Was sind Chromatin und Chromosomen?

Die DNA, die für die Expression des Erbguts aller lebenden Organismen verantwortlich ist, ist ein langes, schmales Molekül besteht aus einem Zucker-Phosphat-Rückgrat, das eine präzise Abfolge kleinerer Moleküle namens Nukleotid unterstützt Basen. Zellen lesen DNA-Abschnitte, die Gene genannt werden, um die Produktion von Proteinen zu kontrollieren, die die Eigenschaften der Zelle bestimmen.

Chromatin und Chromosomen sind unterschiedliche Formen des gleichen Materials, die funktionieren, indem sie DNA-Moleküle so verpacken, dass sie in winzige Zellen passen und funktionieren. Die Verpackung ist jedoch nicht die einzige Chromosomen- und Chromatinfunktion. Es kann auch dazu beitragen, die Genexpression zu regulieren.

Eukaryontische Organismen, die alle außer den einfachsten Lebensformen umfassen, haben Zellen, die eine zentrale ummauerte Region namens Zellkern enthalten. Der größte Teil der DNA einer Zelle befindet sich im Zellkern, was eine ziemliche Verpackungsherausforderung darstellt. Wenn Sie die gesamte DNA in einer menschlichen Zelle ausdehnen würden, würde sie sich über etwa 3 Meter erstrecken.

Die Natur hat einen Weg gefunden, all diese DNA in einen Kern zu stopfen, der nur 1/100 000 Meter Durchmesser hat. Die Zelle muss nicht nur die Kern-DNA fest komprimieren, sie muss die DNA auch sinnvoll anordnen, damit eine Zelle auf die Teile zugreifen kann, die sie verwenden möchte.

Wir definieren Chromatin durch seine Zusammensetzung und Funktion. Chromatin ist eine Kombination aus DNA, Ribonukleinsäuren und Proteinen, die als Histone bezeichnet werden und den Zellkern füllen. Die Histone heften sich an die doppelhelikalen DNA-Stränge und komprimieren sie. Das Chromatin bildet perlenartige Strukturen, die Nukleosomen genannt werden, und verdichtet die DNA um den Faktor sechs.

Die Perlenkette wickelt sich dann zu einer hohlen Röhrenform, dem Elektromagneten, der 40-mal kompakter ist. Chromatin kann zum Teil eine hohe Kompression erreichen, indem es die negativen elektrischen Ladungen neutralisiert, die im gesamten DNA-Molekül vorherrschen und ansonsten der Kompression widerstehen würden. Eine Art von Chromatin, Euchromatin genannt, reguliert aktiv die Genaktivität, während Heterochromatin inaktive Regionen des DNA-Moleküls fest gebunden hält.

Wenn die DNA fest gebunden ist, können die Gene in dieser Region nicht transkribiert werden, da die Transkriptionsmaschinerie (Enzyme und andere Moleküle) das Gen physisch nicht erreichen kann. Wenn Chromatin hingegen lose gebunden ist, können Gene leichter transkribiert und exprimiert werden.

Chromosomen bilden sich, wenn sich eine Zelle im Begriff ist, sich zu teilen, wobei sich das spaghettiartige Chromatin noch weiter um den Faktor 10.000 komprimiert. Der resultierende kondensierte Körper ist ein Chromosom, das normalerweise einem großen X ähnelt. Die vier Arme des X verbinden sich im zentralen Teil, dem Zentromer. Die meisten menschlichen Zellen haben 46 Chromosomen in zwei Sätzen von 23, wobei jeder Satz von einem Elternteil gespendet wird.

Die Chromosomen duplizieren sich selbst und verteilen sich während der Zellteilung gleichmäßig auf jede Tochterzelle. Nachdem die Zellteilung abgeschlossen ist, treten die Chromosomen in eine Phase ein, die als Interphase bezeichnet wird, und wandeln sich wieder in Chromatinstränge.

Prokaryoten haben etwas Ähnliches wie Chromosomen und Chromatin, aber es ist nicht ganz dasselbe. Anstelle der gleichen Komplexe, die in Eukaryoten vorkommen, "supercoilen" Prokaryoten ihre DNA einfach, um sie in die Zelle einzupassen. Prokaryoten haben auch nur einen "Klumpen" von DNA, der als Nukleoid bezeichnet wird. Obwohl es Proteine ​​gibt, die mit diesem Supercoiling verbunden sind, hat es nicht die gleiche Struktur oder Anordnung wie Chromatin.

Die Transkription erfolgt nur während der Interphase. Während der Transkription kopiert die Zelle bestimmte DNA-Gene auf RNA, die sie anschließend in Proteine ​​übersetzt. Während der Interphase ist das Chromatin relativ entspannt, sodass die Transkriptionsmaschinerie der Zelle auf DNA-Gene zugreifen kann.

Euchromatin umgibt für die Transkription geeignete Gene und spielt eine aktive Rolle in diesem Prozess. Heterochomatin bindet an inaktive Teile des DNA-Moleküls. Chromatin kondensiert zu Chromosomen und entspannt sich dann wieder, wenn die Zelle zwischen Teilung und Interphase wechselt.