Chromatinetypen, kenmerken, structuur, functies

De Chromatine Het is het complex gevormd door DNA en eiwitten, uniek in eukaryotische organismen. In termen van verhoudingen bevat het bijna dubbel eiwit vanaf genetisch materiaal. De belangrijkste eiwitten van dit complex zijn histonen - kleine eiwitten met positieve belasting die binden aan DNA door elektrostatische interacties. Bovendien heeft chromatine meer dan duizend eiwitten anders dan histonen.

De fundamentele eenheid van chromatine is nucleosoom, dat bestaat uit de unie van histonen en DNA. Deze wijding herinnert aan de rekeningen aan een ketting. Nadat we alle hogere niveaus van organisatie hebben doorgemaakt, zullen we de chromosomen bereiken.

Bron: chromatin_nucleofilamenten.PNG: Chris WoodcockDeriveVative Work: Gouttegd [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licenties/by-sa/3.0)]

De structuur van chromatine is nauw verwant aan de controle van genexpressie. Er zijn twee hoofdtypen: euchromatine en heterochromatine.

Eucromatine wordt gekenmerkt door een lage mate van verdichting, wat zich vertaalt in hoge transcriptieniveaus. Heterochromatine is daarentegen transcriptioneel inactief, vanwege de mate van verdichting die zo hoog is dat het presenteert.

Structureel zijn er bepaalde epigenetische tekens van de histonen van beide soorten chromatines. Terwijl euchromatine geassocieerd is met acetylering, wordt heterochromatine geassocieerd met afname van chemische groepen.

Er zijn enkele heterochromatinegebieden met structurele functies, zoals telomeren en centromeren.

[TOC]

Historisch perspectief

De studie van genetisch materiaal en haar structurele organisatie begint in 1831 wanneer onderzoeker Robert Brown de kern beschrijft. Een van de onmiddellijke vragen aan deze ontdekking was het onderzoeken van de biologische en chemische aard van die structuur.

Deze vragen begonnen tussen 1870 en 1900 te worden opgehelderd, met de experimenten van Friedrich Miescher, die het woord nucleine introduceert. Walther Flemming wijzigt echter de term en gebruik Chromatine Om te verwijzen naar de nucleaire substantie.

Na verloop van tijd begin je een diepere kennis van genetisch materiaal en de eigenschappen ervan. Het is pas in 1908 wanneer de onderzoeker uit Italië Pasquale Baccarini opmerkt dat chromatine niet homogeen is en erin slaagt kleine lichamen in de kern te visualiseren.

De soorten chromatines - euchromatine en heterochromatine - werden aanvankelijk voorgesteld door Emil Heitz in 1928. Om deze classificatie vast te stellen, was Heitz gebaseerd op het gebruik van kleuring.

In 1974 stelde de bioloog Roger Kornberg een model voor de organisatie van genetisch materiaal in structuren bekend als nucleosomen, hypothese empirisch bevestigd door Markus Noll -experimenten.

Wat is chromatine?

Chromatinecomponenten: DNA en eiwitten

Chromatine is een nucleoproteïne gevormd door de vereniging van genetisch materiaal - DNA - met een heterogene set eiwit. Deze associatie is zeer dynamisch en verwerft een complexe drie -dimensionale conformatie waarmee het zijn regulerende en structurele functies kan uitvoeren.

Kan u van dienst zijn: PROFASE

Een van de belangrijkste chromatine -eiwitten zijn histonen, die bijna in even verhouding zijn als DNA.

Histonas zijn basische eiwitten, opmerkelijk bewaard gebleven in de evolutionaire geschiedenis van organische wezens - dat wil zeggen, onze histonen variëren niet veel in vergelijking met die van andere zoogdieren, zelfs nog een meer phylogenetisch op afstand.

De last van histonen is positief, dus ze kunnen interageren via elektrostatische krachten met de negatieve belasting van het fosfaatkelet aanwezig in het DNA. Er zijn vijf soorten histonen, namelijk: H1, H2A, H2B, H3 en H4.

Er zijn ook een reeks eiwitten van andere aard dan histonen die deelnemen aan DNA -verdichting.

