Определение гетерохроматина

Гетерохроматин является формой хроматина, который плотно упакован – в отличие от эухроматин, который легко упакован – и находится в ядре эукариотических клеток. В то время как эухроматин позволяет реплицировать и транскрибировать ДНК, гетерохроматин находится в такой конденсированной структуре, что не позволяет ДНК- и РНК-полимеразам получать доступ к ДНК, что предотвращает репликацию ДНК и транскрипция, Существует два основных типа гетерохроматина: конструктивный гетерохроматин и факультативный гетерохроматин. Гетерохроматин составляет менее 10% человеческого хроматина, а эухроматин составляет большую его часть – более 90%.

Структура гетерохроматина

Прежде чем мы перейдем к структуре гетерохроматина, давайте посмотрим, как ДНК упаковывается в эукариотических клетках.

ДНК у эукариот собирается в хроматин, который представляет собой комплексы, состоящие из ДНК и белков. Белки, которые образуют хроматин, называются гистонами, и они расположены таким образом, что позволяет ДНК оборачиваться вокруг них. Более конкретно, ДНК (около 200 пар оснований) сворачивается вокруг наборов из восьми гистонов (октамеров), включающих две копии каждого из следующего: H2A, H2B, H3 и H4. Эти единицы, сделанные из гистонов и ДНК, свернутой вокруг них, называются нуклеосомами. Нуклеосомы, в свою очередь, связаны друг с другом через цепочки ДНК, также известные как линкерная ДНК. Другими словами, хроматин – это совокупность нуклеосом (ДНК и гистонов), связанных самой ДНК.

Наиболее свободно упакованную форму хроматина называют эухроматином, также известным как бусы на струне из-за сходства между этой структурой и бусами (нуклеосомами), скрепленными цепочкой (ДНК). Гетерохроматин является более плотно конденсированной версией эухроматина и также известен как волокно с длиной волны 30 нм, потому что диаметр этого спирально спирального гетерохроматина составляет 30 нм. Фактически, в то время как G-полосатость показывает очень слабо окрашенный эухроматин из-за его рыхлой формы, гетерохроматин легко увидеть, потому что он плотно окрашен из-за его более плотной упаковки. Гетерохроматин может также в дальнейшем конденсироваться в активные хромосомы и даже дальше в метафазы хромосомы.

На следующем рисунке показаны различные структурные единицы упаковки ДНК в эукариотических клетках:

Слева направо, двухцепочечная спиральная ДНК (первая иллюстрация) обвивается вокруг гистонов, образуя нуклеосомы (вторая иллюстрация), которые составляют структуру эухроматина или бусы на струне (третья иллюстрация). Эухроматин далее конденсируется в гетерохроматин или 30-нм волокна (четвертая и пятая иллюстрации). Последние четыре иллюстрации изображают более плотно конденсированные ДНК в виде активных и метафазных хромосом.

Глядя на рисунок выше, мы также можем понять, почему ДНК находится в конформации гетерохроматина, когда она не активно реплицируется или транскрибируется: ДНК не подвергается воздействию и, следовательно, регуляторные белки и полимеразы не могут получить к ней доступ. Обратите внимание на разницу между эухроматином (третья иллюстрация) и гетерохроматином (четвертый и пятый): в то время как ДНК-линкер в эухроматической конформации подвергается воздействию полимеразы и других белков и доступен для репликации и транскрипции, ДНК в гетерохроматической конформации плотно скручена. вокруг нуклеосом и не дает доступа к элементам транскрипции.

Два типа гетерохроматина: конститутивный и факультативный

Структура гетерохроматина может быть описана более подробно с учетом его нескольких типов. Двумя основными типами являются конститутивный гетерохроматин и факультативный гетерохроматин. Эти два типа можно различить в зависимости от их особенностей. Предполагается, что существуют также другие типы гетерохроматина и что эти другие типы имеют смешанные признаки конститутивного и факультативного гетерохроматина.

