ORGANIZACJA GENOMU EUKARIONTÓW
- czyli jak w komórce ludzkiej mieści się 2,6 m DNA?

Mimo tego, iż tytuł zapowiada, że mowa będzie o ludzkim DNA rzecz dotyczy wszystkich organizmów eukariotycznych. Mają one DNA długości znacznie przekraczającej długość komórek, w których jest on upakowany.

Czy wiesz, że:

Gdyby rozwinąć DNA muszki owocowej (Drosophila melanogaster) zawarty w jednej komórce, miałby on długość ok. 11 cm. Wspomniane 2,6 m. DNA u ludzi mieści się w komórkach, których średnica na ogół nie przekracza 80 (m ((m to milionowa część metra).

Zważywszy bardzo małe rozmiary komórek i znaczną długość genomów eukariotycznych, musi istnieć i rzeczywiście istnieje sposób na zorganizowane i uporządkowane upakowanie nici DNA.W rezultacie DNA jest tak skondensowany, że zajmuje zaledwie niewielki przedział komórkowy jakim jest jądro (UWAGA! Istnieją również cząstki DNA w mitochondriach i chloroplastach, ale przy omawianiu zagadnienia pakowania DNA cała uwaga zostanie poświęcona genomowi jądrowemu). Efekt silnej kondensacji osiągany jest dzięki oddziaływaniom DNA z różnorodnymi białkami, z którymi tworzy zwartą strukturę zwaną chromatyną. Białka te to zasadowe ( ze względu na dużą zawartość zasadowych aminokwasów ) histony oraz szereg innych ogólnie nazwanych niehistonowymi.

Upakowanie kwasu deoksyrybonukleinowego rozpatruje się na kilku poziomach.

Pierwszy z nich to nukleosomy

Nukleosom to jednostka, w skład której wchodzą:

1. Białkowy rdzeń mający postać dyskowatego oktameru zbudowanego z 4 rodzajów histonów: H2A, H2B, H3 i H4. Oktamer jak nazwa wskazuje składa się z 8 podjednostek - każdy z histonów występuje w liczbie 2 cząsteczek.W obrębie rdzenia między histonami obserwuje się stabilne dopasowanie przestrzenne przypominające uścisk dłoni w geście powitalnym tzw. hand shake. Oddziaływania te występują między dwoma histonami tworzącymi dimer. Przykładem może być heterodimer H2A - H2B ( hetero-, bo zbudowany z dwóch różnych rodzajów histonów).

2. Nić DNA oplatająca dyskowaty oktamer i wchodząca z nim w interakcje.

3. Białko spinające część wchodzącą i schodzącą nici DNA - oplatającej rdzeń - od strony zewnętrznej.

Jest ono również histonem, określanym symbolem H1. Dzięki histonowi H1 stabilizującemu strukturę nukleosomu możliwe jest występowanie całych ciągów nukleosomowych mających postać sznura koralików.

Fig.I.2. Szereg nukleosomów

Czerwony - rdzeń nukleosomu.

Zielony - nić DNA oplatająca rdzeń.

Niebieski - histon H

Drugi poziom upakowania to solenoidy

Łańcuchy nukleosomów organizowane są w struktury wyższego rzędu, a mianowicie w solenoidy. Przypominają one sprężynę, której zwoje to koralikowe łańcuchy nukleosomów skręcone tak, że płaskie powierzchnie dysków histonowych ( tj. rdzeni ) ułożone są równolegle względem osi solenoidu. Na jeden zwój w takiej sprężynie przypada 6 nukleosomów, a stopień kondensacji w tej strukturze wynosi 40 (chodzi tu o pozorne skrócenie długości cząsteczki DNA ).

Tak więc na poziomie solenoidu nić DNA zajmuje 40 razy mniej miejsca w porównaniu do sytuacji, w której występowałaby w formie rozprostowanej cząsteczki.

Dalsze poziomy upakowania DNA

Efekt jeszcze silniejszej kondensacji osiągany jest dzięki fałdowaniu solenoidów i dalej spiralizacji powstałych struktur wyższego rzędu, które stabilizowane są przez różnorodne białka niehistonowe.

Ostatecznie mamy do czynienia z chromatyną tj. układem nukleoproteinowym ( DNA : białko), który w różnych fazach cyklu komorkowego przybiera różną formę. W interfazie - czasie między podziałami : mitotycznymi czy mejotycznymi - chromatyna jest mało skondensowana i w mikroskopie można ją obserwować jako kłębowisko drobnych nitek. Podczas podziału chromatyna ulega zdecydowanemu zbiciu formując się początkowo w długie i wiotkie chromosomy, które im bliżej momentu rozdzielenia pomiędzy dwie komórki potomne stają się mniejsze i masywniejsze. Najsilniejszą kondensację chromatyny a zatem najefektywniejszą redukcję "długości" DNA obserwuje się w komórkach będących w metafazie.

Czy wiesz, że:

W somatycznych komórkach człowieka podczas metafazy cały materiał genetyczny tj. imponujące 2,6 m zorganizowany jest w 46 chromosomów o łącznej długości 200 m.

Podsumowując:

1. DNA żeby pomieścić się w jądrze komórkowym musi być mocno skondensowany, co możliwe jest dzięki tworzeniu układu nukleoproteinowego. Układ taki nazywamy chromatyną.

2. Kondensację DNA rozpatruje się na kilku poziomach, co można zobrazować poniższym schematem:

3. Jakkolwiek DNA w komórce zawsze występuje w połączeniu z białkami - tj. w postaci chromatyny - tak stopień jego kondensacji może być różny na różnych etapach cyklu komórkowego.



GENETYKA MOLEKULARNA Eucaryota

REPLIKACJA DNA ORGANIZMÓW EUKARIOTYCZNYCH


Š 1997, 1998 Biologia Molekularna w Internecie                 Webmaster

This server is running Apache