Mi a DNS-csomagolás? (Prokariótákban és eukariótákban)

az DNS-csomagolás egy olyan kifejezés, amely meghatározza a DNS sejten belüli szabályozott tömörítését. Semmilyen sejtben (és valójában még a vírusokban sem) a DNS szabad, laza és valódi megoldás.

A DNS rendkívül hosszú molekula, amely emellett mindig kölcsönhatásba lép a különböző fehérjékkel. A DNS-ek az adott gének feldolgozásához, örökléséhez és expressziójának szabályozásához egy adott térbeli szervezetet fogadnak el. Ezt úgy érjük el, hogy a sejtek szigorúan ellenőrzik a DNS csomagolásának minden egyes lépését különböző tömörítési szinteken.

A vírusok eltérő csomagolási stratégiákkal rendelkeznek a nukleinsavakhoz. Az egyik kedvenc a kompakt spirálok kialakítása. Elmondható, hogy a vírusok olyan nukleinsavak, amelyek az őket borító fehérjékbe vannak csomagolva, védve és mozgósítva.

A prokariótákban a DNS fehérjékhez kapcsolódik, amelyek meghatározzák a komplex hurkok kialakulását egy nukleoidnak nevezett szerkezetben. Ezzel szemben az eukarióta sejtekben a DNS-tömörítés maximális szintje a mitotikus vagy meiotikus kromoszóma..

Az egyetlen eset, amikor a B-DNS nem csomagolva van, egy olyan kutató laboratórium, amely ezt a célt szolgálja.

index

• 1 A DNS szerkezete
• 2 A bakteriális nukleoid
• 3 Az eukarióta kromoszóma tömörítési szintjei
  • 3.1 A nukleozom
  • 3.2 A 30 nm-es szál
  • 3.3 Kötések és fordulatok
• 4 Meiotikus DNS-tömörítés
• 5 Referenciák

A DNS szerkezete

A DNS-t két párhuzamos sáv alkotja, amelyek kettős hélixet alkotnak. Mindegyikük egy foszfodiészter kötés csontvázát mutatja, amelyhez kötődnek a nitrogénbázisokhoz kapcsolódó cukrok.

A molekula belsejében az egyik sáv nitrogénbázisai hidrogénkötéseket képeznek (kettő vagy három) a komplementer sávval.

Egy ilyen molekulában a fontos kötési szögek többsége szabad forgást mutat. A nitrogén-cukor, a cukor-foszfát és a foszfodiészter kötések rugalmasak.

Ez lehetővé teszi a DNS-t, amelyet rugalmas rúdnak tekintünk, hogy bizonyos hajlítási és tekercselési képességeket mutasson. Ez a rugalmasság lehetővé teszi, hogy a DNS komplex helyi struktúrákat alkalmazzon, és rövid, közepes és hosszú távú interakciós kötéseket hozzon létre.

Ez a rugalmasság azt is megmagyarázza, hogy az emberi diploid sejtekben 2 méter DNS-t lehet fenntartani. A gamete-ben (haploid sejtben) DNS-mérő lenne.

A bakteriális nukleoid

Bár nem törhetetlen szabály, a bakteriális kromoszóma egyetlen kettős szálú DNS kettős szálú DNS-molekulaként létezik..

A kettős spirál jobban fordul elő önmagában (több mint 10 bp / fordulat), ami némi tömörítést eredményez. A helyi csomókat az enzimatikusan szabályozott manipulációknak köszönhetően is létrehozzák.

Ráadásul vannak olyan DNS-szekvenciák is, amelyek lehetővé teszik a domének nagy hurkokban való kialakulását. A szupererollamiento és a rendezett hurkok nukleoidejéből származó struktúrát nevezzük.

Ezek dinamikus változásokon mennek keresztül bizonyos fehérjéknek köszönhetően, amelyek valamilyen szerkezeti stabilitást biztosítanak a tömörített kromoszómához. A baktériumok és az archaea tömörségének mértéke olyan hatékony, hogy nukleinsavonként egynél több kromoszóma lehet.

A nukleoid legalább 1000-szer kompresszi a prokarióta DNS-t. A nukleoid nagyon topológiai szerkezete a kromoszóma által hordozott gének szabályozásának alapvető része. Ez azt jelenti, hogy a szerkezet és a funkció ugyanaz az egység.

Az eukarióta kromoszóma tömörítési szintjei

Az eukarióta magban lévő DNS nem meztelen. Számos fehérjével kölcsönhatásba lép, melyek közül a legfontosabb a hisztonok. A hisztonok kis, pozitív töltésű fehérjék, amelyek nem specifikus módon kötődnek a DNS-hez.

A magban, amit megfigyelünk, egy DNS-komplex: hisztonok, amelyeket kromatinnak nevezünk. Az erősen kondenzált kromatin, amely általában nem expresszálódik, heterokromatin. Ezzel szemben a legkevésbé tömörített (lazább) vagy euchromatin az expresszált gének kromatinja.

