Tipi di cromatina, caratteristiche, struttura, funzioni

IL Cromatina È il complesso formato da DNA e proteine, unico negli organismi eucariotici. In termini di proporzione contiene quasi doppia proteina come materiale genetico. Le proteine ​​più importanti di questo complesso sono gli istoni: piccole proteine ​​con carico positivo che si legano al DNA per interazioni elettrostatiche. Inoltre, la cromatina ha più di mille proteine ​​diverse dagli istoni.

L'unità fondamentale della cromatina è il nucleosoma, che consiste nell'unione di istoni e DNA. Questa ordinazione ricorda i resoconti di una collana. Dopo aver attraversato tutti i livelli di organizzazione più alti, raggiungeremo i cromosomi.

Fonte: Chromatin_nucleOfilaments.PNG: Chris WoodcockderVative Work: GouTtegd [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/3.0)]

La struttura della cromatina è strettamente correlata al controllo dell'espressione genica. Esistono due tipi principali: euchromatina ed eterocromatina.

L'eucromatina è caratterizzata da un basso grado di compattazione, che si traduce in alti livelli di trascrizione. Al contrario, l'eterocromatina è trascrizionalmente inattiva, a causa del grado di compattazione così alto che si presenta.

Strutturalmente ci sono alcuni segni epigenetici degli istoni di entrambi i tipi di cromatine. Mentre l'euchromatina è associata all'acetilazione, l'eterocromatina è associata alla diminuzione dei gruppi chimici.

Esistono alcune regioni di eterocromatina con funzioni strutturali, come telomeri e centromeri.

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Prospettiva storica

Lo studio del materiale genetico e della sua organizzazione strutturale inizia nel 1831 quando il ricercatore Robert Brown descrive il nucleo. Una delle domande immediate a questa scoperta era studiare la natura biologica e chimica di quella struttura.

Queste domande iniziarono a essere chiarite tra il 1870 e il 1900, con gli esperimenti di Friedrich Miescher, che introduce la parola nucleina. Tuttavia, Walther Flemming modifica il termine e gli usi Cromatina Fare riferimento alla sostanza nucleare.

Nel tempo inizi ad avere una conoscenza più profonda del materiale genetico e delle sue proprietà. Non è fino al 1908 quando il ricercatore dell'Italia Pasquale Baccarini osserva che la cromatina non è omogenea e riesce a visualizzare piccoli corpi all'interno del nucleo.

I tipi di cromatine - euchromatina ed eterocromatina - furono inizialmente proposti da Emil Heitz nel 1928. Per stabilire questa classificazione, Heitz si basava sull'uso della colorazione.

Nel 1974 il biologo Roger Kornberg propose un modello per l'organizzazione del materiale genetico nelle strutture note come nucleosomi, ipotesi empiricamente confermata dagli esperimenti di Markus Noll.

Cos'è la cromatina?

Componenti della cromatina: DNA e proteine

La cromatina è una nucleoproteina formata dall'unione di materiale genetico - DNA - con un insieme eterogeneo di proteina. Questa associazione è altamente dinamica e acquisisce una complessa conformazione tridimensionale che gli consente di svolgere le sue funzioni regolatori e strutturali.

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Una delle proteine ​​della cromatina più importanti sono gli istoni, che sono quasi in proporzione come DNA.

Le istoni sono proteine ​​di base, notevolmente conservate durante la storia evolutiva degli esseri organici - cioè i nostri istoni non variano molto rispetto a quelli di altri mammiferi, anche un altro animale più lontano filogeneticamente.

L'onere degli istoni è positivo, quindi possono interagire attraverso le forze elettrostatiche con il carico negativo dello scheletro fosfato presente nel DNA. Esistono cinque tipi di istoni, vale a dire: H1, H2A, H2B, H3 e H4.

Esistono anche una serie di proteine ​​di natura diversa rispetto agli istoni che partecipano alla compattazione del DNA.

Compattazione del DNA: nucleosomi

L'unità di base della cromatina sono i nucleosomi - strutture ripetitive formate da DNA e istoni, conformazione che troviamo in tutto il materiale genetico.

La doppia elica del DNA è arrotolata in un complesso di otto istone noto come Histonas Octa. La molecola viene lanciata in circa due giri, seguita da una breve regione (tra 20 e 60 coppie di basi) che separa i nucleosomi l'uno dall'altro.

Per comprendere questa organizzazione, dobbiamo prendere in considerazione che la molecola di DNA è estremamente lunga (circa 2 metri) e deve essere iscritta in modo ordinato a stabilirsi nel nucleo (il cui diametro è da 3 a 10 µm). Inoltre, deve essere disponibile per la replica e la trascrizione.

Questo obiettivo si ottiene con diversi livelli di compattazione del DNA, essendo il primo di loro i nucleosomi sopra menzionati. Questi assomigliano ai resoconti di una collana di perle. Circa 150 coppie di basi di DNA sono arrotolate a casa "account".

Nei batteri non ci sono storie vere. Al contrario, ci sono una serie di proteine ​​che ricordano gli istoni e si presume che contribuiscano al packaging del DNA batterico.

Organizzazione superiore

L'organizzazione della cromatina non è limitata a livello di nucleosomi. Questa associazione di proteina e DNA è raggruppata in una struttura più spessa di circa 30 nm - a causa di questo spessore, è chiamato livello di fibra "30 nm".

