DNA wewnątrz komórki jest zorganizowane tak, że dobrze pasuje do małego rozmiaru komórki. Jego organizacja ułatwia również łatwe oddzielenie prawidłowych chromosomów podczas podziału komórki. Stopień, w jakim DNA jest ciasno owinięty, może również wpływać na to, które geny są włączane lub wyłączane, wpływając na zdolność niektórych białek do wiązania się z DNA.
W tym poście omówimy specyfikę każdego z tych efektów ciasno owiniętego DNA.
Struktura DNA
DNA to duży kompleks składający się z kilku cegiełek znanych jako nukleotydy. Te nukleotydy łączą się, tworząc nici DNA. Te nici mogą się następnie parować w oparciu o komplementarne sekwencje nukleotydów. Parowanie tych nici tworzy tak zwaną strukturę podwójnej helisy.
Podwójna helisa DNA jest następnie owijana wokół pewnych białek znanych jako histony. Dzięki temu DNA jest bardziej ciasno owinięte, a tym samym zajmuje mniej miejsca w komórce. DNA może się jeszcze bardziej skondensować, gdy histony zbliżają się do siebie. To jeszcze mocniejsze nawijanie DNA powoduje powstawanie ciasno owiniętych lub skondensowanych chromosomów.
Kondensacja chromosomów
Przez większość życia komórki DNA jest luźno owinięte wokół histonów i nie występuje w skondensowanej formie chromosomalnej. Ściślejsze owinięcie lub zagęszczenie chromosomów występuje tylko podczas mitozy, procesu podziału komórek. Podczas mitozy chromosomy kondensują się tak, że każdy chromosom jest odrębną jednostką.
Przed mitozą komórka kopiuje swoje DNA, tak że zawiera dwie kopie każdego chromosomu. Chromosomy wyrównują się w środku komórki podczas mitozy, z parami chromosomów obok siebie. Kiedy komórka się dzieli, do każdej z powstałych komórek trafia jedna kopia.
Jeśli chromosomy nie są prawidłowo ustawione, mogą wystąpić poważne nieprawidłowości genetyczne, które mogą prowadzić do śmierci komórki lub raka. Kondensacja DNA w ciasno upakowane chromosomy sprawia, że proces dopasowywania i rozdzielania chromosomów podczas mitozy jest bardziej wydajny.
Jak wyrażany jest gen
Ekspresja genów lub proces włączania i transkrypcji genu to złożony proces. Polega na wiązaniu pewnych białek, zwanych czynnikami transkrypcyjnymi, z częścią genu regulującą jego ekspresję. Większość czynników transkrypcyjnych promuje ekspresję genu; jednak niektóre czynniki transkrypcyjne uniemożliwiają ekspresję genu, innymi słowy, wyłączając go.
Gdy czynnik transkrypcyjny włącza gen, białko zwane polimerazą RNA porusza się wzdłuż DNA i tworzy komplementarną sekwencję RNA, która następnie staje się białkiem.
Wpływ na ekspresję genów
Sposób, w jaki DNA jest opakowane, może wpływać na ekspresję genów lub na to, które geny są włączone. Kiedy chromosomy są mocno skondensowane, DNA jest bardzo ciasno owinięte, co utrudnia wiązanie się czynników transkrypcyjnych z DNA. Kiedy DNA jest mniej ciasno owinięte wokół histonów, same histony mogą wpływać na ekspresję genów.
Na histonach mogą wystąpić modyfikacje, takie jak wiązanie grup fosforanowych, a te modyfikacje mogą spowodować, że DNA zwiąże się bardziej lub mniej ściśle z histonami. Regiony DNA, które są tylko luźno związane z histonami, są bardziej dostępne dla czynników transkrypcyjnych i polimerazy RNA, co ułatwia włączenie tych genów. Jednak gdy DNA jest ściślej związane z histonami, jest trudniejsze do transkrypcji czynniki i polimeraza RNA do wiązania się z DNA, co zwiększa prawdopodobieństwo, że te geny zostaną zmienione poza.
