DNA uvnitř buňky je uspořádána tak, aby dobře zapadala do malé velikosti buňky. Jeho organizace také usnadňuje snadnou separaci správných chromozomů během dělení buněk. Míra těsného zabalení DNA může také ovlivnit, které geny jsou zapnuty nebo vypnuty, a to ovlivněním schopnosti určitých proteinů vázat se na DNA.
V tomto příspěvku projdeme specifika každého z těchto účinků těsně zabalené DNA.
Struktura DNA
DNA je velký komplex složený z několika stavebních bloků známých jako nukleotidy. Tyto nukleotidy se vážou dohromady a vytvářejí řetězce DNA. Tyto řetězce se pak mohou spárovat na základě komplementárních sekvencí nukleotidů. Párování těchto řetězců tvoří takzvanou strukturu dvoušroubovice.
Dvojitá spirála DNA je poté obalena kolem určitých proteinů známých jako histony. To umožňuje, aby byla DNA pevněji zabalena, a proto zabírá méně prostoru v buňce. DNA může kondenzovat ještě více tím, že se histony dostanou do těsné blízkosti. Toto ještě pevnější vinutí DNA způsobuje tvorbu pevně zabalených nebo kondenzovaných chromozomů.
Kondenzace chromozomu
Po většinu života buňky je DNA pouze volně obalená kolem histonů a není v kondenzované chromozomální formě. K těsnějšímu zabalení nebo kondenzaci chromozomů dochází pouze během mitózy, procesu dělení buněk. Během mitózy kondenzují chromozomy, takže každý chromozom je samostatná jednotka.
Před mitózou buňka kopíruje svou DNA tak, že obsahuje dvě kopie každého chromozomu. Chromozomy se během mitózy srovnávají uprostřed buňky s páry chromozomů vedle sebe. Když se buňka rozdělí, jedna kopie jde do každé z výsledných buněk.
Pokud se chromozomy neshodují správně, mohou nastat závažné genetické abnormality, které mohou vést ke smrti buňky nebo rakovině. Kondenzace DNA na těsně zabalené chromozomy zefektivňuje proces srovnávání a separace chromozomů během mitózy.
Jak je gen vyjádřen
Genová exprese nebo proces genu, který se zapíná a přepisuje, je složitý proces. Zahrnuje vazbu určitých proteinů, známých jako transkripční faktory, na část genu, která reguluje jeho expresi. Většina transkripčních faktorů podporuje expresi genu; některé transkripční faktory však zabraňují expresi genu, jinými slovy jeho vypnutí.
Jakmile transkripční faktor zapne gen, protein nazývaný RNA polymeráza se pohybuje podél DNA a tvoří komplementární sekvenci RNA, která se poté stává proteinem.
Vliv na genovou expresi
Způsob zabalení DNA může ovlivnit genovou expresi nebo to, které geny jsou zapnuty. Když jsou chromozomy těsně kondenzovány, DNA je zabalena velmi těsně, což ztěžuje navázání transkripčních faktorů na DNA. Když je DNA méně pevně obalena kolem histonů, samotné histony mohou ovlivnit genovou expresi.
Na histonech mohou nastat modifikace, jako je vazba fosfátových skupin, a tyto modifikace mohou způsobit, že se DNA více či méně pevně váže na histony. Oblasti DNA, které jsou pouze volně vázány na histony, jsou přístupnější transkripčním faktorům a RNA polymeráze, což usnadňuje zapínání těchto genů. Když je DNA pevněji vázána na histony, je pro transkripci obtížnější faktory a RNA polymeráza se váží na DNA, což zvyšuje pravděpodobnost, že tyto geny budou obráceny vypnuto.