Die DNA im Inneren einer Zelle ist so organisiert, dass sie gut in die geringe Größe einer Zelle passt. Seine Organisation erleichtert auch die einfache Trennung der richtigen Chromosomen während der Zellteilung. Der Grad, in dem die DNA fest gewickelt ist, kann auch beeinflussen, welche Gene an- oder ausgeschaltet werden, indem die Fähigkeit bestimmter Proteine beeinflusst wird, an die DNA zu binden.
In diesem Beitrag werden wir die Besonderheiten jedes dieser Effekte von fest verpackter DNA durchgehen.
Struktur der DNA
DNA ist ein großer Komplex, der aus mehreren Bausteinen besteht, die als Nukleotide bekannt sind. Diese Nukleotide binden zusammen, um DNA-Stränge zu bilden. Diese Stränge können sich dann basierend auf komplementären Sequenzen der Nukleotide paaren. Die Paarung dieser Stränge bildet eine sogenannte Doppelhelix-Struktur.
Die DNA-Doppelhelix wird dann um bestimmte Proteine gewickelt, die als Histone bekannt sind. Dadurch kann die DNA fester gewickelt werden und nimmt daher weniger Platz in der Zelle ein. Die DNA kann noch weiter kondensieren, indem die Histone einander nahe kommen. Diese noch engere Wicklung der DNA verursacht die Bildung von fest gewickelten oder kondensierten Chromosomen.
Chromosomenkondensation
Die meiste Zeit des Lebens einer Zelle ist die DNA nur lose um die Histone gewickelt und liegt nicht in der kondensierten chromosomalen Form vor. Die engere Umhüllung oder Verdichtung der Chromosomen erfolgt nur während der Mitose, dem Prozess der Zellteilung. Während der Mitose verdichten sich die Chromosomen, sodass jedes Chromosom eine eigene Einheit darstellt.
Vor der Mitose kopiert die Zelle ihre DNA, sodass sie zwei Kopien jedes Chromosoms enthält. Die Chromosomen richten sich während der Mitose in der Mitte der Zelle aus, wobei die Chromosomenpaare nebeneinander liegen. Wenn sich die Zelle teilt, geht eine Kopie an jede der resultierenden Zellen.
Wenn die Chromosomen nicht richtig ausgerichtet sind, können schwere genetische Anomalien auftreten, die zum Absterben der Zelle oder zu Krebs führen können. Die Verdichtung der DNA zu dicht gepackten Chromosomen macht den Prozess der Chromosomenausrichtung und -trennung während der Mitose effizienter.
Wie ein Gen ausgedrückt wird
Die Genexpression oder der Vorgang, bei dem ein Gen aktiviert und transkribiert wird, ist ein komplexer Vorgang. Es beinhaltet die Bindung bestimmter Proteine, bekannt als Transkriptionsfaktoren, an den Teil des Gens, der seine Expression reguliert. Die meisten Transkriptionsfaktoren fördern die Expression eines Gens; Einige Transkriptionsfaktoren verhindern jedoch, dass ein Gen exprimiert wird, dh sie schalten es aus.
Sobald ein Transkriptionsfaktor ein Gen aktiviert, bewegt sich ein Protein namens RNA-Polymerase entlang der DNA und bildet eine komplementäre Sequenz von RNA, die dann zu Protein wird.
Wirkung auf die Genexpression
Die Art und Weise, wie die DNA verpackt ist, kann die Genexpression beeinflussen oder welche Gene aktiviert werden. Wenn die Chromosomen fest kondensiert sind, wird die DNA sehr eng gewickelt, was es Transkriptionsfaktoren erschwert, an die DNA zu binden. Wenn die DNA weniger eng um die Histone gewickelt ist, können die Histone selbst die Genexpression beeinflussen.
An den Histonen können Modifikationen wie die Bindung von Phosphatgruppen auftreten und diese Modifikationen können dazu führen, dass die DNA mehr oder weniger fest an die Histone bindet. Bereiche der DNA, die nur lose an die Histone gebunden sind, sind für Transkriptionsfaktoren und RNA-Polymerase leichter zugänglich, wodurch diese Gene leichter aktiviert werden können. Wenn die DNA jedoch fester an die Histone gebunden ist, ist die Transkription schwieriger Faktoren und RNA-Polymerase, um an die DNA zu binden, was es wahrscheinlicher macht, dass diese Gene verändert werden aus.