Hvad er DNA-emballage? (I prokaryoter og eukaryoter)



den DNA-emballage er et udtryk, der definerer den kontrollerede komprimering af DNA inde i cellen. I ingen celler (og faktisk ikke engang i vira) er DNA fri, lax og i sand løsning.

DNA er et ekstremt langt molekyle, der desuden altid interagerer med et stort udvalg af forskellige proteiner. For behandling, arv og kontrol af ekspressionen af ​​de gener, den bærer, vedtager DNA en særlig rumlig organisation. Dette opnås ved at celle strengt styrer hvert trin i DNA'ens emballage på forskellige niveauer af komprimering.

Virus har forskellige emballeringsstrategier for deres nukleinsyrer. En af favoritterne er dannelsen af ​​kompakte spiraler. Det kan siges at vira er nukleinsyrer pakket i proteinerne, der dækker dem, beskytter og mobiliserer dem.

I prokaryoter er DNA forbundet med proteiner, der bestemmer dannelsen af ​​komplekse sløjfer i en struktur kaldet en nukleoid. Det maksimale niveau af DNA-komprimering i en eukaryot celle på den anden side er mitotisk eller meiotisk kromosom.

Det eneste tilfælde, hvor et B-DNA ikke er pakket, er et forskningslaboratorium, der forfølger det formål.

indeks

  • 1 struktur af DNA
  • 2 Den bakterielle nukleoid
  • 3 Kompressionsniveauerne for det eukaryote kromosom
    • 3.1 Nukleosomet
    • 3.2 Fiberen på 30 nm
    • 3.3 Slips
  • 4 Meiotisk DNA-komprimering
  • 5 referencer

Struktur af DNA

DNA'et dannes af to antiparallelle bånd, der danner en dobbelt helix. Hver af dem præsenterer et skelet af phosphodiesterbindinger, på hvilke sukkerarter, der er bundet til nitrogenholdige baser, binder.

Inden i molekylet danner de nitrogenholdige baser af et bånd hydrogenbindinger (to eller tre) med det komplementære bånd.

I et molekyle som dette viser de fleste af de vigtige bindingsvinkler fri rotation. Kvælstof-sukker-, sukkerphosphat- og phosphodiesterbindingsbindingerne er fleksible.

Dette gør det muligt for DNA, set som en fleksibel stang, at vise evnen til at bøje og spole. Denne fleksibilitet gør det muligt for DNA at vedtage komplekse lokale strukturer og at danne interaktionsbindinger på kort, mellemlang og lang afstand.

Denne fleksibilitet forklarer også, hvordan 2 meter DNA kan opretholdes i hver enkelt diploid celle. I en gamet (haploid celle) ville det være en DNA-måler.

Den bakterielle nukleoid

Selv om det ikke er en ubrydelig regel, eksisterer det bakterielle kromosom som en enkelt dobbeltstrenget DNA-dobbeltstrenget DNA-molekyle.

Den dobbelte spiral vrider mere på sig selv (mere end 10 bp pr. Omdrejning) og derved producerer noget komprimering. Lokale knuder genereres også takket være manipulationer, som er enzymatisk kontrollerede.

Derudover er der sekvenser i DNA, der tillader domæner at danne i store sløjfer. Vi kalder strukturen som følge af supererollamiento og bestilte sløjfer nucleoide.

Disse gennemgår dynamiske ændringer takket være nogle proteiner, der giver en vis strukturel stabilitet til det komprimerede kromosom. Graden af ​​komprimering i bakterier og archaea er så effektiv, at der kan være mere end et kromosom pr. Nukleoid.

Nukleotiden komprimerer prokaryotisk DNA mindst 1000 gange. Den meget topologiske struktur af nucleoid er en fundamental del af reguleringen af ​​de gener, som kromosomet bærer. Det vil sige, at struktur og funktion udgør den samme enhed.

Niveauerne af komprimering af det eukaryote kromosom

DNA'et i den eukaryote kerne er ikke nøgen. Det interagerer med mange proteiner, hvoraf de vigtigste er histoner. Histoner er små, positivt ladede proteiner, der binder til DNA på en ikke-specifik måde.

I kernen, hvad vi observerer, er et DNA-kompleks: histoner, som vi kalder chromatin. Det stærkt kondenserede chromatin, som sædvanligvis ikke udtrykkes, er heterochromatin. I modsætning hertil er den mindst komprimerede (løsere) eller euchromatin kromatin med gener, der udtrykkes.

Kromatin har flere komprimeringsniveauer. Den mest elementære er den for nukleosomet; efterfulgt af solenoidfiber- og interfase-kromatinsløjferne. Først når et kromosom er opdelt, er det maksimale komprimeringsniveauer vist.