DNA -verdichting: nucleosomen

De basiseenheid van chromatine is nucleosomen - repetitieve structuren gevormd uit DNA en histonen, conformatie die we in het genetische materiaal vinden.

De dubbele DNA -propeller wordt gerold in een acht histone -complex dat bekend staat als Histonas octa. Het molecuul wordt in ongeveer twee ronden gerold, gevolgd door een kort gebied (tussen 20 en 60 basenparen) dat nucleosomen van elkaar scheidt.

Om deze organisatie te begrijpen, moeten we er rekening mee houden dat het DNA -molecuul extreem lang (ongeveer 2 meter) is en op een ordelijke manier moet worden ingeschreven om zich te vestigen in de kern (waarvan de diameter 3 tot 10 µm is). Bovendien moet het beschikbaar zijn voor replicatie en transcriptie.

Dit doel wordt bereikt met verschillende verdichtingsniveaus van DNA, als eerste van hen de bovengenoemde nucleosomen. Deze lijken op de rekeningen van een parelketting. Ongeveer 150 DNA -basenparen worden thuis gerold "Account".

In bacteriën zijn er geen echte verhalen. Er zijn daarentegen een reeks eiwitten die histonen herinneren en er wordt aangenomen dat ze bijdragen aan de bacteriële DNA -verpakking.

Hogere organisatie

De organisatie van chromatine is niet beperkt op het niveau van nucleosomen. Deze eiwit- en DNA -associatie zijn gegroepeerd in een dikkere structuur van ongeveer 30 nm - vanwege deze dikte wordt het het "30 nm vezelniveau" -niveau genoemd.

Chromatine georganiseerd in de dikte van 30 nm is op zijn beurt georganiseerd in de vorm van lussen die zich uitstrekken in een soort eiwit natuursteiger (geen histonen).

Dit is het model dat momenteel wordt afgehandeld, hoewel het bestaan ​​van meer complexe verdichtingsmechanismen kan worden verwacht. De uiteindelijke organisatie bestaat uit het chromosoom.

Het kan u van dienst zijn: Cilia: kenmerken, structuur, functies en voorbeelden

Fouten in de chromatine -organisatie

De verdichting en organisatie van het genetische materiaal is van vitaal belang voor meerdere biologische functies. Verschillende medische aandoeningen zijn geassocieerd met fouten in de structuur van chromatine, waaronder alfa talasia gekoppeld aan X-chromosoom, het Rubinstein-Taybi-syndroom, onder andere Coffin-Lowry Syndrome, Rett-syndroom.

Soorten chromatine

Er zijn twee soorten chromatine in de cel, onthuld door de toepassing van kleuring: euchromatine ("true" chromatine) en heterochromatine. In het eerste geval wordt de kleuring zwak waargenomen, terwijl in de tweede de kleuring intens is.

Deze structurele organisatie van DNA is uniek voor eukaryotische organismen en is cruciaal voor het gedrag van chromosomen en de regulatie van genexpressie.

Als we de verhoudingen van beide soorten chromatines in een cel die zich in het interface bevinden, evalueren we dat ongeveer 90% van het chromatine euchromatine is en de resterende 10% komt overeen met heterochromatine. Vervolgens zullen we elk type in detail beschrijven:

Je. Heterochromatine

Kenmerken

Het belangrijkste verschil tussen beide soorten chromatine is gerelateerd aan de mate van verdichting of "verpakking" van het molecuul tijdens specifieke fasen in celdeling.

Hoewel in de interface het genetische materiaal willekeurig lijkt te worden verspreid, is het niet op deze manier.

Er is in dit stadium een ​​belangrijke organisatie, waar u een differentiële verdeling van chromosomaal materiaal in de kern kunt zien.

Het chromosomen -DNA is niet verweven met de DNA -streng van andere chromosomen en overblijfselen zijn specifieke gebieden die chromosomale gebieden worden genoemd. Deze organisatie lijkt bij te dragen aan genexpressie.

Heterochromatine is sterk gecondenseerd en is weinig toegankelijk voor transcriptiemachines - zodat ze niet worden getranscribeerd. Bovendien is het slecht in termen van de hoeveelheid genen die het presenteert.

