APA ITU PEMBUNGKUSAN DNA? - BIOLOGI - 2026

The pembungkusan DNA adalah istilah yang mentakrifkan pemadatan terkawal DNA dalam sel. Tidak ada sel (dan bahkan, tidak ada virus) tidak bebas DNA, longgar, dan dalam penyelesaian yang sebenarnya.

DNA adalah molekul yang sangat panjang yang juga selalu berinteraksi dengan pelbagai protein yang berlainan. Untuk memproses, mewarisi dan mengawal ekspresi gen yang dibawanya, DNA menggunakan organisasi spasial tertentu. Ini dicapai oleh sel dengan mengawal ketat setiap langkah pembungkusan DNA pada tahap pemadatan yang berbeza.

Chromatin: dari santai (kiri) hingga pekat (kanan). Diambil dari commons.wikimedia.org

Virus mempunyai strategi pembungkusan yang berbeza untuk asid nukleiknya. Salah satu kegemaran adalah salah satu pembentukan spiral padat. Boleh dikatakan bahawa virus adalah asid nukleik yang dikemas dalam protein yang melindungi, melindungi dan menggerakkannya.

Dalam prokariota, DNA dikaitkan dengan protein yang menentukan pembentukan gelung kompleks dalam struktur yang disebut nukleoid. Tahap maksimum pemadatan DNA dalam sel eukariotik, sebaliknya, adalah kromosom mitotik atau meiotik.

Satu-satunya contoh di mana B-DNA tidak dikemas adalah makmal penyelidikan yang mencapai tujuan tersebut.

Struktur DNA

DNA terdiri daripada dua jalur antiparallel yang membentuk heliks berganda. Masing-masing dari mereka mempunyai rangka ikatan fosfodiester di mana gula yang dihubungkan dengan asas nitrogen dilekatkan.

Di dalam molekul, asas nitrogen satu band membentuk ikatan hidrogen (dua atau tiga) dengan jalur pelengkap.

Dalam molekul seperti ini, kebanyakan sudut ikatan penting menunjukkan putaran bebas. Nitrogen asas-gula, kumpulan gula-fosfat, dan ikatan fosfodiester fleksibel.

Ini membolehkan DNA, yang dilihat sebagai batang fleksibel, untuk menunjukkan keupayaan untuk membengkok dan memutar. Fleksibiliti ini membolehkan DNA menggunakan struktur tempatan yang kompleks, dan membentuk gelung interaksi pada jarak pendek, sederhana dan jarak jauh.

Fleksibiliti ini juga menerangkan bagaimana DNA sepanjang 2 meter dapat dikekalkan dalam setiap sel diploid manusia. Dalam gamet (sel haploid), ia akan menjadi satu meter DNA.

Nukleoid bakteria

Walaupun ia bukan peraturan yang tidak dapat dipecahkan, kromosom bakteria wujud sebagai satu molekul DNA jalur ganda supercoiled.

Heliks berganda berpusing lebih banyak pada dirinya sendiri (lebih daripada 10 bp setiap putaran) sehingga menghasilkan sedikit pemadatan. Simpulan tempatan juga dihasilkan berkat manipulasi yang dikendalikan secara enzimatik.

Di samping itu, terdapat urutan dalam DNA yang membolehkan domain terbentuk dalam gelung besar. Kami memanggil struktur yang dihasilkan dari supercooling dan memerintahkan gelung sebagai nukleoid.

Ini mengalami perubahan dinamik berkat beberapa protein yang memberikan sedikit kestabilan struktur pada kromosom yang dipadatkan. Tahap pemadatan bakteria dan archaea sangat cekap sehingga terdapat lebih dari satu kromosom per nukleoid.

Nukleoid memampatkan DNA prokariotik sekurang-kurangnya 1000 kali. Struktur nukleoid yang sangat topologi adalah bahagian asas dalam pengaturan gen yang dibawa oleh kromosom. Artinya, struktur dan fungsi membentuk unit yang sama.

Tahap pemadatan kromosom eukariotik

DNA dalam nukleus eukariotik tidak telanjang. Ia berinteraksi dengan banyak protein, yang paling penting adalah histon. Histon adalah protein kecil yang bermuatan positif yang mengikat DNA dengan cara yang tidak spesifik.

Dalam inti yang kita perhatikan adalah DNA kompleks: histon, yang kita namakan kromatin. Kromatin yang sangat pekat, yang umumnya tidak dinyatakan, adalah heterokromatin. Sebaliknya, yang paling padat (longgar), atau euchromatin, adalah kromatin dengan gen yang dinyatakan.

Chromatin mempunyai pelbagai tahap pemadatan. Yang paling asas adalah nukleosom; Ia diikuti oleh gelung serat solenoid dan interphase chromatin. Hanya apabila kromosom membahagi tahap pemadatan maksimum ditunjukkan.

