Kromatinske vrste, značilnosti, struktura, funkcije

The Kromatin Je kompleks, ki ga tvorijo DNK in beljakovine, edinstveni v evkariontskih organizmih. Glede na delež vsebuje skoraj dvojne beljakovine kot genetskega materiala. Najpomembnejši proteini tega kompleksa so histoni - majhni proteini s pozitivno obremenitvijo, ki se z elektrostatičnimi interakcijami vežejo na DNK. Poleg tega ima kromatin več kot tisoč beljakovin, ki se razlikujejo od histonov.

Temeljna enota kromatina je nukleozom, ki ga sestavljajo združitve histonov in DNK. Ta ordinacija spominja na račune ogrlice. Po prehodu skozi vse višje stopnje organizacije bomo dosegli kromosome.

Vir: kromatin_nukleofilamente.PNG: Chris Woodcockderivevative Work: Gouttegd [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licence/by-sa/3.0)]

Struktura kromatina je tesno povezana z nadzorom ekspresije genov. Obstajata dve glavni vrsti: eukromatin in heterokromatin.

Za eukromatina je značilna z nizko stopnjo stiskanja, kar pomeni visoko stopnjo transkripcije. V nasprotju s tem je heterokromatin transkripcijsko neaktiven, zaradi stopnje stiskanja, ki je tako visoka.

Strukturno obstajajo določene epigenetske oznake histonov obeh vrst kromatin. Medtem ko je evkromatin povezan z acetilacijo, je heterokromatin povezan z zmanjšanjem kemičnih skupin.

Obstaja nekaj heterokromatinskih regij s strukturnimi funkcijami, kot so telomeri in centromeri.

[TOC]

Zgodovinska perspektiva

Študija genetskega materiala in njegove strukturne organizacije se začne leta 1831, ko raziskovalec Robert Brown opisuje jedro. Eno od neposrednih vprašanj tega odkritja je bilo raziskati biološko in kemijsko naravo te strukture.

Ta vprašanja so se začela razjavljati med letoma 1870 in 1900, z poskusi Friedricha Miescherja, ki uvaja besedo jedro. Vendar Walther Flemming spremeni izraz in uporablja Kromatin Za navajanje jedrske snovi.

Sčasoma začnete globlje poznati genetski material in njegove lastnosti. Šele leta 1908, ko raziskovalec iz Italije Pasquale Baccarini ugotavlja, da kromatin ni homogen in mu uspe vizualizirati majhna telesa znotraj jedra.

Emil Heitz je leta 1928 sprva predlagal vrste kromatin - evkromatina in heterokromatina - je sprva predlagal Emil Heitz. Za vzpostavitev te klasifikacije je Heitz temeljil na uporabi obarvanja.

Leta 1974 je biolog Roger Kornberg predlagal model organizacije genetskega materiala v strukturah, znanih kot nukleozomi, hipoteza, ki jo empirično potrjujejo eksperimenti Markus Noll.

Kaj je kromatin?

Kromatinske komponente: DNK in beljakovine

Kromatin je nukleoprotein, ki ga tvori Združenje genetskega materiala - DNK - s heterogenim naborom beljakovin. Ta povezava je zelo dinamična in pridobi zapleteno tridimenzionalno konformacijo, ki mu omogoča opravljanje svojih regulativnih in strukturnih funkcij.

Vam lahko služi:

Eden najpomembnejših proteinov kromatina so histoni, ki so skoraj v enakem deležu kot DNK.

Histonas so osnovne beljakovine, ki so izjemno ohranjene v celotni evolucijski zgodovini organskih bitij - to pomeni, da se naši histoni ne razlikujejo v primerjavi s tistimi drugih sesalcev, še ena bolj oddaljena živali filogenetsko.

Breme histonov je pozitivno, zato lahko prek elektrostatičnih sil komunicirajo z negativno obremenitvijo fosfatnega okostja, ki je prisoten v DNK. Obstaja pet vrst histonov, in sicer: H1, H2A, H2B, H3 in H4.

