- โครงสร้างดีเอ็นเอ
- นิวคลีออยด์ของแบคทีเรีย
- ระดับการบดอัดของโครโมโซมยูคาริโอต
- นิวคลีโอโซม
- เส้นใย 30 นาโนเมตร
- ความสัมพันธ์และการเปลี่ยนแปลง
- การบดอัดแบบไมโอติกของ DNA
- อ้างอิง
บรรจุภัณฑ์ของดีเอ็นเอเป็นคำที่กำหนดบดควบคุมของดีเอ็นเอในเซลล์ ไม่มีเซลล์ใด (และไม่มีแม้แต่ในไวรัส) ไม่มีดีเอ็นเอหลวมและอยู่ในวิธีแก้ปัญหาที่แท้จริง
DNA เป็นโมเลกุลที่ยาวมากซึ่งมักจะทำปฏิกิริยากับโปรตีนต่างๆมากมาย สำหรับการประมวลผลการถ่ายทอดทางพันธุกรรมและการควบคุมการแสดงออกของยีนที่ดำเนินการนั้น DNA ใช้องค์กรเชิงพื้นที่เฉพาะ เซลล์นี้ทำได้โดยการควบคุมบรรจุภัณฑ์ดีเอ็นเอแต่ละขั้นตอนอย่างเคร่งครัดในระดับการบดอัดที่แตกต่างกัน
โครมาติน: จากผ่อนคลาย (ซ้าย) ถึงควบแน่น (ขวา) นำมาจาก commons.wikimedia.org
ไวรัสมีกลยุทธ์ในการบรรจุกรดนิวคลีอิกที่แตกต่างกัน หนึ่งในรายการโปรดคือการก่อตัวของเกลียวขนาดกะทัดรัด อาจกล่าวได้ว่าไวรัสเป็นกรดนิวคลีอิกที่บรรจุอยู่ในโปรตีนที่ปกคลุมปกป้องและเคลื่อนย้ายพวกมัน
ในโปรคาริโอตดีเอ็นเอเกี่ยวข้องกับโปรตีนที่กำหนดการก่อตัวของลูปที่ซับซ้อนในโครงสร้างที่เรียกว่านิวคลีออยด์ ในทางกลับกันระดับสูงสุดของการบดอัดดีเอ็นเอในเซลล์ยูคาริโอตคือโครโมโซมไมโทติกหรือไมโอติก
ตัวอย่างเดียวที่ไม่ได้บรรจุ B-DNA คือห้องปฏิบัติการวิจัยที่ดำเนินการตามวัตถุประสงค์นั้น
โครงสร้างดีเอ็นเอ
ดีเอ็นเอประกอบด้วยแถบคู่ขนานสองวงที่ประกอบกันเป็นเกลียวคู่ แต่ละคนมีโครงกระดูกพันธะฟอสโฟดิสเตอร์ซึ่งติดน้ำตาลที่เชื่อมโยงกับฐานไนโตรเจน
ภายในโมเลกุลฐานไนโตรเจนของวงหนึ่งจะสร้างพันธะไฮโดรเจน (สองหรือสาม) กับแถบเสริม
ในโมเลกุลเช่นนี้มุมพันธะที่สำคัญส่วนใหญ่แสดงการหมุนอิสระ ฐานไนโตรเจน - น้ำตาลกลุ่มน้ำตาล - ฟอสเฟตและพันธะฟอสโฟดิสเตอร์มีความยืดหยุ่น
สิ่งนี้ช่วยให้ DNA ซึ่งถูกมองว่าเป็นแท่งที่ยืดหยุ่นสามารถแสดงความสามารถในการงอและบิดได้ ความยืดหยุ่นนี้ช่วยให้ DNA สามารถนำโครงสร้างเฉพาะที่ซับซ้อนมาใช้และสร้างลูปปฏิสัมพันธ์ในระยะทางสั้นกลางและยาว
ความยืดหยุ่นนี้ยังอธิบายถึงวิธีการรักษาดีเอ็นเอ 2 เมตรในเซลล์ดิพลอยด์แต่ละเซลล์ของมนุษย์ ในเซลล์สืบพันธุ์ (เซลล์เดียว) มันจะเป็นเมตรของดีเอ็นเอ
นิวคลีออยด์ของแบคทีเรีย
