Jadrová DNA Jadrová DNA človeka má dĺžku 2 metre. Je rozdelená na 46 úsekov, ktoré spolu s bielkovinami vytvárajú v nedeliacom sa jadre chromatínchromatín, materiál chromozómchromozómov. Samostatné chromozómy sú viditeľné (bez špeciálneho farbenia) len počas delenia bunky – najlepšie v metafáze, kedy sú najviac kondenzované.

DNA je asociovaná s dvomi druhmi bielkovín – histónovými a nehistónovými.

Históny majú štruktúrnu a regulačnú funkciu. Je ich 5 typov. Z nich H2a, H2b, H3 a H4 v dvojiciach vytvárajú oktaméroktamér, okolo ktorého sa obtáča DNA v dĺžke 146 bázových párov (bp), čím vznikajú nukleozómynukleozómy a tzv. 10 nm chromatínové vlákno.

Jednotlivé nukleozómy sú spájané histónom H1 a vznikajú chromatozómychromatozómy.

Spájaním chromatozómov vzniká dutý rúrkovitý útvar – solenoidsolenoid, ktorý je základom pre vznik vyššej formy stáčania DNA a bielkovín - 30 nm chromatínové vlákno30 nm chromatínové vlákno.

Chromatínové vlákno vytvára slučkyvytvára slučky, ktoré sa pripájajú na nehistónové proteíny (tzv. scaffold), ktoré tvoria pozdĺžnu os chromozómu.

Vrcholy slučiek sú pripojené na vlákna jadrovej osnovy (matrix).

Chromatínové slučky môžu byť relaxované (uvoľnené), a potom tvoria euchromatíneuchromatín, z ktorého možno genetickú informáciu používať. Ak sú kondenzované, tvoria heterochromatínheterochromatín, v ktorom je zvyčajne DNA neprístupná. Heterochromatín je dvoch druhov. Konštitutívny zostáva stále kondenzovaný, kým fakultatívny je možné relaxovať.

Využívanie informácie v génoch súvisí s tzv. remodeláciou chromatínuremodeláciou chromatínu. Ide o opakovanie „rozpletania“ chromatínových vláken až po rozpad oktamérov a linearizáciu DNA – a jej opätovného stáčania do slučiek. Proces je riadený a majú v ňom úlohu rôzne enzýmy, ktoré vykonávajú aminoacyláciu, deacyláciu, prípadne metyláciu aminokyselín histónov. Vznikajúce torzné napätie odstraňujú tzv. topiozomerázy, čím bránia poškodeniu DNA.

Funkčná organizácia jadraFunkčná organizácia jadra je veľmi účelný systémúčelný systém, ako do objektu s priemerom 5 až 30 mikrometrov uložiť 2 metre DNA + histónové a nehistóno-vé proteíny tak, aby bolo možné informáciu v nej uloženú nielen využívať, ale informáciu v nej uloženú nielen využívať, ale celý tento komplex ajcelý tento komplex aj (pred delením bunky) zdvojiťzdvojiť.

JadroJadro je dynamický systém, ktorý má z funkčného hľadiska päť dôležitýchprvkov: obal jadra, systém lamínov (vrátane jadrovej matrix), asistenčný systém ribonukleoproteínov a tzv. „fabriky“ ukotvené v matrix, ktoré sú zodpovedné za transkripciu a replikáciu.

Obal jadraObal jadra je tvorený dvomi samostatnými biologickými membránami, ktoré na niektorých miestach splývajú a vytvárajú niekoľko tisíc jadrových pórov. Majú rozhodujúcu úlohu pri transporte látok z a do jadra. Zároveň cez nich prechádzajú aj niektoré vlákna cytoskeletu, ktoré komunikujú s jadrovou matrix a sú nevyhnutné pre správnu organizáciu uloženia používania chromatínu, ako aj pre bunkové delenie.

Systém lamínovSystém lamínov je tvorený tromi druhmi bielkovín.Lamín bb ukotvuje celú lamínovú vrstvu na vnútornej membráne jadrového obalu.Okrem toho slúži na prichytenie koncovýchčastí chromozómov (telomér) na laminu.Má zároveň dôležitú úlohu pri rekonštrukciijadrového obalu, v telofáze mitózy.

