Τα χρωμοσώματα περιέχουν πρωτεΐνη: 5 γεγονότα που πρέπει να γνωρίζετε

Τα χρωμοσώματα περιέχουν πρωτεΐνες και αυτές οι πρωτεΐνες είναι υπεύθυνες για τη συμπαγή και συμπυκνωμένη δομή τους.

Οι χρωμοσωμικές πρωτεΐνες είναι απαραίτητες για την οργάνωση του εκτεταμένου γραμμικού DNA που υπάρχει τόσο στα προκαρυωτικά όσο και στα ευκαρυωτικά κύτταρα. Η συμπύκνωση λαμβάνει χώρα σε διάφορα στάδια και διαφορετικά είδη πρωτεϊνών είναι υπεύθυνα για διαφορετικό επίπεδο συμπίεσης.

Στους ευκαρυώτες, ο πιο κοινός τύπος πρωτεϊνών που εμπλέκονται στη χρωμοσωμική συμπύκνωση είναι ιστόνες και μερικές μη ιστονικές πρωτεΐνες, όπως συμπυκνώσεις. Ενώ, οι προκαρυώτες όπως τα βακτήρια και τα αρχαία έχουν διαφορετικά σύνολα πρωτεϊνών, μερικά από τα οποία είναι ανάλογα με αυτά των ευκαρυωτικών πρωτεϊνών ενώ άλλα μπορεί να είναι μοναδικά για ένα συγκεκριμένο γένος.

Τα χρωμοσώματα αποτελούνται από πρωτεΐνες;

Τα χρωμοσώματα είναι εξαιρετικά συμπυκνωμένη μορφή DNA, τα οποία είναι σούπερ τυλιγμένα με τη βοήθεια ορισμένων πρωτεϊνών που δεσμεύουν το DNA. Έτσι, τα χρωμοσώματα αποτελούνται τόσο από νουκλεοτίδια όσο και από πρωτεΐνες.

Οι πρωτεΐνες που δεσμεύουν το DNA μπορούν να ταξινομηθούν ευρέως σε δύο κατηγορίες, τις πρωτεΐνες ιστόνης και την μη ιστονικές πρωτεΐνες. Οι πρωτεΐνες και των δύο κατηγοριών συμμετέχουν στη συμπύκνωση του DNA για να σχηματίσουν δίκτυα χρωματίνης που υφίστανται περαιτέρω συμπύκνωση κατά τη διαίρεση των κυττάρων για να σχηματιστούν χρωμοσώματα.

Πρωτεΐνες ιστόνης

Οι ιστόνες είναι πρωτεΐνες που δεσμεύουν το DNA που βοηθούν στη χρωμοσωμική συσκευασία. Ένα μόνο κύτταρο περιέχει μεγάλη ποσότητα πρωτεϊνών ιστόνης. Ο πυρήνας ιστόνης αποτελείται από οκτώ πρωτεΐνες ιστόνης, δύο μόρια το καθένα από τα H2A, H2B, H3 και H4. Σχεδόν 146 νουκλεοτίδια DNA τυλίγονται γύρω από τον πυρήνα της ιστόνης για να σχηματίσουν ένα νουκλεόσωμα. Τα νουκλεοσώματα υπάρχουν σε ένα κανονικό διάστημα ζευγών βάσεων.

Τα χρωμοσώματα περιέχουν πρωτεΐνη
Πιστωτικά Εικόνα: Κοινά Wikimedia. Δομή ιστόνης.
Η δέσμευση του Η1 στο νουκλεόσωμα
Πιστωτικά Εικόνα: Wikimedia Commons. Nucleosome

Πρωτεΐνες συμπύκνωσης

Οι πρωτεΐνες της συμπύκνωσης, παρόμοιες με τις πρωτεΐνες συνοχής, είναι α σύμπλοκο πέντε πρωτεϊνών, εξαιρετικά διατηρημένο στους ευκαρυώτες. Παίζουν κεντρικό ρόλο στη συναρμολόγηση του DNA στα χρωμοσώματα κατά τη διάρκεια της μιτωτικής φάσης του κυτταρικού κύκλου. Δύο τύποι συμπυκνωμάτων υπάρχουν στα ευκαρυωτικά που εκτελούν διαφορετικούς ρόλους κατά την κυτταρική διαίρεση τόσο στα σωματικά όσο και στα γαμετικά κύτταρα. Τόσο η συμπυκνσίνη Ι όσο και η συμπυκνσίνη II διαθέτουν υπομονάδες που ανήκουν στο δομική συντήρηση των χρωμοσωμάτων ή την οικογένεια SMC, μαζί με ένα σύνολο τριών μοναδικών υπομονάδων που δεν είναι SMC.

