Što je pakiranje DNA? (Kod prokariota i eukariota)



DNA pakiranje Pojam koji definira kontrolirano zbijanje DNA unutar stanice. Ni u jednoj stanici (a zapravo ni u virusima) DNK je slobodna, opuštena iu pravom rješenju.

DNA je ekstremno duga molekula koja, uz to, uvijek interagira s velikom raznolikošću različitih proteina. Za obradu, nasljeđivanje i kontrolu izražavanja gena koje nosi, DNK usvaja određenu prostornu organizaciju. To se postiže stanicom koja strogo kontrolira svaki korak pakiranja DNA na različitim razinama zbijanja.

Virusi imaju različite strategije pakiranja za njihove nukleinske kiseline. Jedan od favorita je stvaranje kompaktnih spirala. Moglo bi se reći da su virusi nukleinske kiseline pakirane u proteine ​​koji ih pokrivaju, štite i mobiliziraju.

U prokariotima, DNA je povezana s proteinima koji određuju formiranje kompleksnih petlji u strukturi nazvanoj nukleod. Maksimalna razina zbijanja DNA u eukariotskoj stanici, s druge strane, je mitotički ili meiotički kromosom.

Jedini slučaj u kojem B-DNA nije zapakiran je istraživački laboratorij koji teži tom cilju.

indeks

  • 1 Struktura DNA
  • 2 Bakterijska nukleida
  • 3 Razine zbijanja eukariotskog kromosoma
    • 3.1 Nukleosom
    • 3.2 Vlakno od 30 nm
    • 3.3 Veze i okreti
  • 4 Meiotičko zbijanje DNA
  • 5 Reference

Struktura DNA

DNK se sastoji od dva antiparalelna pojasa koji tvore dvostruku spiralu. Svaki od njih predstavlja kostur fosfodiesterskih veza na koje se vežu šećeri povezani s dušikovim bazama.

Unutar molekule dušične baze jedne trake tvore vodikove veze (dvije ili tri) s komplementarnim pojasom.

U molekuli kao što je ova većina važnih kutova veza pokazuje slobodnu rotaciju. Obveznice dušikov-šećerne, šećerne-fosfatne i fosfodiesterske veze su fleksibilne.

To omogućuje da DNK, viđena kao fleksibilna šipka, pokaže neku sposobnost savijanja i namotavanja. Ova fleksibilnost omogućuje DNA da usvoji kompleksne lokalne strukture i da formira interakcijske veze na kratkim, srednjim i velikim udaljenostima.

Ova fleksibilnost također objašnjava kako se 2 m DNA mogu održavati u svakoj diploidnoj ćeliji ljudskog bića. U gameti (haploidnoj ćeliji) to bi bio DNA mjerač.

Bakterijski nukleoid

Iako nije nelomljivo pravilo, bakterijski kromosom postoji kao jednostruka dvostruka DNA molekula DNA.

Dvostruka zavojnica se više okreće na sebi (više od 10 bp po revoluciji) i tako stvara određenu zbijenost. Lokalni čvorovi se također generiraju zahvaljujući manipulacijama koje se enzimatski kontroliraju.

Osim toga, postoje sekvence u DNA koje omogućuju da se domene formiraju u velikim petljama. Strukturu koja nastaje iz supererollamiento zovemo i nukleoidom naredili petlje.

One se podvrgavaju dinamičkim promjenama zahvaljujući nekim proteinima koji osiguravaju određenu strukturnu stabilnost zbijenog kromosoma. Stupanj zbijenosti u bakterijama i arhejama toliko je učinkovit da može postojati više od jednog kromosoma po nukleidi.

Nukleoid zbija prokariotsku DNA najmanje 1000 puta. Vrlo topološka struktura nukleida je temeljni dio regulacije gena koje nosi kromosom. To znači da struktura i funkcija čine istu jedinicu.

Razine zbijanja eukariotskog kromosoma

DNA u eukariotskoj jezgri nije gola. Ona je u interakciji s mnogim proteinima, od kojih su najvažniji histoni. Histoni su mali, pozitivno nabijeni proteini koji se vežu za DNA na nespecifičan način.

U jezgri onoga što promatramo je DNA kompleks: histoni, koje nazivamo kromatinom. Visoko kondenzirani kromatin, koji obično nije eksprimiran, je heterohromatin. Nasuprot tome, najmanje zbijeni (labavi), ili euchromatin, je kromatin s genima koji su izraženi.

Kromatin ima nekoliko razina zbijanja. Najosnovnija je ona nukleosoma; slijedi solenoidno vlakno i međufazne petlje kromatina. Samo kada je kromosom podijeljen, prikazane su maksimalne razine zbijanja.