Soorten heterochromatine

Bepaalde heterochromatinegebieden zijn persistent in cellijnen - dat wil zeggen, altijd Het zal zich gedragen als heterochromatine. Dit type heterochromatine staat bekend als constitutief. Een voorbeeld hiervan zijn de gecondenseerde gebieden van de chromosomen die centromeren en telomeren worden genoemd.

Er zijn daarentegen heterochromatine -porties die het niveau van verdichting kunnen variëren in reactie op veranderingen in ontwikkelingspatronen of omgevingsvariabelen.

Dankzij de nieuwe studies wordt deze visie opnieuw geformuleerd en nu zijn er aanwijzingen dat constitutieve heterochromatine ook dynamisch is en in staat is om op stimuli te reageren.

Structuur

Een van de factoren die de structuur van chromatine bepaalt, zijn de chemische modificaties van histonen. In het geval van chromatine die transcriptioneel inactief is, vertonen ze hypoacetized histonen.

Kan u van dienst zijn: peroxidasen: structuur, functies en typen

De afname van de hoeveelheid acetylgroepen is geassocieerd met de stilte van genen, omdat de positieve belasting van de lisines geen masca zal, waardoor een sterke elektrostatische interactie tussen DNA en histonen mogelijk is.

Een ander epigenetisch merk is methylering. Aangezien de toevoeging van een methylgroep de belasting van het eiwit echter niet modificeert, is het gevolg ervan (activeren of deactiveren genen) niet zo duidelijk en hangt hij af van het gebied van de histone waar het merk zich bevindt.

Empirisch is vastgesteld dat de methylering van H3K4me3 en H3K36me3 geassocieerd is met genactivatie en die van H3K9Me3 en H3K27me3.

Functie

In het voorbeeld van constitutieve heterochromatine noemen we de centromeer. Dit chromosomale gebied speelt een structurele rol en draagt ​​bij aan de beweging van chromosomen tijdens zowel mitotische als meiotische celdelingsgebeurtenissen.

II. Euchromatine

Kenmerken

In tegenstelling tot heterochromatine is euchromatine een minder compact molecuul, dus de transcriptiemachines heeft gemakkelijke toegang (specifiek tot het enzym RNA -polymerase) en kan worden tot expressie gebracht door actief genetische routes.

Structuur

De structuur van een nucleosoom van een actief chromatine vanuit het oogpunt van de transcriptie wordt gekenmerkt door geacetyleerde histonen. De aanwezigheid van monomethyllisins wordt ook geassocieerd met genactivatie.

De toevoeging van een acetylgroep aan dit lysine -afval van de histonen neutraliseert de positieve belasting van genoemde aminozuur. Het onmiddellijke gevolg van deze verandering is de vermindering van elektrostatische interacties tussen histon en DNA, waardoor een meer lakse chromatine wordt gegenereerd.

Deze structurele modificatie maakt de interacties van het genetische materiaal mogelijk met de transcriptionele machines, die wordt gekenmerkt door bijzonder omvangrijk te zijn.

Functie

Eucromatine omvat alle genen die actief zijn en erin slagen te worden bereikt door transcriptie -gerelateerde enzymatische machines. Daarom zijn de functies net zo breed als de functies van de betrokken genen.

Referenties

1. Grewal, s. Je., & Moazed, D. (2003). Heterochromatine en epigenetische controle van genexpressie. Wetenschap, 301(5634), 798-802.
2. Jost, K. L., Bertulat, B., & Cardoso, m. C. (2012). Heterochromatine en genpositionering: binnen, buiten, elke kant?. Chromosoom, 121(6), 555-563.
3. Lewin, B. (2008). Ix genen. Jones en Bartlett Publishers.
4. Tollefsbol, t. OF. (2011). Handboek van epigenetica. Academische pers.
5. Wang, J., Jia, s. T., & Jia, s. (2016). Nieuwe inzichten in de regulering van heterochromatine. Trends in genetica: Tig, 32(5), 284-294.
6. Zhang, p., Torres, k., Liu, x., Liu, c. G., & Pollock, r. EN. (2016). Een overzicht van chromatine-regulerende eiwitten in cellen. Huidige eiwit- en peptidewetenschap, 17(5), 401-410.