Mikä on DNA-pakkaus? (Prokaryooteissa ja eukaryooteissa)

DNA-pakkaukset on termi, joka määrittelee DNA: n kontrolloidun tiivistymisen solun sisällä. Mikään solu (ja itse asiassa ei edes viruksissa) DNA on vapaa, löysä ja todellinen ratkaisu.

DNA on erittäin pitkä molekyyli, joka lisäksi vuorovaikutuksessa aina valtavan erilaisen proteiinin kanssa. DNA: lla on tietty spatiaalinen organisaatio sen käsittelemien geenien prosessoimiseksi, perinnöksi ja kontrolloimiseksi. Tämä saavutetaan solulla, joka valvoo tiukasti DNA: n pakkauksen jokaisen vaiheen eri tiivistystasoilla.

Viruksilla on erilaiset pakkausstrategiat niiden nukleiinihappojen suhteen. Yksi suosikeista on kompaktien spiraalien muodostuminen. Voidaan sanoa, että virukset ovat nukleiinihappoja, jotka on pakattu niihin peittäviin proteiineihin, jotka suojaavat ja mobilisoivat niitä.

Prokaryooteissa DNA liittyy proteiineihin, jotka määrittävät monimutkaisten silmukoiden muodostumisen rakenteessa, jota kutsutaan nukleoidiksi. DNA: n tiivistymisen enimmäistaso eukaryoottisolussa on toisaalta mitoottinen tai meioottinen kromosomi.

Ainoa tapaus, jossa B-DNA ei ole pakattu, on tutkimuslaboratorio, joka pyrkii tähän tarkoitukseen.

indeksi

• 1 DNA: n rakenne
• 2 Bakteeri-nukleoidi
• 3 Eukaryoottisen kromosomin tiivistymistasot
  • 3.1 Nukleosomi
  • 3.2 Kuitu on 30 nm
  • 3.3 Sidokset ja käänteet
• 4 Meiotinen DNA-tiivistyminen
• 5 Viitteet

DNA: n rakenne

DNA muodostuu kahdesta rinnakkaisvyöhykkeestä, jotka muodostavat kaksinkertaisen heliksin. Kukin niistä esittää luurankoa fosfodiesterisidoksia, joihin sitoo sokereita, jotka ovat sidoksissa typpipohjaisiin emäksisiin.

Molekyylin sisällä yhden vyöhykkeen typpipohjat muodostavat vety- sidoksia (kaksi tai kolme) komplementaarisen nauhan kanssa.

Tällaisessa molekyylissä useimmat tärkeät sidoskulmat osoittavat vapaata kiertoa. Typpisokeri-, sokerifosfaatti- ja fosfodiesteri- sidokset ovat joustavia.

Tämä mahdollistaa DNA: n, joka nähdään joustavana sauvana, osoittamaan kykyä taivuttaa ja kelata. Tämä joustavuus sallii DNA: n hyväksyä monimutkaisia ​​paikallisia rakenteita ja muodostaa vuorovaikutussidoksia lyhyellä, keskipitkällä ja pitkällä etäisyydellä.

Tämä joustavuus selittää myös, kuinka 2 metriä DNA: ta voidaan ylläpitää ihmisen kussakin diploidisolussa. Gamete (haploid-solu) olisi DNA-mittari.

Bakteeri-nukleoidi

Vaikka se ei ole rikkoutumaton sääntö, bakteeri-kromosomi esiintyy yhtenä kaksoisjuosteisena DNA-kaksisäikeisenä DNA-molekyylinä.

Kaksinkertainen kierre kääntyy enemmän itsestään (yli 10 bp / kierros), jolloin syntyy tietty tiivistyminen. Paikalliset solmut syntyy myös entsymaattisesti ohjattavien manipulaatioiden ansiosta.

Lisäksi DNA: ssa on sekvenssejä, jotka sallivat domeenien muodostumisen suurissa silmukoissa. Me kutsumme supererollamienton ja tilattujen silmukoiden nukleotidista johtuvaa rakennetta.

Nämä muuttuvat dynaamisesti muutamien proteiinien ansiosta, jotka aikaansaavat jonkinlaisen rakenteellisen vakauden tiivistetylle kromosomille. Tiivistysaste bakteereissa ja arkeissa on niin tehokasta, että nukleotidia kohti voi olla enemmän kuin yksi kromosomi.

Nukleoidi tiivistää prokaryoottista DNA: ta vähintään 1000 kertaa. Nukleoidin hyvin topologinen rakenne on olennainen osa kromosomin kantamien geenien säätelyä. Toisin sanoen rakenne ja toiminta muodostavat saman yksikön.

Eukaryoottisen kromosomin tiivistymistasot

Eukaryoottisen ytimen DNA ei ole alasti. Se on vuorovaikutuksessa monien proteiinien kanssa, joista tärkeimmät ovat histonit. Histonit ovat pieniä, positiivisesti varautuneita proteiineja, jotka sitoutuvat DNA: han ei-spesifisellä tavalla.

Ytimessä, jonka havaitsemme, on DNA-kompleksi: histonit, joita kutsumme kromatiiniksi. Erittäin kondensoitu kromatiini, jota ei yleensä ekspressoida, on heterokromatiini. Sitä vastoin vähiten tiivistetty (löysempi) tai eukromatiini on kromatiini, jossa on ilmentyneitä geenejä.