แม้ว่าจะไม่ใช่กฎที่ไม่สามารถแตกหักได้ แต่โครโมโซมของแบคทีเรียก็มีอยู่ในโมเลกุลดีเอ็นเอสองแถบที่มี supercoiled เดียว
เกลียวคู่บิดตัวมากขึ้น (มากกว่า 10 bp ต่อเทิร์น) จึงทำให้เกิดการบดอัด นอกจากนี้ยังสร้างนอตเฉพาะที่ด้วยการปรับเปลี่ยนที่ควบคุมด้วยเอนไซม์
นอกจากนี้ยังมีลำดับใน DNA ที่อนุญาตให้โดเมนรวมกันเป็นลูปขนาดใหญ่ เราเรียกโครงสร้างที่เกิดจาก supercooling และสั่งให้ลูปนิวคลีออยด์
สิ่งเหล่านี้ได้รับการเปลี่ยนแปลงแบบไดนามิกเนื่องจากโปรตีนบางชนิดที่ให้ความเสถียรของโครงสร้างแก่โครโมโซมที่ถูกบีบอัด ระดับการบดอัดในแบคทีเรียและอาร์เคียมีประสิทธิภาพมากจนสามารถมีโครโมโซมมากกว่าหนึ่งตัวต่อนิวคลีออยด์
นิวคลีออยด์บีบอัดดีเอ็นเอโปรคาริโอตอย่างน้อยประมาณ 1,000 ครั้ง โครงสร้างโทโพโลยีของนิวคลีออยด์เป็นส่วนพื้นฐานของการควบคุมยีนที่โครโมโซมดำเนินการ นั่นคือโครงสร้างและหน้าที่เป็นหน่วยเดียวกัน
ระดับการบดอัดของโครโมโซมยูคาริโอต
ดีเอ็นเอในนิวเคลียสยูคาริโอตไม่ได้เปลือยเปล่า มันทำปฏิกิริยากับโปรตีนหลายชนิดซึ่งสำคัญที่สุดคือฮิสโตน ฮิสโตนเป็นโปรตีนขนาดเล็กที่มีประจุบวกซึ่งจับกับดีเอ็นเอด้วยวิธีที่ไม่เฉพาะเจาะจง
ในนิวเคลียสสิ่งที่เราสังเกตเห็นคือ DNA ที่ซับซ้อน: ฮิสโตนซึ่งเราเรียกว่าโครมาติน โครมาตินควบแน่นสูงซึ่งโดยทั่วไปไม่แสดงออกคือเฮเทอโรโครมาติน ในทางตรงกันข้ามสารที่มีการบดอัดน้อยที่สุด (คลาย) หรือยูโครมาตินคือโครมาตินที่มียีนที่แสดงออกมา
โครมาตินมีการบดอัดในระดับต่างๆ พื้นฐานที่สุดคือนิวคลีโอโซม ตามด้วยโซลินอยด์ไฟเบอร์และลูปโครมาตินระหว่างเฟส ก็ต่อเมื่อโครโมโซมแบ่งตัวจะแสดงระดับการบดอัดสูงสุด
นิวคลีโอโซม
นิวคลีโอโซมเป็นหน่วยพื้นฐานของการจัดระเบียบของโครมาติน นิวคลีโอโซมแต่ละตัวประกอบด้วยฮิสโตนของอ็อกทาเมอร์ที่ประกอบกันเป็นดรัม
Octamer ประกอบด้วยสองสำเนาของฮิสโตน H2A, H2B, H3 และ H4 แต่ละชุด DNA อยู่รอบ ๆ ตัวพวกเขา 1.7 เท่า ตามด้วยส่วนของดีเอ็นเออิสระที่เรียกว่าตัวเชื่อม 20 bp ที่เกี่ยวข้องกับฮิสโตน H1 และนิวคลีโอโซมอีกตัว จำนวนดีเอ็นเอในนิวคลีโอโซมและสิ่งที่ผูกไว้กับอีกอันมีค่าประมาณ 166 คู่เบส
ขั้นตอนการบรรจุ DNA นี้จะอัดโมเลกุลประมาณ 7 เท่า นั่นคือเราเปลี่ยนจากหนึ่งเมตรไปจนถึง DNA เพียง 14 ซม.
