Organizarea interOrganizarea internă a nucleului nă a nucleului în interfazăîn interfază

CromatinaCromatina• Cromatina reprezintă complexul format de ADN-ul nuclear cu

histone şi proteine cromozomale nehistonice.

• Denumirea provine de la cuvântul chroma din limba greacă, însemnând culoare.

• Examinarea nucleilor în interfază prin tehnici de microscopie, relevă aspectul neomogen al cromatinei, fiind evidenţiate două tipuri distincte: eucromatina (cromatina “adevărată”, de la eu în limba greacă) şi heterocromatina (cromatina “diferită”, de la heteros în limba greacă).

• HeterocromatinaHeterocromatina este o formă de cromatină înalt condensată şi inactivă din punct de vedere transcripţional (netranscriptibilă), având o pondere de circa 10% din genom, în timp ce eucromatinaeucromatina este o formă de cromatină mai puţin condensată şi activă din punct de vedere transcripţional (conţine secvenţe de ADN ce sunt transcrise).

EEucromatina – ucromatina – corespunde zonelor clarecorespunde zonelor clare

Heterocromatina – corespunde zonelor întunecate

1928 – Emil Heitz1928 – Emil Heitz

• Heterocromatina poate fi clasificată la rândul ei în două tipuri: heterocromatină constitutivă, formă în care cromatina rămâne permanent condensată şi care conţine secvenţe de ADN ce nu sunt transcrise, şi heterocromatină facultativă, formă de cromatină condensată care nu este transcrisă, cu menţiunea că fie s-a făcut transcrierea într-o perioadă anterioară, fie se va face ulterior dacă heterocromatina se va transforma în eucromatină sub acţiunea unor factori specifici.

• Heterocromatina constitutivăHeterocromatina constitutivă apare în nucleul interfazic sub forma unor aglomerate localizate la periferia nucleului şi în jurul nucleolilor.

• Heterocromatina facultativăHeterocromatina facultativă apare numai în anumite tipuri de celule. Heterocromatina facultativă a fost descrisă în cazul inactivării unuia dintre cei doi cromozomi X în nucleii celulelor somatice de mamifere, la organismele femele, în cursul dezvoltării embrionare timpurii.

Heterocromatina facultativă – Inactivarea cromozomilor X. În faze embrionare timpurii unul din cei 2 cromozomi X (la organismele femele) devine inactiv prin condensare (corpuscul Barr). În celulele descendente rămâne condensat acelaşi cromozom X.

Organizarea structurală a cromatinei şi nivelurile de Organizarea structurală a cromatinei şi nivelurile de compactarecompactare• Macromoleculele de ADN se asamblează cu histonele şi

proteinele cromozomale nehistonice într-o manieră înalt ordonată ce permite un grad mare de compactare a ADN-ului. Astfel, raportul de condensare specific interfazei este de 500 de ori, iar în condiţiile de maximă condensare din cursul metafazei raportul de condensare este de 10.000 de ori.

• Histonele sunt un grup de proteine de mici dimensiuni, cu caracter bazic datorat prezenţei în structura lor a unui număr mare a resturi de Lys şi Arg. Această proprietate favorizează asocierea lor de ADN prin atracţie electrostatică, de grupările fosfat din coloanele glucido-fosforice ale catenelor polinucleotidice. Aşadar, interacţiunea histonelor cu ADN-ul nu este influenţată de secvenţa de nucleotide a ADN.

• În celulele eucariote au fost identificate cinci tipuri principale de histone: H1H1, H2A H2A, H2B H2B, H3 H3 şi H4 H4.

Structura nucleosomalStructura nucleosomală (fibra de ă (fibra de cromatină de 11 nm)cromatină de 11 nm)

• Structura nucleosomală reprezintă primul nivel de compactare a cromatinei.

• Organizarea sub formă de nucleosomi este rezultatul asocierii ADN cu anumite tipuri de histone.

• În imaginile de microscopie electronică nucleosomii apar sub forma unor particule

discoidale de 11 nm, ce

dau cromatinei aspectul

unui “şirag de mărgele”.

NucleosomulNucleosomul• Nucleosomul conţine un miez de histone format din 8

molecule de histone (octamer de histone) de forma unui cilindru turtit cu diametrul de 11 nm şi înălţimea de 5,5 nm, înconjurat de 1,65 ori de ADN-ul dublu catenar (răsucirii de 1,65 ori în jurul miezului de histone îi corespunde o secvenţă polinucleotidică de 147 perechi de nucleotide). Miezul de proteine al nucleosomului are câte două copii ale histonelor H2AH2A, H2BH2B, H3H3 şi H4H4, numite histone nucleosomalehistone nucleosomale. Nucleosomul nu conţine proteine nehistonice.

• Particulele nucleosomale succesive sunt separate prin secvenţe de ADN spaţiator scurt ce poartă numele de ADN ADN de legăturăde legătură sau ADN linkerADN linker, a căror lungime poate să varieze între 18 şi 80 de perechi de nucleotide (valoarea medie fiind de circa 50 perechi de nucleotide).

Structura nucleosomuluiStructura nucleosomului

Structura nucleosomuluiStructura nucleosomului

Vedere laterală Vedere de sus

Structura solenoid (fibra de cromatinStructura solenoid (fibra de cromatină de 30 nm)ă de 30 nm)

• Acest mod de împachetare se realizează prin răsucirea a şase nucleosomi într-o structură spiralată numită solenoidsolenoid. Această împachetare strânsă este posibilă atât datorită implicării histonei H1 (histonă linker), cât şi interacţiunilor dintre nucleosomii adiacenţi, stabilite între “cozile” histonelor (în special aparţinând histonei H4), ce se extind ca nişte prelungiri din particula nucleosomală.

