Шта је то ДНК паковање? (Код прокариота и еукариота)



Тхе ДНА амбалажа је термин који дефинише контролисано збијање ДНК унутар ћелије. Ни у једној ћелији (иу ствари, чак ни у вирусима) ДНК је слободна, слаба и истинита.

ДНК је екстремно дуг молекул који, поред тога, увек интерагује са великом разноликошћу различитих протеина. За обраду, наслеђивање и контролу изражавања гена које носи, ДНК усваја одређену просторну организацију. Ово се постиже ћелијом која строго контролише сваки корак паковања ДНК на различитим нивоима збијања.

Вируси имају различите стратегије паковања за њихове нуклеинске киселине. Један од фаворита је формирање компактних спирала. Може се рећи да су вируси нуклеинске киселине упаковане у протеине који их покривају, штите и мобилизирају.

Код прокариота, ДНК је повезана са протеинима који одређују формирање комплексних петљи у структури названој нуклеод. Максимални ниво збијања ДНК у еукариотској ћелији, с друге стране, је митотички или меиотички хромозом.

Једина инстанца у којој Б-ДНК није упакована је истраживачка лабораторија која тежи том циљу.

Индек

  • 1 Структура ДНК
  • 2 Бактеријски нуклеод
  • 3 Нивои збијања еукариотског хромозома
    • 3.1 Нуклеосом
    • 3.2 Влакно од 30 нм
    • 3.3 Везе и окрети
  • 4 Меиотичко збијање ДНК
  • 5 Референце

Структура ДНК

ДНК је формирана од два антипаралелна појаса који формирају двоструку спиралу. Свака од њих представља скелет фосфодиестерских веза на које се везују шећери везани за азотне базе.

Унутар молекула, азотне базе једне траке формирају водикове везе (две или три) са комплементарним појасом.

У молекулу као што је овај, већина важних углова веза показује слободну ротацију. Обвезнице азотно-шећерне, шећерне-фосфатне групе и фосфодиестерске везе су флексибилне.

То омогућава да ДНК, виђена као флексибилна шипка, покаже одређену способност савијања и намотавања. Ова флексибилност омогућава да ДНК усвоји комплексне локалне структуре и да формира везе интеракције на кратким, средњим и великим удаљеностима.

Ова флексибилност такође објашњава како се 2 метра ДНК могу одржавати у свакој диплоидној ћелији људског бића. У гамети (хаплоидној ћелији), то би био ДНК метар.

Бактеријски нуклеоид

Иако није неломљиво правило, бактеријски хромозом постоји као двострука ДНК молекула ДНК..

Двострука спирала се више окреће на себи (више од 10 бп по револуцији) и на тај начин производи неко збијање. Локални чворови се такође генеришу захваљујући манипулацијама које су ензиматски контролисане.

Поред тога, постоје секвенце у ДНК које дозвољавају да се домени формирају у великим петљама. Структуру која је настала из супереролламиенто и наредили смо нуклеоидом.

Они пролазе кроз динамичке промене захваљујући неким протеинима који обезбеђују структурну стабилност компримованог хромозома. Степен збијености код бактерија и археа је толико ефикасан да може бити више од једног хромозома по нуклеиду.

Нуклеоид збија прокариотску ДНК најмање 1000 пута. Веома тополошка структура нуклеида је фундаментални део регулације гена које носи хромозом. То значи да структура и функција чине исту јединицу.

Нивои збијања еукариотског хромозома

ДНК у еукариотском језгру није гола. Она је у интеракцији са многим протеинима, од којих су најважнији хистони. Хистони су мали, позитивно наелектрисани протеини који се везују за ДНК на неспецифичан начин.

У језгру онога што посматрамо је ДНК комплекс: хистони, које зовемо кроматин. Високо кондензовани хроматин, који обично није експримиран, је хетерохроматин. Насупрот томе, најмање збијен (ехроматин) је хроматин са генима који су експримирани.

Хроматин има неколико нивоа збијања. Најосновнија је она нуклеосома; праћено соленоидним влакнима и интерфазним петљама хроматина. Само када је хромозом подељен, приказани су максимални нивои збијања.

Нуклеосом

Нуклеосом је основна јединица организације хроматина. Сваки нуклеосом је формиран октамерима хистона који формирају врсту бубња.

