Το DNA μέσα σε ένα κελί είναι οργανωμένο έτσι ώστε να ταιριάζει καλά στο μικρό μέγεθος ενός κυττάρου. Η οργάνωσή του διευκολύνει επίσης τον εύκολο διαχωρισμό των σωστών χρωμοσωμάτων κατά τη διαίρεση των κυττάρων. Ο βαθμός στον οποίο το DNA τυλίγεται σφιχτά μπορεί επίσης να επηρεάσει ποια γονίδια ενεργοποιούνται ή απενεργοποιούνται, επηρεάζοντας την ικανότητα ορισμένων πρωτεϊνών να προσδένονται στο DNA.
Σε αυτήν την ανάρτηση, θα εξετάσουμε τις λεπτομέρειες κάθε μιας από αυτές τις επιδράσεις του σφιχτά τυλιγμένου DNA.
Δομή του DNA
Το DNA είναι ένα μεγάλο σύμπλεγμα, αποτελούμενο από πολλά δομικά στοιχεία γνωστά ως νουκλεοτίδια. Αυτά τα νουκλεοτίδια συνδέονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν κλώνους του DNA. Αυτοί οι κλώνοι μπορούν στη συνέχεια να ζευγαρωθούν, με βάση συμπληρωματικές αλληλουχίες των νουκλεοτιδίων. Η σύζευξη αυτών των κλώνων σχηματίζει αυτό που είναι γνωστό ως δομή διπλής έλικας.
Στη συνέχεια, η διπλή έλικα του DNA τυλίγεται γύρω από ορισμένες πρωτεΐνες γνωστές ως ιστόνες. Αυτό επιτρέπει στο DNA να τυλίγεται πιο σφιχτά και συνεπώς να καταλαμβάνει λιγότερο χώρο μέσα στο κελί. Το DNA μπορεί να συμπυκνωθεί ακόμη περισσότερο από τις ιστόνες που έρχονται σε κοντινή απόσταση μεταξύ τους. Αυτή η ακόμη πιο σφιχτή περιέλιξη του DNA προκαλεί το σχηματισμό σφιχτά τυλιγμένων ή συμπυκνωμένων χρωμοσωμάτων.
Συμπύκνωση χρωμοσωμάτων
Καθ 'όλη τη διάρκεια ζωής ενός κυττάρου, το DNA τυλίγεται μόνο χαλαρά γύρω από τις ιστόνες και δεν είναι στη συμπυκνωμένη χρωμοσωμική μορφή. Η αυστηρότερη περιτύλιξη ή συμπύκνωση των χρωμοσωμάτων συμβαίνει μόνο κατά τη διάρκεια της μίτωσης, τη διαδικασία της κυτταρικής διαίρεσης. Κατά τη διάρκεια της μίτωσης, τα χρωμοσώματα συμπυκνώνονται έτσι ώστε κάθε χρωμόσωμα να είναι μια ξεχωριστή μονάδα.
Πριν από τη μίτωση, το κύτταρο αντιγράφει το DNA του έτσι ώστε να περιέχει δύο αντίγραφα κάθε χρωμοσώματος. Τα χρωμοσώματα ευθυγραμμίζονται στη μέση του κυττάρου κατά τη διάρκεια της μίτωσης, με τα ζεύγη χρωμοσωμάτων το ένα δίπλα στο άλλο. Όταν το κελί διαιρείται, ένα αντίγραφο πηγαίνει σε καθένα από τα κελιά που προκύπτουν.
Εάν τα χρωμοσώματα δεν ευθυγραμμιστούν σωστά, μπορεί να εμφανιστούν σοβαρές γενετικές ανωμαλίες, οι οποίες μπορεί να οδηγήσουν σε θάνατο του κυττάρου ή του καρκίνου. Η συμπύκνωση του DNA σε σφιχτά συσκευασμένα χρωμοσώματα καθιστά τη διαδικασία ευθυγράμμισης και διαχωρισμού χρωμοσωμάτων κατά τη διάρκεια της μίτωσης πιο αποτελεσματική.
Πώς εκφράζεται ένα γονίδιο
Η γονιδιακή έκφραση, ή η διαδικασία ενός γονιδίου που ενεργοποιείται και μεταγράφεται, είναι μια πολύπλοκη διαδικασία. Περιλαμβάνει τη σύνδεση ορισμένων πρωτεϊνών, γνωστών ως παραγόντων μεταγραφής, στο τμήμα του γονιδίου που ρυθμίζει την έκφρασή του. Οι περισσότεροι μεταγραφικοί παράγοντες προάγουν την έκφραση ενός γονιδίου. Ωστόσο, ορισμένοι παράγοντες μεταγραφής εμποδίζουν το γονίδιο να εκφραστεί, με άλλα λόγια, να το απενεργοποιήσει.
Μόλις ένας παράγοντας μεταγραφής ενεργοποιήσει ένα γονίδιο, μια πρωτεΐνη που ονομάζεται RNA πολυμεράση κινείται κατά μήκος του DNA και σχηματίζει μια συμπληρωματική αλληλουχία RNA, η οποία στη συνέχεια γίνεται πρωτεΐνη.
Επίδραση στη γονιδιακή έκφραση
Ο τρόπος με τον οποίο τυλίγεται το DNA μπορεί να επηρεάσει την έκφραση των γονιδίων ή τα γονίδια που ενεργοποιούνται. Όταν τα χρωμοσώματα συμπυκνώνονται σφιχτά, το DNA τυλίγεται πολύ σφιχτά, καθιστώντας δύσκολη τη σύνδεση των παραγόντων μεταγραφής στο DNA. Όταν το DNA τυλίγεται λιγότερο σφιχτά γύρω από τις ιστόνες, οι ίδιες οι ιστόνες μπορούν να επηρεάσουν την γονιδιακή έκφραση.
Τροποποιήσεις, όπως δέσμευση φωσφορικών ομάδων, μπορούν να συμβούν στις ιστόνες και αυτές οι τροποποιήσεις μπορούν να προκαλέσουν το DNA να συνδέεται περισσότερο ή λιγότερο σφιχτά στις ιστόνες. Περιοχές του DNA που συνδέονται χαλαρά μόνο με τις ιστόνες είναι πιο προσιτές στους παράγοντες μεταγραφής και την πολυμεράση RNA, καθιστώντας αυτά τα γονίδια ευκολότερα να ενεργοποιηθούν. Όταν το DNA συνδέεται πιο στενά με τις ιστόνες, ωστόσο, είναι πιο δύσκολο για μεταγραφή παράγοντες και RNA πολυμεράση για σύνδεση στο DNA, καθιστώντας πιο πιθανό ότι αυτά τα γονίδια θα στραφούν μακριά από.