Nukleosomų funkcijos, sudėtis ir struktūra



The nukleozomas tai yra pagrindinis DNR pakuotės vienetas eukariotiniuose organizmuose. Todėl jis yra mažiausias chromatino suspaudimo elementas.

Nukleozomas yra sukurtas kaip baltymų, vadinamų histonais, oktameras, arba būgno formos struktūra, ant kurios yra sužeista apie 140 nd DNR, suteikiant beveik du pilnus apsisukimus.

Be to, manoma, kad papildoma 40-80 NT DNR yra nukleozomos dalis, ir tai yra DNR frakcija, leidžianti fiziniam tęstinumui tarp vieno nukleozomo ir kito sudėtingesnėse chromatino struktūrose (pvz., 30 nm chromatino pluošte)..

Histono kodas buvo vienas iš pirmųjų epigenetinių kontrolės elementų, geriausiai suprantamų molekuliniu būdu.

Indeksas

  • 1 Funkcijos
  • 2 Sudėtis ir struktūra
  • 3 Chromatino tankinimas
  • 4 Histonų ir genų ekspresijos kodas
  • 5 Euchromatinas prieš heterochromatiną
  • 6 Kitos funkcijos
  • 7 Nuorodos

Funkcijos

Nukleosomos leidžia:

  • DNR pakavimas tam, kad užtektų vietos tam tikroje branduolio erdvėje.
  • Nustatykite skaidymą tarp chromatino, kuris yra išreikštas (euchromatinas), ir tylus chromatinas (heterochromatinas).
  • Organizuokite visus chromatinus tiek erdviniu, tiek funkciniu požiūriu branduolyje.
  • Jie atspindi kovalentinių modifikacijų, nustatančių baltymų įvedančių genų išraišką ir ekspresijos lygį, substratą per vadinamąjį histono kodą.

Sudėtis ir struktūra

Svarbiausia, kad nukleozomos sudaro DNR ir baltymai. DNR gali būti bet kokia dvigubos juostos DNR, esanti eukariotinės ląstelės branduolyje, tuo tarpu nukleozominiai baltymai yra visi baltymų, vadinamų histonais, rinkinys..

Histonai yra mažo dydžio baltymai, turintys didelę bazinių aminorūgščių liekanų apkrovą; tai leidžia neutralizuoti didelį neigiamą DNR krūvį ir sukurti veiksmingą fizinę sąveiką tarp dviejų molekulių, nesiekiant kovalentinės cheminės jungties standumo..

Histonai sudaro oktamerą kaip būgną su dviem kiekvieno histono H2A, H2B, H3 ir H4 kopijomis arba monomerais. DNR suteikia beveik du pilnus apsisukimus oktamero pusėse ir po to tęsia su DNR jungiklio frakcija, kuri susieja su histonu H1, kad sugrįžtų į du pilnus posūkius kitame histono oktameryje.

Oktamerų rinkinys, susijusi DNR ir atitinkamas DNR jungiklis yra nukleozomas.

Chromatino tankinimas

Genominė DNR yra sudaryta iš labai ilgų molekulių (daugiau kaip vienas metras žmogaus atveju, atsižvelgiant į visas jo chromosomas), kurios turi būti suspaustos ir suskirstytos į labai mažą branduolį.

Pirmasis šio tankinimo etapas atliekamas susidarant nukleozomoms. Tik su šiuo etapu DNR yra suspausta apie 75 kartus.

Tai sukuria linijinį pluoštą, iš kurio pastatomi tolesni chromatino tankinimo lygiai: 30 nm pluošto, kilpos ir kilpos kilpos.

Kai ląstelė dalijasi arba mitozės, arba miozės, galutinis tankinimo laipsnis yra pati mitozinė arba meiotinė chromosoma..

Histono kodas ir genų ekspresija

Faktas, kad histono oktaminai ir DNR sąveikauja elektrostatiškai, iš dalies paaiškina jų veiksmingą susiejimą, neprarandant skysčių, reikalingų, kad nukleozomos dinaminiai elementai susimaišytų ir išardytų chromatiną..

Tačiau yra dar labiau stebina sąveikos elementas: histonų N-galiniai galai yra eksponuojami už oktamero vidų, labiau kompaktiškas ir inertinis.