Конститутивный гетерохроматин является стабильной формой гетерохроматина, то есть он не разрыхляется до образования эухроматина и содержит повторяющиеся последовательности ДНК, называемые сателлитной ДНК. Он может быть обнаружен в центромерах и теломерах и обычно участвует в структурных функциях.

Факультативный гетерохроматин, с другой стороны, является обратимым, то есть его структура может изменяться в зависимости от клеточный цикл и характеризуется другим видом повторяющихся последовательностей ДНК, известных как последовательности LINE. Пример факультативного гетерохроматина, который изменяет свою структурную конформацию с клетка цикл инактивированный X-хромосома (Барр тело ) женщин.

Клеточный цикл и экспрессия генов

Не удивительно, что способ, которым упакована ДНК, связан с клеточным циклом. Когда ДНК должна быть скопирована (реплицирована), а белки должны быть синтезированы (транскрипция, а затем перевод ), ДНК находится в форме эухроматина. Когда гены не нуждаются в репликации и транскрибировании, ДНК находится в форме гетерохроматина. Кроме того, когда ДНК находится в активной форме хромосомы, клетка находится в интерфаза стадия клеточного цикла, и когда она находится в форме метафазной хромосомы, клетка находится в делящемся, то есть в митоз или мейоз сцена.

В соответствии с этим было высказано предположение, что регулирование способа упаковки ДНК является способом регулирования ген выражение. Следовательно, гены домашнего хозяйства, которые поддерживают функции и выживание клетки, всегда находятся в форме эухроматина, тогда как гены, которые не нуждаются в экспрессии, находятся в форме гетерохроматина. Средства, с помощью которых это достигается, – это модификация хвоста гистонов, части гистонов, которые могут быть ацетилированы или метилированы. Модификация хвоста гистона приводит к изменениям в упаковке ДНК. Например, гипоацетилирование на хвосте гистонов связано с гетерохроматической конформацией, при которой ДНК не подвергается воздействию и, следовательно, генная транскрипция предотвращается.

викторина

1. Что показывает наличие гетерохроматина?A. Эти клетки транскрипционно активны.B. Это клетки делятся.C. Эта транскрипция гена не происходит.D. Эта ДНК подвергается воздействию полимераз и других регуляторных белков.

Ответ на вопрос № 1

С верно. Гетерохроматин плотно упакован и не позволяет полимеразам и другим регуляторным белкам получать доступ к ДНК, тем самым предотвращая транскрипцию генов.

2. Каковы два основных различия между конститутивным и факультативным гетерохроматином?A. Конститутивный гетерохроматин является обратимым и имеет последовательности LINE, тогда как факультативный гетерохроматин стабилен и имеет сателлитную ДНК.B. Конститутивный гетерохроматин стабилен и имеет последовательности LINE, тогда как факультативный гетерохроматин обратим и имеет сателлитную ДНК.C. Конститутивный гетерохроматин обратим и имеет сателлитную ДНК, тогда как факультативный гетерохроматин стабилен и имеет последовательности LINE.D. Конститутивный гетерохроматин стабилен и имеет сателлитную ДНК, тогда как факультативный гетерохроматин обратим и имеет последовательности LINE.

Ответ на вопрос № 2

D верно. Оба очень похожи, но два основных различия, которые их отличают, состоят в том, что конститутивный гетерохроматин стабилен и имеет сателлитную ДНК, в то время как факультативный гетерохроматин обратим и имеет последовательности LINE.

3. Как называется гетерохроматин?A. Бусины-на-строкиB. 30-нм волокноC. Активная хромосомаD. Метафазная хромосома

Ответ на вопрос № 3

В верно. Гетерохроматин также известен как волокно 30 нм, потому что диаметр спиральной структуры, которую он образует, составляет 30 нм.

Ссылки

  • Duggan, N.M. & Tang, Z.I. (2010). Формирование гетерохроматина. Образование природы 3,9: 5.
  • Маттей, М.Г. & Luciani, J. (записано: 2003, январь; проиндексировано: 2017, март). Гетерохроматин, от хромосомы до белкового атласа генетика и цитогенетика в онкология и гематология. Получено с: http://atlasgeneticsoncology.org/Educ/HeterochromEng.html

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *