Struktura chromosomów eukariotycznych
Struktura chromosomów eukariotycznych odnosi się do poziomów pakowania od surowych cząsteczek DNA do struktur chromosomalnych obserwowanych podczas metafazy w mitozie lub mejozie . Chromosomy zawierają długie nici DNA zawierające informację genetyczną. W porównaniu z chromosomami prokariotycznymi , chromosomy eukariotyczne są znacznie większe i są chromosomami liniowymi. Chromosomy eukariotyczne są również przechowywane w jądrze komórkowym , podczas gdy chromosomy komórek prokariotycznych nie są przechowywane w jądrze. Chromosomy eukariotyczne wymagają wyższego poziomu upakowania, aby skondensować cząsteczki DNA w jądrze komórkowym ze względu na większą ilość DNA. Ten poziom upakowania obejmuje owinięcie DNA wokół białek zwanych histonami w celu utworzenia skondensowanych nukleosomów.
Historia
Podwójna helisa została odkryta w 1953 roku przez Jamesa Watsona i Francisa Cricka . Inni badacze dokonali bardzo ważnych, ale niepowiązanych ze sobą odkryć dotyczących składu DNA. Ostatecznie to Watson i Crick połączyli wszystkie te odkrycia, aby opracować model DNA. Później chemik Alexander Todd ustalił, że szkielet cząsteczki DNA zawiera powtarzające się grupy cukru fosforanowego i dezoksyrybozy. Biochemik Erwin Chargaff odkrył, że adenina i tymina zawsze łączą się w pary, podczas gdy cytozyna i guanina zawsze łączą się w pary. Obrazy rentgenowskie DNA o wysokiej rozdzielczości , które zostały uzyskane przez Maurice'a Wilkinsa i Rosalind Franklin , sugerowały kształt spiralny lub podobny do korkociągu. Jednymi z pierwszych naukowców, którzy rozpoznali struktury znane obecnie jako chromosomy, byli Schleiden , Virchow i Bütschli . Termin został ukuty przez Heinricha Wilhelma Gottfrieda von Waldeyer-Hartz , odnosząc się do terminu chromatyna , wprowadzony przez Walthera Flemminga . Naukowcy odkryli również, że komórki roślinne i zwierzęce mają centralny przedział zwany jądrem . Wkrótce zdali sobie sprawę, że chromosomy zostały znalezione wewnątrz jądra i zawierały różne informacje dla wielu różnych cech.
Struktura
U eukariontów, takich jak ludzie, około 3,2 miliarda nukleotydów jest rozmieszczonych na 23 różnych chromosomach (mężczyźni mają zarówno chromosom X , jak i chromosom Y zamiast pary chromosomów X, jak u kobiet). Każdy chromosom składa się z niezwykle długiej liniowej cząsteczki DNA związanej z białkami, które fałdują i pakują cienką nić DNA w bardziej zwartą strukturę.
Powszechnie wielu ludzi myśli, że struktura chromosomu ma kształt litery „X”. Ale dzieje się tak tylko wtedy, gdy komórka się dzieli. Naukowcy byli teraz w stanie modelować strukturę aktywnych chromosomów. Jest to niezwykle ważne, ponieważ sposób, w jaki DNA fałduje się w strukturach chromosomów, jest powiązany ze sposobem, w jaki DNA jest wykorzystywane. Naukowcom udało się opracować trójwymiarowe struktury chromosomów w pojedynczej komórce. Naukowcy wykorzystali setki pomiarów, w których różne części DNA zbliżają się do siebie, aby pomóc w stworzeniu tego modelu. Badania te przeprowadzili naukowcy z Wydziału Biochemii w Cambridge, współpracując z innymi osobami z Instytutu Babrahama i Instytutu Weizmanna .
Nukleosomy
Nukleosom jest podstawową jednostką kondensacji DNA i składa się z podwójnej helisy DNA związanej z oktamerem histonów rdzeniowych ( 2 dimery H2A i H2B oraz tetramer H3/ H4 ) . Około 147 par zasad zwoju DNA wokół 1 oktameru i ~ 20 par zasad jest sekwestrowanych przez dodanie histonu łącznika (H1), a nukleosomy rozdziela nukleosomy o różnej długości „łącznika” DNA (~ 0-100 pz). Odstępy nukleosomów wzdłuż DNA dają efekt „koralików na sznurku”. Modyfikacja histonów kontroluje dostępność DNA. Acetylotransferazy histonowe lub HAT acetylują reszty na ogonie histonowym, co prowadzi do zwiększonej dostępności do DNA.
Opakowania
Pakowanie DNA ułatwia rozkład ładunku elektrostatycznego: grupy fosforanowe powodują, że DNA ma ładunek ujemny, podczas gdy histony są naładowane dodatnio. Większość komórek eukariotycznych zawiera histony (z kilkoma wyjątkami), a także królestwo Archaea . W szczególności histony H3 i H4 mają prawie identyczną strukturę u wszystkich eukariontów, co sugeruje ścisłą ewolucyjną konserwację zarówno struktury, jak i funkcji. Histony są cząsteczkami naładowanymi dodatnio, ponieważ zawierają lizynę i argininę w większych ilościach, a DNA jest naładowane ujemnie. Pozwala to histonom na tworzenie silnego wiązania jonowego z DNA, tworząc nukleosom. Najbardziej podstawowym poziomem kondensacji DNA jest owinięcie DNA wokół białek rdzeniowych histonów. Pakowanie wyższego rzędu jest realizowane przez wyspecjalizowane białka, które wiążą i fałdują DNA. Generuje to serię pętli i zwojów, które zapewniają coraz wyższy poziom organizacji i zapobiegają splątaniu i niemożności zarządzania DNA. Ten kompleks DNA i białek nazywa się chromatyną. Ale oprócz białek związanych z pakowaniem, chromosomy są związane z białkami zaangażowanymi w replikację DNA , naprawę DNA i ekspresję genów .