Cấu trúc siêu vi thể của nhiễm sắc thể

Cấu trúc siêu vi thể của nhiễm sắc thể. Nhờ thành tựu của J.R.Paulson và U.K.Laemmli, 1977, nhiễm sắc thể ở kích thước hiển vi cho thấy, ở kỳ giữa nhiễm sắc thể người bao gồm một lõi khung protein khơng phải là histon, xung quanh lõi khung chi chít những sợi chromatin và vì ở kỳ giữa nên nhiễm sắc thể ở dạng kép, cĩ hình chữ X nên cũng cĩ hình chữ X, ở trên một nhiễm sắc tử người ta tin rằng chỉ cĩ một sợi chromatin duy nhất, liên tục mặc dù trên suốt chiều dài của lõi khung protein thấy vơ số các vịng sợi chromatin dính vào lõi khung. Các vịng này khơng riêng rẽ, mỗi vịng dài từ 10 đến 90 Kilobazơ. Các đầu mút của vịng (ranh giới của hai vịng) bám vào lõi khung protein. Cấu trúc của sợi chromatin: sợi chromatin khi làm duỗi tối đa ra và quan sát với kính hiển vi điện tử thấy sợi cĩ dạng một chuỗi hạt, hạt xếp đều đặn theo chiều dài của một sợi mảnh. Đường kính của chuỗi hạt bằng khoảng 10nm. Dạng cuộn xoắn cấp thấp nhất tạo thành một sợi cĩ đường kính bằng 30 nm. Sợi chromatin lại xoắn tiếp ở cấp cao hơn tạo thành các búi sợi hình múi gọi là múi vi thể chromatin bám xung quanh trục của nhiễm sắc thể. Cấu trúc trên đây của nhiễm sắc thể là của nhiễm sắc thể kỳ giữa và cũng là cấu trúc của nhiễm sắc thể khi phân bào nĩi chung. Vấn đề là ở gian kỳ nhiễm sắc thể tồn tại như thế nào. Giả thuyết cĩ nhiều nhưng giả thuyết của Laemmli được quan tâm nhiều nhất. Laemmli cho rằng lúc gian kỳ sợi chromatin vẫn bám vào protein của lõi khung phân tán trong dịch nhân. Sợi chromatin một mặt giữ mối liên hệ với protein khung, vào kỳ đầu phân bào, các mối nối với lamina đứt ra, lõi khung được tái lập và nhiễm sắc thể trở lại dạng điển hình để đi vào phân bào. Trong gian kỳ khi nhiễm sắc thể bị giải thể, tuy phân tán trong nhân nhưng mỗi nhiễm sắc thể (dạng giải thể) cĩ vị trí nhất định của mình trong nhân chứ khơng phải phân tán ngẫu nhiên. Thành phần hĩa học của sợi chromatin: sợi chromatin làm bằng ADN, với vai trị chứa thơng tin di truyền, các protein histon liên kết với ADN, các protein HMG khơng liên kết thường xuyên với ADN. Các loại protein trên chiếm phần đa số, cịn một loại nữa chiếm phần thiểu số là các protein enzym, protein cấu trúc và cĩ thể cĩ cả protein điều chỉnh và tương tác với protein. Các loại này cĩ số lượng phân tử của mỗi loại khơng nhiều, vài ba bản sao. Sau đây là một số chi tiết về thành phần cấu trúc khơng gian của các thành viên trong sợi chromatin. Như đã biết, sợi chromatin cĩ hình một chuỗi hạt, sợi là sợi ADN, hạt là hạt histon xung quanh cĩ cuộn ADN. ADN là sợi kép cĩ một phần tự do và một phần là liên kết với histon. Phần ADN liên kết với các histon tạo thành hạt, hạt ấy được gọi tên là nucleosom. Phần tự do và phần cuộn của ADN trong phạm vi một nucleosom là một chu kỳ, chu kỳ dài khoảng 220 đơi bazơ. Phần cuộn gồm xấp xỉ hai vịng dài 140 đơi bazơ. Sợi ADN khi duỗi 70 Sau đây là một số chi tiết về thành phần cấu trúc khơng gian của các thành viên trong sợi chromatin. Như đã biết, sợi chromatin cĩ hình một chuỗi hạt, sợi là sợi ADN, hạt là hạt histon xung quanh cĩ cuộn ADN. ADN là sợi kép cĩ một phần tự do và một phần là liên kết với histon. Phần ADN liên kết với các histon tạo thành hạt, hạt ấy được gọi tên là nucleosom. Phần tự do và phần cuộn của ADN trong phạm vi một nucleosom là một chu kỳ, chu kỳ dài khoảng 220 đơi bazơ. Phần cuộn gồm xấp