Nükleozom fonksiyonları, kompozisyonu ve yapısı



nucleosome ökaryotik organizmalarda temel DNA paketleme birimidir. Bu nedenle, en küçük kromatin sıkıştırma elemanıdır..

Nükleozom, histon denilen bir oktamer veya üzerine yaklaşık 140 nt DNA'nın sarıldığı, yaklaşık iki tam dönüş sağlayan tambur şeklindeki bir yapı olarak üretilmiştir..

Ek olarak, ilave bir 40-80 nt DNA'nın nükleozomun bir parçası olduğu ve daha karmaşık kromatin yapılarında (30 nm kromatin lifi gibi) bir nükleozom ile diğeri arasında fiziksel devamlılık sağlayan DNA fraksiyonu olduğu düşünülmektedir..

Histon kodu, moleküler olarak en iyi anlaşılan ilk epigenetik kontrol elemanlarından biriydi.

indeks

  • 1 İşlevler
  • 2 Kompozisyon ve yapı
  • 3 Kromatinin sıkıştırılması
  • 4 Histon kodları ve gen ifadesi
  • 5 Euchromatin vs. heterokromatin
  • 6 Diğer fonksiyonlar
  • 7 Kaynakça

fonksiyonlar

Nucleosomes izin verir:

  • DNA'nın çekirdeğin sınırlı alanında buna yer açmak için paketlenmesi.
  • Eksprese edilen kromatin (ökromatin) ve sessiz kromatin (heterokromatin) arasındaki bölümü belirleyin.
  • Tüm kromatini çekirdekte hem mekansal hem de fonksiyonel olarak düzenleyin.
  • Bunlar, histon kodu olarak adlandırılan proteinleri kodlayan genlerin ekspresyonunu ve ekspresyon seviyesini belirleyen kovalent modifikasyonların substratını temsil eder..

Kompozisyon ve yapı

En temel anlamda, nükleozomlar DNA ve proteinlerden oluşur. DNA, neredeyse, ökaryotik hücrenin çekirdeğinde mevcut olan herhangi bir çift-bantlı DNA olabilirken, nükleozomal proteinler, tümü histon adı verilen protein kümesine aittir..

Histonlar, küçük boyutlu ve yüksek miktarda bazik amino asit tortusu olan proteinlerdir; Bu, DNA'nın yüksek negatif yükünü önlemeye ve kovalent kimyasal bağın sertliğine ulaşmadan iki molekül arasında verimli bir fiziksel etkileşim kurmaya izin verir.

Histonlar, H2A, H2B, H3 ve H4'ün her bir tanesinden iki kopya veya monomer içeren bir tambur olarak bir oktamer oluşturur. DNA, oktamerin yanlarında neredeyse iki tam dönüş verir ve daha sonra, başka bir histon oktamerde iki tam dönüş vermek üzere geri dönmek için histon Hl ile ilişkili DNA birleştiricisinin bir kısmıyla devam eder.

Oktamer seti, ilişkili DNA ve karşılık gelen DNA bağlayıcısı, bir nükleozomdur..

Kromatin sıkışması

Genomik DNA, çok küçük bir çekirdekte sıkıştırılması ve düzenlenmesi gereken son derece uzun moleküllerden (insan durumunda bir metreden fazla, tüm kromozomları dikkate alındığında) oluşur..

Bu sıkıştırmanın ilk adımı nükleozomların oluşumu ile gerçekleştirilir. Sadece bu adımda DNA yaklaşık 75 kez sıkıştırılır.

Bu, sonraki kromatin sıkıştırma seviyelerinin yapıldığı lineer bir fiber ortaya çıkarır: 30 nm fiber, ilmekler ve ilmek ilmekleri.

Bir hücre mitoz veya mayoz yoluyla bölündüğü zaman, nihai sıkıştırma derecesi sırasıyla mitotik veya mayotik kromozomun kendisidir..

Histon kodu ve gen ifadesi

Histon oktamerlerin ve DNA'nın elektrostatik olarak etkileşime girmesi, nükleozomları sıkıştırmak ve kromatinin dekompresyonunun dinamik elemanlarını yapmak için gereken akışkanlığı kaybetmeden kısmen etkin ilişkilerini açıklar..

Ancak daha da şaşırtıcı bir etkileşim unsuru var: Histonların N-terminal uçları, oktamerin iç dışında, daha küçük ve hareketsiz.

