Fungsi, komposisi dan struktur nukleosom



The nukleosom ia adalah unit asas pembungkusan DNA dalam organisma eukariotik. Oleh itu, elemen mampatan kromatin terkecil.

Nukleosome dibina sebagai octamer protein dipanggil histones, atau struktur berbentuk gendang di mana kira-kira 140 nt DNA luka, memberikan hampir dua pusingan lengkap.

Selain itu, ia dianggap bahawa kira-kira 40-80 nt DNA bahagian tambahan nucleosome, dan adalah sebahagian kecil daripada DNA yang membenarkan kesinambungan fizikal antara nucleosome dan chromatin lain-lain struktur yang lebih kompleks (seperti serat chromatin 30 nm).

Kod histone adalah salah satu unsur kawalan epigenetik pertama yang paling difahami oleh molekul.

Indeks

  • 1 Fungsi
  • 2 Komposisi dan struktur
  • 3 Pemadatan kromatin
  • 4 Kod histones dan ekspresi gen
  • 5 Euchromatin vs heterochromatin
  • 6 Fungsi lain
  • 7 Rujukan

Fungsi

Nukleosom membenarkan:

  • Pembungkusan DNA untuk memberi ruang untuknya dalam ruang nukleus yang terhad.
  • Tentukan partition antara kromatin yang dinyatakan (euchromatin) dan senyap chromatin (heterochromatin).
  • Susunkan semua kromatin baik secara spasial dan berfungsi dalam nukleus.
  • Mereka mewakili substrat pengubahsuaian kovalen yang menentukan ungkapan, dan tahap ungkapan, gen yang kod untuk protein melalui kod histone yang dipanggil.

Komposisi dan struktur

Dalam erti kata yang paling asas, nukleosom terdiri daripada DNA dan protein. DNA boleh menjadi, hampir, setiap DNA band berganda yang terdapat dalam nukleus sel eukariotik, sementara protein nucleosomal tergolong, semuanya, kepada set protein yang dipanggil histon..

Histones adalah protein saiz kecil dan dengan beban tinggi residu asid amino; ini membolehkan untuk mengatasi caj negatif tinggi DNA dan untuk mewujudkan interaksi fizikal yang cekap antara dua molekul tanpa mencapai ketegaran ikatan kimia kovalen.

Histon membentuk oktamer sebagai drum dengan dua salinan atau monomer setiap histon H2A, H2B, H3 dan H4. DNA memberikan hampir dua giliran lengkap pada sisi octamer dan kemudian terus dengan pecahan penghubung DNA yang dikaitkan dengan histon H1, untuk kembali untuk memberikan dua giliran penuh di octamer histone lain.

Set oktamer, DNA yang berkaitan, dan penyambung DNA yang berkaitan, adalah nukleosom.

Pemadatan kromatin

DNA genomik terdiri daripada molekul yang sangat panjang (lebih daripada satu meter dalam kes manusia, mengingat semua kromosomnya), yang mesti dipadatkan dan teratur dalam nukleus yang sangat kecil.

Langkah pertama pemadatan ini dilakukan melalui pembentukan nukleosom. Hanya dengan langkah ini, DNA dipadatkan kira-kira 75 kali.

Ini menimbulkan serat linear dari mana pemadatan chromatin seterusnya dibina: serat 30 nm, gelung, dan gelung gelung.

Apabila sel membahagikan, sama ada dengan mitosis atau meiosis, tahap pemadatan muktamad adalah kromosom mitosis atau meiosis sendiri, masing-masing.

Kod histone dan ekspresi gen

Hakikat bahawa octamers histone dan DNA elektrostatik berinteraksi sebahagiannya menjelaskan persatuan yang berkesan, tanpa kehilangan sifat berubah-ubah yang diperlukan untuk pemadatan nucleosome dan unsur-unsur dinamik decompactación chromatin.

Tetapi terdapat unsur interaksi yang lebih mengejutkan: terminal N-terminal histones terdedah di luar pedalaman oktamer, lebih padat dan tidak lengai.

