Какво представлява ДНК опаковката? (При прокариоти и еукариоти)

на ДНК опаковки е термин, който определя контролираното уплътняване на ДНК вътре в клетката. В нито една клетка (а в действителност дори и при вируси) ДНК е свободна, слаба и в истинско решение.

ДНК е изключително дълга молекула, която освен това винаги взаимодейства с голямо разнообразие от различни протеини. За обработката, наследяването и контрола на изразяването на гените, които носи, ДНК приема определена пространствена организация. Това се постига чрез клетката, която стриктно контролира всяка стъпка от опаковането на ДНК при различни нива на уплътняване.

Вирусите имат различни стратегии за опаковане на техните нуклеинови киселини. Едно от фаворитите е образуването на компактни спирали. Може да се каже, че вирусите са нуклеинови киселини, опаковани в протеините, които ги покриват, защитават ги и ги мобилизират.

В прокариотите ДНК се свързва с протеини, които определят образуването на сложни контури в структура, наречена нуклеоид. Максималното ниво на уплътняване на ДНК в еукариотната клетка, от друга страна, е митотичната или мейотичната хромозома.

Единственият случай, при който B-DNA не е опакован, е изследователска лаборатория, която преследва тази цел.

индекс

• 1 Структура на ДНК
• 2 Бактериалният нуклеоид
• 3 Нивата на уплътняване на еукариотната хромозома
  • 3.1. Нуклеозома
  • 3.2 Влакно от 30 nm
  • 3.3 Връзки и завои
• 4 Мейотично уплътняване на ДНК
• 5 Препратки

Структура на ДНК

ДНК се формира от две антипаралелни ленти, които образуват двойна спирала. Всеки един от тях представлява скелет от фосфодиестерни връзки, върху които се свързват захари, свързани с азотни бази.

Вътре в молекулата азотните основи на една лента образуват водородни връзки (две или три) с допълнителната лента.

В такава молекула повечето от най-важните ъгли на връзката показват свободно въртене. Азотно-захарните, захар-фосфатните и фосфодиестерните връзки са гъвкави.

Това позволява на ДНК, разглеждана като гъвкава пръчка, да покаже известна способност да се огъва и навива. Тази гъвкавост позволява на ДНК да приеме сложни местни структури и да формира взаимовръзки на кратко, средно и дълго разстояние.

Тази гъвкавост обяснява също как 2 метра ДНК могат да се поддържат във всяка диплоидна клетка на човек. В гамета (хаплоидна клетка), това би било ДНК-метър.

Бактериалният нуклеоид

Въпреки че не е нечуплив принцип, бактериалната хромозома съществува като единична двойно-верижна ДНК двойно-верижна ДНК молекула.

Двойната спирала се завърта повече на себе си (повече от 10 bp на оборот), като по този начин произвежда известно уплътняване. Местните възли също се генерират благодарение на манипулации, които се контролират ензимно.

В допълнение, съществуват последователности в ДНК, които позволяват домейни да се образуват в големи контури. Ние наричаме структурата, получена от суперероламиенто и подредени нуклеоидни контури.

Те преминават през динамични промени благодарение на някои протеини, които осигуряват известна структурна стабилност на уплътнената хромозома. Степента на уплътняване в бактериите и археите е толкова ефективна, че може да има повече от една хромозома на нуклеоид.

Нуклеоидът уплътнява прокариотната ДНК поне 1000 пъти. Самата топологична структура на нуклеоида е фундаментална част от регулирането на гените, които хромозомата носи. Тоест структурата и функциите съставляват една и съща единица.

Нивата на уплътняване на еукариотната хромозома

ДНК в еукариотното ядро ​​не е гола. Той взаимодейства с много протеини, най-важните от които са хистони. Хистоните са малки, положително заредени протеини, които се свързват с ДНК по неспецифичен начин.

В ядрото наблюдаваме ДНК комплекс: хистони, които наричаме хроматин. Силно кондензираният хроматин, който обикновено не е експресиран, е хетерохроматин. За разлика от това, най-малко уплътненият (разхлабен) или еухроматин е хроматин с гени, които се експресират.

Хроматинът има няколко нива на уплътняване. Най-елементарно е това на нуклеозомата; следвани от соленоидното влакно и интерфазните хроматинови вериги. Само когато хромозомата е разделена е показано максималните нива на уплътняване.