La cromatina organizzata nello spessore di 30 nm è organizzata a sua volta sotto forma di anelli che si estendono in una sorta di impalcatura della natura proteica (non istoni).

Questo è il modello che è attualmente gestito, sebbene sia prevista l'esistenza di meccanismi di compattazione più complessi. L'organizzazione finale è costituita dal cromosoma.

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Errori nell'organizzazione della cromatina

La compattazione e l'organizzazione del materiale genetico è vitale per molteplici funzioni biologiche. Diverse condizioni mediche sono state associate a errori nella struttura della cromatina, tra cui Alpha talasia collegata al cromosoma X, sindrome di Rubinstein-taybi, sindrome da bara-love, sindrome Rett, tra gli altri.

Tipi di cromatina

Esistono due tipi di cromatina nella cellula, rivelati dall'applicazione della colorazione: euchromatina ("vera" cromatina) ed eterocromatina. Nel primo caso la colorazione si osserva debolmente, mentre nel secondo la colorazione è intensa.

Questa organizzazione strutturale del DNA è unica per gli organismi eucariotici ed è cruciale per il comportamento dei cromosomi e la regolazione dell'espressione genica.

Se valutiamo le proporzioni di entrambi i tipi di cromatine in una cellula in interfaccia, scopriamo che circa il 90% della cromatina è euchromatina e il restante 10% corrisponde all'eterocromatina. Successivamente descriveremo ogni tipo in dettaglio:

Yo. Eterocromatina

Caratteristiche

La differenza principale tra entrambi i tipi di cromatina è correlata al grado di compattazione o "imballaggio" della molecola durante le fasi specifiche nella divisione cellulare.

Sebbene nell'interfaccia il materiale genetico sembra essere disperso in modo casuale, non è in questo modo.

C'è un'organizzazione significativa in questa fase, in cui è possibile vedere una divisione differenziale di materiale cromosomico all'interno del nucleo.

Il DNA cromosomi non è intrecciato con il filamento di DNA di altri cromosomi e resti sono regioni specifiche chiamate territori cromosomici. Questa organizzazione sembra contribuire all'espressione genica.

L'eterocromatina è fortemente condensata, essendo poco accessibile ai macchinari di trascrizione, quindi non sono trascritti. Inoltre, è scarso in termini di quantità di geni che presenta.

Tipi di eterocromatina

Alcune regioni di eterocromatina sono persistenti in tutti i lignaggi cellulari, cioè, Sempre Si comporterà come eterocromatina. Questo tipo di eterocromatina è noto come costitutivo. Un esempio di ciò sono le regioni condensate dei cromosomi chiamati centromeri e telomeri.

Al contrario, ci sono porzioni di eterocromatina che possono variare il livello di compattazione in risposta ai cambiamenti nei modelli di sviluppo o nelle variabili ambientali.

Grazie ai nuovi studi, questa visione viene riformulata e ora ci sono prove che l'eterocromatina costitutiva è anche dinamica e in grado di rispondere agli stimoli.

Struttura

Uno dei fattori che determina la struttura della cromatina sono le modifiche chimiche degli istoni. Nel caso della cromatina trascrizionalmente inattiva, mostrano istoni ipoacetizzati.

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La diminuzione della quantità di gruppi di acetil è associata al silenzio dei geni, poiché il carico positivo delle lisine non si masca, consentendo una forte interazione elettrostatica tra DNA e istoni.

Un altro marchio epigenetico è la metilazione. Tuttavia, poiché l'aggiunta di un gruppo metilico non modifica il carico della proteina, la sua conseguenza (attiva o disattiva i geni) non è così evidente e dipenderà dalla regione dell'istone in cui si trova il marchio.

Empiricamente è stato scoperto che la metilazione di H3K4me3 e H3K36me3 è associata all'attivazione genica e a quelle di H3K9me3 e H3K27me3.

Funzioni

Nell'esempio dell'eterocromatina costitutiva menzioniamo il centromero. Questa regione cromosomica ha un ruolo strutturale e contribuisce al movimento dei cromosomi durante gli eventi di divisione cellulare sia mitotica che meiotica.

Ii. Euchromatina

Caratteristiche

Contrariamente all'eterocromatina, l'euchromatina è una molecola meno compatta, quindi il macchinario di trascrizione ha un facile accesso (in particolare all'enzima rna polimerasi) e può essere espresso da percorsi attivamente genetici.

Struttura

La struttura di un nucleosoma di una cromatina attiva dal punto di vista della trascrizione è caratterizzata da istoni acetilati. La presenza di lisine monometiliche sono anche associate all'attivazione genica.

L'aggiunta di un gruppo di acetil a questi rifiuti di lisina dagli istoni neutralizza il carico positivo di detto aminoacido. La conseguenza immediata di questo cambiamento è la riduzione delle interazioni elettrostatiche tra istone e DNA, generando una cromatina più lassista.

Questa modifica strutturale consente le interazioni del materiale genetico con il macchinario trascrizionale, che è caratterizzato dall'essere particolarmente ingombrante.

Funzioni

L'eucromatina comprende tutti i geni attivi e riescono a essere raggiunti mediante macchinari enzimatici correlati alla trascrizione. Pertanto, le funzioni sono ampie come le funzioni dei geni coinvolti.

Riferimenti

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