Apakah pembungkusan DNA? (Dalam prokariota dan eukariota)



The Pembungkusan DNA adalah istilah yang menentukan pemadatan DNA terkawal di dalam sel. Dalam tiada sel (dan sebenarnya, walaupun dalam virus) DNA adalah bebas, lemah dan dalam penyelesaian yang benar.

DNA adalah molekul yang sangat panjang yang, di samping itu, sentiasa berinteraksi dengan pelbagai protein yang berlainan. Untuk pemprosesan, warisan dan kawalan ekspresi gen yang dibawa, DNA mengamalkan organisasi spatial tertentu. Ini dicapai oleh sel dengan ketat mengawal setiap langkah pembungkusan DNA pada tahap pemadatan yang berbeza.

Virus mempunyai strategi pembungkusan yang berbeza untuk asid nukleik mereka. Salah satu kegemaran ialah pembentukan spiral padat. Ia boleh dikatakan bahawa virus adalah asid nukleik yang dibungkus dalam protein yang melindungi mereka, melindungi dan menggerakkan mereka.

Dalam prokariot, DNA dikaitkan dengan protein yang menentukan pembentukan gelung kompleks dalam struktur yang dipanggil nukleoid. Tahap maksimum pemadatan DNA dalam sel eukariotik, sebaliknya, adalah mitosis atau kromosom meiotik.

Satu-satunya contoh di mana B-DNA tidak dibungkus ialah makmal penyelidikan yang mengejar tujuan itu.

Indeks

  • 1 Struktur DNA
  • 2 Nukleoid bakteria
  • 3 Tahap pemadatan kromosom eukariotik
    • 3.1 Nukleosom
    • 3.2 Serat 30 nm
    • 3.3 Hubungan dan lilitan
  • 4 pemadatan DNA Meiotik
  • 5 Rujukan

Struktur DNA

DNA dibentuk oleh dua kumpulan antiparallel yang membentuk heliks ganda. Setiap satu daripada mereka membentangkan tulang ikatan fosfodiester di mana gula dikaitkan dengan mengikat asas nitrogenous.

Di dalam molekul, asas nitrogenous satu kumpulan membentuk ikatan hidrogen (dua atau tiga) dengan band pelengkap.

Dalam molekul seperti ini, kebanyakan sudut ikatan penting menunjukkan giliran bebas. Ikatan nitrogenous-gula, gula-fosfat dan bon ikatan fosfodiester adalah fleksibel.

Ini membolehkan DNA, dilihat sebagai rod fleksibel, untuk menunjukkan keupayaan untuk membengkok dan gegelung. Kelenturan ini membolehkan DNA mengguna pakai struktur tempatan yang rumit, dan membentuk bon interaksi pada jarak pendek, sederhana dan panjang.

Kelenturan ini juga menerangkan bagaimana 2 meter DNA dapat dikekalkan dalam setiap sel diploid manusia. Dalam gamete (sel haploid), ia akan menjadi meter DNA.

Nukleoid bakteria

Walaupun tidak ada peraturan yang tidak dapat dipatahkan, kromosom bakteria wujud sebagai satu molekul DNA dua stranded DNA double-stranded tunggal.

Helix ganda bergilir pada dirinya sendiri (lebih daripada 10 bp per revolusi) yang menghasilkan beberapa pemadatan. Knot tempatan juga dihasilkan terima kasih kepada manipulasi yang dikawal secara enzim.

Di samping itu, terdapat urutan-urutan dalam DNA yang membolehkan domain membentuk dalam gelung besar. Kami memanggil struktur yang dihasilkan dari supererollamiento dan mengarahkan nukleoida gelung.

Ini mengalami perubahan dinamik berkat beberapa protein yang memberikan beberapa kestabilan struktur kepada kromosom yang dipadatkan. Tahap pemadatan dalam bakteria dan arkea adalah sangat cekap sehingga terdapat lebih daripada satu kromosom setiap nukleoid.

Nukleoid kompak DNA prokariotik sekurang-kurangnya 1000 kali. Struktur topologi nukleoid adalah bahagian asas dari peraturan gen yang membawa kromosom. Iaitu, struktur dan fungsi membentuk unit yang sama.

Tahap pemadatan kromosom eukariotik

DNA dalam nukleus eukaryotik tidak telanjang. Ia berinteraksi dengan banyak protein, yang paling penting adalah histones. Histones adalah kecil, protein berprotein positif yang mengikat DNA dengan cara yang tidak spesifik.

Dalam nukleus apa yang kita perhatikan adalah kompleks DNA: histones, yang kita panggil chromatin. Kromatin yang sangat pekat, yang biasanya tidak dinyatakan, adalah heterochromatin. Sebaliknya, yang paling kurang dipadatkan (looser), atau euchromatin, adalah kromatin dengan gen yang dinyatakan.

Chromatin mempunyai beberapa tahap pemadatan. Yang paling asas ialah nukleosom; diikuti dengan serat solenoid dan interphase chromatin loops. Hanya apabila kromosom dibahagikan adalah tahap pemadatan maksimum ditunjukkan.

