DNA, substancja odpowiedzialna za ekspresję składu genetycznego wszystkich żywych organizmów, to długa, wąska cząsteczka składa się ze szkieletu cukrowo-fosforanowego, który obsługuje precyzyjną sekwencję mniejszych cząsteczek zwanych nukleotydami podstawy. Komórki odczytują sekcje DNA zwane genami, aby kontrolować produkcję białek, które określają cechy komórki.
Chromatyna i chromosomy to różne formy tego samego materiału, które działają poprzez pakowanie cząsteczek DNA, aby pasowały i działały w maleńkich komórkach. Pakowanie nie jest jednak jedyną funkcją chromosomów i chromatyny. Może również działać, pomagając regulować ekspresję genów.
Wyzwanie pakowania
Organizmy eukariotyczne, które obejmują wszystkie poza najprostszymi formami życia, mają komórki, które zawierają centralny, otoczony ścianami obszar zwany jądrem. Większość DNA komórki znajduje się w jądrze, co stwarza nie lada wyzwanie związane z pakowaniem. Gdyby rozciągnąć całe DNA w ludzkiej komórce, rozciągnęłoby się ono na około 3 metry.
Natura znalazła sposób na upchnięcie całego tego DNA w jądrze o średnicy zaledwie 1/100 000 metra. Komórka musi nie tylko mocno skompresować jądrowe DNA, ale także rozsądnie ułożyć DNA tak, aby komórka mogła uzyskać dostęp do części, których chce użyć.
Definicja chromatyny
Chromatynę definiujemy na podstawie jej składu i funkcji. Chromatyna to połączenie DNA, kwasów rybonukleinowych i białek zwanych histonami, które wypełniają jądro komórkowe. Histony przyczepiają się i kompresują nici podwójnej helisy DNA. Chromatyna tworzy podobne do kulek struktury zwane nukleosomami, zagęszczając DNA sześciokrotnie.
Następnie sznur koralików zwija się w wydrążoną rurkę, solenoid, który jest 40 razy bardziej zwarty. Chromatyna może osiągnąć wysoką kompresję częściowo poprzez neutralizację ujemnych ładunków elektrycznych, które dominują w cząsteczce DNA i które w przeciwnym razie byłyby odporne na kompresję. Jeden rodzaj chromatyny, zwany euchromatyną, aktywnie reguluje aktywność genów, podczas gdy heterochromatyna ściśle wiąże nieaktywne regiony cząsteczki DNA.
Kiedy DNA jest ściśle związane, geny w tym regionie nie mogą być transkrybowane, ponieważ maszyneria transkrypcyjna (enzymy i inne cząsteczki) nie może fizycznie dostać się do genu. Z drugiej strony, gdy chromatyna jest luźno związana, geny mogą być łatwiej transkrybowane i wyrażane.
Chromosomy
Chromosomy tworzą się, gdy komórka ma się podzielić, kiedy to chromatyna przypominająca spaghetti ulega jeszcze większej kompresji, dziesięciotysięcznemu czynnikowi. Powstały skondensowany korpus to chromosom, który zwykle przypomina duży X. Cztery ramiona X łączą się w centralnej części zwanej centromerem. Większość ludzkich komórek ma 46 chromosomów w dwóch zestawach po 23, z których każdy został oddany przez rodzica.
Chromosomy powielają się i rozprowadzają równomiernie do każdej komórki potomnej podczas podziału komórki. Po zakończeniu podziału komórki chromosomy wchodzą w okres zwany interfazą i wracają do nici chromatyny.
Prokarionty mają coś podobnego do chromosomów i chromatyny, ale to nie to samo. Zamiast tych samych kompleksów, które są u eukariontów, prokarionty po prostu „skręcają” swoje DNA, aby dopasować je do wnętrza komórki. Prokariota mają również tylko jedną „kępkę” DNA zwaną nukleoidem. Chociaż istnieją białka związane z tym superzwijaniem się, nie jest to ta sama struktura ani konfiguracja, co chromatyna.
Funkcja chromatyny: skondensuj i zrelaksuj się
Transkrypcja następuje tylko podczas interfazy. Podczas transkrypcji komórka kopiuje określone geny DNA na RNA, które następnie przekłada na białka. Podczas interfazy chromatyna jest stosunkowo rozluźniona, umożliwiając maszynerii transkrypcyjnej komórki dostęp do genów DNA.
Euchromatyna otacza geny kwalifikujące się do transkrypcji i odgrywa aktywną rolę w tym procesie. Heterochomatyna przyłącza się do nieaktywnych części cząsteczki DNA. Chromatyna kondensuje w chromosomy, a następnie ponownie się rozluźnia, gdy komórka przechodzi między podziałem a interfazą.