Obstaja tudi vrsta beljakovin drugačne narave kot histoni, ki sodelujejo pri zbiranju DNK.

Zbijanje DNK: nukleozomi

Osnovna enotnost kromatina so nukleozomi - ponavljajoče se strukture, ki nastanejo iz DNK in histonov, konformacija, ki jo najdemo v celotnem genetskem materialu.

Dvojni propeler DNA se valja v osmih histonskih kompleksih, znanem kot Histonas okta. Molekula se valja v približno dveh krogih, nato pa kratko območje (med 20 in 60 baznih parov), ki ločuje nukleozome drug od drugega.

Za razumevanje te organizacije moramo upoštevati, da je molekula DNK izjemno dolga (približno 2 metra) in mora biti vpisana na urejen način, da se naseli v jedru (katerega premer je 3 do 10 µm). Poleg tega mora biti na voljo za podvajanje in prepisovanje.

Ta cilj je dosežen z različnimi stopnjami zbijanja DNK, pri čemer je prvi od njih prej omenjeni nukleozomi. Ti spominjajo na račune biserna ogrlice. Približno 150 osnovnih parov DNK se valjajo doma "račun".

V bakterijah ni resničnih zgodb. V nasprotju s tem je vrsta beljakovin, ki spominjajo na histone in domneva se, da prispevajo k embalaži bakterijske DNK.

Višja organizacija

Organizacija kromatina ni omejena na ravni nukleozomov. Ta povezava z beljakovinami in DNK se združi v debelejšo strukturo približno 30 nm - zaradi te debeline se imenuje raven "30 nm vlaken".

Kromatin, organiziran v debelini 30 nm, je organiziran v obliki zank, ki segajo v nekakšni beljakovinski naravni oder (ne histoni).

To je model, ki se trenutno obravnava, čeprav je mogoče pričakovati obstoj bolj zapletenih mehanizmov za stiskanje. Končna organizacija je sestavljena iz kromosoma.

Lahko vam služi: cilia: značilnosti, struktura, funkcije in primeri

Napake v organizaciji kromatina

Zbijanje in organizacija genetskega materiala je ključnega pomena za več bioloških funkcij. Različna zdravstvena stanja so bila povezana z napakami v strukturi kromatina, vključno z alfa talazijo, povezano z X kromosomom, sindromom Rubinstein-Taybi, sindromom krste, sindrom Retta.

Vrste kromatina

V celici sta dve vrsti kromatina, razkrita z uporabo obarvanja: eukromatin ("pravi" kromatin) in heterokromatin. V prvem primeru obarvanje opazimo šibko, v drugem pa je obarvanje intenzivno.

Ta strukturna organizacija DNK je edinstvena za evkariontske organizme in je ključnega pomena za vedenje kromosomov in regulacijo genske ekspresije.

Če ocenimo deleže obeh vrst kromatin v celici, ki je v vmesniku, ugotovimo, da je približno 90% kromatina evkromatin, preostalih 10%. Nato bomo podrobno opisali vsako vrsto:

Yo. Heterokromatin

Značilnosti

Glavna razlika med obema vrstama kromatina je povezana s stopnjo stiskanja ali "pakiranjem" molekule v določenih fazah v delitvi celic.

Čeprav se v vmesniku zdi, da je genetski material naključno razpršen, na ta način ni.

Na tej stopnji je pomembna organizacija, kjer lahko znotraj jedra vidite diferencialno delitev kromosomskega materiala.

DNK kromosomov ni prepletena z DNK prameni drugih kromosomov in ostanki so specifična območja, imenovana kromosomska ozemlja. Zdi se, da ta organizacija prispeva k izražanju genov.

Heterokromatin je močno kondenziran, saj je malo dostopen za stroje za prepisovanje - zato jih ne prepisujejo. Poleg tega je slaba glede na količino genov, ki jih predstavlja.

