CHROMATIN: JENIS, CIRI, STRUKTUR, FUNGSI - BIOLOGI - 2026

The chromatin adalah kompleks yang dibentuk oleh DNA dan protein sahaja dalam organisma eukariot. Dari segi perkadaran, ia mengandungi hampir dua kali lebih banyak protein daripada bahan genetik. Protein yang paling penting dalam kompleks ini adalah histon - protein kecil yang bermuatan positif yang mengikat DNA melalui interaksi elektrostatik. Selain itu, kromatin mempunyai lebih daripada seribu protein selain histon.

Unit asas kromatin adalah nukleosom, yang terdiri daripada penyatuan histon dan DNA. Susunan ini mengingatkan pada manik-manik pada kalung. Setelah melalui semua peringkat organisasi DNA yang lebih tinggi, kita akan sampai pada kromosom.

Sumber: Chromatin_nucleofilaments.png: Chris Woodcockderivatif kerja: Gouttegd

Struktur kromatin berkait rapat dengan kawalan ekspresi gen. Terdapat dua jenis utama: euchromatin dan heterochromatin.

Euchromatin dicirikan dengan tahap pemadatan yang rendah, yang bermaksud tahap transkripsi yang tinggi. Sebaliknya, heterokromatin tidak transkripsi tidak aktif, kerana tahap pemadatannya yang tinggi.

Secara struktural terdapat tanda epigenetik histon khas dari kedua-dua jenis kromatin. Walaupun euchromatin dikaitkan dengan asetilasi, heterokromatin dikaitkan dengan penurunan kumpulan kimia.

Terdapat beberapa kawasan heterokromatin dengan fungsi struktur, seperti telomer dan sentromer.

Perspektif bersejarah

Kajian mengenai bahan genetik dan organisasi strukturnya bermula pada tahun 1831 ketika penyelidik Robert Brown menerangkan inti. Salah satu persoalan langsung penemuan ini adalah dengan bertanya mengenai sifat biologi dan kimia struktur ini.

Soalan-soalan ini mula dijelaskan antara tahun 1870 dan 1900, dengan eksperimen Friedrich Miescher, yang memperkenalkan kata nuklein. Walau bagaimanapun, Walther Flemming mengubah istilah dan menggunakan kromatin untuk merujuk kepada bahan nuklear.

Dengan berlalunya masa, seseorang mula mendapat pengetahuan yang lebih mendalam mengenai bahan genetik dan sifatnya. Tidak sampai tahun 1908 ketika penyelidik Itali, Pasquale Baccarini memperhatikan bahawa kromatin tidak homogen dan berjaya memvisualisasikan badan-badan kecil di dalam nukleus.

Jenis kromatin - euchromatin dan heterochromatin - awalnya dicadangkan oleh Emil Heitz pada tahun 1928. Untuk menetapkan klasifikasi ini, Heitz bergantung pada penggunaan noda.

Pada tahun 1974, ahli biologi Roger Kornberg mencadangkan model untuk organisasi bahan genetik dalam struktur yang dikenali sebagai nukleosom, hipotesis yang disahkan secara empirikal oleh eksperimen Markus Noll.

Apa itu kromatin?

Komponen kromatin: DNA dan protein

Chromatin adalah nukleoprotein yang dibentuk oleh penyatuan bahan genetik - DNA - dengan sekumpulan protein yang heterogen. Perhubungan ini sangat dinamik dan memperoleh konformasi tiga dimensi yang kompleks yang membolehkannya menjalankan fungsi peraturan dan strukturnya.

Salah satu protein yang paling penting dalam kromatin adalah histon, yang terdapat dalam perkadaran yang hampir sama dengan DNA.

Histon adalah protein asas, yang sangat terpelihara sepanjang sejarah evolusi makhluk organik - iaitu, histon kita tidak banyak berubah dibandingkan dengan mamalia lain, bahkan haiwan lain yang lebih jauh secara filogenetik.

Cas histon adalah positif, sehingga dapat berinteraksi melalui daya elektrostatik dengan muatan negatif tulang belakang fosfat yang terdapat dalam DNA. Terdapat lima jenis histon, iaitu: H1, H2A, H2B, H3, dan H4.

