CHROMATINAS: TIPAI, SAVYBĖS, STRUKTŪRA, FUNKCIJOS - BIOLOGIJA - 2025

Chromatino yra kompleksas suformuotas DNR ir baltymų tik eukariotinių organizmų. Pagal proporciją jame yra beveik dvigubai daugiau baltymų nei genetinėje medžiagoje. Svarbiausi šio komplekso baltymai yra histonai - maži, teigiamai įkrauti baltymai, jungiantys DNR per elektrostatinę sąveiką. Be to, chromatinas turi daugiau nei tūkstantį baltymų, išskyrus histonus.

Pagrindinis chromatino vienetas yra nukleosoma, kurią sudaro histonų ir DNR sąjunga. Tokia tvarka primena karolius ant karolių. Perėję visus aukštesnius DNR organizavimo lygius, pateksime į chromosomas.

Šaltinis: Chromatin_nucleofilaments.png: Chriso Woodcocko dariniai: „Gouttegd“

Chromatino struktūra yra glaudžiai susijusi su genų ekspresijos kontrole. Yra du pagrindiniai tipai: euchromatinas ir heterochromatinas.

Euchromatinas pasižymi mažu sutankinimo laipsniu, kuris virsta aukštu transkripcijos lygiu. Priešingai, heterochromatinas yra transkripciškai neaktyvus dėl didelio jo sutankėjimo.

Struktūriškai yra tam tikros histonų epigenetinės žymės, būdingos abiejų tipų chromatinams. Nors euchromatinas yra susijęs su acetilinimu, heterochromatinas susijęs su cheminių grupių mažėjimu.

Yra keletas heterochromatino sričių, turinčių struktūrinių funkcijų, pavyzdžiui, telomerų ir centromerų.

Istorinė perspektyva

Genetinės medžiagos ir jos struktūros tyrimai buvo pradėti 1831 m., Kai tyrėjas Robertas Brownas aprašė branduolį. Vienas iš tiesioginių šio atradimo klausimų buvo sužinoti apie šios struktūros biologinę ir cheminę prigimtį.

Šie klausimai buvo pradėti aiškinti nuo 1870 iki 1900 m., Atliekant Friedricho Miescherio, kuris įvedė žodį nukleinas, eksperimentus. Tačiau Waltheris Flemmingas keičia terminą ir naudoja chromatiną, kad nurodytų branduolinę medžiagą.

Praėjus laikui, žmogus pradeda giliau pažinti genetinę medžiagą ir jos savybes. Tik 1908 m., Kai italų tyrinėtojas Pasquale Baccarini pastebėjo, kad chromatinas nėra homogeniškas, jam pavyko vizualizuoti mažus branduolio kūnus.

Chromatinų rūšis - euchromatiną ir heterochromatiną - iš pradžių pasiūlė Emilis Heitzas 1928 m. Norėdami nustatyti šią klasifikaciją, Heitzas rėmėsi dėmių naudojimu.

1974 m. Biologas Rogeris Kornbergas pasiūlė genetinės medžiagos organizavimo struktūrose, žinomose kaip nukleosomos, modelį - hipotezę empiriškai patvirtino Markuso Nollo eksperimentai.

Kas yra chromatinas?

Chromatino komponentai: DNR ir baltymai

Chromatinas yra nukleoproteinas, kurį sudaro genetinės medžiagos - DNR - sąjunga su nevienalyčiu baltymų rinkiniu. Ši asociacija yra labai dinamiška ir įgyja sudėtingą trimatę struktūrą, leidžiančią jai vykdyti reguliavimo ir struktūrines funkcijas.

Vienas iš svarbiausių chromatino baltymų yra histonai, kurių randama beveik tiek pat, kiek ir DNR.

Histonai yra pagrindiniai baltymai, nepaprastai išsaugoti per visą organinių būtybių evoliucijos istoriją - tai yra, mūsų histonai nedaug skiriasi, palyginti su kitais žinduoliais, netgi kitu gyvūnu, filogenetiniu požiūriu labiau nutolusiu.

Histonų krūvis yra teigiamas, todėl jie gali sąveikauti per elektrostatines jėgas su neigiamu fosfato stuburo krūviu, esančiu DNR. Yra penki histonų tipai: H1, H2A, H2B, H3 ir H4.

