Typy chromatyny, charakterystyka, struktura, funkcje

Chromatyna Jest to kompleks utworzony przez DNA i białka, unikalne w organizmach eukariotycznych. Pod względem proporcji zawiera prawie podwójne białko jako materiał genetyczny. Najważniejsze białka tego kompleksu to histony - małe białka o dodatnim obciążeniu, które wiążą się z DNA przez interakcje elektrostatyczne. Dodatkowo chromatyna ma ponad tysiąc białek różnych od histonów.

Podstawową jednostką chromatyny jest nukleosom, który składa się ze Związku Histonów i DNA. To święce przypomina relacje naszyjnika. Po przejrzeniu wszystkich wyższych poziomów organizacji osiągniemy chromosomy.

Źródło: Chromatin_nucleofilaments.PNG: Chris Woodcockderivevative Praca: dokutegd [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licencje/by-sa/3.0)]

Struktura chromatyny jest ściśle związana z kontrolą ekspresji genów. Istnieją dwa główne typy: euchromatyna i heterochromatyna.

Eukromatyna charakteryzuje się niskim stopniem zagęszczania, co przekłada się na wysoki poziom transkrypcji. Natomiast heterochromatyna jest nieaktywna transkrypcyjnie, ze względu na tak wysoki stopień zagęszczenia, że ​​przedstawia.

Strukturalnie istnieją pewne epigenetyczne znaki histonów obu rodzajów chromatyn. Podczas gdy euchromatyna jest związana z acetylacją, heterochromatyna jest związana ze zmniejszeniem grup chemicznych.

Istnieją niektóre regiony heterochromatyny o funkcjach strukturalnych, takich jak telomery i centromery.

[TOC]

Perspektywa historyczna

Badanie materiału genetycznego i jego organizacji strukturalnej rozpoczyna się w 1831 r., Kiedy badacz Robert Brown opisuje jądro. Jednym z bezpośrednich pytań do tego odkrycia było zbadanie biologicznego i chemicznego charakteru tej struktury.

Pytania te zaczęły być wyjaśnione w latach 1870–1900, wraz z eksperymentami Friedricha Mieschera, który wprowadza słowo nukleina. Jednak Walther Flemming modyfikuje termin i używa Chromatyna Aby odnieść się do substancji nuklearnej.

Z czasem zaczynasz mieć głębszą wiedzę na temat materiału genetycznego i jego właściwości. Dopiero w 1908 r. Badacz z Włoch Pasquale Baccarini zauważa, że ​​chromatyna nie jest jednorodna i udaje się wizualizować małe ciała w jądrze.

Rodzaje chromatyn - euchromatyny i heterochromatyny - zostały początkowo zaproponowane przez Emil Heitz w 1928 r. Aby ustalić tę klasyfikację, Heitz opierał się na użyciu barwienia.

W 1974 r. Biolog Roger Kornberg zaproponował model organizacji materiału genetycznego w strukturach zwanych nukleosomami, hipoteza empirycznie potwierdzona przez eksperymenty Markusa Noll.

Czym jest chromatyna?

Składniki chromatyny: DNA i białka

Chromatyna jest nukleoproteiną utworzoną przez połączenie materiału genetycznego - DNA - z heterogenicznym zestawem białka. Związek ten jest wysoce dynamiczny i nabywa złożoną trójwymiarową konformację, która pozwala mu wykonywać swoje funkcje regulacyjne i strukturalne.

Może ci służyć: profase

Jednym z najważniejszych białek chromatyny są histony, które są prawie w równej proporcji jak DNA.

Histonas są podstawowymi białkami, niezwykle zachowanymi w historii ewolucyjnej istot organicznych - to znaczy, że nasze histony nie różnią się znacznie w porównaniu z innymi ssakami, nawet inną bardziej odległe zwierzęcy filogenetycznie.

Obciążenie histonów jest dodatnie, więc mogą oddziaływać przez siły elektrostatyczne z ujemnym obciążeniem szkieletu fosforanowego obecnego w DNA. Istnieje pięć rodzajów histonów, a mianowicie: H1, H2A, H2B, H3 i H4.

Istnieje również seria białek o innym charakterze niż histony, które uczestniczą w zagęszczeniu DNA.

DNA DNA: nukleosomy

Podstawową jednością chromatyny są nukleosomy - powtarzalne struktury utworzone z DNA i histonów, konformacja, którą znajdujemy w materiale genetycznym.

Podwójny śmigło DNA toczy się w ośmiu kompleksie histonowym znanym jako Histonas Octa. Cząsteczka jest zwinięta w około dwa okrążenia, a następnie krótki region (między 20 a 60 parami), który oddziela od siebie nukleosomy.

Aby zrozumieć tę organizację, musimy wziąć pod uwagę, że cząsteczka DNA jest wyjątkowo długa (około 2 metrów) i musi zostać zapisana w sposób uporządkowany do osiedlenia się w jądrze (którego średnica wynosi 3 do 10 µm). Ponadto musi być dostępny do replikacji i transkrypcji.

Cel ten osiąga się przy różnych poziomach zagęszczania DNA, będąc pierwszym z nich wyżej wymienionymi nukleosomami. Przypominają one relacje z naszyjnika perłowego. Około 150 par zasad DNA jest zwinięte na koncie „konto”.

W bakteriach nie ma prawdziwych historii. Natomiast istnieje szereg białek, które przypominają histony i przypuszczano, że przyczyniają się do bakteryjnego opakowania DNA.

Wyższa organizacja

Organizacja chromatyny nie jest ograniczona na poziomie nukleosomów. To powiązanie białka i DNA są pogrupowane w grubszą strukturę około 30 nm - z powodu tej grubości nazywa się to poziomem „30 nm błonnika”.

Chromatyna zorganizowana w grubości 30 nm jest z kolei organizowana w postaci pętli, które rozciągają się w rodzaju rusztowania natury białkowej (nie histony).

Jest to model, który jest obecnie obsługiwany, chociaż można oczekiwać istnienia bardziej złożonych mechanizmów zagęszczenia. Ostateczna organizacja składa się z chromosomu.

Może ci służyć: rzęsky: charakterystyka, struktura, funkcje i przykłady

Błędy w organizacji chromatynowej

Zagęszczenie i organizacja materiału genetycznego jest niezbędne dla wielu funkcji biologicznych. Różne warunki medyczne zostały powiązane z błędami w strukturze chromatyny, w tym alfa talasia powiązana z chromosomem X, zespołem Rubinsteina-Taybi, zespołem trumny-lowry, zespołem Rett.

Rodzaje chromatyny

Istnieją dwa rodzaje chromatyny w komórce, ujawnione przez zastosowanie barwienia: euchromatyna („prawdziwa” chromatyna) i heterochromatyna. W pierwszym przypadku zabarwienie obserwuje się słabo, podczas gdy w drugim barwieniu jest intensywne.

Ta strukturalna organizacja DNA jest unikalna dla organizmów eukariotycznych i ma kluczowe znaczenie dla zachowania chromosomów i regulacji ekspresji genów.

Jeśli ocenimy proporcje obu rodzajów chromatyn w komórce, która jest w interfejsie, stwierdzamy, że około 90% chromatyny to euchromatyna, a pozostałe 10% odpowiada heterochromatynie. Następnie szczegółowo opisamy każdy typ:

Siema. Heterochromatyna

Charakterystyka

Główna różnica między obiema typami chromatyny jest związana ze stopniem zagęszczania lub „pakowaniem” cząsteczki podczas określonych etapów podziału komórkowego.

Chociaż w interfejsie materiały genetyczne wydaje się być losowo rozproszone, nie jest w ten sposób.

Na tym etapie istnieje znacząca organizacja, w której można zobaczyć różnicowy podział materiału chromosomalnego w jądrze.

DNA chromosomów nie jest powiązane z nici DNA innych chromosomów i pozostałości to specyficzne regiony zwane terytoriami chromosomowymi. Ta organizacja wydaje się przyczyniać do ekspresji genów.

Heterochromatyna jest silnie skondensowana, jest mało dostępna dla maszyn transkrypcyjnych - więc nie są one transkrybowane. Ponadto jest słaby pod względem ilości prezentowanych genów.

Rodzaje heterochromatyny

Niektóre regiony heterochromatyny są trwałe w liniach komórkowych - to znaczy, zawsze Będzie zachowywać się jak heterochromatyna. Ten rodzaj heterochromatyny jest znany jako konstytutywny. Przykładem tego są kondensowane regiony chromosomów zwanych centromeresami i telomerami.

Natomiast istnieją części heterochromatyny, które mogą zmieniać poziom zagęszczenia w odpowiedzi na zmiany wzorców rozwoju lub zmiennych środowiskowych.

Dzięki nowym badaniom ta wizja jest przeformułowana, a teraz istnieją dowody na to, że konstytutywna heterochromatyna jest również dynamiczna i zdolna do reagowania na bodźce.

Struktura

Jednym z czynników określających strukturę chromatyny są modyfikacje chemiczne histonów. W przypadku chromatyny, która jest nieaktywna transkrypcyjnie, wykazują hipoacizowane histony.

Może ci służyć: peroksydazy: struktura, funkcje i typy

Zmniejszenie ilości grup acetylowych wiąże się z ciszą genów, ponieważ dodatnie obciążenie lizyn.

Inną epigenetyczną marką jest metylacja. Jednak ponieważ dodanie grupy metylowej nie modyfikuje obciążenia białka, jego konsekwencja (aktywuj lub dezaktywację genów) nie jest tak oczywista i będzie zależeć od obszaru histonu, w którym znajduje się marka.

Empirycznie stwierdzono, że metylacja H3K4me3 i H3K36me3 jest związana z aktywacją genów i tymi z H3K9me3 i H3K27me3.

Funkcje

W przykładzie konstytutywnej heterochromatyny wspominamy o centromerie. Ten region chromosomalny odgrywa rolę strukturalną i przyczynia się do ruchu chromosomów podczas zdarzeń podziału komórek mitotycznych, jak i mejotycznych.

Ii. Euchromatyna

Charakterystyka

W przeciwieństwie do heterochromatyny, euchromatyna jest mniej zwartą cząsteczką, więc maszyna transkrypcyjna ma łatwy dostęp (w szczególności do polimerazy RNA enzymu) i może być wyrażana przez aktywnie szlaki genetyczne.

Struktura

Struktura nukleosomu aktywnej chromatyny z punktu widzenia transkrypcji charakteryzuje się acetylowanymi histonami. Obecność lizyn monometylowych jest również związana z aktywacją genów.

Dodanie grupy acetylowej do tego odpadów lizyny z histonów neutralizuje dodatnie obciążenie wspomnianego aminokwasu. Bezpośrednią konsekwencją tej zmiany jest zmniejszenie interakcji elektrostatycznych między histonem a DNA, generując bardziej luźną chromatynę.

Ta modyfikacja strukturalna umożliwia interakcje materiału genetycznego z maszynami transkrypcyjnymi, które charakteryzuje się szczególnie nieporęcznym.

Funkcje

Eukromatyna obejmuje wszystkie geny, które są aktywne i zarządzają przez enzymatyczne maszyny związane z transkrypcją. Dlatego funkcje są tak szerokie, jak funkcje zaangażowanych genów.

Bibliografia

1. GREWAL, s. Siema., & Moazed, D. (2003). Heterochromatyna i epigenetyczna kontrola ekspresji genów. Nauka, 301(5634), 798-802.
2. JOST, k. L., Bertulat, ur., & Cardoso, m. C. (2012). Pozycjonowanie heterochromatyny i genów: wewnątrz, na zewnątrz, każda strona?. Chromosom, 121(6), 555-563.
3. Lewin, ur. (2008). Geny IX. Jones i Bartlett Publishers.
4. Tollefsbol, t. ALBO. (2011). Podręcznik epigenetyki. Academic Press.
5. Wang, J., Jia, s. T., & Jia, s. (2016). Nowe wgląd w regulację heterochromatyny. Trendy w genetyce: TIG, 32(5), 284-294.
6. Zhang, s. 1., Torres, k., Liu, x., Liu, c. G., & Pollock, r. I. (2016). Przegląd białek regulujących chromatynę w komórkach. Obecna nauka o białku i peptydach, 17(5), 401-410.