ORGANIZACJA GENOMU EUKARIONT╙W
- czyli jak w kom≤rce ludzkiej mie╢ci siΩ 2,6 m DNA?

Mimo tego, i┐ tytu│ zapowiada, ┐e mowa bΩdzie o ludzkim DNA rzecz dotyczy wszystkich organizm≤w eukariotycznych. Maj▒ one DNA d│ugo╢ci znacznie przekraczaj▒cej d│ugo╢µ kom≤rek, w kt≤rych jest on upakowany.

Czy wiesz, ┐e:

Gdyby rozwin▒µ DNA muszki owocowej (Drosophila melanogaster) zawarty w jednej kom≤rce, mia│by on d│ugo╢µ ok. 11 cm. Wspomniane 2,6 m. DNA u ludzi mie╢ci siΩ w kom≤rkach, kt≤rych ╢rednica na og≤│ nie przekracza 80 (m ((m to milionowa czΩ╢µ metra).

Zwa┐ywszy bardzo ma│e rozmiary kom≤rek i znaczn▒ d│ugo╢µ genom≤w eukariotycznych, musi istnieµ i rzeczywi╢cie istnieje spos≤b na zorganizowane i uporz▒dkowane upakowanie nici DNA.W rezultacie DNA jest tak skondensowany, ┐e zajmuje zaledwie niewielki przedzia│ kom≤rkowy jakim jest j▒dro (UWAGA! Istniej▒ r≤wnie┐ cz▒stki DNA w mitochondriach i chloroplastach, ale przy omawianiu zagadnienia pakowania DNA ca│a uwaga zostanie po╢wiΩcona genomowi j▒drowemu). Efekt silnej kondensacji osi▒gany jest dziΩki oddzia│ywaniom DNA z r≤┐norodnymi bia│kami, z kt≤rymi tworzy zwart▒ strukturΩ zwan▒ chromatyn▒. Bia│ka te to zasadowe ( ze wzglΩdu na du┐▒ zawarto╢µ zasadowych aminokwas≤w ) histony oraz szereg innych og≤lnie nazwanych niehistonowymi.

Upakowanie kwasu deoksyrybonukleinowego rozpatruje siΩ na kilku poziomach.

Pierwszy z nich to nukleosomy

Nukleosom to jednostka, w sk│ad kt≤rej wchodz▒:

1. Bia│kowy rdze± maj▒cy postaµ dyskowatego oktameru zbudowanego z 4 rodzaj≤w histon≤w: H2A, H2B, H3 i H4. Oktamer jak nazwa wskazuje sk│ada siΩ z 8 podjednostek - ka┐dy z histon≤w wystΩpuje w liczbie 2 cz▒steczek.W obrΩbie rdzenia miΩdzy histonami obserwuje siΩ stabilne dopasowanie przestrzenne przypominaj▒ce u╢cisk d│oni w ge╢cie powitalnym tzw. hand shake. Oddzia│ywania te wystΩpuj▒ miΩdzy dwoma histonami tworz▒cymi dimer. Przyk│adem mo┐e byµ heterodimer H2A - H2B ( hetero-, bo zbudowany z dw≤ch r≤┐nych rodzaj≤w histon≤w).

2. Niµ DNA oplataj▒ca dyskowaty oktamer i wchodz▒ca z nim w interakcje.

3. Bia│ko spinaj▒ce czΩ╢µ wchodz▒c▒ i schodz▒c▒ nici DNA - oplataj▒cej rdze± - od strony zewnΩtrznej.

Jest ono r≤wnie┐ histonem, okre╢lanym symbolem H1. DziΩki histonowi H1 stabilizuj▒cemu strukturΩ nukleosomu mo┐liwe jest wystΩpowanie ca│ych ci▒g≤w nukleosomowych maj▒cych postaµ sznura koralik≤w.

Czerwony - rdze± nukleosomu.

Zielony - niµ DNA oplataj▒ca rdze±.

Niebieski - histon H

Drugi poziom upakowania to solenoidy

úa±cuchy nukleosom≤w organizowane s▒ w struktury wy┐szego rzΩdu, a mianowicie w solenoidy. Przypominaj▒ one sprΩ┐ynΩ, kt≤rej zwoje to koralikowe │a±cuchy nukleosom≤w skrΩcone tak, ┐e p│askie powierzchnie dysk≤w histonowych ( tj. rdzeni ) u│o┐one s▒ r≤wnolegle wzglΩdem osi solenoidu. Na jeden zw≤j w takiej sprΩ┐ynie przypada 6 nukleosom≤w, a stopie± kondensacji w tej strukturze wynosi 40 (chodzi tu o pozorne skr≤cenie d│ugo╢ci cz▒steczki DNA ).

Tak wiΩc na poziomie solenoidu niµ DNA zajmuje 40 razy mniej miejsca w por≤wnaniu do sytuacji, w kt≤rej wystΩpowa│aby w formie rozprostowanej cz▒steczki.

Dalsze poziomy upakowania DNA

Efekt jeszcze silniejszej kondensacji osi▒gany jest dziΩki fa│dowaniu solenoid≤w i dalej spiralizacji powsta│ych struktur wy┐szego rzΩdu, kt≤re stabilizowane s▒ przez r≤┐norodne bia│ka niehistonowe.

Ostatecznie mamy do czynienia z chromatyn▒ tj. uk│adem nukleoproteinowym ( DNA : bia│ko), kt≤ry w r≤┐nych fazach cyklu komorkowego przybiera r≤┐n▒ formΩ. W interfazie - czasie miΩdzy podzia│ami : mitotycznymi czy mejotycznymi - chromatyna jest ma│o skondensowana i w mikroskopie mo┐na j▒ obserwowaµ jako k│Ωbowisko drobnych nitek. Podczas podzia│u chromatyna ulega zdecydowanemu zbiciu formuj▒c siΩ pocz▒tkowo w d│ugie i wiotkie chromosomy, kt≤re im bli┐ej momentu rozdzielenia pomiΩdzy dwie kom≤rki potomne staj▒ siΩ mniejsze i masywniejsze. Najsilniejsz▒ kondensacjΩ chromatyny a zatem najefektywniejsz▒ redukcjΩ "d│ugo╢ci" DNA obserwuje siΩ w kom≤rkach bΩd▒cych w metafazie.

Czy wiesz, ┐e:

W somatycznych kom≤rkach cz│owieka podczas metafazy ca│y materia│ genetyczny tj. imponuj▒ce 2,6 m zorganizowany jest w 46 chromosom≤w o │▒cznej d│ugo╢ci 200 m.

Podsumowuj▒c:

1. DNA ┐eby pomie╢ciµ siΩ w j▒drze kom≤rkowym musi byµ mocno skondensowany, co mo┐liwe jest dziΩki tworzeniu uk│adu nukleoproteinowego. Uk│ad taki nazywamy chromatyn▒.

2. KondensacjΩ DNA rozpatruje siΩ na kilku poziomach, co mo┐na zobrazowaµ poni┐szym schematem:

3. Jakkolwiek DNA w kom≤rce zawsze wystΩpuje w po│▒czeniu z bia│kami - tj. w postaci chromatyny - tak stopie± jego kondensacji mo┐e byµ r≤┐ny na r≤┐nych etapach cyklu kom≤rkowego.

GENETYKA MOLEKULARNA Eucaryota

REPLIKACJA DNA ORGANIZM╙W EUKARIOTYCZNYCH

Webmaster