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

Mimo tego, iż tytuł zapowiada, że mowa będzie o ludzkim DNA rzecz dotyczy wszystkich organizmów eukariotycznych. Maj± one DNA długo¶ci znacznie przekraczaj±cej długo¶ć komórek, w których jest on upakowany.

Czy wiesz, że:

Gdyby rozwin±ć DNA muszki owocowej (Drosophila melanogaster) zawarty w jednej komórce, miałby on długo¶ć ok. 11 cm. Wspomniane 2,6 m. DNA u ludzi mie¶ci się w komórkach, których ¶rednica na ogół nie przekracza 80 (m ((m to milionowa czę¶ć metra).

Zważywszy bardzo małe rozmiary komórek i znaczn± długo¶ć genomów eukariotycznych, musi istnieć i rzeczywi¶cie istnieje sposób na zorganizowane i uporz±dkowane upakowanie nici DNA.W rezultacie DNA jest tak skondensowany, że zajmuje zaledwie niewielki przedział komórkowy jakim jest j±dro (UWAGA! Istniej± również cz±stki DNA w mitochondriach i chloroplastach, ale przy omawianiu zagadnienia pakowania DNA cała uwaga zostanie po¶więcona genomowi j±drowemu). Efekt silnej kondensacji osi±gany jest dzięki oddziaływaniom DNA z różnorodnymi białkami, z którymi tworzy zwart± strukturę zwan± chromatyn±. Białka te to zasadowe ( ze względu na duż± zawarto¶ć 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 wchodz±:

1. Białkowy rdzeń maj±cy 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 cz±steczek.W obrębie rdzenia między histonami obserwuje się stabilne dopasowanie przestrzenne przypominaj±ce u¶cisk dłoni w ge¶cie powitalnym tzw. hand shake. Oddziaływania te występuj± między dwoma histonami tworz±cymi dimer. Przykładem może być heterodimer H2A - H2B ( hetero-, bo zbudowany z dwóch różnych rodzajów histonów).

2. Nić DNA oplataj±ca dyskowaty oktamer i wchodz±ca z nim w interakcje.

3. Białko spinaj±ce czę¶ć wchodz±c± i schodz±c± nici DNA - oplataj±cej rdzeń - od strony zewnętrznej.

Jest ono również histonem, okre¶lanym symbolem H1. Dzięki histonowi H1 stabilizuj±cemu strukturę nukleosomu możliwe jest występowanie całych ci±gów nukleosomowych maj±cych postać sznura koralików.

Czerwony - rdzeń nukleosomu.

Zielony - nić DNA oplataj±ca rdzeń.

Niebieski - histon H

Drugi poziom upakowania to solenoidy

Łańcuchy nukleosomów organizowane s± w struktury wyższego rzędu, a mianowicie w solenoidy. Przypominaj± one sprężynę, której zwoje to koralikowe łańcuchy nukleosomów skręcone tak, że płaskie powierzchnie dysków histonowych ( tj. rdzeni ) ułożone s± 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 długo¶ci cz±steczki DNA ).

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

Dalsze poziomy upakowania DNA

Efekt jeszcze silniejszej kondensacji osi±gany jest dzięki fałdowaniu solenoidów i dalej spiralizacji powstałych struktur wyższego rzędu, które stabilizowane s± przez różnorodne białka niehistonowe.

Ostatecznie mamy do czynienia z chromatyn± tj. układem nukleoproteinowym ( DNA : białko), który w różnych fazach cyklu komorkowego przybiera różn± formę. W interfazie - czasie między podziałami : mitotycznymi czy mejotycznymi - chromatyna jest mało skondensowana i w mikroskopie można j± obserwować jako kłębowisko drobnych nitek. Podczas podziału chromatyna ulega zdecydowanemu zbiciu formuj±c się pocz±tkowo w długie i wiotkie chromosomy, które im bliżej momentu rozdzielenia pomiędzy dwie komórki potomne staj± się mniejsze i masywniejsze. Najsilniejsz± kondensację chromatyny a zatem najefektywniejsz± redukcję "długo¶ci" DNA obserwuje się w komórkach będ±cych w metafazie.

Czy wiesz, że:

W somatycznych komórkach człowieka podczas metafazy cały materiał genetyczny tj. imponuj±ce 2,6 m zorganizowany jest w 46 chromosomów o ł±cznej długo¶ci 200 m.

Podsumowuj±c:

1. DNA żeby pomie¶cić się w j±drze komórkowym musi być mocno skondensowany, co możliwe jest dzięki tworzeniu układu nukleoproteinowego. Układ taki nazywamy chromatyn±.

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

3. Jakkolwiek DNA w komórce zawsze występuje w poł±czeniu 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

Webmaster