บรรจุภัณฑ์ DNA คืออะไร? (ในโปรคาริโอตและยูคาริโอต)

บรรจุภัณฑ์ DNA เป็นคำที่กำหนดการบีบอัดที่ควบคุมของ DNA ภายในเซลล์ ในเซลล์ใด ๆ (และในความเป็นจริงไม่ใช่แม้แต่ในไวรัส) DNA ไม่มีค่าใช้จ่ายหละหลวมและเป็นทางออกที่แท้จริง.

DNA เป็นโมเลกุลที่มีความยาวมากซึ่งนอกจากนี้ยังมีปฏิสัมพันธ์กับโปรตีนหลากหลายชนิดอยู่เสมอ สำหรับการประมวลผลการสืบทอดและการควบคุมการแสดงออกของยีนที่มันดำเนินการ DNA ใช้หน่วยงานเชิงพื้นที่โดยเฉพาะ นี่คือความสำเร็จโดยเซลล์ควบคุมอย่างเข้มงวดในแต่ละขั้นตอนของบรรจุภัณฑ์ของ DNA ในระดับที่แตกต่างกันของการบดอัด.

ไวรัสมีกลยุทธ์การบรรจุที่แตกต่างกันสำหรับกรดนิวคลีอิก หนึ่งในรายการโปรดคือการก่อตัวของเกลียวขนาดกะทัดรัด อาจกล่าวได้ว่าไวรัสเป็นกรดนิวคลีอิกบรรจุอยู่ในโปรตีนที่ห่อหุ้มปกป้องและระดมพล.

ในโปรคาริโอต DNA เกี่ยวข้องกับโปรตีนที่กำหนดการก่อตัวของลูปเชิงซ้อนในโครงสร้างที่เรียกว่านิวคลอยด์ ระดับสูงสุดของการบดอัดดีเอ็นเอในเซลล์ยูคาริโอตในอีกด้านหนึ่งคือโครโมโซมไมทิคหรือไมโออิค.

ตัวอย่างเดียวที่ B-DNA ไม่ได้บรรจุเป็นห้องปฏิบัติการวิจัยที่แสวงหาจุดประสงค์นั้น.

ดัชนี

• 1 โครงสร้างของ DNA
• 2 นิวเคลียสของแบคทีเรีย
• 3 ระดับของการบดอัดของโครโมโซมยูคาริโอต
  • 3.1 นิวคลีโอโซม
  • 3.2 เส้นใย 30 nm
  • 3.3 ความสัมพันธ์และผลัดกัน
• 4 การบดอัดดีเอ็นเอ Meiotic
• 5 อ้างอิง

โครงสร้างของดีเอ็นเอ

DNA นั้นถูกสร้างขึ้นโดยสองแถบ antiparallel ที่ก่อตัวเป็นเกลียวคู่ แต่ละคนนำเสนอโครงกระดูกของพันธะฟอสโฟซัสเตอร์ซึ่งน้ำตาลที่เชื่อมโยงกับฐานไนโตรเจนผูก.

ภายในโมเลกุลฐานไนโตรเจนของหนึ่งวงดนตรีจะสร้างพันธะไฮโดรเจน (สองหรือสาม) ด้วยวงดนตรีประกอบ.

ในโมเลกุลเช่นนี้มุมพันธะสำคัญส่วนใหญ่จะแสดงการหมุนฟรี กลุ่มไนโตรเจน - น้ำตาล, น้ำตาล - ฟอสเฟตและพันธะฟอสฟอสเทอเรสมีความยืดหยุ่น.

สิ่งนี้ทำให้ DNA ซึ่งถูกมองว่าเป็นแท่งที่ยืดหยุ่นสามารถแสดงความสามารถในการโค้งงอและม้วน ความยืดหยุ่นนี้ช่วยให้ DNA สามารถนำโครงสร้างท้องถิ่นที่ซับซ้อนมาใช้และสร้างพันธะปฏิสัมพันธ์ระหว่างระยะสั้นกลางและยาว.

ความยืดหยุ่นนี้ยังอธิบายถึงวิธีที่ DNA สามารถรักษาได้ 2 เมตรในแต่ละเซลล์ของมนุษย์ ในเซลล์สืบพันธุ์ (เซลล์เดี่ยว) มันจะเป็นเครื่องวัด DNA.

นิวเคลียสของแบคทีเรีย

แม้ว่าจะไม่ใช่กฎที่ไม่สามารถแตกสลายได้ แต่โครโมโซมของแบคทีเรียนั้นมีอยู่ในรูปของโมเลกุลดีเอ็นเอสองเส้นที่มีเกลียวคู่.

เกลียวคู่บิดตัวมากขึ้น (มากกว่า 10 bp ต่อการปฏิวัติ) ทำให้เกิดการบดอัด นอกจากนี้ยังสามารถสร้างปมเฉพาะที่ได้ด้วยการปรับเปลี่ยนที่ควบคุมด้วยเอนไซม์.

