DNA vo vnútri bunky je usporiadaná tak, aby dobre zapadala do malej veľkosti bunky. Jeho organizácia tiež umožňuje ľahké oddelenie správnych chromozómov počas delenia buniek. Miera tesného zabalenia DNA môže tiež ovplyvniť, ktoré gény sú zapnuté alebo vypnuté, a to ovplyvnením schopnosti určitých proteínov viazať sa na DNA.
V tomto príspevku si prejdeme špecifiká každého z týchto účinkov pevne zabalenej DNA.
Štruktúra DNA
DNA je veľký komplex zložený z niekoľkých stavebných blokov známych ako nukleotidy. Tieto nukleotidy sa viažu spolu a vytvárajú vlákna DNA. Tieto vlákna sa potom môžu párovať na základe komplementárnych sekvencií nukleotidov. Párovanie týchto vlákien vytvára takzvanú štruktúru s dvojitou špirálou.
Dvojitá špirála DNA je potom obalená okolo určitých proteínov známych ako históny. To umožňuje, aby bola DNA pevnejšie zabalená, a preto zaberá menej miesta v bunke. DNA sa môže ešte viac kondenzovať tým, že sa históny dostanú do vzájomnej tesnej blízkosti. Toto ešte prísnejšie navinutie DNA spôsobuje tvorbu pevne zabalených alebo kondenzovaných chromozómov.
Kondenzácia chromozómov
Počas väčšiny života bunky je DNA iba voľne obalená okolo histónov a nie je v kondenzovanej chromozomálnej forme. K pevnejšiemu zabaleniu alebo kondenzácii chromozómov dochádza iba počas mitózy, procesu bunkového delenia. Počas mitózy sa chromozómy kondenzujú, takže každý chromozóm je samostatnou jednotkou.
Pred mitózou bunka kopíruje svoju DNA tak, že obsahuje dve kópie každého chromozómu. Chromozómy sa počas mitózy zarovnávajú uprostred bunky, pričom páry chromozómov sú vedľa seba. Keď sa bunka rozdelí, jedna kópia sa dostane do každej z výsledných buniek.
Ak sa chromozómy nezhodujú správne, môžu sa vyskytnúť závažné genetické abnormality, ktoré môžu viesť k smrti bunky alebo rakovine. Kondenzácia DNA na pevne zabalené chromozómy zefektívňuje proces zarovnávania a separácie chromozómov počas mitózy.
Ako sa vyjadruje gén
Génová expresia alebo proces génu, ktorý sa zapína a prepisuje, je zložitý proces. Zahŕňa väzbu určitých proteínov, známych ako transkripčné faktory, na časť génu, ktorá reguluje jeho expresiu. Väčšina transkripčných faktorov podporuje expresiu génu; niektoré transkripčné faktory však bránia expresii génu, inými slovami, jeho vypnutiu.
Akonáhle transkripčný faktor zapne gén, proteín nazývaný RNA polymeráza sa pohybuje pozdĺž DNA a vytvára komplementárnu sekvenciu RNA, ktorá sa potom stáva proteínom.
Účinok na génovú expresiu
Spôsob zabalenia DNA môže ovplyvniť génovú expresiu alebo to, ktoré gény sú zapnuté. Keď sú chromozómy tesne kondenzované, DNA je zabalená veľmi pevne, čo sťažuje väzbu transkripčných faktorov na DNA. Keď je DNA menej pevne zabalená okolo histónov, môžu samotné históny ovplyvňovať génovú expresiu.
Na histónoch môžu prebiehať modifikácie, ako napríklad väzba fosfátových skupín, a tieto modifikácie môžu spôsobiť, že sa DNA viaže viac alebo menej pevne na históny. Regióny DNA, ktoré sú iba voľne viazané na históny, sú prístupnejšie transkripčným faktorom a RNA polymeráze, čo uľahčuje zapnutie týchto génov. Ak je DNA viazaná užšie na históny, je jej prepis ťažší faktory a RNA polymeráza sa viažu na DNA, čo zvyšuje pravdepodobnosť zmeny týchto génov vypnutý.