KROMATIINI: TYYPIT, OMINAISUUDET, RAKENNE, TOIMINNOT - BIOLOGIA - 2026

Kromatiini on muodostama kompleksi DNA: n ja proteiinien vain eukaryoottisissa organismeissa. Määrällisesti se sisältää lähes kaksi kertaa enemmän proteiineja kuin geneettinen materiaali. Tärkeimmät proteiinit tässä kompleksissa ovat histoneja - pieniä, positiivisesti varautuneita proteiineja, jotka sitoutuvat DNA: hon sähköstaattisten vuorovaikutusten kautta. Lisäksi kromatiinissa on yli tuhat proteiinia kuin histonit.

Kromatiinin perusyksikkö on nukleosomi, joka koostuu histonien ja DNA: n liitoksesta. Tämä järjestely muistuttaa kaulakorun helmiä. Saatuaan läpi kaikki korkeammat DNA-organisaation tasot saavutamme kromosomeihin.

Lähde: Chromatin_nucleofilaments.png: Chris Woodcockderivaattorityö: Gouttegd

Kromatiinirakenne liittyy läheisesti geeniekspression hallintaan. On olemassa kaksi päätyyppiä: euchromatin ja heterochromatin.

Euchromatiinille on ominaista alhainen tiivistymisaste, mikä johtaa korkeisiin transkription tasoihin. Sitä vastoin heterokromatiini on transkriptionaalisesti inaktiivinen johtuen korkeasta tiivistymisasteesta.

Rakenteellisesti histoneilla on tiettyjä epigeneettisiä merkkejä, jotka ovat tyypillisiä molemmille kromatiinityypeille. Vaikka euchromatiiniin liittyy asetylointi, heterokromatiiniin liittyy kemiallisten ryhmien väheneminen.

Heterokromatiinilla on joitain alueita, joilla on rakenteellisia toimintoja, kuten telomeerit ja sentromeerit.

Historiallinen näkökulma

Geneettisen materiaalin ja sen rakenteellisen tutkimuksen aloitettiin vuonna 1831, kun tutkija Robert Brown kuvasi ytimen. Yksi tämän löydön välittömistä kysymyksistä oli tutkia tämän rakenteen biologista ja kemiallista luonnetta.

Nämä kysymykset alkoivat selvittää vuosina 1870 - 1900 Friedrich Miescherin kokeilulla, joka esitteli sanan nukleiini. Walther Flemming kuitenkin muuttaa termiä ja käyttää kromatiinia viittaamaan ydinaineeseen.

Ajan myötä ihminen alkaa tuntea syvemmin geneettistä materiaalia ja sen ominaisuuksia. Vasta vuonna 1908, kun italialainen tutkija Pasquale Baccarini huomasi, että kromatiini ei ollut homogeeninen, ja onnistui visualisoimaan pienet rungot ytimen sisällä.

Emil Heitz ehdotti alun perin kromatiinityyppejä - euchromatin ja heterochromatin - vuonna 1928. Tämän luokituksen määrittämiseksi Heitz luottaa tahrojen käyttöön.

Biologi Roger Kornberg ehdotti vuonna 1974 mallia geenimateriaalin järjestämiseksi nukleosomeina tunnetuissa rakenteissa. Hypoteesi vahvisti empiirisesti Markus Noll -kokeilla.

Mikä on kromatiini?

Kromatiinikomponentit: DNA ja proteiinit

Kromatiini on nukleoproteiini, joka muodostuu geenimateriaalin - DNA: n - yhdistelmästä heterogeenisen proteiinijoukon kanssa. Tämä yhdistys on erittäin dynaaminen ja saa aikaan monimutkaisen kolmiulotteisen muodon, jonka avulla se voi suorittaa sääntely- ja rakenteelliset tehtävänsä.

Yksi kromatiinin tärkeimmistä proteiineista on histoneja, joita on lähes samassa suhteessa kuin DNA: ta.

Histonit ovat emäksisiä proteiineja, jotka ovat säilyneet merkittävästi koko orgaanisten olentojen evoluutiohistorian ajan - ts. Histonimme eivät eroa paljon verrattuna muiden nisäkkäiden, jopa toisen fylogeneettisesti kauempana olevan eläimen.

Histonien varaus on positiivinen, joten ne voivat olla vuorovaikutuksessa sähköstaattisten voimien kanssa DNA: ssa olevan fosfaattirungon negatiivisen varauksen kanssa. Histoneja on viittä tyyppiä, nimittäin: H1, H2A, H2B, H3 ja H4.

DNA: n tiivistämiseen osallistuu myös joukko erilaisia ​​proteiineja kuin histoneja.

DNA: n tiivistys: nukleosomit

Kromatiinin perusyksikkö ovat nukleosomit - toistuvat rakenteet, jotka koostuvat DNA: sta ja histoneista, konformaatio, jota löytyy koko geneettisestä materiaalista.

Kaksinkertainen DNA-heliksi kääritään kahdeksan histonikomplekseksi, joka tunnetaan histonioktameerina. Molekyyli kelautuu noin kahdessa kierrossa, jota seuraa lyhyt alue (välillä 20 - 60 emäsparia), joka erottaa nukleosomit toisistaan.

Tämän organisaation ymmärtämiseksi meidän on otettava huomioon, että DNA-molekyyli on erittäin pitkä (noin 2 metriä) ja se on haavattava järjestetyllä tavalla asettuakseen ytimeen (jonka halkaisija on 3-10 um). Lisäksi sen on oltava käytettävissä jäljentämistä ja transkriptiota varten.

Tämä tavoite saavutetaan erilaisilla DNA-tiivistymisasteilla, joista ensimmäinen on edellä mainitut nukleosomit. Ne muistuttavat helmi kaulakorusta. Noin 150 emäsparia DNA: ta haavoitetaan kotona "lasketaan".

Bakteereissa ei ole totta tarinoita. Sitä vastoin on joukko proteiineja, jotka muistuttavat histoneja, ja näiden oletetaan edistävän bakteerien DNA: n pakkaamista.

Huippuorganisaatio

Kromatiinin organisointia ei ole rajoitettu nukleosomitasolla. Tämä proteiinien ja DNA: n assosiaatio on ryhmitelty paksumpaan rakenteeseen, joka on noin 30 nm - tämän paksuuden vuoksi sitä kutsutaan "30 nm kuidun" tasoksi.

Kromatiini, joka on järjestetty 30 nm: n paksuudessa, on järjestetty silmukoiden muodossa, jotka ulottuvat eräänlaiseen proteiinin luonteeseen (ei histoneihin).

Tätä mallia käytetään parhaillaan, vaikka monimutkaisempia tiivistysmekanismeja voidaan odottaa. Lopullinen organisaatio koostuu kromosomista.

Kromatiinin organisoinnin virheet

Geneettisen materiaalin tiivistäminen ja järjestäminen ovat elintärkeitä monien biologisten toimintojen kannalta. Eri lääketieteellisiin tiloihin on liitetty virheitä kromatiinirakenteessa, muun muassa X-kytketty alfatalassemia, Rubinstein-Taybi-oireyhtymä, Coffin-Lowry-oireyhtymä, Rett-oireyhtymä.

Kromatiinityypit

Solussa on kahta tyyppiä kromatiinia, jotka paljastuvat värjäyksillä: euchromatin ("todellinen" kromatiini) ja heterochromatin. Ensimmäisessä tapauksessa värjäytymistä havaitaan heikosti, kun taas toisessa värjäys on voimakasta.

Tämä DNA: n rakenteellinen organisaatio on ainutlaatuinen eukaryoottisille organismeille ja on ratkaisevan tärkeä kromosomien käyttäytymiselle ja geenien ilmentymisen säätelylle.

Jos arvioimme molempien kromatiinityyppien osuuksia välivaiheessa olevassa solussa, havaitaan, että noin 90% kromatiinista on euchromatiinia ja loput 10% vastaa heterokromatiinia. Kuvailemme kutakin tyyppiä yksityiskohtaisesti alla:

I. Heterokromatiini

ominaisuudet

Suurin ero, joka esiintyy molempien kromatiinityyppien välillä, liittyy molekyylin tiivistymisasteeseen tai "pakkaamiseen" solunjakautumisen erityisissä vaiheissa.

Vaikka geneettinen materiaali näyttää olevan hajanaisesti rajapinnalla, se ei ole tällä tavalla.

Tässä vaiheessa on merkittävä organisaatio, jossa kromosomaalisen materiaalin erilainen osio voidaan nähdä ytimessä.

Kromosomien DNA ei kietoudu muiden kromosomien DNA-juosteen kanssa ja pysyy tietyillä alueilla, joita kutsutaan kromosomaalisiin alueisiin. Tämä organisaatio näyttää edistävän geenien ilmentymistä.

Heterokromatiini on tiivistynyt voimakkaasti, joten se ei pääse transkriptiokoneille - joten sitä ei kirjoiteta. Se on myös huono geenimääränsä suhteen.

Heterokromatiinityypit

Tietyt heterokromatiinialueet ovat pysyviä läpi solulinjojen - ts. Se käyttäytyy aina kuin heterokromatiini. Tämän tyyppinen heterokromatiini tunnetaan konstitutiivisena. Esimerkki tästä on kromosomien tiivistyneet alueet, joita kutsutaan sentromeereiksi ja telomeereiksi.

Sitä vastoin on heterokromatiinin osia, jotka voivat vaihdella tiivistymisen tasoa vasteena kehitysmallien tai ympäristömuuttujien muutoksiin.

Uusien tutkimusten ansiosta tätä näkemystä muotoillaan uudelleen, ja nyt on näyttöä siitä, että myös konstitutiivinen heterokromatiini on dynaaminen ja kykenevä reagoimaan ärsykkeisiin.

Rakenne

Yksi kromatiinin rakennetta määrittelevistä tekijöistä on histonien kemialliset modifikaatiot. Jos kyseessä on kromatiini, joka on transkriptionaalisesti inaktiivinen, niillä on hypoasetyloituja histoneja.

Asetyyliryhmien lukumäärän lasku liittyy geenien vaimentamiseen, koska se ei peitä lysiinien positiivista varausta, mahdollistaen vahvan sähköstaattisen vuorovaikutuksen DNA: n ja histonien välillä.

Toinen epigeneettinen tuotemerkki on metylaatio. Koska metyyliryhmän lisääminen ei kuitenkaan modifioi proteiinin varausta, sen seuraus (geenien aktivointi tai deaktivointi) ei ole niin ilmeinen ja riippuu histonin alueesta, josta merkki löytyy.

Empiirisesti on havaittu, että H3K4me3: n ja H3K36me3: n metylaatio liittyy geenin aktivaatioon ja H3K9me3: n ja H3K27me3: n metylaatioon.

ominaisuudet

Konstitutiivisen heterokromatiinin esimerkissä mainitaan sentromeeri. Tällä kromosomaalisella alueella on rakenteellinen rooli ja se myötävaikuttaa kromosomien liikkeeseen sekä mitoottisten että mejoottisten solujen jakautumistapahtumien aikana.

II. eukromatiini

ominaisuudet

Päinvastoin kuin heterokromatiini, euchromatiini on vähemmän kompakti molekyyli, joten transkriptiokoneilla on helppo pääsy (erityisesti RNA-polymeraasientsyymi) ja sitä voidaan ekspressoida aktiivisesti geneettisten reittien kautta.

Rakenne

Transkriptionaalisesti aktiivisen kromatiinin nukleosomin rakenteelle on ominaista asetyloidut histonit. Monometyloitujen lysiinien läsnäolo liittyy myös geenin aktivointiin.

Asetyyliryhmän lisääminen näihin histonilysiinitähteisiin neutraloi mainitun aminohapon positiivisen varauksen. Tämän muutoksen välitön seuraus on histonin ja DNA: n välisten sähköstaattisten vuorovaikutusten vähentyminen, jolloin muodostuu löysämpi kromatiini.

Tämä rakennemuutos mahdollistaa geneettisen materiaalin vuorovaikutukset transkriptionaalisen koneiston kanssa, jolle on tunnusomaista se, että se on erityisen tilaa vievä.

ominaisuudet

Eukromatiini kattaa kaikki geenit, jotka ovat aktiivisia ja joutuvat saavuttamaan transkriptioon liittyvien entsymaattisten koneiden avulla. Siksi toiminnot ovat yhtä laajat kuin mukana olevien geenien toiminnot.

Viitteet

1. Grewal, SI, ja Moazed, D. (2003). Heterokromatiini ja geeniekspression epigeneettinen hallinta. tiede, 301 (5634), 798 - 802.
2. Jost, KL, Bertulat, B., ja Cardoso, MC (2012). Heterokromatiini ja geenipaikannus: sisällä, ulkopuolella, millä tahansa puolella ?. Kromosoma, 121 (6), 555 - 563.
3. Lewin, B. (2008). Geenit IX. Jones ja Bartlett Publishers.
4. Tollefsbol, TO (2011). Epigenetian käsikirja. Academic Press.
5. Wang, J., Jia, ST ja Jia, S. (2016). Uudet käsitykset heterokromatiinin säätelystä. Genetiikan suuntaukset: TIG, 32 (5), 284–294.
6. Zhang, P., Torres, K., Liu, X., Liu, CG, ja Pollock, RE (2016). Katsaus solujen kromatiinia sääteleviin proteiineihin. Nykyinen proteiini- ja peptiditiede, 17 (5), 401–410.