Co jsou chromatiny a chromozomy?

DNA, látka odpovědná za expresi genetického složení všech živých organismů, je dlouhá úzká molekula složený z kostry cukru a fosfátu, která podporuje přesnou sekvenci menších molekul nazývaných nukleotidy základny. Buňky čtou části DNA zvané geny, aby kontrolovaly produkci proteinů, které určují vlastnosti buňky.

Chromatin a chromozomy jsou různé formy stejného materiálu, které fungují zabalením molekul DNA tak, aby se vešly a fungovaly v malých buňkách. Balení však není jedinou funkcí chromozomu a chromatinu. Může také pomoci regulovat genovou expresi.

Eukaryotické organismy, které zahrnují všechny kromě nejjednodušších forem života, mají buňky, které obsahují centrální zděnou oblast zvanou jádro. Většina buněčné DNA spočívá v jádru, což vytváří značnou výzvu pro balení. Pokud byste natáhli veškerou DNA v lidské buňce, rozšířila by se asi 3 metry.

Příroda našla způsob, jak nacpat veškerou tuto DNA do jádra o průměru pouze 1/100 000 metru. Buňka musí nejen těsně stlačit jadernou DNA, ale také musí DNA rozumně uspořádat tak, aby buňka měla přístup k částem, které chce použít.

Chromatin definujeme podle jeho složení a funkce. Chromatin je kombinace DNA, ribonukleových kyselin a proteinů nazývaných histony, které vyplňují buněčné jádro. Histony se váží na dvojité šroubovicové řetězce DNA a komprimují je. Chromatin vytváří kuličkovité struktury zvané nukleosomy a zhutňuje DNA faktorem šest.

Řetězec korálků se pak navíjí do tvaru duté trubice, solenoidu, který je 40krát kompaktnější. Chromatin může částečně dosáhnout vysoké komprese neutralizací negativních elektrických nábojů, které převládají v celé molekule DNA a které by jinak kompresi odolávaly. Jeden typ chromatinu, nazývaný euchromatin, aktivně reguluje aktivitu genů, zatímco heterochromatin udržuje těsně vázané neaktivní oblasti molekuly DNA.

Když je DNA pevně vázána, geny v této oblasti nelze přepsat, protože transkripční aparát (enzymy a další molekuly) se do genu fyzicky nedostane. Když je chromatin volně vázán, na druhé straně lze geny snadněji přepsat a exprimovat.

Chromozomy se tvoří, když se buňka chystá rozdělit, kdy se chromatin podobný špagetám ještě více komprimuje, faktorem 10 000. Výsledné zhuštěné tělo je chromozom, který se obvykle podobá velkému X. Čtyři ramena X se spojí ve střední části zvané centroméra. Většina lidských buněk má 46 chromozomů ve dvou sadách po 23, přičemž každá sada je darována rodičem.

Chromozomy se duplikují a během dělení buněk se rovnoměrně distribuují do každé dceřiné buňky. Po dokončení buněčného dělení vstoupí chromozomy do období zvaného mezifáze a uvolní se zpět do pramenů chromatinu.

Prokaryoty mají něco podobného jako chromozomy a chromatin, ale není to úplně stejné. Namísto stejných komplexů, které jsou v eukaryotech, prokaryoty jednoduše „supercoilují“ svou DNA, aby se vešla do buňky. Prokaryoty také mají pouze jeden „shluk“ DNA zvaný nukleoid. I když s touto nadšroubovicí jsou spojeny proteiny, není to stejná struktura nebo uspořádání jako u chromatinu.

K přepisu dochází pouze během mezifáze. Během transkripce buňka kopíruje specifické geny DNA na RNA, kterou následně převádí na proteiny. Během mezifáze je chromatin relativně uvolněný, což umožňuje transkripčnímu aparátu buňky přístup k genům DNA.

Euchromatin obklopuje geny vhodné pro transkripci a hraje v tomto procesu aktivní roli. Heterochomatin se váže na neaktivní části molekuly DNA. Chromatin kondenzuje na chromozomy a poté se znovu uvolňuje, když se buňka střídá mezi dělením a mezifází.