Nukleosomet

Nukleosomet er den grundlæggende enhed af kromatinorganisation. Hver nukleosom er dannet af en octamer af histoner, der danner en slags tromme.

Octameren er dannet af to kopier af hver af histonerne H2A, H2B, H3 og H4. Omkring dem giver DNA'et næsten 1,7 omgange. Det efterfølges af en brøkdel af frit DNA kaldet 20 pb linker forbundet med histon H1 og derefter en anden nukleosom. Mængden af ​​DNA i en nukleosom og den der forbinder den med en anden er ca. 166 basepar.

Dette trin for at pakke det kompakte DNA til molekylet ca. 7 gange. Det vil sige, vi gik fra en meter til lidt over 14 cm DNA.

Denne pakning er mulig, fordi de positive histoner afbryder DNA'ens negative ladning og den deraf følgende elektrostatiske selvimpuls. Den anden grund er, at DNA'et kan bøje på en sådan måde, at det kan spinde histon-oktameren.

Fiber på 30 nm

Fiberen af ​​perler i en halskæde, der danner mange successive nukleosomer, rulles yderligere til en mere kompakt struktur.

Selvom vi ikke ved, hvilken struktur den virkelig vedtager, ved vi, at den når en tykkelse på ca. 30 nm. Dette er den såkaldte 30 nm fiber; histon H1 er afgørende for dets dannelse og stabilitet.

30 nm-fiberen er den grundlæggende strukturelle enhed af heterochromatin. Det for lakse nukleosomer, det af euchromatin.

Slips og sving

30 nm-fiberen er imidlertid ikke fuldstændig lineær. Tværtimod danner det sløjfer på omkring 300 nm i længder på en serpentisk måde på en mindre kendt proteinmatrix.

Disse sløjfer på en proteinmatrix danner en mere kompakt kromatinfiber med en diameter på 250 nm. Endelig er de justeret på samme måde som en simpel helix 700 nm tyk, der giver anledning til et af søsterkromatiderne af et mitotisk kromosom.

Til sidst komprimeres DNA'et i nuklear kromatinet ca. 10.000 gange i kromosomet af skillelinjen. I den interfasiske kerne er dens komprimering også høj, da den er ca. 1000 gange sammenlignet med det "lineære" DNA.

Meiotisk komprimering af DNA

I verden af ​​udviklingsbiologi siges gametogenese for at nulstille epigenomet. Dvs. det sletter de DNA-mærker, som gamet af ophavsmanden fra gameten producerede eller oplevede.

Disse markører indbefatter DNA-methylering og kovalente modifikationer af histoner (Histone-kode). Men ikke alle epigenome er nulstillet. Hvad der er tilbage med mærker, vil være ansvarlig for fædrene eller moderens genetiske aftryk.

Den implicitte nulstilling til gametogenese er nemmere at se i sædceller. I sæd er ikke DNA'et pakket med histoner. Derfor er oplysningerne i forbindelse med dets modifikationer i producentorganismen generelt ikke arvet.

I sædcellerne pakkes DNA takket være interaktionen med ikke-specifikke DNA-bindende proteiner kaldet protaminer. Disse proteiner danner disulfidbroer til hinanden og hjælper således til at danne overlejrede lag af DNA, der ikke afviser elektrostatisk.

referencer

  1. Alberts, B., Johnson, A. D., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., Walter, P. (2014) Molecular Biology of the Cell (6th Edition). W. W. Norton & Company, New York, NY, USA.
  2. Annunziato, A. (2008) DNA Packaging: Nucleosomes and chromatin. Natur Uddannelse 1:26. (Https://www.nature.com/scitable/topicpage/dna-packaging-nucleosomes-and-chromatin-310).
  3. Brooker, R.J. (2017). Genetik: Analyse og principper. McGraw-Hill Higher Education, New York, NY, USA.
  4. Martínez-Antonio, A. Medina-Rivera, A., Collado-Vides, J. (2009) Strukturelt og funktionelt kort over en bakteriel nukleoid. Genombiologi, doi: 10.1186 / gb-2009-10-12-247.
  5. Mathew-Fenn, R. S, Das, R., Harbury, P. A. B. (2008) Remeasuring the double helix. Science, 17: 446-449.
  6. Travers, A. A. (2004) Det strukturelle grundlag for DNA-fleksibilitet. Filosofiske Transaktioner af Royal Society of London, Serie A, 362: 1423-1438.
  7. Travers, A., Muskhelishvili, G. (2015) DNA struktur og funktion. FEBS Journal, 282: 2279-2295.