CHROMATIN: MGA URI, KATANGIAN, ISTRAKTURA, PAG-ANDAR - BIOLOGY - 2025

Ang chromatin ay ang kumplikadong nabuo ng DNA at protina lamang sa mga eukaryotic organism. Sa mga tuntunin ng proporsyon, naglalaman ito ng halos dalawang beses ng maraming mga protina na ginagawa nito ang genetic material. Ang pinakamahalagang protina sa kumplikadong ito ay ang mga histone - maliit, positibong sisingilin ng mga protina na nagbubuklod sa DNA sa pamamagitan ng mga pakikipag-ugnay sa electrostatic. Bilang karagdagan, ang chromatin ay may higit sa isang libong mga protina maliban sa mga histone.

Ang pangunahing yunit ng chromatin ay ang nucleosome, na binubuo ng unyon ng mga histones at DNA. Ang pag-aayos na ito ay nakapagpapaalaala sa mga kuwintas sa isang kuwintas. Matapos ang pagdaan sa lahat ng mas mataas na antas ng organisasyon ng DNA, makakarating kami sa mga kromosom.

Pinagmulan: Chromatin_nucleofilaments.png: Chris Woodcockderivative na gawa: Gouttegd

Ang istraktura ng Chromatin ay malapit na nauugnay sa kontrol ng expression ng gene. Mayroong dalawang pangunahing uri: euchromatin at heterochromatin.

Ang Euchromatin ay nailalarawan sa pamamagitan ng pagkakaroon ng isang mababang antas ng compaction, na isinasalin sa mataas na antas ng transkrip. Sa kaibahan, ang heterochromatin ay transkripsyonal na hindi aktibo, dahil sa mataas na antas ng compaction na ito.

Sa istruktura mayroong ilang mga epigenetic mark ng mga histones na tipikal ng parehong uri ng chromatins. Habang ang euchromatin ay nauugnay sa acetylation, ang heterochromatin ay nauugnay sa pagbaba sa mga grupo ng kemikal.

Mayroong ilang mga rehiyon ng heterochromatin na may mga pag-andar ng istruktura, tulad ng telomeres at centromeres.

Makasaysayang pananaw

Ang pag-aaral ng genetic material at ang istrukturang organisasyon nito ay nagsimula noong 1831 nang inilarawan ng mananaliksik na si Robert Brown ang nucleus. Ang isa sa mga agarang katanungan sa pagtuklas na ito ay upang magtanong tungkol sa biyolohikal at kemikal na katangian ng istrukturang ito.

Ang mga katanungang ito ay nagsimulang mai-elucidated sa pagitan ng 1870 at 1900, kasama ang mga eksperimento ni Friedrich Miescher, na nagpakilala sa salitang nuclein. Gayunpaman, binabago ng Walther Flemming ang term at gumagamit ng chromatin upang tukuyin ang sangkap na nuklear.

Sa paglipas ng oras, nagsisimula ang isa na magkaroon ng isang mas malalim na kaalaman sa genetic material at mga katangian nito. Ito ay hindi hanggang sa 1908 nang napansin ng researcher ng Italya na si Pasquale Baccarini na ang chromatin ay hindi homogenous at pinamamahalaan ang mga maliliit na katawan sa loob ng nucleus.

Ang mga uri ng chromatins - euchromatin at heterochromatin - sa una ay iminungkahi ni Emil Heitz noong 1928. Upang maitatag ang pag-uuri na ito, umasa si Heitz sa paggamit ng mga mantsa.

Noong 1974, ang isang biologist na si Roger Kornberg ay nagmungkahi ng isang modelo para sa samahan ng genetic na materyal sa mga istruktura na kilala bilang mga nucleosom, isang hipotesis na kinumpirma ng empirically ng mga eksperimento ni Markus Noll.

Ano ang chromatin?

Mga sangkap ng Chromatin: DNA at protina

Ang Chromatin ay isang nucleoprotein na nabuo ng unyon ng genetic material - DNA - na may isang heterogenous set ng mga protina. Ang asosasyong ito ay lubos na dinamika at nakakakuha ng isang kumplikadong pagbuo ng three-dimensional na nagbibigay-daan sa ito upang maisakatuparan ang mga regulasyon at istruktura nito.

Ang isa sa mga pinakamahalagang protina sa chromatin ay mga histone, na matatagpuan sa halos parehong proporsyon ng DNA.

Ang mga kasaysayan ay pangunahing protina, kapansin-pansin na naipreserba sa buong kasaysayan ng ebolusyon ng organikong nilalang - iyon ay, ang ating mga histone ay hindi nag-iiba iba kumpara sa iba pang mga mammal, kahit na isa pang hayop na mas malayong phylogenetically.

Ang singil ng mga histones ay positibo, kaya maaari silang makipag-ugnay sa pamamagitan ng mga puwersa ng electrostatic na may negatibong pagsingil ng posporus na gulugod na naroroon sa DNA. Mayroong limang uri ng mga alamat, lalo na: H1, H2A, H2B, H3, at H4.

Mayroon ding isang bilang ng mga protina ng isang kakaibang likas kaysa sa mga histone na nakikilahok sa pag-compaction ng DNA.

Pag-compaction ng DNA: mga nucleosom

Ang pangunahing yunit ng chromatin ay mga nucleosom - paulit-ulit na mga istraktura na binubuo ng DNA at histones, isang pagsasalungat na natagpuan sa buong genetic material.

Ang dobleng helix ng DNA ay nasugatan sa isang kumplikado ng walong mga kasaysayan na kilala bilang isang histone octamer. Ang molekula ay pumihit sa humigit-kumulang na dalawang liko, na sinusundan ng isang maikling rehiyon (sa pagitan ng 20 at 60 na mga pares ng base) na naghihiwalay sa mga nucleosom mula sa bawat isa.

Upang maunawaan ang samahan na ito, dapat nating isaalang-alang na ang molekula ng DNA ay napakatagal (mga 2 metro) at dapat sugat sa maayos na paraan upang maitaguyod ang sarili sa nucleus (na ang diameter ay 3 hanggang 10 µm). Bukod dito, dapat itong magamit para sa pagtitiklop at transkripsyon.

Nakamit ang layunin na ito na may iba't ibang mga antas ng pag-compaction ng DNA, ang una bilang nabanggit na mga nucleosom. Ang mga ito ay kahawig ng mga kuwintas sa kuwintas na perlas. Humigit-kumulang sa 150 mga pares ng base ng DNA ay nasugatan sa mga "bilang ng bahay.

Walang totoong mga kwento sa bakterya. Sa kaibahan, mayroong isang serye ng mga protina na nakapagpapaalaala sa mga kasaysayan at ito ay ipinapalagay na mag-ambag sa pag-iimpake ng bacterial DNA.

Nangungunang samahan

Ang samahan ng chromatin ay hindi pinigilan sa antas ng nucleosome. Ang samahan ng mga protina at DNA ay pinagsama-sama sa isang mas makapal na istraktura ng mga 30 nm - dahil sa kapal na ito ay tinawag itong antas na "30 nm fiber".

Ang chromatin na isinaayos sa kapal ng 30 nm ay isinaayos sa anyo ng mga mga loop na umaabot sa isang uri ng scaffold ng kalikasan ng protina (hindi kasaysayan).

Ito ang modelo na kasalukuyang ginagamit, kahit na mas kumplikado ang mga mekanismo ng compaction na maaaring asahan. Ang pangwakas na samahan ay binubuo ng kromosom.

Mga pagkakamali sa samahan ng chromatin

Ang compaction at organisasyon ng genetic material ay mahalaga para sa maraming biological function. Ang iba't ibang mga kondisyong medikal ay nauugnay sa mga pagkakamali sa istruktura ng chromatin, bukod sa mga X-linked alpha thalassemia, Rubinstein-Taybi syndrome, Coffin-Lowry syndrome, Rett syndrome, at iba pa.

Mga uri ng Chromatin

Mayroong dalawang uri ng chromatin sa cell, na inihayag sa pamamagitan ng aplikasyon ng mga mantsa: euchromatin ("totoo" chromatin) at heterochromatin. Sa unang kaso ang paglamlam ay mahina na sinusunod, habang sa ikalawa ang paglamlam ay matindi.

Ang organisasyong ito ng istruktura ng DNA ay natatangi sa mga eukaryotic na organismo at mahalaga para sa pag-uugali ng mga kromosom at ang regulasyon ng expression ng gene.

Kung susuriin natin ang mga proporsyon ng parehong uri ng chromatins sa isang cell na nasa interphase nahanap namin na humigit-kumulang na 90% ng chromatin ay euchromatin at ang natitirang 10% ay tumutugma sa heterochromatin. Ilalarawan namin ang bawat uri nang detalyado sa ibaba:

I. Heterochromatin

katangian

Ang pangunahing pagkakaiba na umiiral sa pagitan ng parehong mga uri ng chromatin ay nauugnay sa antas ng compaction o "packing" ng molekula sa mga tiyak na yugto sa paghahati ng cell.

Kahit na ang genetic na materyal ay lilitaw na sapalarang nakakalat sa interface, hindi ito sa paraang ito.

Mayroong isang makabuluhang samahan sa yugtong ito, kung saan ang isang pagkakaiba sa pagkahati ng chromosomal na materyal ay makikita sa loob ng nucleus.

Ang DNA ng mga kromosom ay hindi nakikipag-ugnay sa strand ng DNA ng iba pang mga kromosom at nananatili sa mga tiyak na rehiyon na tinatawag na mga teritoryo ng chromosomal. Ang samahang ito ay tila nag-aambag sa expression ng gene.

Ang Heterochromatin ay mahigpit na nakalaan, ginagawa itong hindi naa-access sa makinarya ng transkripsyon - kaya hindi ito na-transcribe. Gayundin, mahirap ito sa mga tuntunin ng bilang ng mga gen na mayroon nito.

Mga uri ng heterochromatin

Ang ilang mga rehiyon ng heterochromatin ay tuloy-tuloy sa buong mga linya ng cell - iyon ay, palagi itong kumikilos tulad ng heterochromatin. Ang ganitong uri ng heterochromatin ay kilala bilang constitutive. Ang isang halimbawa nito ay ang mga condensed na rehiyon ng chromosome na tinatawag na centromeres at telomeres.

Sa kaibahan, may mga bahagi ng heterochromatin na maaaring mag-iba ng antas ng compaction bilang tugon sa mga pagbabago sa mga pattern ng pag-unlad o mga variable ng kapaligiran.

Salamat sa mga bagong pag-aaral, ang pananaw na ito ay binabaguhin at ngayon ay may katibayan na ang constitutive heterochromatin din ay dinamiko at may kakayahang tumugon sa stimuli.

Istraktura

Ang isa sa mga kadahilanan na tumutukoy sa istraktura ng chromatin ay ang mga pagbabago sa kemikal ng mga histones. Sa kaso ng chromatin na hindi aktibo sa transkripsyon, ipinakita nila ang mga hypoacetylated na mga kasaysayan.

Ang pagbaba ng bilang ng mga pangkat ng acetyl ay nauugnay sa sil silement, dahil hindi nito pinipilit ang positibong singil ng mga lysines, na nagpapahintulot sa isang malakas na pakikipag-ugnayan ng electrostatic sa pagitan ng DNA at mga histones.

Ang isa pang tatak ng epigenetic ay methylation. Gayunpaman, dahil ang pagdaragdag ng isang grupo ng methyl ay hindi binabago ang singil ng protina, ang kahihinatnan nito (pag-activate o pag-deactivating gen) ay hindi masyadong halata at depende sa rehiyon ng histone kung saan natagpuan ang marka.

Malinaw na natagpuan na ang methylation ng H3K4me3 at H3K36me3 ay nauugnay sa pag-activate ng gene at ng H3K9me3 at H3K27me3.

Mga Tampok

Sa halimbawa ng constitutive heterochromatin binabanggit namin ang sentromere. Ang rehiyon ng chromosomal na ito ay may istrukturang papel at nag-aambag sa paggalaw ng mga kromosom sa parehong mga kaganapan ng mitotic at meiotic cell division.

II. Euchromatin

katangian

Salungat sa heterochromatin, ang euchromatin ay isang hindi gaanong siksik na molekula, kaya ang makinarya ng transkrip ay madaling ma-access (partikular ang RNA polymerase enzyme) at maaaring aktibong ipinahayag genetically.

Istraktura

Ang istraktura ng isang nucleosome ng isang transkripsyonal na chromatin ay nailalarawan sa pamamagitan ng acetylated histones. Ang pagkakaroon ng monomethylated lysines ay nauugnay din sa pag-activate ng gene.

Ang pagdaragdag ng isang pangkat na acetyl sa mga residue ng histone lysine na neutralize ang positibong singil ng sinabi na amino acid. Ang agarang kinahinatnan ng pagbabagong ito ay ang pagbawas ng mga pakikipag-ugnayan ng electrostatic sa pagitan ng histone at DNA, na bumubuo ng isang looser chromatin.

Ang pagbabagong ito ng istruktura ay nagbibigay-daan sa mga pakikipag-ugnay ng genetic material na may makinarya ng transkripsyon, na kung saan ay nailalarawan sa pamamagitan ng pagiging malaki.

Mga Tampok

Ang Euchromatin ay sumasaklaw sa lahat ng mga gen na aktibo at pinamamahalaan na maabot ng makinarya ng enzymatic na may kaugnayan sa transkrip. Samakatuwid, ang mga pag-andar ay kasing malawak ng mga pag-andar ng mga kasangkot na gen.

Mga Sanggunian

1. Grewal, SI, & Moazed, D. (2003). Ang Heterochromatin at epigenetic control ng expression ng gene. agham, 301 (5634), 798-802.
2. Jost, KL, Bertulat, B., & Cardoso, MC (2012). Ang pagpoposisyon ng Heterochromatin at gene: sa loob, sa labas, sa anumang panig ?. Chromosoma, 121 (6), 555-563.
3. Lewin, B. (2008). Mga Gen IX. Jones at Bartlett Publisher.
4. Tollefsbol, TO (2011). Handbook ng Epigenetics. Akademikong Press.
5. Wang, J., Jia, ST, & Jia, S. (2016). Mga Bagong Insight sa Regulasyon ng Heterochromatin. Mga uso sa genetika: TIG, 32 (5), 284–294.
6. Zhang, P., Torres, K., Liu, X., Liu, CG, & Pollock, RE (2016). Isang Pangkalahatang-ideya ng Chromatin-Regulate Proteins sa Mga Cell. Kasalukuyang protina at peptide science, 17 (5), 401–410.