В. Что такое хроматин? Опишите третичную структуры ДНК.

А. Лиз, Арг, Гис – это диаминомонокарбоновые кислоты. Они имеют дополнительную положительно заряженную группу в радикале. У лизина вторая аминогруппа, способная присоединять Н⁺, располагается в Е-положении алифатической цепи, а у аргинина положительный заряд приобретает гуанодиовая группа. Кроме того, гистидин содержит слабо ионизированную имидазоловую группу, поэтому при физиологических колебаниях значений рН (от 6,9 до 7,4) гистидин заряжен либо нейтрально, либо положительно, при увеличении количества протонов в среде имидазольная группа гистидина способна присоединять протон, приобретая положительный заряд, а при увеличении концентрации гидроксильных групп – отдавать протон, теряя положительный заряд радикала. Положительно заряженные радикалы - катионы. Гистоны, имея в наличии избыток вышеназванных аминокислот, заряжены положительно.

Б. Первичной структурой ДНК называют линейную полинуклеотидную цепь, в которой мононуклеотиды соединены 3', 5'-фосфодиэфирными связями. Исходным материалом при сборке цепи нуклеиновой кислоты в клетке является нуклеозид 5'-трифосфат, который в результате удаления β и γ остатков фосфорной кислоты способен присоединить 3'-атом углерода другого нуклеозида. Таким образом, 3'-атом углерода одной дезоксирибозы ковалентно связывается с 5'-атомом углерода другой дезоксирибозы посредством одного остатка фосфорной кислоты и образует линейную полинуклеотидную цепь нуклеиновой кислоты. Отсюда и название: 3', 5'-фосфодиэфирные связи. Азотистые основания не принимают участия в соединении нуклеотидов одной цепи. Такое соединение, между остатком молекулы фосфорной кислоты одного нуклеотида и углеводом другого, приводит к образованию пентозо-фосфатного скелета молекулы полинуклеотида, на котором сбоку один за другим присоединяются азотистые основания. Их последовательность расположения в цепях молекул нуклеиновых кислот строго специфична для клеток разных организмов, т.е. носит видовой характер (правило Чаргаффа).

Линейная цепь ДНК, длина которой зависит от числа входящих в цепь нуклеотидов, имеет два конца: один называется 3'-концом и содержит свободный гидроксил, а другой - 5'-концом, содержит остаток фосфорной кислоты. Цепь полярна и может иметь напрвление 5'->3' и 3'->5'. Исключением являются кольцевые ДНК.

Вторичная структура ДНК – правозакрученная спираль, образованная двумя полинуклеотидными цепями, закрученными относительно друг друга и вокруг общей оси.  Пентозофосфатный остов обеих цепей обращён наружу от оси спирали, а азотистые основания обращены внутрь спирали.Две цепи удерживаются вместе с помощью водородных связей между азотистыми основаниями (аденин образует две связи с тимином, а гуанин — три связи с цитозином), гидрофобных связей, стэкинг-взаимодействий(нековалентное взаимодействие между органическими соединениями, содержащими ароматические компоненты. В ДНК параллельный стэкинг имеет место между соседними парами нуклеотидов повышает стабильность молекулярной структуры) и ионных связей. Одна цепь ДНК комплементарна другой, при этом цепи антипараллельны, т.е. если одна ориентирована в направлении 3´→5´, то вторая в направлении 5´→3´. Комплементарность полинуклеотидных цепей служит химической основой главной функции ДНК – хранения и передачи наследственных признаков.

В. Хроматин - нуклеопротеид клеточного ядра, который является основной составляющей хромосом. Основными компонентами хроматина являются ДНК, гистоны и негистоновые белки, образующие высокоупорядоченные в пространстве структуры. Хроматин находится внутри ядра клеток эукариот и входит в состав нуклеоидау прокариот. Именно в составе хроматина происходит реализация генетической информации, а также репликация и репарация ДНК. Основную массу хроматина составляют белки гистоны. Гистоны являются компонентом нуклеосом,  надмолекулярных структур, участвующих в упаковке хромосом. С функциональной точки зрения различают эухроматин и гетерохроматин. Эухроматин характеризуется меньшей по сравнению с гетерохроматином компактизацией ДНК, и в нем главным образом локализуются активно экспрессирующиеся гены. В соответствии с распространенной точкой зрения различают три уровня структурной организации хроматина у эукариот: 1) нуклеосомная фибрилла; 2) соленоид, или нуклеомер; 3) петельно-доменная структура, включающая хромомеры.

 Третичная структура ДНК (суперспирализация ДНК). Каждая молекула ДНК упакована в отдельную хромосому. В диплоидных клетках человека содержится 46 хромосом. Компактизация и суперспирализация ДНК осуществляется с помощью разнообразных белков, взаимодействующих с определёнными последовательностями в структуре ДНК. Все связывающиеся с ДНК эукариотов белки можно разделить на 2 группы: гисгоновые и негистоновые белки. Хроматин – это совокупность белков (гистоновые и негистоновые) с ядерной ДНК.

Сборка третичной структуры происходит следующим образом. Гистоны - белки с молекулярной массой 11-21 кД, содержащие много остатков аргинина и лизина. Благодаря положительному заряду гистоны образуют ионные связи с отрицательно заряженными фосфатными группами, расположенными на внешней стороне двойной спирали ДНК. Существует 5 типов гистонов. Четыре гистона Н2А, Н2В, НЗ и Н4 образуют октамерный белковый комплекс (Н2А, Н2В, НЗ, Н4)2, который называют "нуклеосомный кор"(от англ. nucleosome core). Молекула ДНК "накручивается" на поверхность гистонового октамера, совершая 1,75 оборота (около 146 пар нуклеоти-дов). Такой комплекс гистоновых белков с ДНК служит основной структурной единицей хроматина, её называют "нуклеосома".ДНК, связывающую нуклеосомные частицы, называют линкерной ДНК. В среднем линкерная ДНК составляет 60 пар нуклеотидных остатков. Молекулы гистона H1 связываются с ДНК в межнуклеосомных участках (линкерных последовательностях) и защищают эти участки от действия нуклеаз

2