Taip pat yra daugybė kitokio pobūdžio baltymų nei histonai, dalyvaujantys DNR sutankinime.

DNR sutankinimas: nukleosomos

Pagrindinis chromatino vienetas yra nukleosomos - pasikartojančios struktūros, sudarytos iš DNR ir histonų, konformacija, randama visoje genetinėje medžiagoje.

Dviguba DNR spiralė suvyniojama į aštuonių histonų kompleksą, žinomą kaip histono oktameras. Molekulė susisuka maždaug dviem posūkiais, o po jų eina trumpa sritis (nuo 20 iki 60 bazinių porų), skirianti nukleosomas viena nuo kitos.

Norėdami suprasti šią organizaciją, turime atsižvelgti į tai, kad DNR molekulė yra ypač ilga (apie 2 metrai) ir turi būti tvarkingai suvyta, kad įsitvirtintų branduolyje (kurio skersmuo yra nuo 3 iki 10 μm). Be to, jis turi būti prieinamas replikacijai ir transkripcijai.

Šis tikslas pasiekiamas skirtingais DNR sutankinimo lygiais, iš kurių pirmiau minėtos nukleosomos. Jie primena karoliukus ant perlų vėrinio. Maždaug 150 bazinių porų DNR yra suvyniota namuose.

Apie bakterijas nėra teisingų istorijų. Priešingai, yra keletas baltymų, primenančių histonus, ir manoma, kad jie prisideda prie bakterijų DNR pakavimo.

Aukščiausia organizacija

Nukleosomų lygmeniu chromatino organizacija nėra ribojama. Šis baltymų ir DNR ryšys yra sugrupuotas į storesnę, apie 30 nm struktūrą - dėl šio storio jis vadinamas „30 nm pluošto“ lygiu.

Chromatinas, kurio storis 30 nm, organizuojamas kilpų pavidalu, kurios tęsiasi tam tikrame baltyminio pobūdžio pastolių (ne histonų) pavidale.

Tai yra šiuo metu naudojamas modelis, nors galima tikėtis ir sudėtingesnių sutankinimo mechanizmų. Galutinę organizaciją sudaro chromosoma.

Chromatino organizavimo klaidos

Genetinės medžiagos sutankinimas ir organizavimas yra gyvybiškai svarbūs atliekant daugialypes biologines funkcijas. Chromatino struktūros klaidos buvo susijusios su įvairiomis medicininėmis ligomis, tarp kurių, be kita ko, yra su X susijusi alfa talasemija, Rubinšteino-Taybi sindromas, Coffin-Lowry sindromas, Rett sindromas.

Chromatino rūšys

Ląstelėje yra dviejų tipų chromatinas, kuris atsiskleidžia tepant dėmes: euchromatinas („tikras“ chromatinas) ir heterochromatinas. Pirmuoju atveju dėmes pastebimas silpnai, tuo tarpu antruoju atveju dažymas būna intensyvus.

Šis struktūrinis DNR organizavimas būdingas tik eukariotiniams organizmams ir yra labai svarbus chromosomų elgesiui ir genų ekspresijos reguliavimui.

Įvertinę abiejų tipų chromatinų proporcijas ląstelėje, esančioje tarpfazėje, pastebėsime, kad maždaug 90% chromatino yra euchromatinas, o likę 10% atitinka heterochromatiną. Toliau išsamiai apibūdinsime kiekvieną tipą:

I. heterochromatinas

charakteristikos

Pagrindinis skirtumas, egzistuojantis tarp abiejų tipų chromatino, yra susijęs su molekulės sutankėjimo laipsniu arba „įpakavimu“ tam tikruose ląstelių dalijimosi etapuose.

Nors genetinė medžiaga atrodo atsitiktinai išsibarsčiusi sąsajoje, ji nėra tokia.

Šiame etape yra reikšminga organizacija, kai branduolyje gali būti matomas diferencinis chromosomų medžiagos pasiskirstymas.

Chromosomų DNR nesikerta su kitų chromosomų DNR grandine ir išlieka specifiniuose regionuose, vadinamuose chromosomų teritorijomis. Panašu, kad ši organizacija prisideda prie genų raiškos.

Heterochromatinas yra stipriai kondensuotas, todėl jis yra neprieinamas transkripcijos mechanizmui - todėl jis nėra perrašomas. Be to, jis menkas dėl turimų genų skaičiaus.