Nukleosom

Nukleosom je osnovna jedinica organizacije kromatina. Svaka nukleosoma nastaje oktamom histona koji tvore neku vrstu bubnja.

Oktamer se sastoji od dvije kopije svakog od histona H2A, H2B, H3 i H4. Oko njih DNK daje gotovo 1,7 kruga. Slijedi dio slobodne DNA nazvan 20 pb linker povezan s histonom H1, a zatim s drugom nukleosomom. Količina DNA u nukleosomu i ona koja ju spaja s drugom je oko 166 parova baza.

Ovaj korak pakiranja kompaktne DNA u molekulu oko 7 puta. To jest, prešli smo s metra na nešto više od 14 cm DNA.

Ovo pakiranje je moguće jer pozitivni histoni poništavaju negativni naboj DNA i posljedični elektrostatički impuls. Drugi razlog je taj što se DNA može saviti na takav način da može okretati histonsku oktamer.

Vlakna od 30 nm

Vlakna kuglica u ogrlici koje tvore mnoge uzastopne nukleosome dodatno se uvijaju u kompaktniju strukturu.

Iako ne znamo koju strukturu doista usvaja, znamo da ona doseže debljinu od oko 30 nm. To je takozvano 30 nm vlakno; histon H1 je neophodan za njegovo stvaranje i stabilnost.

Vlakna od 30 nm je osnovna strukturna jedinica heterohromatina. Onaj slabih nukleosoma, euhromatina.

Kravate i okreti

Međutim, vlakna od 30 nm nisu potpuno linearna. Naprotiv, on formira petlje duljine oko 300 nm, na serpentinski način, na slabo poznatom proteinskom matriksu.

Ove petlje na proteinskoj matrici tvore kompaktnije vlakno kromatina promjera 250 nm. Konačno, oni su poravnati na način jednostavne spirale debljine 700 nm, što dovodi do nastanka jedne od sestrinskih kromatida mitotičkog kromosoma.

Na kraju, DNA u nuklearnom kromatinu se zbije oko 10.000 puta u kromosomu stanice koja dijeli. U interfaznoj jezgri također je visoka zbijenost jer je oko 1000 puta u usporedbi s "linearnom" DNA.

Meiotička kompresija DNA

U svijetu razvojne biologije, kaže se da gametogeneza resetira epigenome. To znači da briše DNK oznake koje je život izvornika gamete proizveo ili doživio.

Ovi markeri uključuju DNA metilaciju i kovalentne modifikacije histona (Histone code). Ali nisu svi epigenom ponovno postavljeni. Ono što ostaje s robnim markama bit će odgovorno za genetski otisak roditelja ili majke.

Implicitni reset na gametogenezu lakše je uočiti u spermi. U spermi DNK nije popunjena histonima. Stoga se informacije koje se odnose na njegove modifikacije u proizvođačkom organizmu, općenito, ne nasljeđuju.

U spermiji se DNA spakira zahvaljujući interakciji s nespecifičnim DNA vezujućim proteinima zvanim protamini. Ovi proteini međusobno formiraju disulfidne mostove i tako pomažu u formiranju superponiranih slojeva DNA koji se ne odbijaju elektrostatski.

reference

  1. Alberts, B., Johnson, A.D., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., Walter, P. (2014) Molecular Biology of the Cell (6. izdanje). W. W. Norton & Company, New York, NY, USA.
  2. Annunziato, A. (2008) Pakiranje DNA: nukleozomi i kromatin. Priroda Obrazovanje 1:26. (Https://www.nature.com/scitable/topicpage/dna-packaging-nucleosomes-and-chromatin-310).
  3. Brooker, R.J. (2017). Genetika: analiza i načela. McGraw-Hill Visoko obrazovanje, New York, NY, USA.
  4. Martínez-Antonio, A. Medina-Rivera, A., Collado-Vides, J. (2009) Strukturna i funkcionalna karta bakterijske nukleoide. Biologija genoma, doi: 10.1186 / gb-2009-10-12-247.
  5. Mathew-Fenn, R.S., Das, R., Harbury, P.A. B. (2008). Science, 17: 446-449.
  6. Travers, A. A. (2004) Strukturna osnova fleksibilnosti DNA. Filozofski poslovi Kraljevskog društva u Londonu, Serija A, 362: 1423-1438.
  7. Travers, A., Muskhelishvili, G. (2015) Struktura i funkcija DNA. FEBS Journal, 282: 2279-2295.