Kromatintyper, egenskaper, struktur, funktioner

De Kromatin Det är komplexet som bildas av DNA och proteiner, unikt i eukaryota organismer. När det gäller proportion innehåller den nästan dubbelprotein som av genetiskt material. De viktigaste proteinerna i detta komplex är histoner - små proteiner med positiv belastning som binder till DNA genom elektrostatiska interaktioner. Dessutom har kromatin mer än tusen proteiner som skiljer sig från histoner.

Den grundläggande enheten för kromatin är nukleosom, som består av föreningen av histoner och DNA. Denna ordination påminner berättelserna om ett halsband. Efter att ha gått igenom alla högre organisationsnivåer kommer vi att nå kromosomerna.

Källa: Chromatin_nukleofilament.PNG: Chris Woodcockderivevative Work: Gouttegd [CC BY-SA 3.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenser/BY-SA/3.0)]

Strukturen för kromatin är nära besläktad med kontrollen av genuttryck. Det finns två huvudtyper: euchromatin och heterokromatin.

Eucromatin kännetecknas av att ha en låg grad av komprimering, vilket översätter till höga transkriptionsnivåer. Däremot är heterokromatin transkriptionellt inaktivt på grund av så hög kompakteringsgrad att det presenteras.

Strukturellt sett finns det vissa epigenetiska märken av histonerna hos båda typerna av kromatiner. Medan euchromatin är associerat med acetylering, är heterokromatin associerat med minskning i kemiska grupper.

Det finns några heterokromatinregioner med strukturella funktioner, såsom telomerer och centromerer.

[TOC]

Historiskt perspektiv

Studien av genetiskt material och dess strukturella organisation börjar 1831 när forskaren Robert Brown beskriver kärnan. En av de omedelbara frågorna till denna upptäckt var att undersöka den biologiska och kemiska naturen hos den strukturen.

Dessa frågor började klargöras mellan 1870 och 1900, med experimenten av Friedrich Miescher, som introducerar ordet nuklein. Walther Flemming modifierar emellertid termen och användningen Kromatin För att hänvisa till kärnkraftsämnet.

Med tiden börjar du ha en djupare kunskap om genetiskt material och dess egenskaper. Det är först 1908 när forskaren från Italien Pasquale Baccarini konstaterar att kromatin inte är homogen och lyckas visualisera små kroppar i kärnan.

Typerna av kromatiner - euchromatin och heterokromatin - föreslogs ursprungligen av Emil Heitz 1928. För att fastställa denna klassificering baserades Heitz på användning av färgning.

1974 föreslog biologen Roger Kornberg en modell för organisation av genetiskt material i strukturer som kallas nukleosomer, hypotes empiriskt bekräftad av Markus Noll -experiment.

Vad är kromatin?

Kromatinkomponenter: DNA och proteiner

Kromatin är ett nukleoprotein bildat av föreningen av genetiskt material - DNA - med en heterogen uppsättning protein. Denna förening är mycket dynamisk och förvärvar en komplex tre -dimensionell konformation som gör att den kan utföra sina reglerande och strukturella funktioner.

Kan tjäna dig: profas

Ett av de viktigaste kromatinproteinerna är histoner, som nästan är i lika stor andel som DNA.

Histonas är grundläggande proteiner, anmärkningsvärt bevarade genom den evolutionära historien om organiska varelser - det vill säga våra histoner varierar inte mycket jämfört med andra däggdjur, till och med en mer avlägsen djurens fylogenetiskt.

Histonbördan är positiv, så att de kan interagera genom elektrostatiska krafter med den negativa belastningen av fosfatskelettet som finns i DNA. Det finns fem typer av histoner, nämligen: H1, H2A, H2B, H3 och H4.

Det finns också en serie proteiner av en annan natur än histoner som deltar i DNA -komprimering.

DNA -komprimering: nukleosomer

Den grundläggande enheten för kromatin är nukleosomer - repetitiva strukturer bildade av DNA och histoner, konformation som vi hittar i det genetiska materialet.

Den dubbla DNA -propellen rullas i ett åtta histonkomplex som kallas Histonas octa. Molekylen rullas i ungefär två varv följt av en kort region (mellan 20 och 60 baspar) som skiljer nukleosomer från varandra.

För att förstå denna organisation måste vi ta hänsyn till att DNA -molekylen är extremt lång (cirka 2 meter) och måste registreras på ett ordnat sätt att bosätta sig i kärnan (vars diameter är 3 till 10 um). Dessutom måste det vara tillgängligt för replikering och transkription.

Detta mål uppnås med olika nivåer av komprimering av DNA, som är den första av dem ovannämnda nukleosomer. Dessa liknar berättelserna om ett pärlhalsband. Cirka 150 DNA -baspar rullas hemma "Account".

I bakterier finns det inga riktiga berättelser. Däremot finns det en serie proteiner som påminner histoner och det antas att de bidrar till bakterie -DNA -förpackningen.

Högre organisation

Organisationen av kromatin är inte begränsad på nivån av nukleosomer. Denna protein- och DNA -förening grupperas i en tjockare struktur på cirka 30 nm - på grund av denna tjocklek kallas den "30 nm fibernivån".

Kromatin som organiseras i tjockleken 30 nm är organiserad i sin tur i form av slingor som sträcker sig i ett slags protein naturställning (inte histoner).

Detta är den modell som för närvarande hanteras, även om förekomsten av mer komplexa komprimeringsmekanismer kan förväntas. Den slutliga organisationen består av kromosomen.

