уровни организации молекул днк

Молекулы ДНК имеют диаметр 2 нм, но их длина в хромосомах может достигать нескольких см. Явно, что упаковка таких длинноватых молекул в объеме клеточного ядра, имеющего поперечник всего 5-8 мкм, обязана быть в высшей ступени постоянной. Неувязка укладки молекул ДНК в ограниченном объеме ядра осложняется еще и тем, что сразу необходимо обеспечить возможность локальной распаковки ДНК и доступа к ней ферментов репликации и транскрипции. Вот почему хроматин в клеточном ядре образует трудные пространственные структуры с несколькими уровнями организации.

1-ый уровень укладки ДНК в хроматине обеспечиваетсянуклеосомами. Они представляют собой округленные частички поперечником 15 нм, которые связаны между собой участками ДНК длиной около 20 нм. Отдельная нуклеосома состоит их белковой сердцевины, на которую накручена молекула ДНК.

Белковая сердцевина нуклеосомы, или кор, имеет форму диска диаметром 11 нм и шириной 6 нм. Она содержит по две молекулы гистонов H2A, H2B, H3 и H4. Если развернуть сердцевину, то можно обнаружить, что молекулы гистонов соединены в последовательности H2A, H2B, H4, H3, H3, H4, H2B, H2A. При сворачивании сердцевины молекулы гистонов размещаются как бы в два этажа, наподобие винтообразной лестницы.

Молекула ДНК в виде левозакрученной суперспирали совершает 1,75 оборота вокруг сердцевины. При этом в конкретный контакт с гистонами вступает 146 пар нуклеотидов. Длина линкерной ДНК, объединяющей примыкающие нуклеосомы, колеблется в границах 40-70 пар нуклеотидов в зависимости от типа клеточки. Таким образом, на одну нуклеосому приходится в среднем около 200 пар нуклеотидов ДНК.

Нуклеосомы укорачивают молекулу ДНК примерно в 7 раз. Они обнаружены во всех эукариотических клетках и даже у ДНК-содержащих вирусов. Но это не означает, что вся ДНК клеточного ядра связана с нуклеосомами, и некодирующие повторы могут иметь иную укладку.

Второй уровень укладки ДНК обеспечивается взаимодействием линкерной ДНК с гистоном H1. Молекула гистона H1 своим глобулярным доменом связывается с 2-мя витками ДНК на нуклеосоме. Одновременно C-концевой фибриллярный домен гистона H1 вступает в контакт с линкерной ДНК. В результате примыкающие нуклеосомы приближаются друг к другу, формируя группы из 6-8 частиц  нуклеомеры(супербусины)поперечником 25-30 нм.

Последовательность аминокислот в C-домене гистона H1 гомологична первичной структуре некоторых регуляторов транскрипции. В связи с этим подразумевается, что гистон H1 соперничает с факторами транскрипции за связывание с линкерной ДНК, контролируя тем самым активность генов.