ฟังก์ชั่นนิวคลีโอโซมองค์ประกอบและโครงสร้าง



nucleosome มันเป็นหน่วยพื้นฐานของบรรจุภัณฑ์ DNA ในสิ่งมีชีวิตยูคาริโอต ดังนั้นจึงเป็นองค์ประกอบการบีบอัดโครมาตินที่เล็กที่สุด.

นิวคลีโอโซมถูกสร้างขึ้นเป็น octamer ของโปรตีนที่เรียกว่าฮิสโตนหรือโครงสร้างรูปกลองซึ่งมีดีเอ็นเอประมาณ 140 nt ถูกบาดแผลทำให้เกือบครบสองรอบ.

ยิ่งไปกว่านั้นจะถือว่า DNA อีก 40-80 nt เป็นส่วนหนึ่งของ nucleosome และเป็นส่วนของ DNA ที่ให้ความต่อเนื่องทางกายภาพระหว่างหนึ่ง nucleosome และอีกหนึ่งในโครงสร้าง chromatin ที่ซับซ้อนมากขึ้น (เช่น 30 nm chromatin fiber).

รหัสฮิสโตนเป็นหนึ่งในองค์ประกอบการควบคุม epigenetic แรกที่เข้าใจได้ดีที่สุดในระดับโมเลกุล.

ดัชนี

  • 1 ฟังก์ชั่น
  • 2 องค์ประกอบและโครงสร้าง
  • 3 การบดอัดของ chromatin
  • 4 รหัสของฮิสโตนและการแสดงออกของยีน
  • 5 Euchromatin กับ heterochromatin
  • 6 ฟังก์ชั่นอื่น ๆ
  • 7 อ้างอิง

ฟังก์ชั่น

นิวคลีโอโซมอนุญาต:

  • การบรรจุ DNA เพื่อให้มีที่ว่างสำหรับมันในพื้นที่ จำกัด ของนิวเคลียส.
  • กำหนดพาร์ติชันระหว่าง chromatin ที่แสดง (euchromatin) และเงียบ chromatin (heterochromatin).
  • จัดระเบียบ chromatin ทั้งหมดทั้งในเชิงพื้นที่และในนิวเคลียส.
  • พวกเขาเป็นตัวแทนของสารตั้งต้นของการปรับเปลี่ยนโควาเลนต์ที่กำหนดการแสดงออกและระดับการแสดงออกของยีนที่รหัสสำหรับโปรตีนผ่านรหัสฮิสโตนที่เรียกว่า.

องค์ประกอบและโครงสร้าง

ในแง่พื้นฐานที่สุดแล้วนิวคลีโอโซมนั้นประกอบไปด้วย DNA และโปรตีน DNA นั้นสามารถเป็น DNA คู่วงใดก็ได้ที่อยู่ในนิวเคลียสของเซลล์ยูคาริโอตในขณะที่โปรตีนนิวคลีโอโซมนั้นอยู่ในกลุ่มของโปรตีนที่เรียกว่าฮิสโตน.

ฮิสโตนเป็นโปรตีนขนาดเล็กและมีปริมาณกรดอะมิโนพื้นฐานที่ตกค้างสูง สิ่งนี้ช่วยให้สามารถต่อต้านประจุลบที่มีค่าสูงของ DNA และเพื่อสร้างปฏิสัมพันธ์ทางกายภาพที่มีประสิทธิภาพระหว่างโมเลกุลทั้งสองโดยไม่ถึงความแข็งแกร่งของพันธะเคมีโควาเลนต์.

ฮิสโตนในรูปแบบ octamer เป็นกลองที่มีสองสำเนาหรือโมโนเมอร์ของฮีสโตน H2A, H2B, H3 และ H4 DNA ให้ผลัดกันเกือบสองรอบที่ด้านข้างของ octamer และต่อด้วย DNA linker ที่เชื่อมโยงกับ histone H1 เพื่อกลับไปให้เต็มสองรอบใน histone octamer อีกตัวหนึ่ง.

