kemasan dari DNA adalah istilah yang mendefinisikan pemadatan dikendalikan dari DNA dalam sel. Tidak ada sel (dan memang, bahkan dalam virus) yang bebas DNA, lepas, dan dalam larutan sejati.
DNA adalah molekul yang sangat panjang yang juga selalu berinteraksi dengan berbagai macam protein yang berbeda. Untuk pemrosesan, pewarisan, dan kontrol ekspresi gen yang dibawanya, DNA mengadopsi organisasi spasial tertentu. Hal ini dicapai oleh sel dengan mengontrol secara ketat setiap langkah pengemasan DNA pada tingkat pemadatan yang berbeda.
Kromatin: dari santai (kiri) ke kental (kanan). Diambil dari commons.wikimedia.org
Virus memiliki strategi pengemasan yang berbeda untuk asam nukleatnya. Salah satu favorit adalah salah satu formasi spiral kompak. Dapat dikatakan bahwa virus adalah asam nukleat yang dikemas dalam protein yang menutupi, melindungi, dan memobilisasinya.
Pada prokariota, DNA dikaitkan dengan protein yang menentukan pembentukan loop kompleks dalam struktur yang disebut nukleoid. Tingkat maksimum pemadatan DNA dalam sel eukariotik , di sisi lain, adalah kromosom mitosis atau meiosis.
Satu-satunya contoh di mana B-DNA tidak dikemas adalah laboratorium penelitian yang mengejar tujuan itu.
Indeks artikel
struktur DNA
DNA terdiri dari dua pita antiparalel yang membentuk heliks ganda. Masing-masing dari mereka memiliki tulang punggung ikatan fosfodiester di mana gula yang terkait dengan basa nitrogen melekat.
Di dalam molekul, basa nitrogen dari satu pita membentuk ikatan hidrogen (dua atau tiga) dengan pita komplementer.
Dalam molekul seperti ini, sebagian besar sudut ikatan penting menunjukkan rotasi bebas. Ikatan nitrogen basa-gula, gula-fosfat dan ikatan fosfodiester bersifat fleksibel.
Hal ini memungkinkan DNA, dilihat sebagai batang fleksibel, untuk menunjukkan beberapa kemampuan untuk menekuk dan memutar. Fleksibilitas ini memungkinkan DNA untuk mengadopsi struktur lokal yang kompleks, dan untuk membentuk loop interaksi pada jarak pendek, menengah dan panjang.
Fleksibilitas ini juga menjelaskan bagaimana 2 meter DNA dapat dipertahankan di setiap sel diploid manusia. Dalam gamet (sel haploid), itu akan menjadi meteran DNA.
Nukleoid bakteri
Meskipun ini bukan aturan yang tidak dapat dipatahkan, kromosom bakteri ada sebagai molekul DNA pita ganda superkoil tunggal.
Heliks ganda lebih berputar dengan sendirinya (lebih dari 10 bp per putaran) sehingga menghasilkan beberapa pemadatan. Simpul lokal juga dihasilkan berkat manipulasi yang dikendalikan secara enzimatis.
Selain itu, ada sekuens dalam DNA yang memungkinkan domain terbentuk dalam loop panjang. Kita menyebut struktur yang dihasilkan dari superkoil dan loop terurut sebagai nukleoid.
Ini mengalami perubahan dinamis berkat beberapa protein yang memberikan stabilitas struktural pada kromosom yang dipadatkan. Tingkat pemadatan pada bakteri dan archaea sangat efisien sehingga dapat terdapat lebih dari satu kromosom per nukleoid.
Nukleoid memadatkan DNA prokariotik setidaknya 1000 kali. Struktur nukleoid yang sangat topologi adalah bagian mendasar dari regulasi gen yang dibawa oleh kromosom. Artinya, struktur dan fungsi merupakan satu kesatuan yang sama.
Tingkat pemadatan kromosom eukariotik
DNA dalam inti eukariotik tidak telanjang. Ini berinteraksi dengan banyak protein, yang paling penting adalah histon. Histon adalah protein kecil bermuatan positif yang mengikat DNA dengan cara yang tidak spesifik.
Dalam nukleus yang kita amati adalah DNA kompleks: histon, yang kita sebut kromatin. Kromatin yang sangat terkondensasi, yang umumnya tidak diekspresikan, adalah heterokromatin. Sebaliknya, yang paling tidak padat (longgar), atau eukromatin, adalah kromatin dengan gen yang diekspresikan.
Kromatin memiliki berbagai tingkat pemadatan. Yang paling dasar adalah nukleosom; Ini diikuti oleh serat solenoida dan loop kromatin interfase. Hanya ketika kromosom membelah, tingkat pemadatan maksimum akan ditampilkan.
nukleosom
Nukleosom adalah unit dasar organisasi kromatin. Setiap nukleosom terdiri dari oktamer histon yang membentuk semacam drum.
