Typy chromatínu, charakteristiky, štruktúra, funkcie

Ten Chromatín Je to komplex tvorený DNA a proteínmi, jedinečný v eukaryotických organizmoch. Pokiaľ ide o pomer, obsahuje takmer dvojitý proteín ako genetického materiálu. Najdôležitejšie proteíny tohto komplexu sú históny - malé proteíny s pozitívnou záťažou, ktoré sa viažu na DNA elektrostatickými interakciami. Chromatín má navyše viac ako tisíc proteínov odlišných od histónov.

Základnou jednotkou chromatínu je nukleozóm, ktorý pozostáva z spojenia histónov a DNA. Táto vysvätenie pripomína účty náhrdelníka. Po tom, čo prešiel všetkými vyššími úrovňami organizácie, dosiahneme chromozómy.

Zdroj: chromatin_nucleofilamenty.PNG: Chris Woodcockerivevatívne dielo: Gouttegd [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licencie/By-SA/3.0)]

Štruktúra chromatínu úzko súvisí s kontrolou génovej expresie. Existujú dva hlavné typy: euchromatín a heterochromatín.

Eucromatín je charakterizovaný nízkym stupňom zhutnenia, čo sa premieta do vysokých hladín transkripcie. Naopak, heterochromatín je transkripčne neaktívny v dôsledku stupňa zhutňovania tak vysokého, že predstavuje.

Štruktúrne existujú určité epigenetické značky histónov oboch typov chromatínov. Zatiaľ čo euchromatín je spojený s acetyláciou, heterochromatín je spojený so znížením chemických skupín.

Existujú niektoré heterochromatínové oblasti so štrukturálnymi funkciami, ako sú teloméry a centroméry.

[TOC]

Historická perspektíva

Štúdium genetického materiálu a jeho štrukturálnej organizácie sa začína v roku 1831, keď výskumný pracovník Robert Brown opisuje jadro. Jednou z okamžitých otázok k tomuto objavu bolo preskúmanie biologickej a chemickej povahy tejto štruktúry.

Tieto otázky sa začali objasniť v rokoch 1870 až 1900, s experimentmi Friedricha Mieschera, ktorý predstavuje slovo nukleín. Walther Flemming však modifikuje tento výraz a používa Chromatín Odkazovať na jadrovú látku.

Postupom času začnete mať hlbšie vedomosti o genetickom materiáli a jeho vlastnostiach. Až v roku 1908, keď výskumný pracovník z Talianska Pasquale Baccarini poznamenáva, že chromatín nie je homogénny a dokáže si vizualizovať malé telá vo vnútri jadra.

Typy chromatínov - euchromatínu a heterochromatínu - pôvodne navrhol Emil Heitz v roku 1928. Na stanovenie tejto klasifikácie bol Heitz založený na použití farbenia.

V roku 1974 biológ Roger Kornberg navrhol model organizácie genetického materiálu v štruktúrach známych ako nukleozómy, hypotéza empiricky potvrdená experimentmi Markus Noll.

Čo je chromatín?

Zložky chromatínu: DNA a proteíny

Chromatín je nukleoproteín tvorený spojením genetického materiálu - DNA - s heterogénnou sadou proteínu. Táto asociácia je vysoko dynamická a získava komplexnú trojrozmernú konformáciu, ktorá jej umožňuje vykonávať svoje regulačné a štrukturálne funkcie.

Môže vám slúžiť: profáza

Jedným z najdôležitejších chromatínových proteínov sú históny, ktoré sú takmer rovnaké ako DNA.

Histony sú základné proteíny, pozoruhodne zachované v celej evolučnej histórii organických bytostí - to znamená, že naše históny sa príliš nemenia v porovnaní s tými iných cicavcov, dokonca aj ďalšie vzdialenejšie zvieracie fylogeneticky.

Bremeno histónov je pozitívne, takže môžu interagovať prostredníctvom elektrostatických síl s negatívnym zaťažením kostry fosfátu prítomnej v DNA. Existuje päť typov histónov, konkrétne: H1, H2A, H2B, H3 a H4.

Existuje tiež séria proteínov inej povahy ako históny, ktoré sa zúčastňujú na zhutnení DNA.

