Mis on DNA pakend? (Prokarüootides ja eukarüootides)



The DNA pakend Termin, mis määratleb DNA kontrollitud tihenduse rakus. Mitte üheski rakus (ja tegelikult isegi mitte viirustes) on DNA vaba, lahtine ja õige lahendus.

DNA on äärmiselt pikk molekul, mis lisaks mõjutab alati väga erinevaid valke. Geenide, mida ta kannab, töötlemiseks, pärandamiseks ja ekspressiooni kontrollimiseks võtab DNA vastu konkreetse ruumilise korralduse. See saavutatakse raku poolt, mis kontrollib rangelt iga DNA pakendi etappi erinevatel tihendustasemetel.

Viirustel on nukleiinhapete jaoks erinevad pakendamisstrateegiad. Üks lemmikutest on kompaktsete spiraalide moodustamine. Võib öelda, et viirused on nukleiinhapped, mis on pakitud neid katvatesse valkudesse, kaitsevad ja mobiliseerivad neid.

Prokarüootides seostatakse DNA valkudega, mis määravad komplekssete silmuste moodustumise struktuuris, mida nimetatakse nukleoidiks. Teisest küljest on DNA tihendamise maksimaalne tase eukarüootses rakus mitootiline või meiootiline kromosoom..

Ainus näide, kus B-DNA ei ole pakendatud, on selleks otstarbeks uuritav labor.

Indeks

  • 1 DNA struktuur
  • 2 Bakteriaalne nukleoid
  • 3 eukarüootsete kromosoomide tihendamise tasemed
    • 3.1 Nukleosoom
    • 3.2 Kiud 30 nm
    • 3.3 Sidemed ja pöörded
  • 4 Meiootilise DNA tihendamine
  • 5 Viited

DNA struktuur

DNA moodustub kahest antiparalleelsest ribast, mis moodustavad topeltheliksi. Igaüks neist esitab fosfodiestersidemete karkassi, mille külge seostuvad lämmastikuga seotud suhkrud.

Molekuli sees moodustavad ühe rühma lämmastiku alused vesiniksidemeid (kaks või kolm) komplementaarse ribaga.

Sellise molekuli puhul näitavad enamik olulisi sideme nurgasid vaba pöörlemist. Lämmastiku-suhkru, suhkru-fosfaadi ja fosfodiestri sidemed on paindlikud.

See võimaldab paindliku varrastena vaadeldavat DNA-d näidata mõningast võimet painutada ja keerata. Selline paindlikkus võimaldab DNA-l võtta vastu keerulisi kohalikke struktuure ja moodustada lühikeses, keskmises ja pikemas vahekorras vastastikmõju sidemeid.

Selline paindlikkus selgitab ka seda, kuidas saab inimese 2 diploidrakus säilitada 2 meetri DNA-d. Gamete (haploidne rakk) oleks DNA-meeter.

Bakteriaalne nukleoid

Kuigi see ei ole purunematu reegel, eksisteerib bakteriaalne kromosoom ühe kaheahelalise DNA kaheahelalise DNA molekulina.

Kahekordne spiraal keerleb enamat (rohkem kui 10 bp pöörde kohta), tekitades seega mõningast tihendust. Kohalikud sõlmed tekivad ka ensümaatiliselt kontrollitavate manipulatsioonide tõttu.

Lisaks on DNA-s järjestused, mis võimaldavad domeenidel moodustada suuri ahelaid. Me nimetame supererollamiento ja tellitud silmuste nukleotiidist tulenevat struktuuri.

Need muutuvad läbi dünaamiliste muutuste tänu mõnedele valkudele, mis annavad kokkusurutud kromosoomi mõnele struktuurilisele stabiilsusele. Bakterite ja arhiivi tihendusaste on nii tõhus, et nukleotiidi kohta võib olla rohkem kui üks kromosoom.

Nukleoid tihendab prokarüootset DNAd vähemalt 1000 korda. Nukleoidi väga topoloogiline struktuur on kromosoomi kandvate geenide reguleerimise oluline osa. See tähendab, et struktuur ja funktsioon moodustavad sama üksuse.

Eukarüootsete kromosoomide tihendamise tasemed

DNA eukarüootses tuumas ei ole alasti. See interakteerub paljude valkudega, millest kõige olulisemad on histoonid. Histoonid on väikesed, positiivselt laetud valgud, mis seonduvad DNA-ga mittespetsiifilisel viisil.

Tuumas, mida me täheldame, on DNA kompleks: histoonid, mida me nimetame kromatiiniks. Väga kondenseerunud kromatiin, mida tavaliselt ei ekspresseerita, on heterokromatiin. Seevastu on kõige vähem tihendatud (lahti) või euchromatiin kromatiin ekspresseeritavate geenidega.