Nukleosom

Nukleosom adalah unit asas organisasi kromatin. Setiap nukleosom terdiri dari oktamer histon yang membentuk sejenis gendang.

Oktamer terdiri daripada dua salinan setiap histon H2A, H2B, H3 dan H4. Di sekitar mereka, DNA berlaku sekitar 1.7 kali. Ia diikuti oleh pecahan DNA bebas yang disebut penghubung 20 bp yang berkaitan dengan histon H1, dan kemudian nukleosom lain. Jumlah DNA dalam nukleosom dan yang mengikatnya dengan yang lain adalah kira-kira 166 pasangan asas.

Langkah pembungkusan DNA ini memampatkan molekul sekitar 7 kali. Kita pergi dari satu meter ke lebih dari 14 cm DNA.

Pembungkusan ini mungkin berlaku kerana histon positif membatalkan cas negatif DNA, dan penolakan diri elektrostatik akibatnya. Sebab lain ialah DNA dapat dibengkokkan sedemikian rupa sehingga dapat membalikkan oktamer histon.

Gentian 30nm

Serat manik-manik pada kalung yang dibentuk oleh banyak nukleosom berturut-turut kemudian menjadi struktur yang lebih padat.

Walaupun kita tidak jelas mengenai struktur apa yang sebenarnya diguna pakai, kita tahu bahawa ia mencapai ketebalan sekitar 30 nm. Ini adalah apa yang disebut serat 30 nm; Histone H1 sangat penting untuk pembentukan dan kestabilannya.

Serat 30 nm adalah unit struktur asas heterokromatin. Nukleosom yang lemah, eukromatin.

Ikatan dan giliran

Serat 30 nm, bagaimanapun, tidak sepenuhnya linear. Sebaliknya, ia membentuk gelung dengan panjang sekitar 300 nm, dengan cara berkelok-kelok, pada matriks protein yang sedikit diketahui.

Gelung ini pada matriks protein membentuk serat kromatin yang lebih padat berdiameter 250 nm. Akhirnya, mereka sejajar dengan heliks tunggal setebal 700 nm, yang menimbulkan salah satu kromatid saudara dari kromosom mitotik.

Pada akhirnya, DNA dalam kromatin nuklear memampatkan kira-kira 10,000 kali pada kromosom sel pembahagi. Dalam inti interphase pemadatannya juga tinggi kerana kira-kira 1000 kali dibandingkan dengan DNA "linear".

Pemadatan DNA meiotik

Dalam dunia biologi perkembangan, gametogenesis dikatakan dapat mengatur semula epigenome. Maksudnya, ia menghapus tanda DNA bahawa kehidupan orang yang menghasilkan gamet dihasilkan atau dialami.

Tag ini merangkumi metilasi DNA dan pengubahsuaian kovalen histon (Kod untuk histon). Tetapi tidak seluruh epigenome diset semula. Apa yang tinggal dengan tanda akan bertanggungjawab untuk jejak genetik bapa atau ibu.

Penyetelan semula secara implisit ke gametogenesis lebih mudah dilihat pada sperma. Dalam sperma, DNA tidak dibungkus dengan histon. Oleh itu, maklumat yang berkaitan dengan pengubahsuaiannya dalam organisma penghasil umumnya tidak diwarisi.

Dalam sperma, DNA dikemas berkat interaksi dengan protein pengikat DNA yang tidak spesifik yang disebut protamin. Protein ini membentuk ikatan disulfida antara satu sama lain, sehingga membantu membentuk lapisan DNA bertindih yang tidak saling tolak secara elektrostatik.

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. Annunziato, A. (2008) Pembungkusan DNA: Nukleosom dan kromatin. Pendidikan Alam 1:26. (https://www.nature.com/scitable/topicpage/dna-packaging-nucleosomes-and-chromatin-310).
3. Brooker, RJ (2017). Genetik: Analisis dan Prinsip. Pengajian Tinggi McGraw-Hill, New York, NY, Amerika Syarikat.
4. Martínez-Antonio, A. Medina-Rivera, A., Collado-Vides, J. (2009) Peta struktur dan fungsi nukleoid bakteria. Biologi Genom, doi: 10.1186 / gb-2009-10-12-247.
5. Mathew-Fenn, R. S, Das, R., Harbury, PAB (2008) Mengukur semula heliks berganda. Sains, 17: 446-449.
6. Travers, AA (2004) Asas struktur fleksibiliti DNA. Transaksi Falsafah Royal Society of London, Siri A, 362: 1423-1438.
7. Travers, A., Muskhelishvili, G. (2015) Struktur dan fungsi DNA. Jurnal FEBS, 282: 2279-2295.