Нуклеозомата

Нуклеозомата е основната единица на хроматиновата организация. Всяка нуклеозома се формира от октамер от хистони, които образуват вид барабан.

Октамерът се формира от две копия на всяка от хистоните Н2А, Н2В, Н3 и Н4. Около тях ДНК дава почти 1.7 обиколки. Следва фракция от свободна ДНК, наречена 20 pb линкер, свързан с хистон H1, и след това с друг нуклеозома. Количеството на ДНК в нуклеозома и това, което го свързва с друго, е около 166 базови двойки.

Този етап на пакетиране на компактната ДНК към молекулата около 7 пъти. Това означава, че отидохме от един метър до малко над 14 см от ДНК.

Тази опаковка е възможна, тъй като положителните хистони отменят отрицателния заряд на ДНК и последващия електростатичен самоимпулс. Другата причина е, че ДНК може да се огъне по такъв начин, че да може да върти хистоновия октамер.

Влакно от 30 nm

Влакното от мъниста в огърлица, които образуват много последователни нуклеозоми, допълнително се навива в по-компактна структура.

Въпреки че не знаем каква структура наистина приема, знаем, че тя достига дебелина от около 30 nm. Това е така нареченото 30 nm влакно; хистон Н1 е от съществено значение за неговото формиране и стабилност.

30 nm влакното е основната структурна единица на хетерохроматина. Това на слаби нуклеозоми, на еухроматин.

Връзки и завои

30 nm влакното обаче не е напълно линейно. Напротив, той образува примки с дължина около 300 nm по серпентинен начин върху малко известна протеинова матрица.

Тези бримки върху протеинова матрица образуват по-компактно хроматиново влакно с диаметър 250 nm. И накрая, те са подравнени по начин на проста спирала с дебелина 700 nm, която води до една от сестринските хроматиди на митотичната хромозома..

В крайна сметка, ДНК в ядрения хроматин се уплътнява около 10 000 пъти в хромозомата на делящата се клетка. В интерфазното ядро ​​неговото уплътняване също е високо, тъй като е около 1000 пъти в сравнение с "линейната" ДНК.

Мейотично уплътняване на ДНК

В света на биологията на развитието се казва, че гаметогенезата нулира епигенома. Това означава, че изтрива маркерите на ДНК, които животът на създателя на гаметата произвежда или преживява.

Тези маркери включват ДНК метилиране и ковалентни модификации на хистони (Histone code). Но не всички епигеноми са нулирани. Това, което остава с марките, ще е отговорно за генетичния отпечатък на бащата или майката.

Имплицитният нулиране към гаметогенезата е по-лесно да се види в спермата. При сперматозоидите ДНК не е пълна с хистони. Следователно информацията, свързана с нейните изменения в организма на производителя, като цяло не се наследява.

В спермата ДНК е опакована благодарение на взаимодействието с неспецифични ДНК свързващи протеини, наречени протамини. Тези протеини образуват дисулфидни мостове един с друг, като по този начин спомагат за образуването на наслагващи се слоеве от ДНК, които не се отблъскват електростатично.

препратки

1. Alberts, B., Johnson, A.D., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., Walter, P. (2014) Molecular Biology of the Cell (6-то издание). W. Norton & Company, Ню Йорк, Ню Йорк, САЩ.
2. Annunziato, A. (2008) Пакетиране на ДНК: Нуклеозоми и хроматин. Природа Образование 1:26. (Https://www.nature.com/scitable/topicpage/dna-packaging-nucleosomes-and-chromatin-310).
3. Brooker, R.J. (2017). Генетика: анализ и принципи. McGraw-Hill Висше образование, Ню Йорк, Ню Йорк, САЩ.
4. Martínez-Antonio, A. Medina-Rivera, A., Collado-Vides, J. (2009) Структурна и функционална карта на бактериален нуклеоид. Биология на генома, doi: 10.1186 / gb-2009-10-12-247.
5. Mathew-Fenn, R.S., Das, R., Harbury, P.A.B. (2008) Преосмисляне на двойната спирала. Science, 17: 446-449.
6. Травърс, А. А. (2004) Структурната основа на гъвкавостта на ДНК. Философски сделки на Кралското общество в Лондон, Серия A, 362: 1423-1438.
7. Travers, A., Muskhelishvili, G. (2015) Структура и функция на ДНК. FEBS Journal, 282: 2279-2295.