Hromatin
Definicija uredi
Hromatin je ćelijski kompleks makromolekula koji sadrži DNK, protein i RNK. Osobito je prijemčiv za specifične boje nukleinskih kiselina.
Primarne funkcije hromatina su:
- (1) upakivanje molekula DNK u manje zapremine da se adekvatno uklopi u jedro
- (2) ojačavanje DNK makromolekula kako bi se omogućila mitoza,
- (3) sprečavanje oštećenja DNK, i
- (4) kontrola ekspresije gena i DNK replikacije.
Proteinske komponente su mu primarno histoni s kompaktnom DNK. Hromatin se nalazi samo u eukariotskih ćelijama, (ćelije s definiranim jedrima). Prokariotske ćelije imaju drugačiju organizaciju njihove DNK (u prokariotskim hromosomima ekvivalent je genofora) a locirana je u nukleoidnom regionu.
Struktura hromatina ovisi o nekoliko faktora. U ukupnoj strukturi ovisi o fazi ćelijskog ciklusa. U interfazi, hromatina je strukturno labav da omogući pristup RNK i DNK polimeraze za prepisivanje genetičke šifre i replikaciju DNK. Lokalna struktura hromatina tokom interfaze zavisi od gena na DNK: kodirajući geni koji se aktivno transkribiraju se pakuju labavije i nalaze se u vezi sa RNK polimerazama (zvanim euhromatin) dok se DNK koja kodira neaktivne ("isključene") gene nalaze u vezi sa strukturnim proteinima i čvršće su pakirani (heterohromatin).
Epigenetička hemijska modifikacija strukturnih proteina u hromatina također mijenjaju lokalne strukture hromatina, a posebno hemijske modifikacije histonskih proteinskih metilacija i acetilacija. Kada se ćelija priprema za podjelu, odnosno ulazi u mitozu ili ]mejozu, hromatinski paketi su čvršći, kako bi se olakšalo razdvajanjer hromosoma] tokom anafaze. U ovoj fazi ćelijskog ciklusa to čini pojedine hromosome u mnogim ćelijama vidljivijim pod optičkim mikroskopom.
Općenito, postoje tri razine organizacije hromatina:
- DNK se obavija oko histonskih proteina formirajući nukleosome, kao perle na niti, tj. euhromatinsku strukturu.
- Multipli histoni se uvijaju u 30-nanometarska (30 nm) vlakna koja se sastoje od nukleosomnih nizova u kompaktnom obliku (heterohromatin). In vitro je ustanovljeno da te niti nisu vidljive u dosadašnjim studijama sa X zračenjem ljudskih mitoznih hromosoma.
- Nadređenost pakovanja DNK vlakana od (30 nm) u metafazi hromosoma (tokom mitoze i mejoze).
Hromatin u interfazi uredi
Struktura hromatina tokom interfaze je optimizirana, kako bi se omogućila jednostavanna transkripcija i faktora popravka DNK, dok se jedru DNK zbija. Struktura varira u zavisnosti od potreba pristupa do DNK. Geni koji zahtijevaju redovne pristupe RNK polimeraze zahtijevaju promjenu euhromatinske structure.
Dinamika i hijerarhija strukture hromatina uredi
Tokom ćelijskog ciklusa, hromatin prolazi kroz različite strukturne promjene. Histonski proteini su osnovna pakovanja i aranžeri hromatina, a mogu se mijenjati u raznim post-translacijskim modifikacijama. Posljedice histonske acetilacije se ogledaju u slabljenju i povećanju dostupnosti hromatina za replikaciju i transkripciju. Trimetilacija histona izaziva zbijanje hromatina i smanjuje dostupnost. Novija istraživanja su dokazala bivalentnu strukturu hromatina:
- metilizirani lizinski ostaci na lokaciji 4 i 27 histona 3. Smatra se da to može biti uključeni u razvoju;
- u embrionalnim ćelijama ima više metilacija lizina 27 u odnosu na diferencirane, dok metilacija lizin 4 pozitivno regulira transkripciju ukljičivanjem nukleosomnih remodelirajućih enzima i histonskih acetilza.[1]
Polikomb-grupe proteina imaju ulogu u regulaciji gena, modulacijom hromatinske strukture.[2]
Struktura DNK u hromatinu uredi
U prirodi, DNK može formirati tri strukture, A–, B– i Z–DNK. A– i B–DNK su vrlo slične, formirajući desne helikse, dok je Z–DNK ima obrnuto usmjerenu spiralu (na lijevo), sa cik-cak fosfatima u kičmi. Za Z–DNK se misli da igra određenu ulogu u strukturiranju hromatina i transkripciji zbog sposobnosti spajanja između B– i Z–DNK.
Na priključku B– i Z–DNK, jedan par baza je pomjeren iz normalnog vezivanja. Ovi igmaju dvostruku ulogu sajta prepoznavanja mnogih proteina i kao “perač” za torzijske stresove iz RNK polimeraze ili nukleosomne DNK.
Dobitnici Nobelove nagrade za naučni doprinos u istraživanju hromatina uredi
| Godina | Dobitnici | Obrazloženje |
|---|---|---|
| 1910. | Albrecht Kossel (University of Heidelberg) | Za fiziologiju i medicinu, otkriće pet nuklearnih baza: adenin, citozin, guanin, timin i uracil. |
| 1933. | Thomas Hunt Morgan (California Institute of Technology) | Za fiziologiju i medicinu, otkrića uloge gena u hromosomskom nasljeđivanjiu, bazirana na istraživanju bjelookih mutacija kod Drosophila.[3] |
| 1962. | Francis Crick, James D. Watson i Maurice Wilkins (MRC Laboratory of Molecular Biology, Harvard University and London University) | Za fiziologiju ili medicinu, otkriće dvostrukog heliksa u strukturi DNK i njegovog značaja za transfer informacije u živom materijalu. |
| 1982. | Aaron Klug (MRC Laboratory of Molecular Biology) | Za hemiju, za razvoj kristalografske elektronske mikroskopije i strukturnog obrazloženja biološki važnih nukleinsko-proteinskih kompleksa. |
| 1993. | Richard J. Roberts i Phillip A. Sharp | Za fiziologiju, nezavisna otkrića podjele gena, u kojoj DNK sekcije pod nazivom egzoni kodiraju proteine, sa prekidima zvanim introni, koji ih ne kodiraju. |
| 2006. | Roger Kornberg (Stanford University) | Za hemiju, otkriće mehanizama transkripcije DNK u informacijsku RNK. |
Reference uredi
- ^
Bernstein B. E.; et al. (april 2006). "A bivalent chromatin structure marks key developmental genes in embryonic stem cells". Cell. 125 (2): 315–26. doi:10.1016/j.cell.2006.02.041. ISSN 0092-8674. PMID 16630819. Eksplicitna upotreba et al. u:
|author=(pomoć) - ^ http://www.horizonpress.com/rnareg ISBN 978-1-904455-25-7.
- ^ "Thomas Hunt Morgan and His Legacy". Nobelprize.org. 7 Sep 2012