Bu aşırılıklar yalnızca fiziksel olarak DNA ile etkileşime girmez, aynı zamanda kromatinin sıkıştırma derecesinin ve ilgili DNA'nın ifadesinin dayanacağı bir dizi kovalent modifikasyona uğrar.

Diğer şeylerin yanı sıra, tür ve sayı olarak kovalent değişiklik kümesi, topluca histon kodu olarak bilinir. Bu modifikasyonlar arasında, histonların N terminlerindeki arjinin ve lizin tortularının fosforilasyonu, metilasyonu, asetilasyonu, ubikasyonu ve toplanması.

Her bir değişim, aynı molekül içindeki diğerleri ile birlikte veya diğer histonların kalıntıları, özellikle histonlar H3 ile bağlantılı olarak, kromatinin sıkıştırma derecesinin yanı sıra, ilişkili DNA'nın ekspresyonunu veya değil.

Genel bir kural olarak, örneğin, hipermetillenmiş ve hipoasetillenmiş histonların, ilişkili DNA'nın eksprese edilmediğini ve bu kromatinin daha kompakt bir durumda mevcut olduğunu belirlediği görülmüştür (heterokromatik ve bu nedenle inaktif).

Buna karşılık, ökromatik DNA (daha az kompakt ve genetik olarak aktif), histonları hiperasetile ve hipometile edilmiş bir kromatin ile ilişkilidir..

Echromatin vs. heterokromatin

Histonların kovalent modifikasyon durumunun, lokal kromatinin ekspresyon derecesini ve kompresyon derecesini belirleyebileceğini gördük. Global düzeyde, kromatin sıkışması, nükleozomlardaki histonların kovalent modifikasyonları ile de düzenlenmektedir..

Örneğin, yapısal heterokromatinin (hiç ifade edilmeyen ve yoğun bir şekilde paketlenmiş) nükleer tabakaya bitişik olarak yerleştirildiği ve nükleer gözenekleri serbest bıraktığı gösterilmiştir.

Öte yandan, yapısal ökromatin (her zaman hücresel bakım genlerini içeren ve gevşek kromatin bölgelerinde bulunan olarak ifade edilir), transkripsiyon makinesine kopyalanacak DNA'yı açığa çıkaran büyük ilmeklerde yapar.

Diğer genomik DNA bölgeleri, organizmanın gelişme zamanına, büyüme koşullarına, hücre kimliğine vb. Bağlı olarak bu iki durum arasında salınır..

Diğer fonksiyonlar

Hücre gelişimi, ekspresyonu ve bakımı planına uymak için, ökaryotik organizmaların genomlarının, genetik potansiyellerinin ne zaman ve nasıl tezahür etmesi gerektiğini iyi bir şekilde düzenlemesi gerekir..

Genlerinde depolanan bilgilerden başlayarak, transkripsiyon durumlarını belirleyen belirli bölgelerde çekirdekte bulunurlar..

Dolayısıyla, nükleozomların temel rollerinden bir diğeri, tanımlanmasına yardımcı olan kromatin değişimleri yoluyla, kendilerini barındıran çekirdeğin organizasyonu veya mimarisi olduğunu söyleyebiliriz..

Bu mimari kalıtımsaldır ve bilgi paketlemenin bu modüler öğelerinin varlığı sayesinde filogenetik olarak korunmuştur..

referanslar

  1. Alberts, B., Johnson, A.D., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., Walter, P. (2014) Hücrenin Moleküler Biyolojisi (6inci Edition). W. W. Norton ve Şirket, New York, NY, ABD.
  2. Brooker, R. J. (2017). Genetik: Analiz ve İlkeler. McGraw-Hill Yüksek Öğrenim, New York, NY, ABD.
  3. Cosgrove, M.S., Boeke, J.D., Wolberger, C. (2004). Düzenlenmiş nükleozom hareketliliği ve histon kodu. Doğa Yapısal ve Moleküler Biyoloji, 11: 1037-43.
  4. Goodenough, U. W. (1984) Genetik. W.B. Saunders Co Ltd, Pkiladelphia, PA, ABD.
  5. Griffiths, A.J.F., Wessler, R., Carroll, S.B., Doebley, J. (2015). Genetik Analize Giriş (11)inci ed.). New York: W.H. Freeman, New York, NY, ABD..