Fungsi, komposisi dan struktur nukleosom



itu nukleosom itu adalah unit dasar dari kemasan DNA dalam organisme eukariotik. Oleh karena itu, elemen kompresi kromatin terkecil.

Nukleosom dikonstruksikan sebagai oktamer protein yang disebut histones, atau struktur berbentuk drum di mana sekitar 140 nt DNA dilukai, memberikan hampir dua putaran lengkap.

Selain itu, dianggap bahwa tambahan 40-80 nt DNA adalah bagian dari nukleosom, dan merupakan fraksi DNA yang memungkinkan kontinuitas fisik antara satu nukleosom dan lainnya dalam struktur kromatin yang lebih kompleks (seperti serat kromatin 30 nm).

Kode histone adalah salah satu elemen kontrol epigenetik pertama yang paling dipahami secara molekuler.

Indeks

  • 1 fungsi
  • 2 Komposisi dan struktur
  • 3 Pemadatan kromatin
  • 4 Kode histones dan ekspresi gen
  • 5 Euchromatin vs heterokromatin
  • 6 Fungsi lainnya
  • 7 Referensi

Fungsi

Nukleosom memungkinkan:

  • Pengemasan DNA membuat ruang untuk itu dalam ruang terbatas nukleus.
  • Tentukan partisi antara kromatin yang diekspresikan (euchromatin) dan kromatin diam (heterochromatin).
  • Atur semua kromatin baik secara spasial dan fungsional di dalam nukleus.
  • Mereka mewakili substrat modifikasi kovalen yang menentukan ekspresi, dan tingkat ekspresi, dari gen yang mengkode protein melalui kode histone yang disebut.

Komposisi dan struktur

Dalam pengertiannya yang paling mendasar, nukleosom terdiri dari DNA dan protein. DNA dapat, secara virtual, setiap DNA pita ganda hadir dalam nukleus sel eukariotik, sedangkan protein nukleosom termasuk dalam semua protein yang disebut histon..

Histon adalah protein berukuran kecil dan memiliki residu asam amino basa yang tinggi; ini memungkinkan untuk menetralkan muatan negatif DNA yang tinggi dan untuk membangun interaksi fisik yang efisien antara kedua molekul tanpa mencapai kekakuan ikatan kimia kovalen.

Histones membentuk octamer sebagai drum dengan dua salinan atau monomer dari masing-masing histone H2A, H2B, H3 dan H4. DNA memberikan hampir dua putaran lengkap pada sisi octamer dan kemudian melanjutkan dengan sebagian kecil DNA linker yang terkait dengan histone H1, untuk kembali memberikan dua putaran penuh pada octamer histone lain.

Set octamer, DNA yang terkait, dan penghubung DNA yang sesuai, adalah nukleosom.

Pemadatan kromatin

DNA genom terdiri dari molekul-molekul yang sangat panjang (lebih dari satu meter dalam kasus manusia, dengan mempertimbangkan semua kromosomnya), yang harus dipadatkan dan diatur dalam inti yang sangat kecil..

Langkah pertama pemadatan ini dilakukan melalui pembentukan nukleosom. Hanya dengan langkah ini, DNA dipadatkan sekitar 75 kali.

Hal ini menimbulkan serat linear dari mana tingkat selanjutnya pemadatan kromatin dibangun: serat 30 nm, loop, dan loop loop.

Ketika sebuah sel membelah, baik dengan mitosis atau dengan meiosis, tingkat kompaksi terakhir adalah kromosom mitosis atau meiosis itu sendiri, masing-masing.

Kode histone dan ekspresi gen

Fakta bahwa histone octamers dan DNA berinteraksi secara elektrostatik menjelaskan sebagian hubungan efektif mereka, tanpa kehilangan fluiditas yang diperlukan untuk membuat elemen dinamis nukleosom pemadatan dan penguraian kromatin.

Tetapi ada elemen interaksi yang bahkan lebih mengejutkan: ujung terminal N dari histones terekspos di luar interior octamer, lebih kompak dan lembam.

Ekstrem ini tidak hanya berinteraksi secara fisik dengan DNA, tetapi juga menjalani serangkaian modifikasi kovalen di mana tingkat pemadatan kromatin dan ekspresi DNA terkait akan tergantung..

Himpunan modifikasi kovalen, dalam hal jenis dan nomor, antara lain, secara kolektif dikenal sebagai kode histone. Modifikasi ini termasuk fosforilasi, metilasi, asetilasi, ubiquitinasi, dan sumoylasi residu arginin dan lisin pada termini N dari histones..

Setiap perubahan, dalam hubungannya dengan yang lain dalam molekul yang sama atau residu dari histones lain, terutama histones H3, akan menentukan ekspresi atau tidak dari DNA yang terkait, serta tingkat pemadatan kromatin.

Sebagai aturan umum telah diketahui, misalnya, bahwa histones yang hypermethylated dan hypoacetylated menentukan bahwa DNA yang terkait tidak diekspresikan dan bahwa kromatin ini hadir dalam keadaan yang lebih kompak (heterokromatik, dan karena itu, tidak aktif).

Sebaliknya, DNA ekarromatik (kurang kompak, dan aktif secara genetik) dikaitkan dengan kromatin yang histone-nya hyperacetylated dan hypomethylated.

Echromatin vs heterokromatin

Kita telah melihat bahwa status modifikasi kovalen histones dapat menentukan tingkat ekspresi dan pemadatan kromatin lokal. Pada tingkat global, pemadatan kromatin juga diatur oleh modifikasi kovalen histone pada nukleosom.

Sebagai contoh, telah ditunjukkan bahwa heterokromatin konstitutif (yang tidak pernah diekspresikan, dan padat) cenderung terletak berdekatan dengan lembaran nuklir, sehingga pori-pori nuklir tetap bebas.

Di sisi lain, euchromatin konstitutif (yang selalu dinyatakan, seperti yang mencakup gen pemeliharaan seluler, dan terletak di daerah kromatin longgar), melakukannya dalam loop besar yang memaparkan DNA untuk ditranskripsi ke mesin transkripsi..

Daerah lain dari DNA genom berosilasi di antara kedua keadaan ini tergantung pada waktu perkembangan organisme, kondisi pertumbuhan, identitas sel, dll..

Fungsi lainnya

Untuk memenuhi rencana pengembangan sel, ekspresi, dan pemeliharaannya, genom organisme eukariotik harus mengatur kapan dan bagaimana potensi genetiknya harus dimanifestasikan dengan baik..

Mulai dari informasi yang disimpan dalam gen mereka, mereka berada di nukleus di daerah tertentu yang menentukan keadaan transkripsi mereka.

Karena itu, kita dapat mengatakan bahwa salah satu peran mendasar nukleosom lainnya, melalui perubahan kromatin yang membantu menentukan, adalah organisasi atau arsitektur dari nukleus yang menampungnya..

Arsitektur ini diwariskan dan secara filogenetis dilestarikan berkat keberadaan elemen modular dari kemasan informasi ini.

Referensi

  1. Alberts, B., Johnson, A.D., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., Walter, P. (2014) Biologi Molekuler Sel (6th Edisi). W. W. Norton & Company, New York, NY, AS.
  2. Brooker, R. J. (2017). Genetika: Analisis dan Prinsip. Pendidikan Tinggi McGraw-Hill, New York, NY, AS.
  3. Cosgrove, M.S., Boeke, J. D., Wolberger, C. (2004). Mobilitas nukleosom yang teregulasi dan kode histone. Biologi Struktural & Molekul Alam, 11: 1037-43.
  4. Goodenough, U. W. (1984) Genetika. W. B. Saunders Co. Ltd, Pkiladelphia, PA, USA.
  5. Griffiths, A.J.F., Wessler, R., Carroll, S.B., Doebley, J. (2015). Pengantar Analisis Genetik (11th ed.). New York: W. H. Freeman, New York, NY, AS.