Det kan tjäna dig: Cilia: Egenskaper, struktur, funktioner och exempel

Fel i kromatinorganisationen

Kompakteringen och organisationen av det genetiska materialet är avgörande för flera biologiska funktioner. Olika medicinska tillstånd har associerats med fel i strukturen för kromatin, inklusive Alpha Talasia kopplad till X-kromosom, Rubinstein-Taybi-syndrom, kist-lowry-syndrom, Rett syndrom, bland andra.

Typer av kromatin

Det finns två typer av kromatin i cellen, avslöjad genom applicering av färgning: euchromatin ("sann" kromatin) och heterokromatin. I det första fallet observeras färgningen svagt, medan färgningen i den andra är intensiv.

Denna strukturella organisation av DNA är unik för eukaryota organismer och är avgörande för beteendet hos kromosomer och reglering av genuttryck.

Om vi ​​utvärderar andelen av båda typerna av kromatiner i en cell som är i gränssnitt finner vi att cirka 90% av kromatinet är euchromatin och de återstående 10% motsvarar heterokromatin. Därefter kommer vi att beskriva varje typ i detalj:

Yo. Heterokromatin

Egenskaper

Den största skillnaden mellan båda typerna av kromatin är relaterad till graden av komprimering eller "packning" av molekylen under specifika steg i celldelning.

Även om det genetiska materialet i gränssnittet verkar vara slumpmässigt spridd, är det inte på detta sätt.

Det finns en betydande organisation i detta skede, där du kan se en differentiell partition av kromosomalt material inuti kärnan.

Kromosomernas DNA är inte sammanflätat med DNA -strängen av andra kromosomer och rester är specifika regioner som kallas kromosomala territorier. Denna organisation verkar bidra till genuttryck.

Heterokromatin är starkt kondenserad och är lite tillgänglig för transkriptionsmaskiner - så de transkriberas inte. Dessutom är den dålig när det gäller mängden gener som den presenterar.

Typer av heterokromatin

Vissa heterokromatinregioner är ihållande i celllinjer - det vill säga, alltid Det kommer att bete sig som heterokromatin. Denna typ av heterokromatin är känd som konstitutiv. Ett exempel på detta är de kondenserade regionerna i kromosomerna som kallas centromerer och telomerer.

Däremot finns det heterokromatindelar som kan variera kompakteringsnivån som svar på förändringar i utvecklingsmönster eller miljövariabler.

Tack vare de nya studierna omformuleras denna vision och nu finns det bevis för att konstitutiv heterokromatin också är dynamisk och kan svara på stimuli.

Strukturera

En av de faktorer som bestämmer strukturen för kromatin är de kemiska modifieringarna av histoner. När det gäller kromatin som är transkriptionellt inaktivt uppvisar de hypoacetiserade histoner.

Kan tjäna dig: peroxidaser: struktur, funktioner och typer

Minskningen i mängden acetylgrupper är associerad med tystnaden hos gener, eftersom den positiva belastningen av lisin inte kommer att masca, vilket möjliggör en stark elektrostatisk interaktion mellan DNA och histoner.

Ett annat epigenetiskt varumärke är metylering. Eftersom tillsatsen av en metylgrupp inte modifierar belastningen på proteinet, är dess konsekvens (aktivera eller inaktivera gener) inte så uppenbart och kommer att bero på området för histonen där varumärket är beläget.

Empiriskt har det visat sig att metyleringen av H3K4me3 och H3K36me3 är associerad med genaktivering och de för H3K9me3 och H3K27me3.

Funktioner

I exemplet med konstitutiv heterokromatin nämner vi centromeren. Denna kromosomala region har en strukturell roll och bidrar till rörelsen av kromosomer under både mitotiska och meiotiska celldelningshändelser.

Ii. Eukromatin

Egenskaper

I motsats till heterokromatin är euchromatin en mindre kompakt molekyl, så transkriptionsmaskineriet har enkel åtkomst (specifikt till enzym -RNA -polymeraset) och kan uttryckas med aktivt genetiska vägar.

Strukturera

Strukturen för en nukleosom av ett aktivt kromatin ur transkriptionens synvinkel kännetecknas av acetylerade histoner. Närvaron av monometyllisiner är också associerade med genaktivering.

Tillsatsen av en acetylgrupp till detta lysinavfall från histonerna neutraliserar den positiva belastningen av nämnda aminosyra. Den omedelbara konsekvensen av denna förändring är minskningen av elektrostatiska interaktioner mellan histon och DNA, vilket genererar en mer slapp kromatin.

Denna strukturella modifiering tillåter interaktioner mellan det genetiska materialet med transkriptionella maskiner, som kännetecknas av att vara särskilt skrymmande.

Funktioner

Eucromatin omfattar alla gener som är aktiva och lyckas uppnås genom transkriptionsrelaterade enzymatiska maskiner. Därför är funktionerna lika breda som funktionerna för de inblandade generna.

Referenser

1. Grewal, s. Yo., & Moazed, D. (2003). Heterokromatin och epigenetisk kontroll av genuttryck. Vetenskap, 301(5634), 798-802.
2. Jost, k. L., Bertulat, b., & Cardoso, M. C. (2012). Heterokromatin och genpositionering: Inuti, utanför, vilken sida som helst?. Kromosom, 121(6), 555-563.
3. Lewin, b. (2008). Ix gener. Jones och Bartlett Publishers.
4. Tollefsbsol, t. ANTINGEN. (2011). Handbok av epigenetik. Akademisk press.
5. Wang, j., Jia, s. T., & Jia, s. (2016). Ny insikt i regleringen av heterokromatin. Trender inom genetik: TIG, 32(5), 284-294.
6. Zhang, s., Torres, K., Liu, x., Liu, c. G., & Pollock, r. OCH. (2016). En översikt över kromatinreglerande proteiner i celler. Nuvarande protein & peptidvetenskap, 17(5), 401-410.