Oktamer terdiri dari dua salinan dari masing-masing histon H2A, H2B, H3 dan H4. Di sekitar mereka, DNA berputar sekitar 1,7 kali. Ini diikuti oleh sebagian kecil DNA bebas yang disebut penghubung 20 bp yang terkait dengan histon H1, dan kemudian nukleosom lain. Jumlah DNA dalam nukleosom dan yang mengikatnya ke yang lain adalah sekitar 166 pasangan basa.
Langkah pengemasan DNA ini memadatkan molekul sekitar 7 kali. Artinya, kita beralih dari satu meter ke lebih dari 14 cm DNA.
Pengepakan ini dimungkinkan karena histon positif membatalkan muatan negatif DNA, dan akibatnya terjadi gaya tolak-menolak elektrostatik. Alasan lainnya adalah bahwa DNA dapat dilipat sedemikian rupa sehingga dapat membalik oktamer histon.
serat 30nm
Serat manik-manik dalam kalung yang dibentuk oleh banyak nukleosom yang berurutan selanjutnya dililitkan menjadi struktur yang lebih padat.
Meskipun kita tidak jelas tentang struktur apa yang sebenarnya diadopsi, kita tahu bahwa ia mencapai ketebalan sekitar 30 nm. Inilah yang disebut serat 30 nm; Histone H1 sangat penting untuk pembentukan dan stabilitasnya.
Serat 30 nm adalah unit struktural dasar heterokromatin. Itu nukleosom lemah, eukromatin.
Ikatan dan belokan
Serat 30 nm, bagaimanapun, tidak sepenuhnya linier. Sebaliknya, ia membentuk loop dengan panjang sekitar 300 nm, dengan cara yang berkelok-kelok, pada matriks protein yang sedikit diketahui.
Loop ini pada matriks protein membentuk serat kromatin yang lebih kompak dengan diameter 250 nm. Akhirnya, mereka sejajar sebagai heliks tunggal setebal 700 nm, menghasilkan salah satu kromatid saudara dari kromosom mitosis.
Pada akhirnya, DNA dalam kromatin inti kompak sekitar 10.000 kali pada kromosom sel yang membelah. Dalam inti interfase pemadatannya juga tinggi karena sekitar 1000 kali dibandingkan dengan DNA “linier”.
Pemadatan meiosis DNA
Dalam dunia biologi perkembangan, gametogenesis dikatakan mengatur ulang epigenom. Artinya, menghapus tanda DNA yang kehidupan orang yang memunculkan gamet yang dihasilkan atau dialami.
Label ini termasuk metilasi DNA dan modifikasi kovalen histon (Kode untuk histon). Tetapi tidak seluruh epigenom disetel ulang. Apa yang tersisa dengan tanda akan bertanggung jawab atas jejak genetik ayah atau ibu.
Reset implisit ke gametogenesis lebih mudah dilihat pada sperma. Dalam sperma, DNA tidak dikemas dengan histon. Oleh karena itu, informasi yang terkait dengan modifikasinya pada organisme produsen, umumnya, tidak diwariskan.
Dalam sperma, DNA dikemas melalui interaksi dengan protein pengikat DNA non-spesifik yang disebut protamin. Protein ini membentuk ikatan disulfida satu sama lain, sehingga membantu membentuk lapisan DNA yang tumpang tindih yang tidak saling tolak secara elektrostatik.
Referensi
- Alberts, B., Johnson, AD, Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., Walter, P. (2014) Biologi Molekuler Sel (Edisi ke-6). WW Norton & Company, New York, NY, AS.
- Annunziato, A. (2008) DNA Kemasan: Nukleosom dan kromatin. Pendidikan Alam 1:26. (https://www.nature.com/scitable/topicpage/dna-packaging-nucleosomes-and-chromatin-310).
- Brooker, RJ (2017). Genetika: Analisis dan Prinsip. Pendidikan Tinggi McGraw-Hill, New York, NY, AS.
- MartÃnez-Antonio, A. Medina-Rivera, A., Collado-Vides, J. (2009) peta struktural dan fungsional dari nukleoid bakteri. Biologi Genom, doi: 10.1186 / gb-2009-10-12-247.
- Mathew-Fenn, R. S, Das, R., Harbury, PAB (2008) Mengukur ulang heliks ganda. Sains, 17: 446-449.
- Travers, AA (2004) Dasar struktural dari fleksibilitas DNA. Transaksi Filosofis dari Royal Society of London, Seri A, 362: 1423-1438.
- Travers, A., Muskhelishvili, G. (2015) struktur dan fungsi DNA. Jurnal FEBS, 282: 2279-2295.