Zhutnenie DNA: nukleozómy

Základnou jednotou chromatínu sú nukleozómy - opakované štruktúry vytvorené z DNA a histónov, konformácia, ktorú nachádzame v celom genetickom materiáli.

Vonáčka s dvojitou DNA sa valí do ôsmich histónových komplexu známeho ako Histonas okta. Molekula sa valí približne v dvoch kolách, po ktorých nasleduje krátka oblasť (medzi 20 a 60 párov báz), ktorá od seba oddeľuje nukleozómy.

Aby sme pochopili túto organizáciu, musíme vziať do úvahy, že molekula DNA je extrémne dlhá (asi 2 metre) a musí byť zaradená usporiadaným spôsobom, aby sa usadila v jadre (ktorého priemer je 3 až 10 um). Okrem toho musí byť k dispozícii na replikáciu a prepis.

Tento cieľ sa dosahuje s rôznymi úrovňami zhutnenia DNA, čo je prvý z nich vyššie uvedené nukleozómy. Tieto sa podobajú účtom perlového náhrdelníka. Približne 150 párov báz DNA je valcovaných doma „účet“.

V baktériách neexistujú žiadne pravdivé príbehy. Naopak, existuje séria proteínov, ktoré pripomínajú históny a predpokladá sa, že prispievajú k bakteriálnemu DNA baleniu.

Vyššia organizácia

Organizácia chromatínu nie je obmedzená na úrovni nukleozómov. Táto asociácia proteínu a DNA sú zoskupené do hrubšej štruktúry asi 30 nm - v dôsledku tejto hrúbky sa nazýva hladina „30 nm vlákniny“.

Chromatín organizovaný v hrúbke 30 nm je organizovaný zase vo forme slučiek, ktoré sa rozširujú v určitom druhu proteínovej prírody (nie históny).

Toto je model, ktorý sa v súčasnosti zaobchádza, hoci možno očakávať existenciu zložitejších mechanizmov zhutnenia. Konečná organizácia pozostáva z chromozómu.

Môže vám slúžiť: Cilia: Charakteristiky, štruktúra, funkcie a príklady

Chyby v chromatínovej organizácii

Zhutnenie a organizácia genetického materiálu je nevyhnutná pre viac biologických funkcií. Rôzne zdravotné stavy boli spojené s chybami v štruktúre chromatínu, vrátane alfa talasie spojenej s X chromozómom, Rubinstein-taybi syndrómom, syndrómom rakvy, syndrómu Retta, syndrómu.

Typy chromatínu

V bunke sú dva typy chromatínu, odhalené aplikáciou farbenia: euchromatín („pravý“ chromatín) a heterochromatín. V prvom prípade je zafarbenie pozorované slabo, zatiaľ čo v druhom je zafarbenie intenzívne.

Táto štrukturálna organizácia DNA je jedinečná pre eukaryotické organizmy a je rozhodujúca pre správanie chromozómov a reguláciu génovej expresie.

Ak vyhodnotíme proporcie obidvoch typov chromatínov v bunke, ktorá je v rozhraní, zistíme, že približne 90% chromatínu je euchromatín a zostávajúcich 10% zodpovedá heterochromatínu. Ďalej popíšeme každý typ podrobne:

Jo. Heterochromatín

Charakteristika

Hlavný rozdiel medzi oboma typmi chromatínu súvisí s stupňom zhutňovania alebo „balenia“ molekuly počas špecifických štádií v bunkovom delení.

Aj keď v rozhraní sa zdá, že genetický materiál je náhodne rozptýlený, nie je týmto spôsobom.

V tejto fáze je významná organizácia, kde môžete vidieť diferenciálne rozdelenie chromozomálneho materiálu vo vnútri jadra.

DNA chromozómov nie je vzájomne prepojená s DNA vláknom iných chromozómov a zvyšky sú špecifické oblasti nazývané chromozomálne územia. Zdá sa, že táto organizácia prispieva k génovej expresii.

Heterochromatín je silne kondenzovaný, je málo prístupný pre transkripčné stroje - takže nie sú prepisované. Okrem toho je zlá z hľadiska množstva génov, ktoré predstavuje.

