesto takvih gena, nukleotidne sekvence heterohromatina uglavnom se sastoje od jednostavnih ponavljanja.
Vrste heterohromatina
Heterohromatin je dva tipa: fakultativni i strukturni.
- Fakultativni heterohromatin je hromatin koji nastaje tokom formiranja heliksa jednog od dva hromozoma iste vrste, nije uvek heterohromatičan, ali povremeno. Sadrži gene sa nasljednim informacijama. Čita se kada uđe u eukromatsko stanje. Kondenzirano stanje za fakultativni heterohromatin je privremena pojava. To je njegova glavna razlika od strukturalne. Primjer fakultativnog heterohromatina je tijelo hromatina, koje određuje ženski spol. Pošto se takva struktura sastoji od dva homologna X-hromozoma somatskih ćelija, jedan od njih može samo formirati fakultativni heterohromatin.
- Strukturni heterohromatin je struktura formirana u visoko namotanom stanju. Traje tokom cijelog ciklusa. Kao što je gore spomenuto, kondenzirano stanje za strukturni heterohromatin je konstantan fenomen, za razliku od opcionog. Strukturni heterohromatin se takođe nazivakonstitutivna, dobro se detektuje C-bojom. Nalazi se dalje od jezgre i zauzima centromerne regije, ali je ponekad lokaliziran u drugim regijama hromozoma. Često, tokom interfaze, može doći do agregacije različitih sekcija strukturnog heterohromatina, što rezultira formiranjem hromocentara. Kod ovog tipa heterohromatina nema svojstva transkripcije, odnosno nema strukturnih gena. Uloga takvog segmenta hromozoma do sada nije sasvim jasna, pa naučnici teže samo da podržavaju funkciju.
Euchromatin
Euchromatin su dijelovi hromozoma koji se dekondenziraju u interfazi. Takav lokus je labava, ali u isto vrijeme mala kompaktna struktura.
Funkcionalne karakteristike eukromatina
Ova vrsta hromatina radi i funkcionalno je aktivna. Nema svojstvo bojenja i nije utvrđen histološkim studijama. U fazi mitoze, gotovo sav euhromatin se kondenzira i postaje sastavni dio hromozoma. Sintetičke funkcije u ovom periodu hromozomi ne obavljaju. Stoga, ćelijski hromozomi mogu biti u dva funkcionalna i strukturna stanja:
- Aktivno ili radno stanje. U ovom trenutku, hromozomi su gotovo potpuno ili potpuno dekondenzirani. Oni su uključeni u proces transkripcije i reduplikacije. Svi ovi procesi se odvijaju direktno u ćelijskom jezgru.
- Neaktivno stanje metaboličkog mirovanja (ne radi). U ovom stanju, hromozomimaksimalno se kondenzuju i služe kao transport za transfer genetskog materijala u ćelije kćeri. U ovom stanju, genetski materijal je također distribuiran.
U završnoj fazi mitoze dolazi do despiralizacije i formiraju se slabo obojene strukture u obliku niti koje sadrže transkribovane gene.
Struktura svakog hromozoma ima svoju, jedinstvenu, varijantu lokacije hromatina: euhromatin i heterohromatin. Ova karakteristika ćelija omogućava citogenetičarima da identifikuju pojedinačne hromozome.