A kromatinnak több tömörítési szintje van. A legalapvetőbb a nukleozomé; ezt követi a szolenoid szál és az interfázisú kromatin hurkok. Csak a kromoszóma megosztása esetén a maximális tömörítési szintek jelennek meg.

A nukleozom

A nukleozóm a kromatin szervezet alapegysége. Minden nukleozomot egy hiszton oktamer alkot, amely egyfajta dobot képez.

Az oktámert a H2A, H2B, H3 és H4 hisztonok két példánya képezi. Körülöttük a DNS közel 1,7 kört ad. Ezt követi egy szabad DNS-frakció, amelyet 20 pb linkernek nevezünk, a H1 hisztonnal, majd egy másik nukleozomdal. A nukleozómában lévő DNS mennyisége és a másikhoz csatlakozó DNS mennyisége körülbelül 166 bázispár.

Ez a lépés, amikor a kompakt DNS-t körülbelül 7-szer töltjük a molekulába. Vagyis egy méterről egy kicsit több mint 14 cm-re mentünk.

Ez a csomagolás azért lehetséges, mert a pozitív hisztonok visszavonják a DNS negatív töltését és az azt követő elektrosztatikus önimpulzust. A másik ok az, hogy a DNS oly módon hajlítható, hogy képes a hiszton oktamert spinezni.

30 nm-es rost

A gyöngyök rostja egy nyakláncban, amely sok egymást követő nukleozomot képez, még kompaktabb szerkezetű.

Bár nem tudjuk, hogy milyen struktúrát alkalmazunk, tudjuk, hogy körülbelül 30 nm vastagságot ér el. Ez az úgynevezett 30 nm-es szál; A hiszton H1 elengedhetetlen a kialakulásához és stabilitásához.

A 30 nm-es szál a heterokromatin alapvető szerkezeti egysége. A laza nukleoszomoké, az euchromatiné.

Nyakkendők és fordulatok

A 30 nm-es rost azonban nem teljesen lineáris. Éppen ellenkezőleg, körülbelül 300 nm hosszú, szerpentin hurkot képez egy kevéssé ismert fehérje-mátrixon.

Ezek a fehérje-mátrixon lévő hurkok 250 nm-es átmérőjű kompaktabb kromatinszálakat alkotnak. Végül ezek egy 700 nm-es egyszerű hélix-hez igazodnak, ami egy mitotikus kromoszóma egyik testvér kromatidájához vezet..

Végül a nukleáris kromatinban lévő DNS körülbelül 10 000-szer tömörül az elválasztó sejt kromoszómájában. A fázisú magban a tömörítés is magas, mivel ez körülbelül 1000-szerese a "lineáris" DNS-hez képest.

A DNS meiotikus tömörítése

A fejlődési biológia világában a gametogenezist állítják vissza az epigenómának. Ez azt jelenti, hogy törli a termelt vagy tapasztalt gamete eredetének életének DNS-jeleit.

Ezek a markerek közé tartozik a DNS-metiláció és a hisztonok kovalens módosítása (hiszton kód). De az összes epigenome nem áll vissza. Ami a márkákon marad, az apai vagy anyai genetikai nyomdából lesz felelős.

A spermában könnyebben látható a gametogenezis implicit visszaállítása. A spermában a DNS nem töltött hisztonokat. Ezért a termelői szervezetben végzett módosításaihoz kapcsolódó információk általában nem öröklődnek.

A spermiumban a DNS-t a nem specifikus DNS-kötő fehérjékkel (protaminek) való kölcsönhatásnak köszönhetően csomagoljuk. Ezek a fehérjék diszulfid hidakat képeznek egymáshoz, és így segítenek kialakítani az egymásra helyezett DNS rétegeket, amelyek nem húzódnak vissza elektrosztatikusan..

referenciák

1. Alberts, B., Johnson, A.D., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., Walter, P. (2014) Molecular Biology of the Cell (6. kiadás). W. W. Norton & Company, New York, NY, USA.
2. Annunziato, A. (2008) DNS-csomagolás: Nukleoszómák és kromatin. Természetoktatás 1:26. (Https://www.nature.com/scitable/topicpage/dna-packaging-nucleosomes-and-chromatin-310).
3. Brooker, R. J. (2017). Genetika: elemzés és elvek. McGraw-Hill Felsőoktatás, New York, NY, USA.
4. Martínez-Antonio, A. Medina-Rivera, A., Collado-Vides, J. (2009) A bakteriális nukleoid szerkezeti és funkcionális térképe. Genome Biology, doi: 10,186 / gb-2009-10-12-247.
5. Mathew-Fenn, R. S, Das, R., Harbury, P. A. B. (2008) A kettős spirál mérése. Science, 17: 446-449.
6. Travers A. A. (2004) A DNS rugalmasságának strukturális alapja. A Royal Society of London filozófiai tranzakciói, A sorozat, 362: 1423-1438.
7. Travers, A., Muskhelishvili, G. (2015) DNS-szerkezet és funkció. FEBS Journal, 282, 2279-2295.