DNA paketleme nedir? (Prokaryotlarda ve ökaryotlarda)



DNA paketleme DNA, hücre içindeki kontrollü kontrollü bir şekilde sıkışmasını tanımlayan bir terimdir. Hiçbir hücrede (ve hatta virüslerde bile yok) DNA serbest, gevşek ve gerçek çözeltide.

DNA, ek olarak, her zaman çok çeşitli farklı proteinlerle etkileşime giren aşırı uzun bir moleküldür. DNA, taşıdığı genlerin ekspresyonunun işlenmesi, kalıtımı ve kontrolü için, belirli bir mekansal organizasyonu benimser. Bu, DNA'nın paketlemesinin her basamağını farklı sıkıştırma seviyelerinde sıkı bir şekilde kontrol eden hücre ile sağlanır..

Virüslerin nükleik asitleri için farklı ambalajlama stratejileri vardır. Sık kullanılanlardan biri, kompakt spirallerin oluşumu. Virüslerin, onları kaplayan, koruyan ve harekete geçiren proteinlerde paketlenmiş nükleik asitler olduğu söylenebilir..

Prokaryotlarda DNA, nükleoid denilen bir yapıdaki karmaşık ilmeklerin oluşumunu belirleyen proteinlerle ilişkilidir. Ökaryotik bir hücredeki maksimum DNA sıkıştırma düzeyi, diğer yandan, mitotik veya mayotik kromozomdur..

B-DNA'nın paketlenmemiş olduğu tek örnek, bu amacı sürdüren bir araştırma laboratuvarıdır..

indeks

  • 1 DNA yapısı
  • 2 Bakteriyel nükleoid
  • 3 Ökaryotik kromozomun sıkıştırma seviyeleri
    • 3.1 Nükleozom
    • 3.2 30 nm fiber
    • 3.3 Bağlar ve dönüşler
  • 4 Meiotik DNA sıkıştırma
  • 5 Kaynakça

DNA'nın yapısı

DNA, çift sarmal oluşturan iki antiparalel bant tarafından oluşturulur. Her biri, azotlu bazlara bağlı şekerlerin bağlandığı bir fosfodiester bağ iskeleti sunar.

Molekülün içinde, bir bandın azotlu bazları, tamamlayıcı band ile hidrojen bağları (iki veya üç) oluşturur.

Bunun gibi bir molekülde, önemli bağ açılarının çoğu serbest rotasyon gösterir. Azotlu şeker, şeker-fosfat grubu ve fosfodiester bağ bağları esnektir.

Bu, esnek bir çubuk olarak görülen DNA'nın, bükülme ve kıvrılma yeteneğini göstermesini sağlar. Bu esneklik, DNA'nın karmaşık yerel yapıları benimsemesini ve kısa, orta ve uzun mesafelerde etkileşim bağları oluşturmasını sağlar..

Bu esneklik ayrıca bir insanın her diploid hücresinde 2 metre DNA'nın nasıl korunabileceğini açıklar. Bir gamette (haploid hücre), bir DNA metre olacak.

Bakteriyel nükleoid

Kırılmaz bir kural olmasa da, bakteriyel kromozom, tek sarmallı bir DNA çift sarmallı DNA molekülü olarak mevcuttur..

Çift sarmal kendi üzerine daha fazla bükülür (devir başına 10 bp'den fazla), böylece bir miktar sıkıştırma meydana gelir. Lokal knotlar ayrıca enzimatik olarak kontrol edilen manipülasyonlar sayesinde üretilir..

Ek olarak, DNA'da, alanların büyük ilmeklerde oluşmasını sağlayan diziler vardır. Supererollamiento'dan kaynaklanan yapı olarak adlandırılır ve nükleotit döngülerinin siparişi verilir..

Bunlar, sıkıştırılmış kromozoma yapısal stabilite sağlayan bazı proteinler sayesinde dinamik değişikliklere uğrarlar. Bakterilerde ve arkarkada sıkışmanın derecesi o kadar verimlidir ki, nükleoid başına birden fazla kromozom olabilir..

Nükleoid prokaryotik DNA'yı en az 1000 kez sıkıştırır. Nükleoidin çok topolojik yapısı, kromozomun taşıdığı genlerin düzenlenmesinin temel bir parçasıdır. Yani yapı ve işlev aynı birimi oluşturur..

Ökaryotik kromozomun sıkıştırma seviyeleri

Ökaryotik çekirdekteki DNA çıplak değildir. En önemlisi histon olan birçok protein ile etkileşime girer. Histonlar, DNA'ya spesifik olmayan bir şekilde bağlanan küçük, pozitif yüklü proteinlerdir.

Çekirdekte gözlemlediğimiz bir DNA kompleksi: kromatin dediğimiz histonlar. Genellikle eksprese edilmeyen yüksek oranda yoğunlaşmış kromatin, heterokromatindir. Buna karşılık, en az sıkıştırılmış (gevşeyen) veya ökromatin, eksprese edilen genlerle kromatindir..

Kromatinin birkaç sıkıştırma düzeyi vardır. En temel olanı, nükleozomunkidir; bunu solenoid lifi ve fazlar arası kromatin halkaları izlemektedir. Sadece bir kromozom bölündüğünde maksimum sıkıştırma seviyelerinin gösterilmesidir..