Nivelurile superioare de compactare aNivelurile superioare de compactare alele cromatineicromatinei

• Nivelul următor de împachetare corespunde organizării fibrei de cromatină de 30 nm sub formă de bucle de 300nmbucle de 300nm fixate de un miez proteic de natură non-histonică, de tip scaffold. Nivelul maxim de condensare a cromatinei corespunde unor bucle super-răsucite cu dimensiunea de 700nm (în concordanţă cu dimensiunea cromatidei cromozomului mitotic).

• În concluzie, formarea cromatinei prin asocierea şi împachetarea înalt ordonată cu histonele şi alte proteine cromozomale este importantă atât pentru compactarea ADN-ului până la nivelul maxim reprezentat de comozomul metafazic, cât şi pentru reglarea accesului la secvenţe specifice de ADN în cursul transcrierii şi replicării.

Nivelurile de Nivelurile de îîmpampachetare (condensare) chetare (condensare) ale cromatineiale cromatinei

C R O M O Z O M I IC R O M O Z O M I I• În momentul intrării celulei în mitoză cromatina se condensează

sub formă de cromozomi, structuri vizibile la microscopul optic. Această condensare puternică este necesară pentru a permite mişcarea cromozomilor de-a lungul fusului mitotic, fără ca macromoleculele de ADN să se încolăcească sau să se rupă în timpul distribuţiei în celulele fiice.

• Cromozomii sunt formaţi din ADN şi proteine, în proporţii aproximativ egale. Componenta proteică este un amestec heterogen de proteine, dintre care pot fi menţionate histonele, proteinele scaffold, ADN şi ARN polimerazele.

• După ieşirea din mitoză, cromozomii individuali se decondensează ocupând anumite zone bine delimitate în interiorul nucleului interfazic numite teritorii cromozomale.

• Un cromozom este format dintr-o singură moleculă liniară de ADN.

• Un cromozom operează ca o unitate structurală distinctă, astfel încât o copie a fiecărui cromozom să fie transmisă fiecăreia dintre celulele fiice.

Structura cromozomilor Structura cromozomilor

la EKla EK• Un cromozom funcţional prezintă 3 tipuri de

secvenţe specializate de ADN:– origine a replicării – reprezintă secvenţele

nucleotidice de unde începe replicarea ADN.– centromer (constricţie primară) -

reprezintă regiunea specializată a cromozomului ce asigură adeziunea cromatidelor “surori”, ancorarea şi deplasarea cromozomilor de-a lungul fibrelor fusului de diviziune şi segregarea corectă a cromatidelor “surori” în timpul diviziunii celulare. În timpul diviziunii mitotice la nivelul centromerului se formează tranzitoriu o structură proteică complexă numită kinetocor.

– telomere – secvenţe de la capetele cromozomului ce conferă stabilitate cromozomilor şi împiedică asocierea lor.

CariotipulCariotipul reprezintă totalitatea cromozomilor unui celule, dispuşi într-un set complet (caracteristic unui individ sau unei specii) şi într-un anumit aranjament. Realizarea cariotipului constă în aşezarea cromozomilor microfotografiaţi dintr-o celulă în metafază în ordinea descrescătoare a dimensiunii lor în perechi omoloage. Conform Standardului Internaţional de Nomenclatură Citogenetică, cariotipul uman este redat prin numărul total de cromozomi (46) urmat de formula comozomilor de sex (XX pentru femeie şi XY pentru bărbat), de exemplu 46, XX şi respectiv 46, XY. Cariotipul uman are 23 de perechi de dintre care 22 perechi de autozomi şi o pereche de heterozomi (cromozomii ce determină sexul unui organism, denumiţi şi gonozomi). Cariotipurile sunt studiate pentru a determina aberaţiile cromozomale.

Cariotip normal de bărbat 46, XY

Cariotip de femeie (46, XX)Cariotip de femeie (46, XX)Cromozomii au fost marcaţi fluorescent cu fluorocromi de diferite culori. Datorită marcării fluorescente diferenţiate toate perechile de cromozomi pot fi vizualizate şi identificate simultan.

După ieşirea din mitoză, cromozomii individuali decondensează şi ocupăanumite zone bine delimitateîn interiorul nucleului interfazicnumite teritorii cromozomale.

N U C L E O L U LN U C L E O L U L• Nucleolul este o formaţiune intranucleară decelabilă la

microscopul optic, ce reprezintă sediul producerii subunităţilor ribosomale.

• Nucleul celulelor somatice umane conţine în mod obişnuit câte un nucleol pentru fiecare set de cromozomi, astfel că majoritatea celulelor umane somatice (diploide) prezintă doi nucleoli.

• Nucleolul nu este delimitat de membrane, ci este organizat în aria regiunilor cromozomale ce conţin gene codificatoare pentru ARN-urile ribosomale.

Morfologia nucleoluluiMorfologia nucleolului

• Din punct de vedere morfologic în nucleol au fost evidenţiate trei regiuni distincte: – centrul fibrilarcentrul fibrilar – zona fibrilară densăzona fibrilară densă– zona granularăzona granulară

• Genele pentru rARN sunt localizate şi transcrise în centrul fibrilar şi în zona fibrilară densă.

• Prelucrarea rARN şi asamblarea cu proteinele ribosomale este iniţiată în zona fibrilară densă şi continuă în zona granulară unde se formează subunităţile ribozomale, gata de a fi exportate în citoplasmă.

• Mărimea nucleolului depinde de activitatea metabolică a celulei.

Imagini de microscopie electronică: nucleul (A) şi nucleolul (B) din fibroblast uman.