Χρωματίνη:Δομή και λειτουργία εντός ενός κυττάρου
Η χρωματίνη είναι ένας τύπος γενετικού υλικού που αποτελείται από DNA και πρωτεΐνες. Βοηθά στη συσκευασία του DNA σε μια μικρή ογκώδη δομή που μπορεί να περιέχεται στον πυρήνα. Συμπυκνώνεται για να σχηματίσει τα χρωμοσώματα κατά τη διαίρεση των ευκαρυωτικών κυττάρων.
Τα κύτταρα είναι οι βασικές λειτουργικές μονάδες της ζωής. Το κύριο συστατικό σε ένα κύτταρο είναι το γενετικό υλικό, που συνήθως αναφέρεται συλλογικά ως DNA. Περιέχει κληρονομικές πληροφορίες που μεταβιβάζονται από τον γονέα στους απογόνους κατά τη διάρκεια της κυτταρικής διαίρεσης. Το DNA είναι καλά οργανωμένο σε ευκαρυώτες και υπάρχει μέσα στον πυρήνα. Η χρωματίνη παίζει σημαντικό ρόλο στο τύλιγμα του γενετικού υλικού και τη στέγασή του στον πυρήνα του κυττάρου, αλλά τι ακριβώς είναι η χρωματίνη; Από τι αποτελείται; Ποια είναι τα είδη του; Τι ρόλο παίζει στην κυτταρική διαίρεση; Πώς σχετίζονται η χρωματίνη, τα χρωμοσώματα και οι χρωματίδες; Αυτές είναι μερικές μόνο από τις ερωτήσεις που θα προσπαθήσουμε να απαντήσουμε σε αυτό το άρθρο.
Τι είναι η χρωματίνη;
Το DNA των προκαρυωτικών κυττάρων διαθέτει ελάχιστη ποσότητα πληροφοριών, έτσι απλά κατανέμεται σε κυκλική μορφή στο κυτταρόπλασμα. Ωστόσο, το DNA των ευκαρυωτών περιέχει εκατομμύρια κληρονομικές πληροφορίες. Ως εκ τούτου, είναι σημαντικό να τα οργανώσετε σωστά για να χωρέσουν στον πυρήνα. Η χρωματίνη είναι ένας τρόπος οργάνωσης της γενετικής πληροφορίας για να σχηματιστεί το σχέδιο της ζωής. Βοηθά στη συσκευασία του DNA σε μικρό όγκο, έτσι ώστε να κατοικεί μέσα στον πυρήνα, με όλες τις γενετικές πληροφορίες που περιέχονται με ασφάλεια. Αποτρέπει το μπλέξιμο του DNA και παίζει σημαντικό ρόλο στην ενίσχυση του DNA κατά την κυτταρική διαίρεση ρυθμίζοντας την έκφραση των γονιδίων, διευκολύνοντας την αντιγραφή του DNA και αποτρέποντας τη βλάβη.
Σκέλος χρωματίνης (Φωτογραφία:Juan Gaertner/ Shutterstock)
Από τι αποτελείται η χρωματίνη;
Η χρωματίνη αποτελείται από δύο κύρια μέρη, δηλαδή το DNA και τη συνδετική πρωτεΐνη ιστόνη. