ما هو تغليف الحمض النووي؟ (في بدائيات النوى وحقيقيات النوى)

ال تغليف الحمض النووي هو مصطلح يحدد الضغط المتحكم فيه للحمض النووي داخل الخلية. في أي خلية (وفي الواقع ، ولا حتى في الفيروسات) ، يكون الحمض النووي مجانيًا ومتراخًا وفي حل حقيقي.

الحمض النووي جزيء طويل للغاية ، بالإضافة إلى ذلك ، يتفاعل دائمًا مع مجموعة كبيرة من البروتينات المختلفة. للمعالجة والميراث والسيطرة على التعبير عن الجينات التي يحملها ، يعتمد الحمض النووي منظمة مكانية معينة. يتم تحقيق ذلك عن طريق الخلية التي تتحكم بشكل صارم في كل خطوة من عبوات الحمض النووي عند مستويات مختلفة من الضغط.

الفيروسات لديها استراتيجيات التعبئة والتغليف المختلفة للأحماض النووية الخاصة بهم. واحدة من المفضلة هي تشكيل اللوالب المدمجة. يمكن القول أن الفيروسات عبارة عن أحماض نووية مغلفة في البروتينات التي تغطيها وتحميها وتعبئها.

في بدائيات النوى ، يرتبط الحمض النووي بالبروتينات التي تحدد تكوين الحلقات المعقدة في بنية تسمى النواة. الحد الأقصى لمستوى ضغط الحمض النووي في خلية حقيقية النواة ، من ناحية أخرى ، هو كروموسوم الانقسام أو الانقسام.

المثال الوحيد الذي لا يتم فيه تغليف B-DNA هو مختبر الأبحاث الذي يسعى لتحقيق هذا الغرض.

مؤشر

• 1 هيكل الحمض النووي
• 2 النواة البكتيرية
• 3 مستويات ضغط الكروموسوم حقيقي النواة
  • 3.1 النواة
  • 3.2 الألياف من 30 نانومتر
  • 3.3 العلاقات والمنعطفات
• 4 انضغاط الدنا المضغوطة
• 5 المراجع

هيكل الحمض النووي

يتكون الحمض النووي من خلال نطاقين مضادين متوازيين يشكلان حلزونية مزدوجة. كل واحد منهم يعرض هيكل عظمي من الروابط فسفودستر التي تربط السكريات مع القواعد النيتروجينية.

داخل الجزيء ، تشكل القواعد النيتروجينية لفرقة واحدة روابط هيدروجينية (اثنان أو ثلاثة) مع النطاق التكميلي.

في جزيء كهذا ، تظهر معظم زوايا الرابطة المهمة دورانًا حرًا. إن روابط مجموعة النيتروجين والسكر والفوسفات والسندات الفوسفاتية مرنة.

هذا يسمح للحمض النووي ، الذي يُرى كقضيب مرن ، بإظهار بعض القدرة على الانحناء والملف. تسمح هذه المرونة للحمض النووي باعتماد هياكل محلية معقدة ، وتكوين روابط تفاعلية على مسافة قصيرة ومتوسطة وطويلة.

تشرح هذه المرونة أيضًا كيف يمكن الحفاظ على مترين من الحمض النووي في كل خلية مضاعفة للإنسان. في gamete (الخلية الفردية) ، سيكون مقياس الحمض النووي.

النواة البكتيرية

على الرغم من أنها ليست قاعدة غير قابلة للكسر ، إلا أن الكروموسوم البكتيري موجود كجزيء واحد من جزيء الحمض النووي DNA المزدوج تقطعت بهم السبل.

اللولب المزدوج يلوي أكثر على نفسه (أكثر من 10 نقاط أساس لكل ثورة) مما ينتج عنه بعض الضغط. يتم أيضًا إنشاء عقدة محلية بفضل عمليات المعالجة التي يتم التحكم فيها بشكل إنزيمي.

بالإضافة إلى ذلك ، هناك تسلسلات في الحمض النووي تسمح للنطاقات بتشكيلها في حلقات كبيرة. نحن ندعو الهيكل الناتج عن supererollamiento وأمر nucleoide الحلقات.

تخضع هذه التغييرات الحيوية بفضل بعض البروتينات التي توفر بعض الاستقرار الهيكلي للكروموسوم المضغوط. درجة الانضغاط في البكتيريا والعتائق تتسم بالكفاءة بحيث يمكن أن يكون هناك أكثر من كروموسوم واحد لكل نواة..

يقوم النوكليود بضغط الحمض النووي بدائيات النواة 1000 مرة على الأقل. التركيب الطوبولوجي للنواة هو جزء أساسي من تنظيم الجينات التي يحملها الكروموسوم. وهذا هو ، هيكل وظيفة تشكل نفس الوحدة.

مستويات ضغط الكروموسوم حقيقي النواة

الحمض النووي في نواة حقيقية النواة ليس عارياً. يتفاعل مع العديد من البروتينات ، وأهمها هي هيستون. هيستون هي بروتينات صغيرة ذات شحنة موجبة ترتبط بالحمض النووي بطريقة غير محددة.

في النواة ما نلاحظه هو مركب DNA: هيستون ، والذي نسميه الكروماتين. الكروماتين عالي التكثيف ، والذي لا يتم التعبير عنه عادة ، هو heterochromatin. على النقيض من ذلك ، فإن أقل (ضغط) ، أو euchromatin ، هو الكروماتين مع الجينات التي يتم التعبير عنها.

يحتوي الكروماتين على عدة مستويات من الضغط. الأكثر ابتدائية هو أن النواة. تليها الألياف اللولبية وحلقات كروماتين الطور. فقط عندما يتم تقسيم كروموسوم ، يتم عرض أقصى مستويات الضغط.

النواة

النواة هي الوحدة الأساسية لتنظيم الكروماتين. تتشكل كل نواة من قبل octamer من histones التي تشكل نوعا من البرميل.

يتم تشكيل octamer بواسطة نسختين من كل من هيستون H2A و H2B و H3 و H4. من حولهم ، يعطي الحمض النووي حوالي 1.7 لفة. يتبعه جزء بسيط من الحمض النووي الحر يسمى 20 pb linker المرتبطة بـ histone H1 ، ثم نواة أخرى. كمية الحمض النووي في النوكليوزوم والتي تربطها بأخرى هي حوالي 166 زوجًا أساسيًا.

هذه الخطوة لتعبئة الحمض النووي المضغوط للجزيء حوالي 7 مرات. هذا هو ، ذهبنا من متر إلى ما يزيد قليلا عن 14 سم من الحمض النووي.

هذه العبوة ممكنة لأن الهيستونات الموجبة تلغي الشحنة السالبة للحمض النووي وما ينتج عن ذلك من دفعة ذاتية كهربائية. والسبب الآخر هو أن الحمض النووي يمكن أن ينحني بطريقة يمكن أن تدور octamer هيستون.

الألياف من 30 نانومتر

يتم إضافة ألياف الخرز في قلادة تشكل العديد من النوكليوزومات المتعاقبة في هيكل أكثر إحكاما.

على الرغم من أننا لا نعرف الهيكل الذي تتبناه بالفعل ، إلا أننا نعرف أنه يصل سمكه إلى حوالي 30 نانومتر. هذا هو ما يسمى الألياف 30 نانومتر. هيستون H1 ضروري لتشكيله واستقراره.

الالياف 30 نانومتر هي الوحدة الهيكلية الأساسية من heterochromatin. أن من النيوكليوسومات التراخي ، أن euchromatin.

العلاقات والمنعطفات

ال 30 نانومتر الألياف ، ومع ذلك ، ليست خطية تماما. على العكس من ذلك ، فإنه يشكل حلقات طولها حوالي 300 نانومتر ، بطريقة أفعواني ، على مصفوفة بروتين غير معروفة.

هذه الحلقات على مصفوفة البروتين تشكل ألياف كروماتين أكثر إحكاما بقطر 250 نانومتر. وأخيراً ، يتم محاذاتها بطريقة سمك اللولب البسيط 700 نانومتر مما يؤدي إلى ظهور أحد الكروماتيدات الشقيقة لكروموسوم الانقسام..

في النهاية ، يتم ضغط الحمض النووي الموجود في الكروماتين النووي حوالي 10،000 مرة في كروموسوم الخلية المنقسمة. في النواة بين الأطوار ، يكون انضغاطها مرتفعًا أيضًا لأنه حوالي 1000 مرة مقارنةً بالحمض النووي "الخطي".

الانقباضي ضغط الحمض النووي

في عالم البيولوجيا التطورية ، يقال إن تكوين التصلب اللثوي يعيد تعيين الجينوم. وهذا يعني أنه يمحو علامات الحمض النووي التي أوضحت حياة المنشئ للمشيم.

وتشمل هذه العلامات مثيلة الحمض النووي والتعديلات التساهمية للهيستونات (رمز هيستون). ولكن ليس كل epigenome هو إعادة تعيين. ما تبقى مع العلامات التجارية سيكون مسؤولاً عن البصمة الوراثية للأم أو الأم.

إعادة الضمنية إلى التولد اللامع أسهل في رؤية الحيوانات المنوية. في الحيوانات المنوية ، لا يتم تعبئة الحمض النووي مع هيستون. لذلك ، فإن المعلومات المرتبطة بتعديلاته في كائن المنتج ، بشكل عام ، ليست موروثة.

في الحيوانات المنوية يتم تعبئة الحمض النووي بفضل التفاعل مع بروتينات ربط الحمض النووي غير المحددة التي تسمى البروتينات. هذه البروتينات تشكل جسور ثاني كبريتيد لبعضها البعض ، وبالتالي تساعد على تشكيل طبقات من الحمض النووي المتراكبة التي لا تتصدى كهربائيا.

مراجع

1. Alberts، B.، Johnson، A.D.، Lewis، J.، Morgan، D.، Raff، M.، Roberts، K.، Walter، P. (2014) Molecular Biology of the Cell (6th Edition). دبليو دبليو نورتون وشركاه ، نيويورك ، نيويورك ، الولايات المتحدة الأمريكية.
2. Annunziato، A. (2008) DNA DNA: Nucleosomes and chromatin. تعليم الطبيعة 1:26. (Https://www.nature.com/scitable/topicpage/dna-packaging-nucleosomes-and-chromatin-310).
3. Brooker، R. J. (2017). علم الوراثة: التحليل والمبادئ. ماكجرو هيل التعليم العالي ، نيويورك ، نيويورك ، الولايات المتحدة الأمريكية.
4. Martínez-Antonio، A. Medina-Rivera، A.، Collado-Vides، J. (2009) خريطة هيكلية ووظيفية لنواة جرثومية. بيولوجيا الجينوم ، دوي: 10.1186 / gb-2009-10-12-247.
5. Mathew-Fenn، R. S، Das، R.، Harbury، P. A. B. (2008) Remeasuring the double helix. العلم ، 17: 446-449.
6. ترافرز ، A. A. (2004) الأساس الهيكلي لمرونة الحمض النووي. المعاملات الفلسفية للجمعية الملكية في لندن ، السلسلة أ ، 362: 1423-1438.
7. ترافرز ، A. ، Muskhelishvili ، G. (2015) بنية الحمض النووي وظيفة. FEBS Journal ، 282: 2279-2295.