Terdapat juga sejumlah protein yang berbeza daripada histon yang mengambil bahagian dalam pemadatan DNA.

Pemadatan DNA: nukleosom

Unit asas kromatin adalah nukleosom - struktur berulang terdiri dari DNA dan histon, suatu konformasi yang terdapat di seluruh bahan genetik.

Heliks ganda DNA dimasukkan ke dalam kompleks lapan histon yang dikenali sebagai oktamer histon. Molekul berpusing menjadi kira-kira dua putaran, diikuti oleh kawasan pendek (antara 20 dan 60 pasangan asas) yang memisahkan nukleosom antara satu sama lain.

Untuk memahami organisasi ini, kita mesti mengambil kira bahawa molekul DNA sangat panjang (kira-kira 2 meter) dan mesti dililit dengan teratur untuk membentuk dirinya dalam nukleus (yang diameternya 3 hingga 10 µm). Selanjutnya, ia mesti disediakan untuk replikasi dan transkripsi.

Objektif ini dicapai dengan tahap pemadatan DNA yang berbeza, yang pertama adalah nukleosom yang disebutkan di atas. Ini menyerupai manik-manik pada kalung mutiara. Kira-kira 150 pasang asas DNA dilukai di rumah.

Tidak ada kisah benar mengenai bakteria. Sebaliknya, terdapat serangkaian protein yang mengingatkan pada histon dan ini dianggap menyumbang kepada pembungkusan DNA bakteria.

Organisasi teratas

Organisasi kromatin tidak terhad pada tahap nukleosom. Gabungan protein dan DNA ini dikumpulkan bersama dalam struktur lebih tebal sekitar 30 nm - kerana ketebalan ini disebut tahap "serat 30 nm".

Kromatin yang disusun dalam ketebalan 30 nm disusun dalam bentuk gelung yang memanjang pada sejenis perancah sifat protein (bukan histon).

Ini adalah model yang sedang digunakan, walaupun mekanisme pemadatan yang lebih kompleks dapat diharapkan. Organisasi terakhir terdiri daripada kromosom.

Kesalahan dalam organisasi kromatin

Pemadatan dan penyusunan bahan genetik sangat penting untuk pelbagai fungsi biologi. Pelbagai keadaan perubatan telah dikaitkan dengan kesalahan dalam struktur kromatin, termasuk talasemia alpha-terkait X, sindrom Rubinstein-Taybi, sindrom Coffin-Lowry, sindrom Rett, antara lain.

Jenis kromatin

Terdapat dua jenis kromatin di dalam sel, yang diungkapkan oleh penggunaan noda: euchromatin (kromatin "benar") dan heterokromatin. Pada kes pertama pewarnaan diamati dengan lemah, sementara yang kedua pewarnaannya sangat kuat.

Organisasi struktur DNA ini unik untuk organisma eukariotik dan sangat penting untuk tingkah laku kromosom dan pengaturan ekspresi gen.

Sekiranya kita menilai perkadaran kedua-dua jenis kromatin dalam sel yang berada di antara muka, kita dapati bahawa kira-kira 90% kromatin adalah euchromatin dan selebihnya 10% sepadan dengan heterokromatin. Kami akan menerangkan setiap jenis secara terperinci di bawah:

I. Heterokromatin

ciri

Perbezaan utama yang terdapat di antara kedua-dua jenis kromatin adalah berkaitan dengan tahap pemadatan atau "pembungkusan" molekul semasa peringkat tertentu dalam pembahagian sel.

Walaupun bahan genetik kelihatan tersebar secara rawak di antara muka, ia tidak dengan cara ini.

Terdapat organisasi yang signifikan pada tahap ini, di mana partisi pembezaan bahan kromosom dapat dilihat di dalam nukleus.

DNA kromosom tidak berkait dengan helai DNA kromosom lain dan tetap di kawasan tertentu yang disebut wilayah kromosom. Organisasi ini nampaknya menyumbang kepada ekspresi gen.

Heterokromatin sangat pekat, menjadikannya tidak dapat diakses oleh mesin transkripsi - sehingga tidak ditranskrip. Ia juga kurang baik dari segi jumlah gen yang dimilikinya.

Jenis-jenis heterokromatin

Kawasan heterokromatin tertentu berterusan di seluruh garis keturunan sel - iaitu, ia akan selalu berkelakuan seperti heterokromatin. Jenis heterokromatin ini dikenali sebagai konstitutif. Contohnya ialah kawasan kromosom pekat yang disebut sentromer dan telomer.

Sebaliknya, terdapat bahagian heterokromatin yang dapat mengubah tahap pemadatan sebagai tindak balas terhadap perubahan corak perkembangan atau pemboleh ubah persekitaran.

Berkat kajian baru, pandangan ini sedang dirumuskan dan sekarang ada bukti bahawa heterokromatin konstitutif juga dinamis dan mampu bertindak balas terhadap rangsangan.

Struktur

Salah satu faktor yang menentukan struktur kromatin adalah pengubahsuaian kimia histon. Sekiranya kromatin tidak transkripsi tidak aktif, mereka menunjukkan histon hypoacetylated.

Penurunan bilangan kumpulan asetil dikaitkan dengan membungkam gen, kerana ia tidak menutupi muatan positif lisin, yang memungkinkan interaksi elektrostatik yang kuat antara DNA dan histon.

Jenama epigenetik lain adalah metilasi. Walau bagaimanapun, kerana penambahan kumpulan metil tidak mengubah muatan protein, akibatnya (mengaktifkan atau menyahaktifkan gen) tidak begitu jelas dan akan bergantung pada kawasan histon di mana tanda itu dijumpai.

Secara empirik telah dijumpai bahawa metilasi H3K4me3 dan H3K36me3 dikaitkan dengan pengaktifan gen dan H3K9me3 dan H3K27me3.

ciri-ciri

Dalam contoh heterokromatin konstitutif kita menyebut centromere. Kawasan kromosom ini mempunyai peranan struktur dan menyumbang kepada pergerakan kromosom semasa kejadian pembahagian sel mitotik dan meiotik.

II. Euchromatin

ciri

Berbeza dengan heterokromatin, euchromatin adalah molekul yang kurang padat, jadi mesin transkripsi mempunyai akses mudah (khususnya enzim polimerase RNA) dan dapat dinyatakan secara aktif secara genetik.

Struktur

Struktur nukleosom kromatin aktif transkripsi dicirikan oleh histon asetilasi. Kehadiran lisin monometilasi juga dikaitkan dengan pengaktifan gen.

Penambahan kumpulan asetil ke dalam residu lisin histon ini meneutralkan muatan positif asid amino tersebut. Akibat langsung dari perubahan ini adalah pengurangan interaksi elektrostatik antara histon dan DNA, menghasilkan kromatin yang lebih longgar.

Pengubahsuaian struktur ini membolehkan interaksi bahan genetik dengan mesin transkrip, yang dicirikan oleh sangat besar.

ciri-ciri

Euchromatin merangkumi semua gen yang aktif dan berjaya dijangkau oleh mesin enzimatik yang berkaitan dengan transkripsi. Oleh itu, fungsinya seluas fungsi gen yang terlibat.

Rujukan

1. Grewal, SI, & Moazed, D. (2003). Heterokromatin dan kawalan epigenetik terhadap ekspresi gen. sains, 301 (5634), 798-802.
2. Jost, KL, Bertulat, B., & Cardoso, MC (2012). Heterokromatin dan kedudukan gen: di dalam, di luar, di mana-mana sisi ?. Kromosoma, 121 (6), 555–563.
3. Lewin, B. (2008). Gen IX. Penerbit Jones dan Bartlett.
4. Tollefsbol, HINGGA (2011). Buku Panduan Epigenetik. Akhbar Akademik.
5. Wang, J., Jia, ST, & Jia, S. (2016). Wawasan Baru mengenai Peraturan Heterochromatin. Trend genetik: TIG, 32 (5), 284-294.
6. Zhang, P., Torres, K., Liu, X., Liu, CG, & Pollock, RE (2016). Gambaran Keseluruhan Protein yang Mengatur Chromatin dalam Sel. Sains protein & peptida semasa, 17 (5), 401–410.