ANO ANG PACKAGING NG DNA? - BIOLOGY - 2025

Ang packaging ng DNA ay isang term na tumutukoy sa kinokontrol na compaction ng DNA sa cell. Sa walang cell (at sa katunayan, hindi kahit na sa mga virus) ay libre ang DNA, maluwag, at sa totoong solusyon.

Ang DNA ay isang napakahabang molekula na palaging nakikipag-ugnay sa isang malaking iba't ibang mga iba't ibang mga protina. Para sa pagproseso, pamana at kontrol ng pagpapahayag ng mga gene na dinadala nito, pinagtibay ng DNA ang isang partikular na samahan ng spatial. Ginagawa ito ng cell sa pamamagitan ng mahigpit na pagkontrol sa bawat hakbang ng packaging ng DNA sa iba't ibang antas ng compaction.

Chromatin: mula sa nakakarelaks (kaliwa) hanggang condens (kanan). Kinuha mula sa mga commons.wikimedia.org

Ang mga virus ay may iba't ibang mga diskarte sa packaging para sa kanilang mga nucleic acid. Ang isa sa mga paborito ay ang isa sa pagbuo ng mga compact na mga spiral. Masasabi na ang mga virus ay mga nucleic acid na nakabalot sa mismong mga protina na sumasakop, nagpoprotekta at nagpapakilos sa kanila.

Sa prokaryote, ang DNA ay nauugnay sa mga protina na natutukoy ang pagbuo ng mga kumplikadong mga loop sa isang istraktura na tinatawag na nucleoid. Ang maximum na antas ng compaction ng DNA sa isang eukaryotic cell, sa kabilang banda, ay ang mitotic o meiotic chromosome.

Ang tanging halimbawa kung saan ang isang B-DNA ay hindi nakabalot ay isang laboratoryo ng pananaliksik na sumusunod sa layuning iyon.

Istraktura ng DNA

Ang DNA ay binubuo ng dalawang antiparallel band na bumubuo ng isang dobleng helix. Ang bawat isa sa kanila ay may isang phosphodiester bond skeleton kung saan ang mga sugars na naka-link sa mga nitrogenous base ay nakalakip.

Sa loob ng molekula, ang mga nitrogenous na batayan ng isang banda ng hydrogen bond (dalawa o tatlo) na may pantulong na banda.

Sa isang molekulang tulad nito, ang karamihan sa mga mahalagang anggulo ng bono ay nagpapakita ng libreng pag-ikot. Nitrogen base-asukal, grupo ng asukal-pospeyt, at mga bono ng phosphodiester ay nababaluktot.

Pinapayagan nito ang DNA, na nakikita bilang isang kakayahang umangkop na baras, upang ipakita ang ilang kakayahang yumuko at iuwi sa ibang bagay. Ang kakayahang umangkop na ito ay nagpapahintulot sa DNA na magpatibay ng mga lokal na istruktura, at upang mabuo ang mga pakikipag-ugnayan ng mga loop sa maikli, katamtaman at mahabang distansya.

Ipinapaliwanag din ng kakayahang umangkop na ito kung paano maaaring mapanatili ang 2 metro ng DNA sa bawat diploid cell ng isang tao. Sa isang gamete (haploid cell), magiging isang metro ng DNA.

Ang bacterial nucleoid

Bagaman hindi ito isang hindi mababagsak na patakaran, ang kromosoma ng bakterya ay umiiral bilang isang solong molekulang dobleng banda na molekula ng DNA.

Ang dobleng helix ay tumatakbo nang higit pa sa kanyang sarili (higit sa 10 bp bawat pagliko) sa gayon ay gumagawa ng ilang compaction. Ang mga lokal na buhol ay nabuo din salamat sa mga pagmamanipula na kinokontrol ng enzymatically.

Bilang karagdagan, mayroong mga pagkakasunud-sunod sa DNA na nagpapahintulot sa mga domain na mabuo sa malalaking mga loop. Tinatawag namin ang istraktura na nagreresulta mula sa supercooling at iniutos ang mga loop ng isang nucleoid.

Ang mga ito ay sumailalim sa mga pabago-bagong pagbabago salamat sa ilang mga protina na nagbibigay ng ilang katatagan ng istruktura sa siksik na kromosoma. Ang antas ng compaction sa bakterya at archaea ay napakahusay na maaaring mayroong higit sa isang kromosome bawat nucleoid.

Pinagsama ng nucleoid ang prokaryotic DNA ng hindi bababa sa 1000 beses. Ang napaka topological na istraktura ng nucleoid ay isang pangunahing bahagi ng regulasyon ng mga gene na dinadala ng kromosoma. Iyon ay, ang istraktura at pag-andar ay bumubuo ng parehong yunit.

Ang mga antas ng compaction ng eukaryotic chromosome

Ang DNA sa eukaryotic nucleus ay hindi hubad. Nakikipag-ugnay ito sa maraming mga protina, ang pinakamahalaga kung saan ay mga histone. Ang mga istorya ay maliit, positibong sisingilin ng mga protina na nagbubuklod sa DNA sa isang hindi tiyak na paraan.

Sa nucleus na napanood natin ay isang kumplikadong DNA: mga kasaysayan, na tinatawag nating chromatin. Ang mataas na condensed chromatin, na sa pangkalahatan ay hindi ipinahayag, ay heterochromatin. Sa kaibahan, ang hindi bababa sa compact (looser), o euchromatin, ay chromatin na may mga genes na ipinahayag.

Ang Chromatin ay may iba't ibang mga antas ng compaction. Ang pinaka-elementarya ay ang nucleosome; Sinusundan ito ng solenoid fiber at interphase loops chopsatin. Ito ay lamang kapag ang isang chromosome ay naghahati na ang mga maximum na antas ng compaction ay ipinapakita.

Ang nucleosome

Ang nucleosome ay ang pangunahing yunit ng samahan ng chromatin. Ang bawat nucleosome ay binubuo ng isang octamer ng mga histones na bumubuo ng isang uri ng tambol.

Ang octamer ay binubuo ng dalawang kopya ng bawat isa sa mga histone H2A, H2B, H3 at H4. Sa paligid ng mga ito, ang DNA ay umikot sa 1.7 beses. Sinusundan ito ng isang maliit na bahagi ng libreng DNA na tinatawag na 20 bp linker na nauugnay sa histone H1, at pagkatapos ay isa pang nucleosome. Ang halaga ng DNA sa isang nucleosome at na kung saan ay nagbubuklod sa isa pa ay tungkol sa 166 na mga pares ng base.

Ang hakbang na ito ng DNA packaging ay nag-compact sa molekula ng halos 7 beses. Iyon ay, pumunta kami mula sa isang metro hanggang sa higit sa 14 cm ng DNA.

Posible ang packing na ito dahil ang mga positibong kasaysayan ay kinansela ang negatibong pagsingil ng DNA, at ang mga kahihinatnan na electrostatic self-repulsion. Ang iba pang kadahilanan ay ang DNA ay maaaring baluktot sa paraang maaari itong i-flip ang octamer ng mga histones.

30nm hibla

Ang hibla ng mga kuwintas sa kuwintas na nabuo ng maraming sunud-sunod na mga nucleosom ay karagdagang sugat sa isang mas siksik na istraktura.

Bagaman hindi namin malinaw kung ano ang istraktura na aktwal na pinagtibay nito, alam natin na umabot sa isang kapal ng halos 30 nm. Ito ang tinatawag na 30 nm fiber; Ang Histone H1 ay mahalaga para sa pagbuo at katatagan nito.

Ang 30 nm fiber ay ang pangunahing yunit ng istruktura ng heterochromatin. Iyon ng mga lax nucleosom, iyon ng euchromatin.

Nakagapos at umiikot

Ang 30 nm hibla, gayunpaman, ay hindi ganap na guhit. Sa kabaligtaran, bumubuo ito ng mga loop na halos 300 nm ang haba, sa isang meandering paraan, sa isang maliit na kilalang matrix na protina.

Ang mga loop na ito sa isang protina matrix ay bumubuo ng isang mas compact na chromatin fiber 250 nm sa diameter. Sa wakas, sila ay nakahanay bilang isang solong helix 700 nm makapal, na nagbibigay ng pagtaas sa isa sa mga sister chromatids ng isang mitotic chromosome.

Sa huli, ang DNA sa nuclear chromatin ay nakikipag-compact ng 10,000 beses sa kromosom ng naghahati ng cell. Sa interphase nucleus ang compaction nito ay mataas din dahil ito ay halos 1000 beses kumpara sa "linear" na DNA.

Ang meiotic compaction ng DNA

Sa mundo ng biology ng pag-unlad, ang gametogenesis ay sinasabing i-reset ang epigenome. Iyon ay, tinanggal nito ang mga marka ng DNA na ang buhay ng taong nagbigay ng gamete na ginawa o nakaranas.

Kasama sa mga tag na ito ang DNA methylation at covalent modification ng mga histones (Code para sa mga histones). Ngunit hindi ang buong epigenome ay naka-reset. Ang nananatili sa mga marka ay magiging responsable para sa paternal o maternal genetic imprint.

Ang implicit na pag-reset sa gametogenesis ay mas madaling makita sa tamud. Sa tamud, ang DNA ay hindi nakaimpake ng mga histones. Samakatuwid, ang impormasyon na nauugnay sa mga pagbabago nito sa paggawa ng organismo ay sa pangkalahatan ay hindi minana.

Sa tamud, ang DNA ay nakabalot salamat sa pakikipag-ugnay sa mga di-tiyak na DNA na nagbubuklod na protina na tinatawag na mga protamines. Ang mga protina na ito ay bumubuo ng disulfide bond sa bawat isa, sa gayon ay tumutulong upang mabuo ang overlap na mga layer ng DNA na hindi nagtatanggal sa bawat isa nang electrostatically.

Mga Sanggunian

1. Alberts, B., Johnson, AD, Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., Walter, P. (2014) Molecular Biology ng Cell (Ika-6 Edisyon). WW Norton & Company, New York, NY, USA.
2. Annunziato, A. (2008) DNA Packaging: Nucleosomes at chromatin. Edukasyon sa Kalikasan 1:26. (https://www.nature.com/scitable/topicpage/dna-packaging-nucleosomes-and-chromatin-310).
3. Brooker, RJ (2017). Mga Genetika: Pagsusuri at Prinsipyo. McGraw-Hill Mas Mataas na Edukasyon, New York, NY, USA.
4. Martínez-Antonio, A. Medina-Rivera, A., Collado-Vides, J. (2009) Struktural at functional na mapa ng isang bacterial nucleoid. Genome Biology, doi: 10.1186 / gb-2009-10-12-247.
5. Mathew-Fenn, R. S, Das, R., Harbury, PAB (2008) Pagpapaalam ng dobleng helix. Agham, 17: 446-449.
6. Mga Travers, AA (2004) Ang istrukturang batayan ng kakayahang umangkop sa DNA. Mga Transaksyon ng Pilosopikal ng Royal Society ng London, Series A, 362: 1423-1438.
7. Travers, A., Muskhelishvili, G. (2015) istraktura at pag-andar ng DNA. Ang FEBS Journal, 282: 2279-2295.