Keterlaluan ini tidak hanya secara fizikal berinteraksi dengan DNA, tetapi juga menjalani satu siri perubahan kovalen yang mana tahap pemadatan kromatin dan ekspresi DNA yang berkaitan akan bergantung.

Susunan modifikasi kovalen, dari segi jenis dan nombor, antara lain, secara kolektif dikenali sebagai kod histone. Pengubahsuaian ini termasuk phosphorylation, metilation, acetylation, ubiquitination and sumoylation dari arginine dan residu lysine pada N termini of histones.

Setiap perubahan, bersama dengan orang lain dalam molekul yang sama atau dalam sisa-sisa histoni lain, terutamanya histon H3, akan menentukan ungkapan atau tidak DNA yang berkaitan, serta tahap pemadatan kromatin.

Sebagai peraturan umum telah, sebagai contoh, hypermethylated hypoacetylated histones dan menentukan bahawa DNA yang berkaitan tidak dinyatakan dan kromatin yang disampaikan dalam keadaan yang lebih padat (heterochromatic, dan dengan itu tidak aktif).

Sebaliknya, DNA eukromatik (kurang padat, dan aktif secara genetik) dikaitkan dengan kromatin yang histonnya hiperetilasi dan hypomethylated.

Echromatin vs heterochromatin

Kami telah melihat bahawa status pengubahsuaian kovalen histones dapat menentukan tahap ungkapan dan pemadatan kromatin tempatan. Di peringkat global, pemadatan chromatin juga dikawal oleh pengubahsuaian kovalen histones dalam nucleosomes.

Contohnya, contohnya heterochromatin (yang tidak pernah dinyatakan, dan padatnya padat) cenderung terletak bersebelahan dengan lembaran nuklear, meninggalkan liang nuklear bebas.

Sementara itu, euchromatin juzuk (yang selalu dinyatakan, sebagai termasuk gen penyelenggaraan sel, dan terletak di kawasan-kawasan chromatin longgar), ia adalah dalam gelung besar yang mendedahkan DNA yang hendak disalin untuk jentera transkripsi.

Kawasan lain DNA genomik berayun di antara kedua-dua keadaan ini bergantung pada masa perkembangan organisma, keadaan pertumbuhan, identiti sel, dan sebagainya..

Fungsi lain

Untuk mematuhi pelan pembangunan sel, ungkapan dan penyelenggaraan, genom organisma eukariotik mesti dengan tepat mengatur kapan dan bagaimana potensi genetik mereka harus ditunjukkan.

Bermula dari maklumat yang disimpan dalam gen mereka, mereka terletak di nukleus di wilayah tertentu yang menentukan keadaan transkrip mereka.

Oleh itu, kita boleh mengatakan bahawa satu lagi peranan nukleosom asas, melalui perubahan kromatin yang membantu untuk menentukan, adalah organisasi atau seni bina nukleus yang menjadi tuan rumah mereka..

Seni bina ini diwarisi dan diselaraskan secara logik secara berkala kerana adanya unsur-unsur modular pembungkusan maklumat ini.

Rujukan

  1. Alberts, B., Johnson, A.D., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., Walter, P. (2014) Biologi molekul sel (6th Edisi). W. W. Norton & Company, New York, NY, Amerika Syarikat.
  2. Brooker, R. J. (2017). Genetik: Analisis dan Prinsip. Pendidikan Tinggi McGraw-Hill, New York, NY, Amerika Syarikat.
  3. Cosgrove, M. S., Boeke, J. D., Wolberger, C. (2004). Pergerakan nukleosom yang dikawal selia dan kod histone. Struktur Alam & Molekul Biologi, 11: 1037-43.
  4. Goodenough, U. W. (1984) Genetik. W. B. Saunders Co. Ltd, Pkiladelphia, PA, Amerika Syarikat.
  5. Griffiths, A.J.F., Wessler, R., Carroll, S.B., Doebley, J. (2015). Pengenalan kepada Analisis Genetik (11th ed.). New York: W. H. Freeman, New York, NY, Amerika Syarikat.