Πού βρίσκεται η πρωτεΐνη σε ένα χρωμόσωμα;

Μόρια ιστόνης υπάρχουν σε όλο το μήκος των χρωμοσωμάτων καθώς συμμετέχουν στο πρώτο βήμα της συμπύκνωσης των χρωμοσωμάτων. Το νουκλεόσωμα που περιέχει τον πυρήνα ιστόνης επαναλαμβάνεται κάθε 200 ζεύγη βάσεων στην ίνα χρωματίνης. Ως αποτέλεσμα, οι πρωτεΐνες ιστόνης υπάρχουν σε όλο το μήκος του δίκλωνου DNA.

Από την άλλη οι δύο τύπους πρωτεϊνών συμπύκνωσης που υπάρχουν στο ευκαρυωτικό κύτταρα βρίσκονται σε διαφορετικές θέσεις σε ένα κελί. Η πρωτεΐνη Condensin I βρίσκεται συνήθως στο κυτταρόπλασμα σε όλο το κύτταρο αναμένονται κατά τη διάρκεια της μίτωσης ή της μείωσης. Όταν η πυρηνική μεμβράνη διασπάται κατά τη διάρκεια της προφάσης, αυτά Οι πρωτεΐνες της συμπύκνωσης Ι μετατοπίζονται στον πυρηνικό χώρο, στα χρωμοσώματα.

Ενώ, Οι πρωτεΐνες της συμπυκνίνης II είναι πάντα παρούσες στο εσωτερικό του πυρήνα και συμμετέχουν στα αρχικά στάδια του χρωμοσώματος συμπύκνωση.

Ποιος είναι ο ρόλος των πρωτεϊνών σε ένα χρωμόσωμα;

Οι πρωτεΐνες ιστόνης και μη ιστόνης είναι υπεύθυνες για να βοηθήσουν το δίκλωνο DNA να υποστεί υπερέλιξη.