Šie kraštutinumai ne tik fiziškai sąveikauja su DNR, bet ir atlieka keletą kovalentinių modifikacijų, dėl kurių priklausys chromatino tankinimo laipsnis ir susijusios DNR išraiška.

Kovalentinių modifikacijų rinkinys, be kita ko, pagal tipą ir skaičių yra bendrai žinomas kaip histono kodas. Šie modifikacijos apima arginino ir lizino liekanų fosforilinimą, metilinimą, acetilinimą, ubikvitinaciją ir sumoilinimą histonų N galuose..

Kiekvienas pokytis, kartu su kitais tos pačios molekulės ar kitų histonų likučių, ypač histonų H3, likučiais, nustatys susijusios DNR išraišką arba ne, taip pat chromatino tankinimo laipsnį..

Kaip taisyklė, buvo matyti, kad, pavyzdžiui, hipermetilinti ir hipoacetilinti histonai nustato, kad susijusi DNR nėra išreikšta ir kad šis chromatinas yra kompaktiškesnėje būsenoje (heterochromatinė, todėl neveikli).

Priešingai, euchromatinė DNR (mažiau kompaktiška ir genetiškai aktyvi) yra susijusi su chromatinu, kurio histonai yra hiperacetilinti ir hipometilinti..

Echromatinas prieš heterochromatiną

Jau matėme, kad histonų kovalentinio modifikavimo būsena gali nustatyti vietinio chromatino ekspresijos ir tankinimo laipsnį. Pasauliniu lygiu chromatino suspaudimas taip pat reguliuojamas kovalentiniais histonų modifikacijomis nukleozomose.

Pavyzdžiui, buvo įrodyta, kad konstitucinis heterochromatinas (kuris niekada nėra išreikštas ir tankiai supakuotas) yra linkęs būti šalia branduolinio lakšto, paliekant branduolines poras laisvai..

Kita vertus, konstitucinis euchromatinas (kuris visada išreiškiamas, kaip ir tas, kuris apima ląstelių palaikymo genus ir yra laisvo chromatino regionuose), tai daro didelėse kilpose, kurios atskleidžia transkripcijos mašiną DNR.

Kiti genomo DNR regionai svyruoja tarp šių dviejų būsenų, priklausomai nuo organizmo vystymosi laiko, augimo sąlygų, ląstelių tapatumo ir kt..

Kitos funkcijos

Siekiant laikytis savo ląstelių vystymosi, išraiškos ir palaikymo plano, eukariotinių organizmų genomai turi smulkiai reguliuoti, kada ir kaip turėtų pasireikšti jų genetinis potencialas.

Pradedant nuo jų genuose saugomos informacijos, jie yra branduolyje tam tikruose regionuose, kurie nustato jų transkripcijos būseną.

Todėl galime pasakyti, kad kitas esminis nukleozomų vaidmuo, keičiantis chromatinui, kuris padeda apibrėžti, yra organizmo ar architektūros branduolys, kuriame jie yra..

Ši architektūra yra paveldima ir yra filogenetiškai išsaugota, nes egzistuoja šie moduliniai informacinio pakavimo elementai.

Nuorodos

  1. Alberts, B., Johnson, A.D., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., Walter, P. (2014) Molekulinė ląstelės biologija (6).th Leidimas). W. W. Norton & Company, Niujorkas, NY, JAV.
  2. Brooker, R. J. (2017). Genetika: analizė ir principai. McGraw-Hill aukštasis mokslas, Niujorkas, NY, JAV.
  3. Cosgrove, M. S., Boeke, J. D., Wolberger, C. (2004). Reguliuojamas nukleozomų mobilumas ir histono kodas. Nature Structural & Molecular Biology, 11: 1037-43.
  4. Goodenough, U. W. (1984) Genetika. W. B. Saunders Co. Ltd, Pkiladelphia, PA, JAV.
  5. Griffiths, A.J.F., Wessler, R., Carroll, S.B., Doebley, J. (2015). Įvadas į genetinę analizę (11. \ Tth red.). Niujorkas: W. H. Freeman, Niujorkas, NY, JAV.