Kromatiinil on mitu tihendustaset. Kõige elementaarsem on nukleosoomi; millele järgneb solenoidkiud ja interfaasikromatiini silmused. Ainult siis, kui kromosoom on jagatud, on näidatud maksimaalsed tihendustasemed.

Nukleosoom

Nukleosoom on kromatiini organisatsiooni põhiühik. Iga nukleosoom moodustub histoonide oktameerist, mis moodustavad mingi trumli.

Oktameeri moodustavad kaks histooni H2A, H2B, H3 ja H4 koopiat. Nende ümber on DNA peaaegu 1,7 ringi. Sellele järgneb fraktsioon vaba DNA-st, mida nimetatakse 20 pb linkeriks, mis on seotud histooni H1 ja seejärel teise nukleosoomiga. DNA kogus nukleosoomis ja see, mis sellega ühendub, on umbes 166 aluspaari.

See samm kompaktse DNA pakkimiseks molekulile umbes 7 korda. See tähendab, et me läksime meetrist veidi üle 14 cm DNA-le.

See pakkimine on võimalik, sest positiivsed histoonid tühistavad DNA negatiivse laengu ja sellest tuleneva elektrostaatilise eneserõhu. Teine põhjus on see, et DNA võib painduda nii, et see suudab histooni oktameeri spinida.

Kiud 30 nm

Paljude järjestikuste nukleosoomide moodustava kaelakee helmeste kiud valatakse lisaks kompaktsemaks struktuuriks.

Kuigi me ei tea, millise struktuuri see tegelikult vastu võtab, teame, et selle paksus on umbes 30 nm. See on nn 30 nm kiud; histoon H1 on selle moodustumise ja stabiilsuse jaoks hädavajalik.

30 nm kiud on heterokromatiini põhiline struktuuriüksus. Lax nukleosoomide, euchromatiini omad.

Sidemed ja pöörded

30 nm kiud ei ole siiski täiesti lineaarne. Vastupidi, see moodustab vähesel määral tuntud valgumagriksil ligikaudu 300 nm pikkused, serpentiinse ahelaga silmused..

Need valgusmaatriksil olevad silmused moodustavad 250 nm läbimõõduga kompaktsema kromatiini kiud. Lõpuks on nad joondatud lihtsa helix 700 nm paksusega, mis põhjustab ühe mitootilise kromosoomi õde kromatiididest.

Lõpuks tihendatakse tuumakromatiinis olev DNA jaotusraku kromosoomis umbes 10 000 korda. Interpaasilises tuumas on selle tihendamine samuti kõrge, kuna see on umbes lineaarse DNA-ga võrreldes umbes 1000 korda.

DNA müootiline tihendamine

Arengubioloogia maailmas väidetakse, et gametogenees lähtestab epigeeni. See tähendab, et see kustutab DNA märgid, mis on toodetud või kogenud gameti algataja elu.

Need markerid hõlmavad DNA metüülimist ja histoonide kovalentseid modifikatsioone (histooni kood). Kuid mitte kõik epigeenid ei ole nullitud. Kaubamärgid jäävad isa või ema geneetilise jälje eest.

Spetsiifiliselt on lihtsam näha gametogeneesi kaudset lähtestamist. Sperma puhul ei ole DNA histoonidega täidetud. Seetõttu ei ole tootja organismis tehtud muudatustega seotud teave üldiselt päritud.

Spermis DNA pakendatakse tänu interaktsioonile mittespetsiifiliste DNA siduvate valkudega, mida nimetatakse protamiinideks. Need valgud moodustavad üksteisele disulfiidsilda, aidates seega moodustada DNA pealispindu, mis ei tõrjuta elektrostaatiliselt.

Viited

  1. Alberts, B., Johnson, A.D., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., Walter, P. (2014) Molecular Biology of the Cell (6. väljaanne). W. W. Norton & Company, New York, NY, USA.
  2. Annunziato, A. (2008) DNA pakendamine: nukleosoomid ja kromatiin. Loodusharidus 1:26. (https://www.nature.com/scitable/topicpage/dna-packaging-nucleosomes-and-chromatin-310).
  3. Brooker, R. J. (2017). Geneetika: analüüs ja põhimõtted. McGraw-Hilli kõrgharidus, New York, NY, USA.
  4. Martínez-Antonio, A. Medina-Rivera, A., Collado-Vides, J. (2009) Bakteriaalse nukleoidi struktuuriline ja funktsionaalne kaart. Genome Biology, doi: 10,1116 / gb-2009-10-12-247.
  5. Mathew-Fenn, R. S, Das, R., Harbury, P. A. B. (2008) Kahekordse heeliksi mõõtmine. Science, 17: 446-449.
  6. Travers, A. A. (2004) DNA paindlikkuse struktuuriline alus. Londoni Royal Society filosoofilised tehingud, seeria A, 362: 1423-1438.
  7. Travers, A., Muskhelishvili, G. (2015) DNA struktuur ja funktsioon. FEBS Journal, 282: 2279-2295.