Ιστόνες

  • Η οκτώ πρωτεΐνες ιστόνης, ένα ζεύγος H2A, H2B, H3 και H4, ενώνονται για να σχηματίσουν έναν οκταμερή πυρήνα πάνω στον οποίο το δίκλωνο DNA τυλίγει γύρω από τον πυρήνα ιστόνης 1.65 φορές. Αυτή η διάταξη ονομάζεται α νουκλεοσώμα και αποτελεί τη βασική μονάδα χρωμοσωμικής συσσώρευσης.
  • Η πρωτεΐνη ιστόνης Η1 υπάρχει εκτός του νουκλεοσώματος και είναι υπεύθυνη για την προστασία του συνδετικού DNA που υπάρχει ανάμεσα σε δύο νουκλεοσώματα.
  • Τα νουκλεοσώματα συμπυκνώνουν το μέγεθος του DNA στο ένα τρίτο του αρχικού του μεγέθους.
  • Οι πρωτεΐνες ιστόνης συνδέονται με το DNA με τη βοήθεια του 142 δεσμοί υδρογόνου, μαζί με αρκετές υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις και δεσμούς αλάτων.
  • Τα αμινοξέα που υπάρχουν στην ιστόνη οι πρωτεΐνες σχηματίζουν υδρογόνο δεσμούς με τη φωσφορική ραχοκοκαλιά του DNA.
  • Οι ιστόνες είναι πλούσιες σε αμινοξέα με βασικές πλευρικές αλυσίδες από 11 έως 37 αμινοξέα, που περιέχουν υπολείμματα όπως λυσίνη και αργινίνη. Όταν οι πρωτεΐνες ιστόνης αλληλεπιδρούν με το DNA, το θετικό φορτίο των πλευρικών αλυσίδων εξουδετερώνει το αρνητικό φορτίο του φωσφορικού άλατος του DNA.
  • Οι πλευρικές αλυσίδες των πρωτεϊνών του πυρήνα μπορούν επίσης αλληλεπιδρούν με εκείνα των γειτονικών νουκλεοσωμάτων για περαιτέρω σταθεροποίηση της συμπυκνωμένης δομής.
  • Οι ιστόνες συμμετέχουν επίσης στη γονιδιακή ρύθμιση με ακετυλίωση και μεθυλίωση των πλευρικών αλυσίδων της πρωτεΐνης του πυρήνα.
  • Η ακετυλίωση των υπολειμμάτων αμινοξέων της πλευρικής αλυσίδας ιστόνης επιτρέπει στο DNA που είναι συσκευασμένο στα νουκλεοσώματα να χαλαρώσει για μεταγραφή. Η μεθυλίωση της ίδιας επιτρέπει στο νουκλεόσωμα να συσκευαστεί σφιχτά έτσι ώστε το τμήμα DNA να γίνει μεταγραφικά ανενεργό.
  • Για παράδειγμα, Το ένζυμο ακετυλοτρανσφεράσες συνδέει μια ακετυλομάδα στα υπολείμματα λυσίνης που υπάρχουν στις πλευρικές αλυσίδες της ιστόνης. Αυτό οδηγεί σε αποσταθεροποίηση του DNA τυλιγμένο στην πρωτεΐνη του πυρήνα, έτσι ώστε το οι δεσμοί μεταξύ τους εξασθενούν. Το χαλαρά συσκευασμένο DNA γίνεται τότε ελεύθερο να υποβληθεί σε μεταγραφή.
Εικόνα 16 03 02
Πιστωτικά Εικόνα: Κοινά Wikimedia.

Συμπυκνώσεις

  • Τα χρωμοσώματα είναι εξαιρετικά συμπυκνωμένη μορφή DNA, τα οποία είναι σούπερ τυλιγμένα με τη βοήθεια ορισμένων πρωτεϊνών που δεσμεύουν το DNA. Έτσι, τα χρωμοσώματα αποτελούνται τόσο από νουκλεοτίδια όσο και από πρωτεΐνες.
  • Condensin I υπάρχει στο κυτταρόπλασμα και έτσι πρέπει περιμένετε να αποκτήσετε πρόσβαση στα χρωμοσώματα μέχρι να διασπαστεί η πυρηνική μεμβράνη κατά τη διάρκεια της μείωσης. Εμπλέκεται στο αξονική βράχυνση των χρωμοσωμάτων.
  • Στα ζωικά κύτταρα, η συμπύκνωση Ι είναι υπεύθυνη για τη διατήρηση της κινετοχώρας ή του κεντρομερούς των χρωμοσωμάτων διατηρώντας την ετεροχρωματίνη σε κατάσταση υψηλής συμπύκνωσης.
  • Μαζί και τα δύο Οι πρωτεΐνες της συμπύκνωσης συνεργάζονται στη συμπίεση των χρωμοσωμάτων και τα προετοιμάζουν να υποστούν διαχωρισμό από τη μετάφαση της κυτταρικής διαίρεσης.
  • Το πρώτο στάδιο της συσκευασίας κατά τη διάρκεια της κυτταρικής διαίρεσης λαμβάνει χώρα με περιέλιξη του δικτύου χρωματίνης σε Ίνα 30 nm κατά τη μέση προφάση. Αυτό ακολουθείται από υπερέλιξη της περιελιγμένης ίνας 30 nm σε α Ίνα 200 nm έως 250 nm μέχρι το τέλος της προφάσης. 
3condensins2en
Πιστωτικά Εικόνα: Κοινά Wikimedia. Condensin I και Condensin II.