นอกจากนี้ยังมีลำดับใน DNA ที่อนุญาตให้โดเมนสร้างแบบวนซ้ำขนาดใหญ่ เราเรียกโครงสร้างที่เป็นผลมาจาก supererollamiento และสั่งลูป nucleoide.

การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ผ่านการเปลี่ยนแปลงแบบไดนามิกเนื่องจากโปรตีนบางตัวที่ให้ความเสถียรของโครงสร้างแก่โครโมโซมที่ถูกบีบอัด ระดับของการบดอัดในแบคทีเรียและอาร์เคียนั้นมีประสิทธิภาพมากจนสามารถมีโครโมโซมมากกว่าหนึ่งต่อนิวทรอยด์.

นิวครอยด์บีบอัดดีเอ็นเอโปรคาริโอตอย่างน้อย 1,000 ครั้ง โครงสร้างทอพอโลยีของนิวเคลียสเป็นส่วนพื้นฐานของการควบคุมยีนที่โครโมโซมดำเนินการ นั่นคือโครงสร้างและฟังก์ชั่นประกอบด้วยหน่วยเดียวกัน.

ระดับของการบดอัดของโครโมโซมยูคาริโอต

DNA ในนิวเคลียสยูคาริโอตไม่ได้เปลือยเปล่า มันทำปฏิกิริยากับโปรตีนหลายชนิดสิ่งสำคัญที่สุดคือฮิสโตน ฮิสโตนเป็นโปรตีนขนาดเล็กที่มีประจุบวกซึ่งจับกับ DNA ในลักษณะที่ไม่เฉพาะเจาะจง.

ในนิวเคลียสสิ่งที่เราสังเกตคือ DNA คอมเพล็กซ์: ฮิสโตนซึ่งเราเรียกว่าโครมาติน โครมาตินที่ควบแน่นสูงซึ่งมักไม่แสดงเป็นเฮเทอโรโครมาทิน ในทางตรงกันข้ามการบีบอัดน้อยที่สุด (looser) หรือ euchromatin เป็นโครมาตินที่มียีนที่แสดงออก.

Chromatin มีการบดอัดหลายระดับ ประถมที่สุดคือนิวคลีโอโซม ตามด้วยโซลินอยด์ไฟเบอร์และโครมาตินลูประหว่างเฟส เฉพาะเมื่อโครโมโซมถูกแบ่งคือระดับการบดอัดสูงสุดจะถูกแสดง.

นิวเคลียส

นิวคลีโอโซมเป็นหน่วยพื้นฐานของการสร้างโครมาติน นิวคลีโอโซมแต่ละตัวจะเกิดขึ้นโดยนักออสเทอเมอร์ของฮิสโตรซึ่งเป็นกลองชนิดหนึ่ง.

octamer ถูกสร้างขึ้นโดยสองสำเนาของแต่ละ histones H2A, H2B, H3 และ H4 รอบตัวพวกเขา DNA ให้รอบเกือบ 1.7 รอบ ตามด้วยเศษส่วนของ DNA อิสระที่เรียกว่า 20 pb linker ที่เกี่ยวข้องกับฮิสโตน H1 และจากนั้นอีกนิวคลีโอโซม ปริมาณของดีเอ็นเอในนิวคลีโอโซมและอีกอันที่เชื่อมต่อเข้ากับมันนั้นมีอยู่ประมาณ 166 คู่เบส.

ขั้นตอนการบรรจุ DNA ขนาดกะทัดรัดนี้เข้ากับโมเลกุลประมาณ 7 ครั้ง นั่นคือเราเปลี่ยนจากดีเอ็นเอเป็นดีเอ็นเอยาวกว่า 14 ซม.

การบรรจุนี้เป็นไปได้เพราะฮิสโทแกรมบวกยกเลิกประจุลบของ DNA และแรงกระตุ้นไฟฟ้าสถิตที่เกิดขึ้นเอง อีกเหตุผลคือ DNA สามารถโค้งงอในลักษณะที่สามารถหมุนฮิสโตโมออกเทอร์.

เส้นใย 30 นาโนเมตร

เส้นใยของลูกปัดในสร้อยคอที่รวมตัวเป็นนิวคลีโอโซมต่อเนื่องหลายรูปแบบถูกรีดเข้าไปในโครงสร้างที่มีขนาดกะทัดรัดยิ่งขึ้น.

แม้ว่าเราจะไม่ทราบว่ามันใช้โครงสร้างแบบไหน แต่เรารู้ว่ามันมีความหนาประมาณ 30 นาโนเมตร นี่คือเส้นใยที่เรียกว่า 30 นาโนเมตร ฮิสโตน H1 เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการก่อตัวและความเสถียร.