การบรรจุนี้เป็นไปได้เนื่องจากฮิสโตนที่เป็นบวกจะยกเลิกประจุลบของดีเอ็นเอและส่งผลให้เกิดการขับไล่ตัวเองด้วยไฟฟ้าสถิต อีกสาเหตุหนึ่งคือ DNA สามารถโค้งงอในลักษณะที่สามารถพลิกอ็อกเทเมอร์ของฮิสโตนได้
เส้นใย 30 นาโนเมตร
เส้นใยของลูกปัดในสร้อยคอที่เกิดจากนิวคลีโอโซมที่ต่อเนื่องกันจำนวนมากจะถูกทำให้เป็นโครงสร้างที่กะทัดรัดยิ่งขึ้น
แม้ว่าเราจะไม่ชัดเจนเกี่ยวกับโครงสร้างที่ใช้จริง แต่เราก็รู้ว่ามันมีความหนาประมาณ 30 นาโนเมตร นี่คือสิ่งที่เรียกว่าเส้นใย 30 นาโนเมตร Histone H1 จำเป็นต่อการสร้างและความเสถียร
เส้นใย 30 นาโนเมตรเป็นหน่วยโครงสร้างพื้นฐานของเฮเทอโรโครมาติน ของนิวคลีโอโซมที่หละหลวมของยูโครมาติน
ความสัมพันธ์และการเปลี่ยนแปลง
อย่างไรก็ตามเส้นใย 30 นาโนเมตรไม่ได้เป็นเส้นตรงอย่างสมบูรณ์ ในทางตรงกันข้ามมันสร้างลูปที่มีความยาวประมาณ 300 นาโนเมตรในลักษณะคดเคี้ยวบนเมทริกซ์โปรตีนที่ไม่ค่อยมีใครรู้จัก
ลูปเหล่านี้บนเมทริกซ์โปรตีนก่อให้เกิดเส้นใยโครมาตินที่มีขนาดกะทัดรัดกว่า 250 นาโนเมตร ในที่สุดพวกมันก็จัดเรียงเป็นเกลียวเดี่ยวหนา 700 นาโนเมตรทำให้เกิดโครมาทิดน้องสาวของโครโมโซมไมโทติก
ในที่สุดดีเอ็นเอในโครมาตินนิวเคลียร์จะอัดแน่นประมาณ 10,000 เท่าบนโครโมโซมของเซลล์ที่แบ่งตัว ในนิวเคลียสระหว่างเฟสการบดอัดก็สูงเช่นกันเนื่องจากมีขนาดประมาณ 1,000 เท่าเมื่อเทียบกับดีเอ็นเอ "เชิงเส้น"
การบดอัดแบบไมโอติกของ DNA
ในโลกของชีววิทยาพัฒนาการมีการกล่าวถึงการสร้างเซลล์สืบพันธุ์เพื่อรีเซ็ต epigenome นั่นคือมันจะลบเครื่องหมายดีเอ็นเอที่ชีวิตของบุคคลที่ก่อให้เกิดเกมเมเตที่ผลิตหรือมีประสบการณ์
แท็กเหล่านี้รวมถึง DNA methylation และการปรับเปลี่ยนโควาเลนต์ของฮิสโตน (รหัสสำหรับฮิสโตน) แต่ไม่ได้รีเซ็ต epigenome ทั้งหมด สิ่งที่ยังคงมีเครื่องหมายจะต้องรับผิดชอบต่อการประทับตราพันธุกรรมของบิดาหรือมารดา
การรีเซ็ตโดยนัยเป็นการสร้างเซลล์สืบพันธุ์นั้นง่ายต่อการมองเห็นในตัวอสุจิ ในอสุจิ DNA ไม่ได้อัดแน่นไปด้วยฮิสโตน ดังนั้นข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับการดัดแปลงในสิ่งมีชีวิตที่ผลิตโดยทั่วไปจึงไม่ได้รับการถ่ายทอดทางพันธุกรรม
ในสเปิร์ม DNA ถูกบรรจุด้วยการมีปฏิสัมพันธ์กับโปรตีนที่จับกับดีเอ็นเอที่ไม่เฉพาะเจาะจงที่เรียกว่าโปรตามีน โปรตีนเหล่านี้สร้างพันธะไดซัลไฟด์ซึ่งกันและกันจึงช่วยสร้างชั้นดีเอ็นเอที่ทับซ้อนกันซึ่งไม่ขับไล่กันด้วยไฟฟ้าสถิต
อ้างอิง
- Alberts, B. , Johnson, AD, Lewis, J. , Morgan, D. , Raff, M. , Roberts, K. , Walter, P. (2014) Molecular Biology of the Cell (6th Edition) WW Norton & Company, New York, NY, USA
- Annunziato, A. (2008) บรรจุภัณฑ์ดีเอ็นเอ: นิวคลีโอโซมและโครมาติน การศึกษาธรรมชาติ 1:26. (https://www.nature.com/scitable/topicpage/dna-packaging-nucleosomes-and-chromatin-310)
- Brooker, RJ (2017). พันธุศาสตร์: การวิเคราะห์และหลักการ McGraw-Hill Higher Education, New York, NY, USA
- Martínez-Antonio, A.Medina-Rivera, A. , Collado-Vides, J. (2009) แผนผังโครงสร้างและหน้าที่ของนิวเคลียสของแบคทีเรีย ชีววิทยาจีโนมดอย: 10.1186 / gb-2009-10-12-247.
- Mathew-Fenn, R. S, Das, R. , Harbury, PAB (2008) การตรวจสอบเกลียวคู่ วิทยาศาสตร์, 17: 446-449.
- Travers, AA (2004) พื้นฐานโครงสร้างของความยืดหยุ่นของดีเอ็นเอ Philosophical Transactions of the Royal Society of London, Series A, 362: 1423-1438
- Travers, A. , Muskhelishvili, G. (2015) โครงสร้างและหน้าที่ของดีเอ็นเอ. FEBS Journal, 282: 2279-2295