Νουκλεοσωμικές λειτουργίες, σύνθεση και δομή



Το νουκλεοσώματος είναι η βασική μονάδα συσκευασίας DNA σε ευκαρυωτικούς οργανισμούς. Είναι επομένως το μικρότερο στοιχείο συμπίεσης χρωματίνης.

Το νουκλεοσώματος κατασκευάζεται ως ένα οκταμερές πρωτεϊνών που ονομάζονται ιστόνες ή δομή σχήματος τυμπάνου στην οποία περιελίσσεται περίπου 140 nt DNA, δίνοντας σχεδόν δύο πλήρεις στροφές.

Επιπλέον, θεωρείται ότι περίπου 40-80 nt DNA πρόσθετο μέρος του νουκλεοσώματος, και είναι το κλάσμα του DNA που επιτρέπει τη φυσική συνέχεια μεταξύ ενός νουκλεοσώματος και άλλα χρωματίνης πιο πολύπλοκες δομές (όπως ίνες χρωματίνης 30 nm).

Ο κώδικας ιστόνης ήταν ένα από τα πρώτα επιγενετικά στοιχεία ελέγχου που κατανοήθηκαν καλύτερα μοριακά.

Ευρετήριο

  • 1 Λειτουργίες
  • 2 Σύνθεση και δομή
  • 3 Συμπύκνωση χρωματίνης
  • 4 Ο κώδικας των ιστονών και της γονιδιακής έκφρασης
  • 5 Ευχρωματίνη έναντι ετεροχρωματίνης
  • 6 Άλλες λειτουργίες
  • 7 Αναφορές

Λειτουργίες

Τα νουκλεοσώματα επιτρέπουν:

  • Η συσκευασία του DNA για να κάνει χώρο για αυτό στο περιορισμένο χώρο του πυρήνα.
  • Προσδιορίστε το διαχωρισμό μεταξύ της χρωματίνης που εκφράζεται (ευχρωματίνη) και της σιωπηρής χρωματίνης (ετεροχρωματίνη).
  • Οργανώστε όλη τη χρωματίνη τόσο χωρικά όσο και λειτουργικά στον πυρήνα.
  • Αντιπροσωπεύουν το υπόστρωμα των ομοιοπολικών τροποποιήσεων που καθορίζουν την έκφραση και το επίπεδο έκφρασης των γονιδίων που κωδικοποιούν πρωτεΐνες μέσω του αποκαλούμενου κώδικα ιστόνης.

Σύνθεση και δομή

Στην πιο βασική της έννοια, οι νουκλεοσώματα αποτελούνται από DNA και πρωτεϊνών. Το DNA μπορεί να είναι σχεδόν οποιοδήποτε DNA διπλής ταινίας που υπάρχει στο πυρήνα του ευκαρυωτικού κυττάρου, ενώ νουκλεοσωμικών πρωτεΐνες ανήκουν όλα, το σύνολο των πρωτεϊνών που ονομάζονται ιστόνης.

Οι ιστοόνες είναι πρωτεΐνες μικρού μεγέθους και με υψηλό φορτίο βασικών υπολειμμάτων αμινοξέων. αυτό επιτρέπει να αντισταθμιστεί το υψηλό αρνητικό φορτίο του ϋΝΑ και να καθιερωθεί μια αποτελεσματική φυσική αλληλεπίδραση μεταξύ των δύο μορίων χωρίς να φθάσει στην ακαμψία του ομοιοπολικού χημικού δεσμού.

Οι ιστόνες σχηματίζουν ένα οκταμερές ως τύμπανο με δύο αντίγραφα ή μονομερή καθεμίας από τις ιστόνες H2A, H2B, H3 και H4. DNA δίνει σχεδόν δύο στροφές πάνω από τις πλευρές του οκταμερούς και στη συνέχεια συνεχίζει με ένα κλάσμα του DNA συνδέτη που συνδέεται με ιστόνη Η1, για να δώσει δύο στροφές πίσω σε έναν άλλο ιστόνης οκταμερούς.

Το σύνολο οκταμερών, το σχετιζόμενο DNA και ο αντίστοιχος συνδέτης ϋΝΑ είναι ένα νουκλεοσώματος.

Συμπύκνωση χρωματίνης

Γονιδιωματικό DNA αποτελείται από εξαιρετικά μεγάλα μόρια (πάνω από ένα μέτρο στην περίπτωση του ανθρώπου, θεωρώντας χρωμοσώματα του), που πρέπει να συμπιεστεί και να οργανώνονται μέσα σε ένα εξαιρετικά μικρό πυρήνα.

Το πρώτο βήμα αυτής της συμπίεσης πραγματοποιείται μέσω του σχηματισμού των νουκλεοσωμάτων. Μόνο με αυτό το βήμα, το DNA συμπιέζεται περίπου 75 φορές.

Αυτό οδηγεί σε μια γραμμική ίνα από το οποίο είναι κατασκευασμένα τα επόμενα επίπεδα χρωματίνης συμπίεσης: την ίνα 30 nm, γραβάτες, γραβάτες και γραβάτες.

Όταν ένα κύτταρο χωρίζεται είτε με μίτωση είτε με μείοσι, ο τελικός βαθμός συμπύκνωσης είναι το ίδιο το μιτωτικό ή το μειοτικό χρωμόσωμα, αντίστοιχα.

Ο κώδικας της ιστόνης και η έκφραση των γονιδίων

Το γεγονός ότι οκταμερή των ιστονών και DNA ηλεκτροστατικά αλληλεπιδρούν εν μέρει εξηγεί την αποτελεσματική συνεργασία του, χωρίς να χάσει τη ρευστότητα που απαιτείται για νουκλεοσώματος συμπίεση και δυναμικά στοιχεία decompactación χρωματίνης.

Αλλά υπάρχει ένα ακόμη πιο εκπληκτικό στοιχείο αλληλεπίδρασης: τα Ν-τερματικά άκρα των ιστονών εκτίθενται έξω από το εσωτερικό του οκταμερούς, πιο συμπαγή και αδρανή.

Αυτά τα άκρα όχι μόνο αλληλεπιδρούν φυσικά με το ϋΝΑ αλλά επίσης υφίστανται μια σειρά ομοιοπολικών τροποποιήσεων στις οποίες ο βαθμός συμπύκνωσης της χρωματίνης και η έκφραση του συνδεδεμένου ϋΝΑ θα εξαρτάται.

Το σύνολο των ομοιοπολικών τροποποιήσεων, από την άποψη του τύπου και του αριθμού, μεταξύ άλλων, είναι συλλογικά γνωστό ως κώδικας ιστόνης. Αυτές οι τροποποιήσεις περιλαμβάνουν τη φωσφορυλίωση, τη μεθυλίωση, την ακετυλίωση, την ουβικιτινίωση και την σουμοϋλίωση των υπολειμμάτων αργινίνης και λυσίνης στα Ν άκρα των ιστονών.

Κάθε αλλαγή, μαζί με άλλα στο ίδιο μόριο ή άλλα υπολείμματα των ιστονών, ιδιαίτερα ιστόνη Η3, ή να προσδιορίσει την έκφραση του συσχετιζόμενου DNA, και ο βαθμός συμπίεσης του χρωματίνης.

Ως γενικός κανόνας ήταν, για παράδειγμα, η υπερμεθυλίωση υποακετυλιωμένη ιστόνες και να καθορίσει ότι η σχετική DNA δεν εκφράζεται και ότι χρωματίνης παρουσιάζεται σε μια πιο συμπαγή κατάσταση (heterochromatic, και ως εκ τούτου ανενεργές).

Αντίθετα, το ευκρωματικό ϋΝΑ (λιγότερο συμπαγές και γενετικά δραστικό) συνδέεται με μία χρωματίνη των οποίων οι ιστόνες είναι υπερακετυλιωμένες και υπομεθυλιωμένες.

Echromatin έναντι ετεροχρωματίνης

Έχουμε ήδη δει ότι η κατάσταση της ομοιοπολικής τροποποίησης των ιστονών μπορεί να καθορίσει το βαθμό έκφρασης και συμπίεσης της τοπικής χρωματίνης. Σε παγκόσμια επίπεδα, η συμπύκνωση χρωματίνης ρυθμίζεται επίσης με ομοιοπολικές τροποποιήσεις ιστονών σε νουκλεοσώματα.

Έχει δειχθεί, για παράδειγμα, συστατική ετεροχρωματίνη (ποτέ εκφράζεται, και είναι πυκνά συσκευασμένα) τείνει να βρίσκεται επισυνάπτεται στο πυρηνικό έλασμα, αφήνοντας ελεύθερη την πυρηνική πόρους.

Εν τω μεταξύ, η συστατική ευχρωματίνη (η οποία εκφράζεται πάντα, όπως συμπεριλαμβανομένης της συντήρησης των κυττάρων των γονιδίων, και βρίσκεται σε περιοχές χαλαρά χρωματίνης), είναι σε μεγάλο βρόχους που εκθέτουν το DNA που πρόκειται να μεταγραφεί στο μηχανισμό μεταγραφής.

Άλλες περιοχές γονιδιωματικού DNA κυμαίνονται μεταξύ αυτών των δύο καταστάσεων, ανάλογα με τον χρόνο ανάπτυξης του οργανισμού, τις συνθήκες ανάπτυξης, την ταυτότητα των κυττάρων κλπ..

Άλλες λειτουργίες

Προκειμένου να συμμορφωθεί με το σχέδιό του για την ανάπτυξη, έκφραση και διατήρηση των κυττάρων, τα γονιδιώματα των ευκαρυωτικών οργανισμών πρέπει να ρυθμίζουν λεπτομερώς πότε και πώς θα πρέπει να εκδηλώνονται τα γενετικά τους δυναμικά.

Ξεκινώντας από τις πληροφορίες που αποθηκεύονται στα γονίδιά τους, βρίσκονται στον πυρήνα σε συγκεκριμένες περιοχές που καθορίζουν τη μεταγραφική τους κατάσταση.

Μπορούμε να πούμε, λοιπόν, ότι ένας από τους θεμελιώδεις ρόλους των νουκλεοσώματα, μέσα από τις αλλαγές στη χρωματίνη που βοηθά στη χάραξη, είναι η οργάνωση ή βασική αρχιτεκτονική που σπιτιών.

Αυτή η αρχιτεκτονική κληρονομείται και φυλογενετικά διατηρείται χάρη στην ύπαρξη αυτών των στοιχείων αρθρωτής πληροφορικής συσκευασίας.

Αναφορές

  1. Alberts, Β, Johnson, Α D., Lewis, J., Morgan, D., Raff, Μ, Roberts, Κ, Walter, Ρ (2014) Molecular Biology of the Cell (6th Edition). W. W. Norton & Company, Νέα Υόρκη, Νέα Υόρκη, ΗΠΑ.
  2. Brooker, R.J. (2017). Γενετική: Ανάλυση και Αρχές. McGraw-Hill Higher Education, Νέα Υόρκη, Νέα Υόρκη, ΗΠΑ.
  3. Cosgrove, Μ. S., Boeke, J. D., Wolberger, C. (2004). Ρυθμιζόμενη κινητικότητα νουκλεοσωμάτων και κωδικός ιστόνης. Δομική δομή και μοριακή βιολογία, 11: 1037-43.
  4. Goodenough, U.W. (1984) Genetics. W. Β. Saunders Co. Ltd, Pkiladelphia, ΡΑ, USA.
  5. Griffiths, A.J.F., Wessler, R., Carroll, S.B., Doebley, J. (2015). Εισαγωγή στη γενετική ανάλυση (11th ed.). Νέα Υόρκη: W. Η. Freeman, Νέα Υόρκη, Νέα Υόρκη, ΗΠΑ.