DNA, de stof die verantwoordelijk is voor het uitdrukken van de genetische samenstelling van alle levende organismen, is een lang smal molecuul samengesteld uit een suiker-fosfaatruggengraat die een precieze opeenvolging van kleinere moleculen, nucleotide genaamd, ondersteunt basen. Cellen lezen delen van DNA die genen worden genoemd, om de productie van eiwitten te regelen die de kenmerken van de cel bepalen.
Chromatine en chromosomen zijn verschillende vormen van hetzelfde materiaal die werken door DNA-moleculen te verpakken om in kleine cellen te passen en te werken. Verpakking is echter niet de enige chromosoom- en chromatinefunctie. Het kan ook helpen bij het reguleren van genexpressie.
Verpakkingsuitdaging
eukaryote organismen, die alle behalve de eenvoudigste levensvormen omvatten, hebben cellen die een centraal ommuurd gebied bevatten dat de kern wordt genoemd. Het grootste deel van het DNA van een cel bevindt zich in de kern, wat een behoorlijke verpakkingsuitdaging vormt. Als je al het DNA in een menselijke cel zou uitrekken, zou het ongeveer 3 meter lang zijn.
De natuur heeft een manier gevonden om al dat DNA in een kern te proppen die slechts 1/100.000 meter in doorsnee is. De cel moet niet alleen het nucleaire DNA stevig samendrukken, maar moet het DNA ook verstandig rangschikken zodat een cel toegang heeft tot de delen die hij wil gebruiken.
chromatine-definitie
We definiëren chromatine door zijn samenstelling en functie. chromatine is een combinatie van DNA, ribonucleïnezuren en eiwitten die histonen worden genoemd en die de celkern vullen. De histonen hechten aan en comprimeren de dubbel-helix strengen van DNA. Het chromatine vormt kraalachtige structuren die nucleosomen worden genoemd, waardoor het DNA met een factor zes wordt verdicht.
De kralenketting wikkelt zich vervolgens in een holle buisvorm, de solenoïde, die 40 keer compacter is. Chromatine kan een hoge compressie bereiken, gedeeltelijk door de negatieve elektrische ladingen te neutraliseren die overheersen in het DNA-molecuul en die anders compressie zouden weerstaan. Eén type chromatine, euchromatine genaamd, reguleert actief de genactiviteit, terwijl heterochromatine inactieve gebieden van het DNA-molecuul stevig gebonden houdt.
Wanneer het DNA stevig is gebonden, kunnen de genen in dat gebied niet worden getranscribeerd, omdat de transcriptiemachinerie (enzymen en andere moleculen) fysiek niet bij het gen kunnen komen. Wanneer chromatine daarentegen losjes is gebonden, kunnen genen gemakkelijker worden getranscribeerd en tot expressie worden gebracht.
chromosomen
Chromosomen worden gevormd wanneer een cel op het punt staat zich te delen, waarna het spaghetti-achtige chromatine nog verder wordt samengedrukt, met een factor 10.000. Het resulterende gecondenseerde lichaam is een chromosoom, dat meestal lijkt op een grote X. De vier armen van de X komen samen in het centrale gedeelte dat het centromeer wordt genoemd. De meeste menselijke cellen hebben 46 chromosomen in twee sets van 23, elke set geschonken door een ouder.
De chromosomen dupliceren zichzelf en verdelen zich gelijkmatig over elke dochtercel tijdens de celdeling. Nadat de celdeling is voltooid, gaan de chromosomen een periode in die interfase wordt genoemd en gaan ze terug naar chromatinestrengen.
Prokaryoten hebben iets dat lijkt op chromosomen en chromatine, maar het is niet helemaal hetzelfde. In plaats van dezelfde complexen die zich in eukaryoten bevinden, "supercoilen" prokaryoten hun DNA eenvoudigweg om het in de cel te passen. Prokaryoten hebben ook maar één "klomp" DNA, de nucleoïde. Hoewel er eiwitten zijn geassocieerd met deze supercoiling, heeft het niet dezelfde structuur of opzet als chromatine.
Chromatinefunctie: condenseren en ontspannen
Transcriptie vindt alleen plaats tijdens interfase. Tijdens de transcriptie kopieert de cel specifieke DNA-genen op RNA, dat het vervolgens vertaalt in eiwitten. Tijdens de interfase is het chromatine relatief ontspannen, waardoor de transcriptiemachinerie van de cel toegang heeft tot DNA-genen.
Euchromatine omringt genen die in aanmerking komen voor transcriptie en speelt een actieve rol in het proces. Heterochomatine hecht zich aan inactieve delen van het DNA-molecuul. Chromatine condenseert tot chromosomen en ontspant dan weer als de cel wisselt tussen deling en interfase.