Kromatiinilla on useita tiivistystasoja. Kaikkein alkeellisinta on nukleosomin; jota seuraa solenoidikuitu ja välivaiheen kromatiinisilmukat. Vasta kun kromosomi on jaettu, näytetään maksimaaliset tiivistustasot.

Nukleosomi

Nukleosomi on kromatiinin organisaation perusyksikkö. Kukin nukleosomi muodostuu histonien oktaameerista, joka muodostaa eräänlaisen rummun.

Okameria muodostavat kaksi kopiota kustakin histonista H2A, H2B, H3 ja H4. DNA: n ympärillä on noin 1,7 kierrosta. Sen jälkeen seuraa fraktio vapaasta DNA: sta, jota kutsutaan 20 pb linkeriksi, joka liittyy histoniin H1, ja sitten toiseen nukleosomiin. DNA: n määrä nukleosomissa ja se, joka siihen liittyy, on noin 166 emäsparia.

Tämä vaihe pakkaa kompakti DNA molekyyliin noin 7 kertaa. Eli menimme metristä hieman yli 14 cm: n DNA: han.

Tämä pakkaus on mahdollista, koska positiiviset histonit peruuttavat DNA: n negatiivisen varauksen ja sen seurauksena syntyvän sähköstaattisen itsepulssin. Toinen syy on se, että DNA voi taivuttaa niin, että se voi spinata histonin oktameerin.

Kuitu on 30 nm

Kaulakorussa olevien helmien kuitu, joka muodostaa useita peräkkäisiä nukleosomeja, valssataan lisäksi kompak- tiivisempaan rakenteeseen.

Vaikka emme tiedä, mitä rakennetta se todella hyväksyy, tiedämme, että se saavuttaa noin 30 nm: n paksuuden. Tämä on ns. 30 nm: n kuitu; histoni H1 on välttämätön sen muodostumiselle ja stabiilisuudelle.

30 nm: n kuitu on heterokromatiinin perusrakenneyksikkö. Se on laksojen nukleosomien, euchromatiinin.

Solmiot ja käänteet

30 nm: n kuitu ei kuitenkaan ole täysin lineaarinen. Päinvastoin, se muodostaa noin 300 nm: n pituisia, serpentiinimäisiä silmukoita vähän tunnetulle proteiinimatriksille.

Nämä proteiinimatriisin silmukat muodostavat kompak- tiivisemman kromatiinikuidun, jonka halkaisija on 250 nm. Lopuksi ne ovat linjassa 700 nm: n paksuisen yksinkertaisen heliksin tapaan, mikä saa aikaan yhden mitoottisen kromosomin sisarkromatidista.

Lopulta ydinkromatiinin DNA tiivistyy noin 10 000 kertaa jakautuvan solun kromosomiin. Interfaasisessa ytimessä sen tiivistyminen on myös suuri, koska se on noin 1000 kertaa verrattuna "lineaariseen" DNA: han.

DNA: n meiottinen tiivistyminen

Kehitysbiologian maailmassa gametogeneesi sanotaan palauttavan epigeenin. Toisin sanoen se poistaa DNA-merkit, joita tuotetun tai kokeneen gamete-elimen alkuperä on.

Nämä markkerit sisältävät DNA-metylaation ja histonien kovalenttiset modifikaatiot (histonikoodi). Mutta kaikkia epigenomeja ei palauteta. Tuotemerkit jäävät isän tai äidin geneettisen jäljen perusteella.

Spetsiin on helpompi havaita implisiittinen palautuminen gametogeneesiin. Spermissä DNA ei ole täynnä histoneja. Siksi sen tuotannon organisaatiossa tapahtuviin muutoksiin liittyvät tiedot eivät yleensä ole peritty.

Siittiössä DNA pakataan vuorovaikutuksessa ei-spesifisten DNA: ta sitovien proteiinien kanssa, joita kutsutaan protamiineiksi. Nämä proteiinit muodostavat disulfidisillat toisiinsa, mikä auttaa muodostamaan päällekkäisiä DNA-kerroksia, jotka eivät repeydy sähköstaattisesti.

viittaukset

1. Alberts, B., Johnson, A.D., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., Walter, P. (2014) Molecular Biology of the Cell (6. painos). W. W. Norton & Company, New York, NY, USA.
2. Annunziato, A. (2008) DNA-pakkaus: Nukleosomit ja kromatiini. Luontoopetus 1:26. (Https://www.nature.com/scitable/topicpage/dna-packaging-nucleosomes-and-chromatin-310).
3. Brooker, R. J. (2017). Geneettinen analyysi ja periaatteet. McGraw-Hillin korkea-asteen koulutus, New York, NY, Yhdysvallat.
4. Martínez-Antonio, A. Medina-Rivera, A., Collado-Vides, J. (2009) Bakteriaalisen nukleoidin rakenteellinen ja toiminnallinen kartta. Genomin biologia, doi: 10,186 / gb-2009-10-12-247.
5. Mathew-Fenn, R. S, Das, R., Harbury, P. A. B. (2008) Kaksoiskierroksen uudelleenarviointi. Science, 17: 446-449.
6. Travers, A. A. (2004) DNA: n joustavuuden rakenteellinen perusta. Lontoon Royal Society of Philosophical Transactions, Series A, 362: 1423-1438.
7. Travers, A., Muskhelishvili, G. (2015) DNA-rakenne ja toiminta. FEBS Journal, 282: 2279-2295.