Октамер се формира од две копије сваког од хистона Х2А, Х2Б, Х3 и Х4. Око њих, ДНК даје скоро 1.7 кругова. Након тога следи део слободне ДНК назван 20 пб линкер повезан са хистоном Х1, а затим са другим нуклеосомом. Количина ДНК у нуклеосому и она која је повезана са другом је око 166 парова база.

Овај корак паковања компактне ДНК у молекул око 7 пута. То значи да смо прешли са метра на нешто више од 14 цм ДНК.

Ово паковање је могуће јер позитивни хистони поништавају негативни набој ДНК и посљедични електростатички само-импулс. Други разлог је тај што се ДНК може савити на такав начин да може окретати хистон октамер.

Фибер од 30 нм

Влакна куглица у огрлици које формирају многе узастопне нуклеосоме додатно се увијају у компактнију структуру.

Иако не знамо коју структуру заиста усваја, знамо да она достиже дебљину од око 30 нм. Ово је такозвано 30 нм влакно; хистон Х1 је неопходан за његово формирање и стабилност.

Влакна од 30 нм је основна структурна јединица хетерохроматина. Онај лак нуклеозома, онај еухроматина.

Кравате и окрети

Међутим, влакна дужине 30 нм нису потпуно линеарна. Напротив, он формира петље дужине око 300 нм, на серпентински начин, на мало познатој протеинској матрици.

Ове петље на протеинској матрици формирају компактније влакно кроматина пречника 250 нм. Коначно, они су поравнати на начин једноставне спирале дебљине 700 нм, што доводи до настанка једне од сестринских кроматида митотског хромозома.

На крају, ДНК у нуклеарном хроматину се збије око 10.000 пута у хромозому ћелије која се дели. У интерфазном језгру је и његово збијање високо јер је око 1000 пута у поређењу са "линеарном" ДНК.

Меиотичка компресија ДНК

У свету развојне биологије, каже се да гаметогенеза ресетује епигеноме. То значи да брише ДНК трагове које је живот изворника гамете произвео или искусио.

Ови маркери укључују ДНА метилацију и ковалентне модификације хистона (Хистоне цоде). Али нису сви епигеноме ресетовани. Оно што остаје са брендовима ће бити одговорно за генетски отисак родитеља или мајке.

Имплицитни ресет на гаметогенезу је лакше видети у сперми. У сперми ДНК није препун хистона. Дакле, информације које се односе на његове модификације у организму произвођача, генерално, нису наслеђене.

У спермији се ДНК пакује захваљујући интеракцији са неспецифичним ДНК везујућим протеинима званим протамини. Ови протеини међусобно формирају дисулфидне мостове и на тај начин помажу да се формирају слојеви ДНК који се не могу одбити електростатички.

Референце

  1. Албертс, Б., Јохнсон, А.Д., Левис, Ј., Морган, Д., Рафф, М., Робертс, К., Валтер, П. (2014) Молецулар Биологи оф тхе Целл (6тх Едитион). В. Нортон & Цомпани, Нев Иорк, НИ, УСА.
  2. Аннунзиато, А. (2008) ДНА Пацкагинг: Нуклеозоми и хроматин. Натуре Едуцатион 1:26. (хттпс://ввв.натуре.цом/сцитабле/топицпаге/дна-пацкагинг-нуцлеосомес-анд-цхроматин-310).
  3. Броокер, Р. Ј. (2017). Генетика: Анализа и принципи. МцГрав-Хилл Високо образовање, Нев Иорк, НИ, УСА.
  4. Мартинез-Антонио, А. Медина-Ривера, А., Цолладо-Видес, Ј. (2009) Структурна и функционална мапа бактеријског нуклеида. Биологија генома, дои: 10.1186 / гб-2009-10-12-247.
  5. Матхев-Фенн, Р.С., Дас, Р., Харбури, П.А.Б. (2008) Ремеасуринг тхе доубле хелик. Сциенце, 17: 446-449.
  6. Траверс, А. А. (2004) Структурна основа флексибилности ДНК. Филозофски послови Краљевског друштва у Лондону, Серија А, 362: 1423-1438.
  7. Траверс, А., Мускхелисхвили, Г. (2015) Структура и функција ДНК. ФЕБС Јоурнал, 282: 2279-2295.