Nukleosome

Nukleosome adalah unit asas organisasi chromatin. Setiap nukleosom dibentuk oleh octamer of histones yang membentuk sejenis gendang.

Para octamer dibentuk oleh dua salinan setiap histon H2A, H2B, H3 dan H4. Di sekelilingnya, DNA memberikan hampir 1.7 pusingan. Ia diikuti oleh sebahagian kecil daripada DNA bebas yang dipanggil penyambung 20 pb yang dikaitkan dengan histon H1, dan kemudian nukleosom lain. Jumlah DNA dalam nucleosome dan yang bergabung dengan yang lain adalah kira-kira 166 pasangan asas.

Langkah ini membungkus DNA kompak ke molekul kira-kira 7 kali. Iaitu, kita pergi dari satu meter ke lebih dari 14 cm DNA.

Pembungkusan ini adalah mungkin kerana histon positif membatalkan caj negatif DNA, dan impuls diri sendiri elektrostatik. Alasan lain ialah DNA boleh membengkokkan sedemikian rupa sehingga ia boleh berputar octamer histone.

Serat 30 nm

Serat manik dalam kalung yang membentuk nukleosom berturut-turut juga dilancarkan ke dalam struktur yang lebih padat.

Walaupun kita tidak tahu apa strukturnya benar-benar mengamalkan, kita tahu bahawa ia mencapai ketebalan kira-kira 30 nm. Ini adalah apa yang dipanggil serat 30 nm; histone H1 adalah penting untuk pembentukan dan kestabilannya.

Serat 30 nm adalah unit struktur dasar heterochromatin. Itulah nukleosom yang lemah, iaitu euchromatin.

Hubungan dan perubahan

Walau bagaimanapun, serat 30 nm tidak sepenuhnya linear. Sebaliknya, ia membentuk gelung kira-kira 300 nm panjang, dengan cara serpentine, pada matriks protein yang kurang dikenali.

Gelung ini pada matriks protein membentuk serat kromatin yang lebih padat dengan diameter 250 nm. Akhirnya, mereka sejajar dengan cara yang sederhana tebal 700 nm yang menimbulkan satu kromatid kakak kromosom mitosis.

Akhirnya, DNA dalam kromatin nuklear dipadatkan kira-kira 10,000 kali dalam kromosom sel membahagikan. Dalam nukleus interphasic pemadatannya juga tinggi kerana kira-kira 1000 kali berbanding DNA "linear".

Pemadatan DNA Meiotik

Dalam dunia biologi perkembangan, gametogenesis dikatakan untuk menetapkan semula epigenom. Iaitu, ia memadamkan tanda DNA bahawa kehidupan pemula gamete dihasilkan atau berpengalaman.

Penanda ini termasuk metilasi DNA dan pengubahsuaian kovalen histones (kod Histone). Tetapi tidak semua epigenome diset semula. Apa yang kekal dengan jenama akan bertanggungjawab untuk jejak genetik ibu atau ibu.

Set semula tersirat ke gametogenesis lebih mudah dilihat dalam sperma. Dalam sperma, DNA tidak dibungkus dengan histones. Oleh itu, maklumat yang berkaitan dengan pengubahsuaiannya dalam organisma pengeluar, secara umumnya, tidak diwarisi.

Dalam DNA sperma dibungkus terima kasih kepada interaksi dengan protein bukan DNA yang spesifik yang dipanggil protin. Protein ini membentuk jambatan disulfida antara satu sama lain, dengan itu membantu membentuk lapisan DNA yang ditapis yang tidak menanggalkan elektrostatik.

Rujukan

  1. Alberts, B., Johnson, A.D., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., Walter, P. (2014) Biologi Molekul Sel (Edisi ke-6). W. W. Norton & Company, New York, NY, Amerika Syarikat.
  2. Annunziato, A. (2008) Pembungkusan DNA: Nukleosom dan chromatin. Pendidikan Alam 1:26. (https://www.nature.com/scitable/topicpage/dna-packaging-nucleosomes-and-chromatin-310).
  3. Brooker, R. J. (2017). Genetik: Analisis dan Prinsip. Pendidikan Tinggi McGraw-Hill, New York, NY, Amerika Syarikat.
  4. Martínez-Antonio, A. Medina-Rivera, A., Collado-Vides, J. (2009) Peta struktur dan fungsional nukleoid bakteria. Genome Biology, doi: 10.1186 / gb-2009-10-12-247.
  5. Mathew-Fenn, R. S, Das, R., Harbury, P. A. B. (2008) Memperbaikkan heliks ganda. Sains, 17: 446-449.
  6. Travers, A. A. (2004) Asas struktur fleksibiliti DNA. Transaksi filosofi Royal Society of London, Siri A, 362: 1423-1438.
  7. Travers, A., Muskhelishvili, G. (2015) struktur dan fungsi DNA. FEBS Journal, 282: 2279-2295.