Τα ανθρώπινα χρωμοσώματα περιέχουν πρωτεΐνη;

Τα ανθρώπινα όντα είναι ευκαρυωτικοί οργανισμοί, επομένως τα κύτταρά τους έχουν χρωμοσώματα που είναι είτε υπερσυμπυκνωμένα είτε χαλαρά συσκευασμένα ως ίνα χρωματίνης. Ο βαθμός συμπίεσης του πυρηνικού DNA εξαρτάται από τη φάση του κυτταρικού κύκλου και συνεχίζει να αλλάζει ανάλογα. Ως αποτέλεσμα, οι πρωτεΐνες ιστόνης και οι μη ιστονικές πρωτεΐνες υπάρχουν πάντα στο κύτταρο, αλληλεπιδρώντας με το DNA σε κάποιο επίπεδο ή στο άλλο. Η συμπυκνσίνη Ι και ΙΙ παίζουν παρόμοιους ρόλους στα ανθρώπινα χρωμοσώματα όπως και για όλα τα ευκαρυωτικά χρωμοσώματα.

Τα βακτηριακά χρωμοσώματα περιέχουν πρωτεΐνες;

Βακτηριακός Τα κύτταρα συνήθως δεν διαθέτουν ιστόνες αλλά αρχαία που είναι εξελικτικά πιο κοντά στους ευκαρυώτες, διαθέτουν δύο τύπους ιστόνης που είναι παρόμοιοι με τις ευκαρυωτικές πρωτεΐνες Η3 και Η4. Η πρωτείνη της αρχαίας ιστόνης σχηματίζει τετραμερή πυρήνα αντί για οκταμερή πυρήνα ιστόνης που υπάρχει στα ευκαρυωτικά κύτταρα.

Πολλά βακτηριακά είδη και αυτό των αρχαίων, διαθέτουν σύμπλεγμα που μοιάζει με συμπύκνωση που αλληλεπιδρά με το χρωμόσωμά τους. Ενώ άλλα όπως τα πρωτεοβακτήρια γάμμα και το Escherichia coli έχουν διαφορετικά σύνολα πρωτεϊνών που δεσμεύουν τα χρωμοσώματα που είναι διαφορετικά από αυτά των ευκαρυωτικών. 

Subhash νουκλεοειδές 05
Πιστωτικά Εικόνα: Κοινά Wikimedia. Περιέλιξη DNA σε προκαρυώτες (βακτήρια) και ευκαρυώτες.

SMCs

Η χρωμοσώματα δομικής συντήρησης ή τα SMC είναι υπάρχουν τόσο στα προκαρυωτικά και τα ευκαρυωτικά κύτταρα. Στα βακτηριακά κύτταρα, η λειτουργία τους είναι ανάλογο με αυτό της συμπύκνωσης πρωτεΐνες στα ευκαρυωτικά κύτταρα. 

ΕΣΔ

Μια κοινή χρωμοσωμική πρωτεΐνη που επίσης συμμετέχει στην οργάνωση των βακτηριακών χρωμοσωμάτων είναι πρωτεΐνες ή NAP που σχετίζονται με νουκλεοειδή. Αυτοί επίσης αεπηρεάζουν το πρότυπο αντιγραφής και μεταγραφής γιατί στα βακτήρια, η οργάνωση των χρωμοσωμάτων καθορίζει το είδος της μεθόδου αντιγραφής και μεταγραφής που θα υποβληθεί. 

Τα NAP βοηθούν επίσης τα βακτηριακά κύτταρα να αντιμετωπίσουν διαφορετικά δυσμενή περιβάλλοντα επικαλύπτοντας το χρωμοσωμικό DNA και αλλάζοντας το σχήμα τους. Αυτό επιτρέπει μεταβλητή γονιδιακή έκφραση και το κύτταρο αντιδρά γρήγορα ενάντια στις περιβαλλοντικές αλλαγές.

Συμπέρασμα

Τα χρωμοσώματα αποτελούνται από δίκλωνα μόρια DNA και διαφορετικούς πυρήνες πρωτεϊνών. Οι κλώνοι του DNA τυλίγονται γύρω από τους πυρήνες της ιστόνης για να σχηματίσουν δίκτυα χρωματίνης και συμπυκνώνονται περαιτέρω σε χρωμοσώματα για να προετοιμαστούν για κυτταρική διαίρεση, από τις πρωτεΐνες συμπύκνωσης.

Διαβάστε επίσης: