Apa itu kemasan DNA? (Dalam prokariota dan eukariota)



itu Kemasan DNA adalah istilah yang mendefinisikan pemadatan terkontrol DNA di dalam sel. Dalam sel tidak (dan pada kenyataannya, bahkan tidak dalam virus) DNA gratis, lemah dan dalam solusi sejati.

DNA adalah molekul yang sangat panjang yang, selain itu, selalu berinteraksi dengan berbagai macam protein berbeda. Untuk pemrosesan, pewarisan dan kontrol ekspresi gen yang dibawanya, DNA mengadopsi organisasi spasial tertentu. Ini dicapai oleh sel yang secara ketat mengendalikan setiap langkah pengemasan DNA pada tingkat pemadatan yang berbeda.

Virus memiliki strategi pengemasan yang berbeda untuk asam nukleatnya. Salah satu favorit adalah pembentukan spiral kompak. Dapat dikatakan bahwa virus adalah asam nukleat yang dikemas dalam protein yang menutupi mereka, melindungi dan memobilisasi mereka.

Pada prokariota, DNA dikaitkan dengan protein yang menentukan pembentukan loop kompleks dalam struktur yang disebut nukleoid. Level maksimum pemadatan DNA dalam sel eukariotik, di sisi lain, adalah kromosom mitosis atau meiosis.

Satu-satunya contoh di mana B-DNA tidak dikemas adalah laboratorium penelitian yang mengejar tujuan itu.

Indeks

  • 1 Struktur DNA
  • 2 Nukleoid bakteri
  • 3 Tingkat pemadatan kromosom eukariotik
    • 3.1 Nukleosom
    • 3,2 Serat 30 nm
    • 3.3 Ikatan dan belokan
  • 4 pemadatan DNA Meiotik
  • 5 Referensi

Struktur DNA

DNA dibentuk oleh dua pita antiparalel yang membentuk heliks ganda. Masing-masing dari mereka menyajikan kerangka ikatan fosfodiester di mana gula terkait dengan ikatan basa nitrogen.

Di dalam molekul, basa nitrogen dari satu pita membentuk ikatan hidrogen (dua atau tiga) dengan pita pelengkap.

Dalam molekul seperti ini, sebagian besar sudut ikatan penting menunjukkan rotasi bebas. Ikatan nitrogen-gula, gula-fosfat dan ikatan ikatan fosfodiester bersifat fleksibel.

Hal ini memungkinkan DNA, dilihat sebagai batang fleksibel, untuk menunjukkan kemampuan menekuk dan melilit. Fleksibilitas ini memungkinkan DNA untuk mengadopsi struktur lokal yang kompleks, dan untuk membentuk ikatan interaksi pada jarak pendek, menengah dan panjang.

Fleksibilitas ini juga menjelaskan bagaimana 2 meter DNA dapat dipertahankan di setiap sel diploid manusia. Dalam gamet (sel haploid), itu akan menjadi meter DNA.

Nukleoid bakteri

Meskipun bukan aturan yang tidak bisa dipecahkan, kromosom bakteri ada sebagai molekul DNA ganda-untai tunggal..

Heliks ganda memutar lebih banyak pada dirinya sendiri (lebih dari 10 bp per revolusi) sehingga menghasilkan pemadatan. Simpul lokal juga dihasilkan berkat manipulasi yang dikendalikan secara enzimatis.

Selain itu, ada sekuens dalam DNA yang memungkinkan domain terbentuk dalam loop besar. Kami menyebutnya struktur yang dihasilkan dari supererollamiento dan memerintahkan loop nucleoide.

Ini mengalami perubahan dinamis berkat beberapa protein yang memberikan stabilitas struktural pada kromosom yang dipadatkan. Tingkat pemadatan pada bakteri dan archaea sangat efisien sehingga bisa ada lebih dari satu kromosom per nukleoid.

Nukleoid memadatkan DNA prokariotik setidaknya 1.000 kali. Struktur yang sangat topologis dari nukleoid adalah bagian mendasar dari pengaturan gen yang dibawa kromosom. Artinya, struktur dan fungsi merupakan unit yang sama.

Tingkat pemadatan kromosom eukariotik

DNA dalam inti eukariotik tidak telanjang. Berinteraksi dengan banyak protein, yang paling penting adalah histones. Histon adalah protein kecil yang bermuatan positif yang berikatan dengan DNA dengan cara yang tidak spesifik.

Dalam nukleus yang kita amati adalah kompleks DNA: histones, yang kita sebut kromatin. Kromatin yang sangat terkondensasi, yang biasanya tidak dinyatakan, adalah heterokromatin. Sebaliknya, yang paling padat (looser), atau euchromatin, adalah kromatin dengan gen yang diekspresikan.

Chromatin memiliki beberapa tingkat pemadatan. Yang paling dasar adalah nukleosom; diikuti oleh serat solenoid dan loop kromatin interphase. Hanya ketika kromosom dibagi adalah tingkat pemadatan maksimum ditampilkan.

Nukleosom

Nukleosom adalah unit dasar organisasi kromatin. Setiap nukleosom dibentuk oleh oktamer histones yang membentuk semacam drum.

Octamer ini dibentuk oleh dua salinan dari masing-masing histones H2A, H2B, H3 dan H4. Di sekitar mereka, DNA memberikan hampir 1,7 putaran. Ini diikuti oleh sebagian kecil dari DNA gratis yang disebut 20 pb linker yang terkait dengan histone H1, dan kemudian nukleosom lain. Jumlah DNA dalam nukleosom dan yang bergabung dengannya adalah sekitar 166 pasangan basa.

Langkah pengemasan DNA kompak ini ke molekul sekitar 7 kali. Artinya, kami beralih dari satu meter menjadi lebih dari 14 cm DNA.

Pengemasan ini dimungkinkan karena histones positif membatalkan muatan negatif dari DNA, dan impuls elektrostatik akibatnya. Alasan lainnya adalah bahwa DNA dapat menekuk sedemikian rupa sehingga dapat memutar octamer octone.

Serat 30 nm

Serat manik-manik dalam kalung yang membentuk banyak nukleosom berturut-turut juga digulung menjadi struktur yang lebih kompak.

Meskipun kita tidak tahu struktur apa yang benar-benar diadopsi, kita tahu bahwa itu mencapai ketebalan sekitar 30 nm. Ini adalah serat yang disebut 30 nm; histone H1 sangat penting untuk pembentukan dan stabilitasnya.

Serat 30 nm adalah unit struktural dasar heterokromatin. Itu dari nukleosom lemah, yaitu euchromatin.

Dasi dan belokan

Serat 30 nm, bagaimanapun, tidak sepenuhnya linier. Sebaliknya, ia membentuk loop sekitar 300 nm panjangnya, dengan cara serpentin, pada matriks protein yang sedikit diketahui..

Loop-loop ini pada matriks protein membentuk serat kromatin yang lebih kompak berdiameter 250 nm. Akhirnya, mereka disejajarkan dalam bentuk heliks sederhana setebal 700 nm yang memunculkan salah satu kromatid kromosom mitosis.

Pada akhirnya, DNA dalam kromatin nuklir dipadatkan sekitar 10.000 kali dalam kromosom sel pembagi. Dalam nukleus interphasic, pemadatannya juga tinggi karena sekitar 1000 kali dibandingkan dengan DNA "linear".

Pemadatan Meiotik DNA

Dalam dunia biologi perkembangan, gametogenesis dikatakan untuk mengatur ulang epigenome. Artinya, itu menghapus tanda DNA bahwa kehidupan pencetus gamet diproduksi atau dialami.

Penanda ini meliputi metilasi DNA dan modifikasi kovalen histones (kode Histone). Tapi tidak semua epigenom di-reset. Apa yang tersisa dengan merek akan bertanggung jawab atas jejak genetik ayah atau ibu.

Reset implisit ke gametogenesis lebih mudah dilihat pada sperma. Dalam sperma, DNA tidak dikemas dengan histones. Oleh karena itu, informasi yang terkait dengan modifikasi dalam organisme produsen, umumnya, tidak diwariskan.

Dalam sperma DNA dikemas berkat interaksi dengan protein pengikat DNA non-spesifik yang disebut protamines. Protein-protein ini membentuk jembatan disulfida satu sama lain, sehingga membantu untuk membentuk lapisan DNA yang dilapiskan yang tidak menolak elektrostatis.

Referensi

  1. Alberts, B., Johnson, A.D., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., Walter, P. (2014) Biologi Molekuler Sel (Edisi 6). W. W. Norton & Company, New York, NY, AS.
  2. Annunziato, A. (2008) Kemasan DNA: Nukleosom dan kromatin. Pendidikan Alam 1:26. (https://www.nature.com/scitable/topicpage/dna-packaging-nucleosomes-and-chromatin-310).
  3. Brooker, R. J. (2017). Genetika: Analisis dan Prinsip. Pendidikan Tinggi McGraw-Hill, New York, NY, AS.
  4. Martínez-Antonio, A. Medina-Rivera, A., Collado-Vides, J. (2009) Peta struktural dan fungsional dari nukleoid bakteri. Genome Biology, doi: 10.1186 / gb-2009-10-12-247.
  5. Mathew-Fenn, R. S, Das, R., Harbury, P. A. B. (2008) Mengukur double helix. Sains, 17: 446-449.
  6. Travers, A. A. (2004) Dasar struktural dari fleksibilitas DNA. Transaksi filosofis dari Royal Society of London, Seri A, 362: 1423-1438.
  7. Travers, A., Muskhelishvili, G. (2015) struktur dan fungsi DNA. Jurnal FEBS, 282: 2279-2295.