Nükleozom

Nükleozom, kromatin organizasyonunun temel birimidir. Her bir nükleozom, bir tür davul oluşturan histonlardan oluşan bir oktamer tarafından oluşturulur..

Oktamer, histonların her birinin iki kopyası H2A, H2B, H3 ve H4'ten oluşur. Etraflarında, DNA neredeyse 1.7 tur verir. Bunu histon Hl ile ilişkili 20 pb linker adı verilen bir serbest DNA fraksiyonu ve daha sonra başka bir nükleozom izler. Bir nükleozomdaki ve onu birbirine bağlayan DNA miktarı, yaklaşık 166 baz çiftidir..

Bu, kompakt DNA'nın moleküle yaklaşık 7 kez doldurulması aşamasıdır. Yani, bir metreden 14 cm DNA’ya geçtik.

Bu paketleme mümkündür, çünkü pozitif histonlar DNA'nın negatif yükünü ve sonuçta ortaya çıkan elektrostatik kendi kendine dürtüyü iptal eder. Diğer bir sebep ise, DNA'nın histon oktamerini döndürecek şekilde bükülebilmesidir..

30 nm fiber

Ardışık birçok nükleozomu oluşturan bir kolye içindeki boncukların elyafı ayrıca daha kompakt bir yapıya yuvarlanır..

Hangi yapıyı gerçekten kullandığını bilmiyor olsak da, yaklaşık 30 nm kalınlığa ulaştığını biliyoruz. Bu, 30 nm fiber olarak adlandırılır; histon H1 oluşumu ve kararlılığı için gereklidir.

30 nm fiber, temel yapısal heterokromatin birimidir. Laks nükleozomlarının, ökromatininki.

Bağlar ve dönüşler

Bununla birlikte, 30 nm fiber, tamamen doğrusal değildir. Aksine, yaklaşık 300 nm uzunluğunda, yılan gibi bir şekilde az bilinen bir protein matriksinde halkalar oluşturur.

Bir protein matrisi üzerindeki bu ilmekler, 250 nm çapında daha kompakt bir kromatin lifi oluşturur. Son olarak, 700 nm kalınlığında basit bir helis şeklinde dizilirler ve mitotik bir kromozomun kardeş kromatitlerinden birine neden olurlar..

Sonunda, nükleer kromatin içindeki DNA, bölünen hücrenin kromozomunda yaklaşık 10.000 kez sıkıştırılır. İnterhasik çekirdekte, sıkıştırma, "doğrusal" DNA ile karşılaştırıldığında yaklaşık 1000 kat olduğundan dolayı da yüksektir..

DNA'nın mayotik sıkıştırması

Gelişimsel biyoloji dünyasında, gametogenezin epigenomu sıfırladığı söylenir. Yani, gametin yaratıcısının yaşamının ürettiği ya da tecrübe ettiği DNA işaretlerini siler..

Bu belirteçler, DNA metilasyonu ve histonların kovalent modifikasyonlarını içerir (Histone kodu). Ancak tüm epigenomlar sıfırlanmaz. Markalarda kalanlar, baba veya anne genetik baskısından sorumlu olacaklardır..

Gametogenezise yapılan örtük sıfırlamanın spermde görülmesi daha kolaydır. Spermde, DNA histonlarla dolmaz. Bu nedenle, üretici organizmada yapılan değişikliklerle ilgili bilgiler, genellikle miras alınmaz.

Spermde DNA, protaminler olarak adlandırılan spesifik olmayan DNA bağlayıcı proteinlerle etkileşimi sayesinde paketlenir. Bu proteinler birbirine disülfür köprüler oluşturur, böylece elektrostatik olarak itmeyen üst üste binmiş DNA katmanları oluşturmaya yardımcı olurlar..

referanslar

  1. Alberts, B., Johnson, A.D., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., Walter, P. (2014) Hücrenin Moleküler Biyolojisi (6. Baskı). W. W. Norton ve Şirket, New York, NY, ABD.
  2. Annunziato, A. (2008) DNA Ambalajı: Nükleozomlar ve kromatin. Doğa Eğitimi 1:26. (Https://www.nature.com/scitable/topicpage/dna-packaging-nucleosomes-and-chromatin-310).
  3. Brooker, R. J. (2017). Genetik: Analiz ve İlkeler. McGraw-Hill Yüksek Öğrenim, New York, NY, ABD.
  4. Martínez-Antonio, A. Medine-Rivera, A., Collado-Vides, J. (2009) Bakteriyel bir nükleoidin yapısal ve işlevsel haritası. Genom Biyolojisi, DOI: 10.1186 / gb-2009-10-12-247.
  5. Mathew-Fenn, R.S, Das, R., Harbury, P.A.B. (2008) İkili sarmalın tekrar ölçülmesi. Bilim, 17: 446-449.
  6. Travers, A. A. (2004) DNA esnekliğinin yapısal temeli. Londra Kraliyet Topluluğu'nun Felsefi İşlemleri, Seri A, 362: 1423-1438.
  7. Travers, A., Muskhelishvili, G. (2015) DNA yapısı ve işlevi. FEBS Journal, 282: 2279-2295.