เส้นใย 30 นาโนเมตรเป็นหน่วยโครงสร้างพื้นฐานของเฮเทอโรโครมาติน ของนิวคลีโอโซมที่หละหลวม.

ความสัมพันธ์และผลัดกัน

อย่างไรก็ตามเส้นใย 30 นาโนเมตรนั้นไม่ได้เป็นเชิงเส้นอย่างสมบูรณ์ ในทางตรงกันข้ามมันก่อตัวของลูปยาวประมาณ 300 นาโนเมตรในทางกลับกลอกบนเมทริกซ์โปรตีนที่รู้จักกันน้อย.

ลูปเหล่านี้บนเมทริกซ์โปรตีนจะสร้างเส้นใยโครมาตินที่มีขนาดกะทัดรัดยิ่งขึ้นซึ่งมีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 250 นาโนเมตร ในที่สุดพวกมันจะถูกจัดเรียงในลักษณะของเกลียวที่เรียบง่ายหนา 700 นาโนเมตรทำให้เกิดโครมาโตกส์ตัวหนึ่งของไมโทติสโครโมโซม.

ในท้ายที่สุด DNA ใน chrom Chrom นิวเคลียร์จะถูกบีบอัดประมาณ 10,000 เท่าในโครโมโซมของเซลล์ที่ถูกแบ่ง ในนิวเคลียส interphasic การบดอัดของมันยังสูงเนื่องจากมีค่าประมาณ 1,000 เท่าเมื่อเปรียบเทียบกับ DNA "เชิงเส้น".

การบดอัด Meiotic ของ DNA

ในโลกแห่งชีววิทยาการพัฒนาการ gametogenesis กล่าวเพื่อรีเซ็ต epigenome นั่นคือมันจะลบเครื่องหมายดีเอ็นเอว่าชีวิตของผู้ริเริ่มของการเล่นเกมที่ผลิตหรือมีประสบการณ์.

เครื่องหมายเหล่านี้รวมถึง DNA methylation และการแก้ไขโควาเลนต์ของฮิสโตน (รหัสฮิสโตน) แต่ไม่ใช่ epigenome ทั้งหมดจะถูกรีเซ็ต สิ่งที่เหลืออยู่กับแบรนด์จะต้องรับผิดชอบต่อสำนักพิมพ์ทางพันธุกรรมของบิดาหรือมารดา.

การรีเซ็ตโดยปริยายให้กับ gametogenesis นั้นมองเห็นได้ง่ายขึ้นในสเปิร์ม ในสเปิร์ม DNA ไม่เต็มไปด้วยฮิสโตน ดังนั้นข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับการดัดแปลงในสิ่งมีชีวิตผู้ผลิตโดยทั่วไปจะไม่ได้รับมรดก.

ใน DNA ของอสุจินั้นบรรจุด้วยการปฏิสัมพันธ์กับโปรตีนที่จับกับ DNA ที่ไม่เฉพาะเจาะจงที่เรียกว่า protamines โปรตีนเหล่านี้ก่อให้เกิดสะพานซัลไฟด์ซึ่งกันและกันซึ่งจะช่วยในการสร้างชั้นซ้อนทับของ DNA ที่ไม่ขับไล่ไฟฟ้าสถิต.

การอ้างอิง

1. Alberts, B. , Johnson, A.D. , Lewis, J. , Morgan, D. , Raff, M. , Roberts, K. , Walter, P. (2014) ชีววิทยาโมเลกุลของเซลล์ (รุ่นที่ 6) W. W. W. Norton & Company, New York, NY, USA.
2. Annunziato, A. (2008) DNA Packaging: นิวคลีโอโซมและโครมาติน การศึกษาธรรมชาติ 1:26 (Https://www.nature.com/scitable/topicpage/dna-packaging-nucleosomes-and-chromatin-310).
3. Brooker, R. J. (2017) พันธุศาสตร์: การวิเคราะห์และหลักการ McGraw-Hill Higher Education, New York, NY, USA.
4. Martínez-Antonio, A. Medina-Rivera, A. , Collado-Vides, J. (2009) แผนที่โครงสร้างและหน้าที่ของนิวเคลียสของแบคทีเรีย ชีววิทยาของจีโนม, ดอย: 10.1186 / gb-2009-10-12-247.
5. Mathew-Fenn, R. S, Das, R. , Harbury, P. A. B. (2008) การรำลึกถึงเกลียวคู่ วิทยาศาสตร์, 17: 446-449.
6. Travers, A. A. (2004) โครงสร้างพื้นฐานของความยืดหยุ่นของ DNA ปรัชญาการทำธุรกรรมของราชสมาคมแห่งลอนดอนแบบ A, 362: 1423-1438.
7. Travers, A. , Muskhelishvili, G. (2015) โครงสร้างและหน้าที่ของ DNA วารสาร FEBS, 282: 2279-2295.