Heterochromatino tipai

Tam tikri heterochromatino regionai išlieka visose ląstelių linijose - tai yra, jis visada elgsis kaip heterochromatinas. Šis heterochromatino tipas yra žinomas kaip konstitucinis. To pavyzdys yra kondensuotos chromosomų sritys, vadinamos centromerais ir telomerais.

Priešingai, yra tam tikrų heterochromatino dalių, kurios gali skirtis sutankinimo laipsnį, atsižvelgiant į vystymosi modelio ar aplinkos kintamųjų pokyčius.

Naujų tyrimų dėka ši nuomonė buvo formuluota iš naujo ir dabar yra įrodymų, kad konstitucinis heterochromatinas taip pat yra dinamiškas ir gali reaguoti į dirgiklius.

Struktūra

Vienas iš veiksnių, lemiančių chromatino struktūrą, yra cheminės histonų modifikacijos. Chromatinas, kuris yra transkripciniu požiūriu neaktyvus, turi hipoacetilinius histonus.

Acetilinių grupių skaičiaus sumažėjimas yra susijęs su genų nutildymu, nes jis neslėpia teigiamo lizinų krūvio, leidžiant stipriai elektrostatinę DNR ir histonų sąveiką.

Kitas epigenetinis prekės ženklas yra metilinimas. Tačiau kadangi metilo grupės pridėjimas nekeičia baltymo krūvio, jo pasekmė (genų įjungimas ar išjungimas) nėra tokia akivaizdi ir priklausys nuo histono srities, kurioje yra ženklas.

Empiriškai nustatyta, kad H3K4me3 ir H3K36me3 metilinimas yra susijęs su genų aktyvacija, o H3K9me3 ir H3K27me3.

funkcijos

Konstitucinio heterochromatino pavyzdyje mes paminime centromerą. Ši chromosomų sritis atlieka struktūrinį vaidmenį ir prisideda prie chromosomų judėjimo tiek mitozinių, tiek mejozinių ląstelių dalijimosi metu.

II. Euchromatinas

charakteristikos

Priešingai nei heterochromatinas, euchromatinas yra mažiau kompaktiška molekulė, todėl transkripcijos mechanizmai yra lengvai prieinami (ypač RNR polimerazės fermento) ir gali būti aktyviai ekspresuojami genetiškai.

Struktūra

Transkripciškai aktyvaus chromatino nukleosomos struktūrai būdingi acetiliuoti histonai. Monometilintų lizinų buvimas taip pat susijęs su genų aktyvacija.

Acetilo grupės pridėjimas prie šių histono lizino liekanų neutralizuoja teigiamą minėtos aminorūgšties krūvį. Tiesioginė šio pokyčio pasekmė yra elektrostatinės sąveikos tarp histono ir DNR sumažėjimas, sukuriant laisvesnį chromatiną.

Ši struktūrinė modifikacija leidžia genetinę medžiagą sąveikauti su transkripcijos mechanizmu, kuriam būdinga ypatinga nepatogumas.

funkcijos

Euchromatinas apima visus genus, kurie yra aktyvūs ir kuriuos gali pasiekti fermentacija, susijusi su transkripcija. Todėl funkcijos yra tokios pat plačios, kaip ir dalyvaujančių genų funkcijos.

Nuorodos

1. Grewal, SI ir Moazed, D. (2003). Heterochromatinas ir epigenetinė genų ekspresijos kontrolė. mokslas, 301 (5634), 798–802.
2. Jost, KL, Bertulat, B., ir Cardoso, MC (2012). Heterochromatinas ir genų padėtis: viduje, išorėje, bet kurioje pusėje ?. Chromosoma, 121 (6), 555–563.
3. Lewinas, B. (2008). Genai IX. Jones ir Bartlett leidėjai.
4. „Tollefsbol“, TO (2011). Epigenetikos vadovas. Akademinė spauda.
5. Wang, J., Jia, ST ir Jia, S. (2016). Naujos įžvalgos apie heterochromatino reguliavimą. Genetikos tendencijos: TIG, 32 (5), 284–294.
6. Zhang, P., Torres, K., Liu, X., Liu, CG, & Pollock, RE (2016). Chromatiną reguliuojančių baltymų ląstelėse apžvalga. Dabartinis baltymų ir peptidų mokslas, 17 (5), 401–410.