ชุด octamer, DNA ที่เกี่ยวข้องและ DNA linker ที่เกี่ยวข้องเป็นนิวคลีโอโซม.

บดอัดโครมาติน

จีโนมดีเอ็นเอประกอบด้วยโมเลกุลที่ยาวมาก (มากกว่าหนึ่งเมตรในกรณีของมนุษย์โดยพิจารณาจากโครโมโซมทั้งหมด) ซึ่งจะต้องมีการกระชับและจัดระเบียบภายในนิวเคลียสที่มีขนาดเล็กมาก.

ขั้นตอนแรกของการบดอัดนี้ดำเนินการผ่านการก่อตัวของนิวคลีโอโซม ด้วยขั้นตอนนี้เท่านั้นดีเอ็นเอจะถูกบีบอัดประมาณ 75 ครั้ง.

สิ่งนี้ก่อให้เกิดเส้นใยเชิงเส้นซึ่งระดับการบดอัด chromatin ในระดับต่อมาจะถูกสร้างขึ้น: ไฟเบอร์ 30 นาโนเมตร, ลูปและลูปลูป.

เมื่อเซลล์แบ่งตัวโดยไมโทซีสหรือไมโอซิสการบดอัดในระดับสูงสุดคือโครโมโซมไมโทติคหรือไมโออิคเองตามลำดับ.

รหัสฮิสโตนและการแสดงออกของยีน

ความจริงที่ว่า histone octamers และ DNA มีปฏิสัมพันธ์กับไฟฟ้าสถิตอธิบายในส่วนของการเชื่อมโยงที่มีประสิทธิภาพโดยไม่สูญเสียความจำเป็นในการทำให้นิวคลีโอโซมองค์ประกอบแบบไดนามิกของการบดอัดและการสลายตัวของโครมาติน.

แต่มีองค์ประกอบที่น่าแปลกใจมากขึ้นของการมีปฏิสัมพันธ์: ปลายขั้ว N ของฮิสโตนถูกเปิดเผยออกไปด้านนอกด้านในของออตโตเมอร์ขนาดกะทัดรัดและเฉื่อย.

สุดขั้วเหล่านี้ไม่เพียง แต่จะมีปฏิกิริยากับร่างกายเท่านั้น แต่ยังได้รับการดัดแปลงแบบโควาเลนต์ซึ่งระดับการบดอัดของโครมาตินและการแสดงออกของ DNA ที่เกี่ยวข้องจะขึ้นอยู่กับ.

ชุดของการแก้ไขโควาเลนต์ในแง่ของประเภทและจำนวนเหนือสิ่งอื่นใดจะเรียกว่ารหัสฮิสโตน การปรับเปลี่ยนเหล่านี้รวมถึงฟอสโฟรีเลชั่น, เมทิล, อะซิติเลชั่น, การแพร่และการรวมตัวของอาร์จินีนและไลซีนที่ตกค้างที่เอ็นเทอร์มินี.

การเปลี่ยนแปลงแต่ละอย่างร่วมกับคนอื่น ๆ ภายในโมเลกุลเดียวกันหรือตกค้างของฮิสโตสอื่น ๆ โดยเฉพาะฮิสโตส H3 จะเป็นตัวกำหนดการแสดงออกของ DNA ที่เกี่ยวข้องรวมถึงระดับการบดอัดของโครมาติน.

ตามกฎทั่วไปแล้วจะเห็นได้ว่าฮิสต์ hypermethylated และ hypoacetylated กำหนดว่า DNA ที่เกี่ยวข้องนั้นไม่ได้แสดงออกมาและโครมาตินนี้มีอยู่ในสถานะที่กะทัดรัดกว่า (heterochromatic และดังนั้นจึงไม่ทำงาน).

ในทางตรงกันข้าม DNA ยูเซอรมาติก (ขนาดกะทัดรัดน้อยลงและมีการใช้งานทางพันธุกรรม) มีความสัมพันธ์กับโครมาตินซึ่งมีฮีสโตนิก.

Echromatin กับ heterochromatin

เราได้เห็นแล้วว่าสถานะของการดัดแปลงโควาเลนต์ของฮิสโตนสามารถกำหนดระดับของการแสดงออกและการบดอัดของโครมาตินท้องถิ่น ในระดับโลกการบดอัดโครมาตินยังถูกควบคุมโดยการดัดแปลงโควาเลนต์ของฮิสโตนในนิวคลีโอโซม.

ตัวอย่างเช่นมันแสดงให้เห็นว่า heterochromatin ที่เป็นส่วนประกอบ (ซึ่งไม่เคยแสดงออกมาและถูกบรรจุอย่างหนาแน่น) มีแนวโน้มที่จะตั้งอยู่ติดกับแผ่นนิวเคลียร์ทำให้รูขุมขนของนิวเคลียร์เป็นอิสระ.

ในอีกทางหนึ่ง euchromatin ที่เป็นส่วนประกอบ (ซึ่งมักจะแสดงออกเช่นเดียวกับที่รวมถึงยีนของการบำรุงรักษาเซลล์และตั้งอยู่ในภูมิภาคของ chromatin หลวม) ทำในวงขนาดใหญ่ที่เผยให้เห็นดีเอ็นเอที่จะถอดความเครื่องจักรถอดความ.

ภูมิภาคอื่น ๆ ของจีโนม DNA แกว่งไปแกว่งมาระหว่างทั้งสองรัฐขึ้นอยู่กับเวลาของการพัฒนาของสิ่งมีชีวิต, สภาพการเจริญเติบโตตัวตนของเซลล์ ฯลฯ.

ฟังก์ชั่นอื่น ๆ

เพื่อให้สอดคล้องกับแผนของการพัฒนาเซลล์การแสดงออกและการบำรุงรักษาจีโนมของสิ่งมีชีวิตยูคาริโอตจะต้องควบคุมอย่างประณีตเมื่อใดและวิธีการที่ศักยภาพทางพันธุกรรมของพวกเขาควรจะประจักษ์.

เริ่มต้นจากข้อมูลที่เก็บไว้ในยีนของพวกเขาพวกเขาจะอยู่ในนิวเคลียสในภูมิภาคโดยเฉพาะที่กำหนดสถานะการถอดเสียงของพวกเขา.

เราสามารถพูดได้ว่าบทบาทพื้นฐานอีกอย่างหนึ่งของนิวคลีโอโซมผ่านการเปลี่ยนแปลงของโครมาตินที่ช่วยในการนิยามคือองค์กรหรือสถาปัตยกรรมของนิวเคลียสที่เป็นเจ้าภาพ.

สถาปัตยกรรมนี้ได้รับการสืบทอดและอนุรักษ์ phylogenetically ด้วยการมีอยู่ขององค์ประกอบแบบแยกส่วนของบรรจุภัณฑ์ที่ให้ข้อมูล.

การอ้างอิง

  1. Alberts, B. , Johnson, A.D. , Lewis, J. , Morgan, D. , Raff, M. , Roberts, K. , Walter, P. (2014) ชีววิทยาโมเลกุลของเซลล์ (6)TH Edition) W. W. W. Norton & Company, New York, NY, USA.
  2. Brooker, R. J. (2017) พันธุศาสตร์: การวิเคราะห์และหลักการ McGraw-Hill Higher Education, New York, NY, USA.
  3. Cosgrove, M. S. , Boeke, J. D. , Wolberger, C. (2004) นิวคลีโอโซมที่ควบคุมได้และรหัสฮิสโตน โครงสร้างธรรมชาติและชีววิทยาโมเลกุล, 11: 1037-43.
  4. Goodenough, U. W. (1984) พันธุศาสตร์ W. B. Saunders Co. Ltd, Pkiladelphia, PA, USA.
  5. Griffiths, A.J.F. , Wessler, R. , Carroll, S.B. , Doebley, J. (2015) การวิเคราะห์ทางพันธุกรรมเบื้องต้น (11TH Ed.) นิวยอร์ก: ว. วชิรเอช. ฟรีแมนนิวยอร์กนิวยอร์กสหรัฐอเมริกา.