Il DNA all'interno di una cellula è organizzato in modo tale da adattarsi bene alle piccole dimensioni di una cellula. La sua organizzazione facilita anche la facile separazione dei cromosomi corretti durante la divisione cellulare. Il grado in cui il DNA è strettamente avvolto può anche influenzare quali geni vengono attivati o disattivati, influenzando la capacità di alcune proteine di legarsi al DNA.
In questo post, esamineremo le specifiche di ciascuno di questi effetti del DNA strettamente avvolto.
Struttura del DNA
Il DNA è un grande complesso, composto da diversi elementi costitutivi noti come nucleotidi. Questi nucleotidi si legano insieme per formare filamenti di DNA. Questi filamenti possono quindi accoppiarsi, in base a sequenze complementari dei nucleotidi. L'accoppiamento di questi filamenti forma quella che è nota come struttura a doppia elica.
La doppia elica del DNA viene quindi avvolta attorno a determinate proteine note come istoni. Ciò consente al DNA di essere avvolto più strettamente e quindi di occupare meno spazio all'interno della cellula. Il DNA può condensarsi ulteriormente se gli istoni si avvicinano l'uno all'altro. Questo avvolgimento ancora più stretto del DNA provoca la formazione di cromosomi strettamente avvolti o condensati.
Condensazione cromosomica
Durante la maggior parte della vita di una cellula, il DNA è avvolto solo vagamente attorno agli istoni e non è nella forma cromosomica condensata. L'avvolgimento più stretto, o condensazione, dei cromosomi si verifica solo durante la mitosi, il processo di divisione cellulare. Durante la mitosi, i cromosomi si condensano in modo che ogni cromosoma sia un'unità distinta.
Prima della mitosi, la cellula copia il suo DNA in modo che contenga due copie di ciascun cromosoma. I cromosomi si allineano al centro della cellula durante la mitosi, con le coppie di cromosomi una accanto all'altra. Quando la cella si divide, una copia va a ciascuna delle celle risultanti.
Se i cromosomi non si allineano correttamente, possono verificarsi gravi anomalie genetiche, che possono portare alla morte della cellula o al cancro. La condensazione del DNA in cromosomi strettamente imballati rende più efficiente il processo di allineamento e separazione dei cromosomi durante la mitosi.
Come si esprime un gene
L'espressione genica, o il processo di attivazione e trascrizione di un gene, è un processo complesso. Implica il legame di alcune proteine, note come fattori di trascrizione, alla porzione del gene che ne regola l'espressione. La maggior parte dei fattori di trascrizione promuovono l'espressione di un gene; tuttavia, alcuni fattori di trascrizione impediscono l'espressione di un gene, in altre parole, lo disattivano.
Una volta che un fattore di trascrizione attiva un gene, una proteina chiamata RNA polimerasi si muove lungo il DNA e forma una sequenza complementare di RNA, che poi diventa proteina.
Effetto sull'espressione genica
Il modo in cui il DNA è avvolto può influenzare l'espressione genica o quali geni vengono attivati. Quando i cromosomi sono strettamente condensati, il DNA è avvolto molto strettamente, rendendo difficile il legame dei fattori di trascrizione al DNA. Quando il DNA è avvolto meno strettamente intorno agli istoni, gli istoni stessi possono influenzare l'espressione genica.
Sugli istoni possono verificarsi modifiche, come il legame di gruppi fosfato, e queste modifiche possono far sì che il DNA si leghi più o meno strettamente agli istoni. Le regioni del DNA che sono solo debolmente legate agli istoni sono più accessibili ai fattori di trascrizione e alla RNA polimerasi, rendendo questi geni più facili da attivare. Quando il DNA è legato più strettamente agli istoni, tuttavia, è più difficile per la trascrizione fattori e RNA polimerasi per legarsi al DNA, rendendo più probabile che quei geni vengano trasformati spento.