NUKLEOSOM: FUNGSI, KOMPOSISI DAN STRUKTUR - BIOLOGI - 2026

The nucleosome adalah unit pembungkusan asas DNA dalam organisma eukariot. Oleh itu, ia adalah elemen pemampatan terkecil untuk kromatin.

Nukleosom dibina sebagai oktamer protein yang disebut histon, atau struktur berbentuk gendang di mana kira-kira 140 nt DNA dililit, membuat hampir dua putaran lengkap.

Struktur nukleosom

Selain itu, tambahan DNA 40-80 nt dianggap sebagai sebahagian daripada nukleosom, dan pecahan DNA yang memungkinkan kesinambungan fizikal antara satu nukleosom dengan yang lain dalam struktur kromatin yang lebih kompleks (seperti serat kromatin 30 nm).

Kod histone adalah salah satu elemen kawalan epigenetik yang paling baik difahami secara molekul.

ciri-ciri

Nukleosom membolehkan:

• Pembungkusan DNA agar sesuai di ruang nukleus yang terhad.
• Mereka menentukan pembahagian antara kromatin yang dinyatakan (euchromatin) dan kromatin senyap (heterokromatin).
• Mereka menyusun semua kromatin secara spasial dan berfungsi dalam nukleus.
• Mereka mewakili substrat modifikasi kovalen yang menentukan ekspresi, dan tahap ekspresi, dari gen yang mengkod protein melalui apa yang disebut kod histone.

Komposisi dan struktur

Dalam pengertiannya yang paling asas, nukleosom terdiri dari DNA dan protein. DNA boleh jadi hampir semua DNA jalur dua yang terdapat di dalam nukleus sel eukariotik, sementara protein nukleosom semuanya tergolong dalam kumpulan protein yang disebut histon.

Histon adalah protein kecil dengan banyak sisa asid amino asas; Ini memungkinkan untuk mengatasi cas DNA negatif yang tinggi dan mewujudkan interaksi fizikal yang cekap antara kedua molekul tersebut tanpa mencapai kekakuan ikatan kimia kovalen.

Histones membentuk oktamer seperti gendang dengan dua salinan atau monomer setiap histon H2A, H2B, H3, dan H4. DNA membuat hampir dua putaran lengkap di sisi oktamer dan kemudian dilanjutkan dengan pecahan DNA penghubung yang bersekutu dengan histon H1, untuk kembali untuk memberikan dua putaran lengkap pada oktamer histone yang lain.

Set oktamer, DNA yang berkaitan, dan DNA penghubung yang sesuai, adalah nukleosom.

Pemadatan kromatin

DNA genom terdiri daripada molekul yang sangat panjang (lebih dari satu meter bagi manusia, dengan mempertimbangkan semua kromosomnya), yang mesti dipadatkan dan disusun dalam nukleus yang sangat kecil.

Langkah pertama dalam pemadatan ini dilakukan melalui pembentukan nukleosom. Dengan langkah ini sahaja, DNA dipadatkan sekitar 75 kali.

Ini menimbulkan serat linier dari mana tahap pemadatan kromatin berikutnya dibina: serat 30 nm, gelung, dan gelung gelung.

Apabila sel membelah, baik dengan mitosis atau meiosis, tahap pemadatan utama adalah kromosom mitotik atau meiotik itu sendiri.

Kod histone dan ungkapan gen

Fakta bahawa oktamer histon dan DNA berinteraksi secara elektrostatik menjelaskan sebahagiannya kaitan berkesan mereka, tanpa kehilangan kelancaran yang diperlukan untuk menjadikan unsur-unsur nukleosom dinamik pemadatan dan penguraian kromatin.

Tetapi ada unsur interaksi yang lebih mengejutkan: hujung histon N-terminal terdedah di luar bahagian dalam oktamer yang lebih padat dan lengai.

Hujung-ujung ini tidak hanya berinteraksi secara fizikal dengan DNA, tetapi juga mengalami serangkaian modifikasi kovalen yang bergantung kepada tahap pemadatan kromatin dan ekspresi DNA yang berkaitan.

Kumpulan pengubahsuaian kovalen, dari segi jenis dan nombor, antara lain, secara kolektif dikenali sebagai kod histone. Pengubahsuaian ini merangkumi fosforilasi, metilasi, asetilasi, ubiquitination, dan sumoylation arginine dan residu lisin di N-termini histon.

Setiap perubahan, bersama dengan yang lain dalam molekul yang sama atau dalam residu histon lain, terutama histon H3, akan menentukan ekspresi atau tidak DNA yang berkaitan, serta tahap pemadatan kromatin.

Sebagai peraturan umum, telah dilihat, misalnya, bahawa histon hiperetilasi dan hipoasetilasi menentukan bahawa DNA yang berkaitan tidak dinyatakan dan kromatin terdapat dalam keadaan yang lebih padat (heterokromatik, dan oleh itu, tidak aktif).

Sebaliknya, DNA eukromatik (kurang padat, dan aktif secara genetik) dikaitkan dengan kromatin yang histonnya hiperasetilasi dan hipometilasi.

Euchromatin vs heterochromatin

Kita telah melihat bahawa status pengubahsuaian kovalen histon dapat menentukan tahap ekspresi dan pemadatan kromatin tempatan. Pada peringkat global, pemadatan kromatin juga diatur oleh modifikasi kovalen histon dalam nukleosom.

Sebagai contoh, telah ditunjukkan bahawa heterokromatin konstitutif (yang tidak pernah dinyatakan, dan padat) cenderung melekat pada lamina nuklear, membiarkan liang nuklear bebas.

Sebaliknya, euchromatin konstitutif (yang selalu dinyatakan, seperti yang merangkumi gen penyelenggaraan sel, dan terletak di kawasan laxromatin), melakukannya dalam gelung besar yang mendedahkan DNA untuk ditranskripsikan ke mesin transkripsi .

Kawasan DNA genom lain berayun di antara kedua keadaan ini bergantung pada masa perkembangan organisma, keadaan pertumbuhan, identiti selular, dll.

Fungsi lain

Untuk memenuhi rancangan mereka untuk pengembangan, ekspresi dan pemeliharaan sel, genom organisma eukariotik harus mengatur dengan baik kapan dan bagaimana potensi genetik mereka harus nyata.

Bermula kemudian dari maklumat yang tersimpan dalam gen mereka, ini terletak di inti di kawasan tertentu yang menentukan keadaan transkripsinya.

Oleh itu, kita dapat mengatakan bahawa peranan asas nukleosom yang lain, melalui perubahan kromatin yang dapat ditentukan, adalah organisasi atau seni bina nukleus yang menempatkannya.

Senibina ini diwarisi dan dipelihara secara filogenik berkat adanya elemen pembungkusan maklumat modular ini.

Rujukan

1. Alberts, B., Johnson, AD, Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., Walter, P. (2014) Molekul Biologi Sel ( Edisi ^ke- 6 ). WW Norton & Company, New York, NY, Amerika Syarikat.
2. Brooker, RJ (2017). Genetik: Analisis dan Prinsip. Pengajian Tinggi McGraw-Hill, New York, NY, Amerika Syarikat.
3. Cosgrove, MS, Boeke, JD, Wolberger, C. (2004). Mobiliti nukleosom terkawal dan kod histon. Biologi Struktural & Molekul Alam, 11: 1037-43.
4. Goodenough, UW (1984) Genetik. WB Saunders Co. Ltd, Pkiladelphia, PA, Amerika Syarikat.
5. Griffiths, AJF, Wessler, R., Carroll, SB, Doebley, J. (2015). Pengenalan kepada Analisis Genetik ( edisi ^ke- 11 ). New York: WH Freeman, New York, NY, Amerika Syarikat.