Typy heterochromatínu

Určité heterochromatínové oblasti sú pretrvávajúce v celom bunkových líniách - to je, vždy Bude sa správať ako heterochromatín. Tento typ heterochromatínu je známy ako konštitutívny. Príkladom sú kondenzované oblasti chromozómov nazývaných centroméry a teloméry.

Naopak, existujú heterochromatínové časti, ktoré môžu meniť úroveň zhutňovania v reakcii na zmeny vo vývojových vzorcoch alebo environmentálnych premenných.

Vďaka novým štúdiám sa táto vízia preformuluje a teraz existuje dôkaz, že konštitutívny heterochromatín je tiež dynamický a schopný reagovať na stimuly.

Štruktúra

Jedným z faktorov, ktoré určujú štruktúru chromatínu, sú chemické modifikácie histónov. V prípade chromatínu, ktorý je transkripčne neaktívny, vykazujú hypoacetizované históny.

Môže vám slúžiť: peroxidázy: Štruktúra, funkcie a typy

Zníženie množstva acetylových skupín je spojené s tichom génov, pretože pozitívne zaťaženie Lisínov nebude masca, čo umožní silnú elektrostatickú interakciu medzi DNA a histónmi.

Ďalšou epigenetickou značkou je metylácia. Avšak, keďže pridanie metylovej skupiny modifikuje zaťaženie proteínu, jeho dôsledok (aktivácia alebo deaktivácia génov) nie je tak zrejmý a bude závisieť od oblasti histónu, kde je značka umiestnená.

Empiricky sa zistilo, že metylácia H3K4ME3 a H3K36me3 je spojená s aktiváciou génov a hydroamitu H3K9ME3 a H3K27me3.

Funkcia

V príklade konštitutívneho heterochromatínu spomíname Centromere. Táto chromozomálna oblasť má štrukturálnu úlohu a prispieva k pohybu chromozómov počas mitotických aj meiotických udalostí delenia buniek.

Ii. Euchromatín

Charakteristika

Na rozdiel od heterochromatínu je euchromatín menej kompaktná molekula, takže transkripčné zariadenie má ľahký prístup (konkrétne k enzýmovej RNA polymeráze) a môže byť exprimovaný aktívnymi genetickými dráhami.

Štruktúra

Štruktúra nukleozómu aktívneho chromatínu z hľadiska transkripcie je charakterizovaná acetylovanými histónmi. Prítomnosť monometyl lesínov je tiež spojená s aktiváciou génov.

Pridanie acetylovej skupiny k tomuto lyzínovému odpadu z histónov neutralizuje pozitívne zaťaženie uvedenej aminokyseliny. Okamžitým dôsledkom tejto zmeny je zníženie elektrostatických interakcií medzi histónom a DNA, ktorá vytvára laxnejší chromatín.

Táto štrukturálna modifikácia umožňuje interakcie genetického materiálu s transkripčným strojom, ktorý sa vyznačuje obzvlášť objemným.

Funkcia

Eucromatín zahŕňa všetky gény, ktoré sú aktívne a dokážu sa dosiahnuť pomocou enzymatického mechanizmu súvisiaceho s transkripciou. Preto sú funkcie také široké ako funkcie zúčastnených génov.

Odkazy

1. Grewal, s. Jo., & Moazed, D. (2003). Heterochromatín a epigenetická kontrola génovej expresie. Veda, 301(5634), 798-802.
2. Jost, K. L., Bertulat, B., & Cardoso, m. C. (2012). Heterochromatín a poloha génov: vo vnútri, vonku, akúkoľvek stranu?. Chromozóm, 121(6), 555-563.
3. Lewin, b. (2008). Ix gény. Vydavatelia Jones a Bartlett.
4. Tollefsbol, T. Ani. (2011). Príručka epigenetiky. Akademická tlač.
5. Wang, J., Jia, s. Tón., & Jia, s. (2016). Nové poznatky o regulácii heterochromatínu. Trendy v genetike: TIG, 32(5), 284-294.
6. Zhang, P., Torres, K., Liu, x., Liu, C. G., & Pollock, R. A. (2016). Prehľad proteínov regulujúcich chromatín v bunkách. Súčasný proteín a veda o peptide, 17(5), 401-410.