Lamíny typu aa a cc sa podieľajú na tvorbe jadrovej matrix, ktorá má závažné funkcie pri remodelácii chromatínu a pri udržiavaní sektorov chromozómov v jadre. Vytvárajú sieť

z 10 nm vlákien tvaru „Y“ Mutácia génu pre lamín a sa podieľa na vzniku progérie.

Infraštruktúra eukaryotickéhoInfraštruktúra eukaryotického (ľudského) chromozómu:chromozómu:

V G1 fáze bunkového cykluV G1 fáze bunkového cyklu sú chromatínové slučky uvoľnené a „fabriky“ (ukotvené v matrix)môžu vykonávať transkripciu. Bunka plní svoje Bunka plní svoje funkcie v organizme.funkcie v organizme. Podobne v S-fáze môže prebiehať replikácia DNA.

Od začiatku mitózyOd začiatku mitózy prebiehajú zároveň dvaprocesy. Matrix sa dezintegrujeMatrix sa dezintegruje a proteínyproteínyscaffoldu sa zasúvajú „do seba“,scaffoldu sa zasúvajú „do seba“, čo spôsobuje,že zdvojené chromozómy hrubnú a skracujú sa.

Proces kondenzácie vrcholí v metafáze mitózy.

Princípy funkčnej organizácie genetickej informácie v jadre:Princípy funkčnej organizácie genetickej informácie v jadre:1) Chromozóm sa nachádza v jadre v určitom teritóriu (ChrT).2) ChrT s rôznou hustotou génov zaujímajú v jadre odlíšiteľné pozície. 3) Na gény chudobné oblasti sa zhromažďujú na periférii jadra.4) Na gény bohaté oblasti sa zhromažďujú viac v centre jadra.5) Medzichromatínový kompartment (IC) obsahuje rôzne typy nechromatíno- vých oblastí s enzýmami pre replikáciu DNA a transkripciu.6) Pre reguláciu transkripcie génov sú potrebné zvláštne interakcie ChrT – IC.7) Stav transkripcie génov súvisí s ich polohou v ChrT.8) Dynamická repozícia génov má zásadnú úlohu pri ich aktivácii a utlmovaní.

Uloženie genetickej informácie v jadre, štruktúra chromozómovUloženie genetickej informácie v jadre, štruktúra chromozómov UŽ OD DRUHEJ POLOVICE 19. STOROČIA SA VIE, ŽE SA V BUNKÁCH NACHÁDZA BUĎ JADRO ALEBO ROVNAKO OFARBITEĽNÉ TELIESKA – CHROMOZÓMY. POČET CHROMOZÓMOV U ČLOVEKA BOL ALE URČENÝ AŽ TRINÁSŤ ROKOV PO OBJAVENÍ ŠTRUKTÚRY MOLEKULY DNA. OBJASNENIE KOEXISTENCIE DNA A BIELKOVÍN, V EUKARYOTICKÝCH CHROMOZÓMOCH, SA UDIALO AŽ KONCOM MINULÉHO STOROČIA. POCHOPENIE FUNKČNEJ ORGANIZÁCIE JADRA, V KTOROM MÁ KAŽDÝ CHROMOZÓM SVOJE IZOLOVANÉ TERITÓRIUM, KDE SA USKUTOČŇUJÚ ZLOŽITÉ PROCESY REMODELÁCIE CHROMATÍNU A VYUŽITIA GENETICKEJ INFORMÁCIE, SA USKUTOČŇUJE LEN V OSTATNÝCH ROKOCH.

Chromozómy (a mitózu) po prvý raz opísal v roku 1879 Walter Flemming

„Beads-On-A-String“ = „korálky na niti“ = 10 nm vlákno

166 bp DNA

1 „závit“ solenoidu tvorí

6- 8 chromatozómov(nukleozómov)

scaffold scaffold

slučka chromatínu

scaffold

A veľká slučkachromatínu.Aktívne gény.

B ramienka p a q súodlíšené.Aktívne gény (biele) sú vzdialené od heterochr.Utlmené gény(čierne) sú pricentromerickomchromatíne.

C ChrT majú rôznu „hustotu“ chromatínu – väčšiu i menšiu

D včasne a neskorosa replikujúcichromatín. Lamina.

G 1 Mb DNAdomény a ICexpandujúcemedzi nimi.

E Vyžší stupeňorganizáciechromatínu.Aktívne autlmené gény.

F Model vzťahovCrhT –IC. IC obsahujekomplexy pretranskripciu areplikáciu.