xỉ hai vịng dài 140 đơi bazơ. Sợi ADN khi duỗi khi xoắn, cĩ một loại histon tham gia vào việc cố định và giải phĩng vịng xoắn, nằm phía ngồi các nucleosom, bên bờ của vịng xoắn, histon đĩ cĩ tên là H1 ở động vật cĩ vú, ở chim (hồng cầu chim) nĩ hơi khác một chút và cĩ tên là H5 Khi tế bào nghỉ tức khơng phân bào thì thấy vắng mặt H1 mà lại thấy một histon khác : H1o. Rất cĩ thể H1o là một biến thể của H1. Nucleosom gồm cĩ một hạt histon và ADN cuộn xung quanh. Phần ADN đã nĩi ở trên, hạt tâm histon là một cái đĩa dày, hai mặt lồi làm bằng 8 phân tử histon, tức là các protein kiềm: 2H2A, 2H2B giàu lysin, 2H3 và 2H4 giàu Arginin. 8 phân tử này lại vừa xếp ngang lại vừa xếp dọc tạo thành một hình đĩa. ADN cuộn quanh đĩa. Ngồi ra cịn cĩ thêm một ít protein khơng histon như đã nĩi ở trên. Mối tương tác giữa ADN và histon chủ yếu thực hiện với H3 và H4. Hai loại cĩ tính bảo thủ cao nhất trong số các histon. Cĩ những biến đổi hĩa học của histon khi gen hoạt động. Cĩ thể coi là vai trị can thiệp, thúc đẩy hoặc điều chỉnh sự hoạt động của gen, gĩp phần cùng với các thành phần điều chỉnh khác. Về các HMG: HMG là chữ viết tắt của “High mobility Group” cĩ nghĩa là nhĩm cơ động cao (cơ động là cơ động trên bản kéo điện di). HMG cĩ mặt ở tất cả các Eukaryota . Cĩ 4 loại HMG1, HMG2 , HMG14, HMG17. Chúng vừa tương tác với histon vừa với ADN. HMG1 và HMG2 lúc gian kỳ thấy cĩ mặt ở bào tương, cịn hai loại kia thì luơn luơn ở trong nhân. Mỗi nucleosom cĩ hai vị trí bám cho các protein HMG. Sự hình thành sợi chromatin: sợi chromatin hình thành trong pha S của sự phân bào, từ bào tương đi ngay vào nhân để cùng với ADN mới tạo nên sợi chromatin. Khi nhiễm sắc thể hình thành, sợi chromatin xoắn lại theo nhiếu cấp (và luơn luơn chỉ xoắn với riêng mình) để cuối cùng tạo nên những hình múi xoắn (múi vi thể chromatin) quanh lõi khung protein. Chức năng của sợi chromatin: sợi chromatin mang ADN nhưng khơng phải tất cả ADN đều sao mã mà cĩ những đoạn sao mã, đoạn khơng , xen kẽ với nhau. Trong mơđt gen cũng cĩ thể cĩ những đoạn khơng sao mã xen kẽ. Các đọan ấy được gọi là vùng trắng hay intron. Vùng cĩ sao mã gọi là exon. Sản phẩm sao mã bao gồm cả intron và exon được gọi là ARN tiền thân, phải trải qua sự “ghép exon” (splicing) để dịch mã ra protein... Ghép exon cĩ nhiều kiểu: - Kiểu chùn intron lại thành vịng tạo điều kiện cho hai đầu exon gần nhau nhất nối với nhau ( chỗ chùn ấy tạo nên một thể gọi là thể ghép exon(spliceosom). - Cĩ lồi sinh vật cĩ kiểu ghép exon khác, các intron bị cắt bỏ, các exon nối lại với nhau theo trình tự của gen tức ghép exon cùng gen (cis-splicing). Sự ghép exon cùng gen cĩ thể cĩ sự cĩ mặt của các protein tác động nhưng cũng cĩ thể khơng cĩ protein tác động, loại khơng cĩ protein tác động gọi là “ghép tự động exon” (autosplicing). Mới đây người ta phát hiện thấy ở lồi trypanosoma cĩ hiện tượng ghép exon khác gen (trans-splicing) tức là ghép exon của gen này với exon của gen khác tạo nên một gen mới. Tuy nhiên những hiểu biết về intron và exon cịn chưa đầy đủ, cĩ một intron của qúa trình sao mã này lại trở thành exon của quá trình sao mã khác. Cĩ tác giả thì gọi exon là phần mã hĩa cho cả mARN, tARN và rARN, cĩ tác giả khác thì chỉ dành cho nĩ việc mã hĩa ra mARN mà thơi. Ngày nay cĩ xu hướng gọi chi tiết hơn: exon là tên chung chỉ cĩ phần sao mã, nhưng cĩ phần của exon chỉ sao mã mà khơng dịch mã.