Vrste heterokromatina

Določena heterokromatinska območja so obstojna v celotnih celičnih linijah - to je, nenehno Obnašal se bo kot heterokromatin. Ta vrsta heterokromatina je znana kot konstitutiven. Primer tega so kondenzirana območja kromosomov, imenovanih centromeri in telomeri.

V nasprotju s tem obstajajo deli heterokromatina, ki lahko spreminjajo stopnjo stiskanja kot odgovor na spremembe razvojnih vzorcev ali okoljskih spremenljivk.

Zahvaljujoč novim študijam se ta vizija preoblikuje in zdaj obstajajo dokazi, da je konstitutivni heterokromatin tudi dinamičen in se lahko odziva na dražljaje.

Struktura

Eden od dejavnikov, ki določa strukturo kromatina, so kemične spremembe histonov. V primeru kromatina, ki je transkripcijsko neaktiven, kažejo hipoacetirane histone.

Vam lahko služi: peroksidaze: struktura, funkcije in vrste

Zmanjšanje količine acetilnih skupin je povezano s tišino genov, saj pozitivna obremenitev lizinov ne bo maska.

Druga epigenetska blagovna znamka je metilacija. Ker pa dodajanje metilne skupine ne spreminja obremenitve beljakovin, njegova posledica (aktivira ali deaktivirajo gene).

Empirično je bilo ugotovljeno, da je metilacija H3K4me3 in H3K36me3 povezana z aktivacijo genov in tistih H3K9me3 in H3K27me3.

Funkcije

V primeru konstitutivnega heterokromatina omenjamo centromere. Ta kromosomska regija ima strukturno vlogo in prispeva k gibanju kromosomov med dogodki mitotskih in mejotskih celic.

Ii. Eukromatin

Značilnosti

V nasprotju s heterokromatinom je evkromatin manj kompaktna molekula, zato imajo transkripcijski stroji enostaven dostop (zlasti na encimsko RNA polimerazo) in jih je mogoče izraziti z aktivnimi genetskimi potmi.

Struktura

Za strukturo nukleozoma aktivnega kromatina z vidika transkripcije so značilni acetilirani histoni. Prisotnost monometilnih lizin je povezana tudi z aktivacijo genov.

Dodajanje acetilne skupine k tem lizinskim odpadkom iz histonov nevtralizira pozitivno obremenitev omenjene aminokisline. Neposredna posledica te spremembe je zmanjšanje elektrostatičnih interakcij med histonom in DNK, kar ustvarja bolj ohlapni kromatin.

Ta strukturna sprememba omogoča interakcije genetskega materiala s transkripcijskimi stroji, za katere je značilno, da je še posebej zajetna.

Funkcije

Eukromatin zajema vse gene, ki so aktivni in jih uspe doseči s transkripcijo, povezanimi z encimskimi stroji. Zato so funkcije tako široke kot funkcije vključenih genov.

Reference

1. Grewal, s. Yo., & Moazed, D. (2003). Heterokromatin in epigenetski nadzor genske ekspresije. Znanost, 301(5634), 798-802.
2. Jost, k. L., Bertulat, b., & Cardoso, m. C. (2012). Položaj heterokromatina in gena: znotraj, zunaj, katera koli stran?. Kromosom, 121(6), 555–563.
3. Lewin, b. (2008). Ix geni. Jones in Bartlett Publishers.
4. Tollefsbol, t. Tudi. (2011). Priročnik epigenetike. Akademski tisk.
5. Wang, J., Jia, s. T., & Jia, s. (2016). Nov vpogled v regulacijo heterokromatina. Trendi v genetiki: tig, 32(5), 284–294.
6. Zhang, str., Torres, k., Liu, x., Liu, c. G., & Pollock, r. In. (2016). Pregled beljakovin, ki regulirajo kromatin v celicah. Trenutna znanost o beljakovinah in peptidu, 17(5), 401–410.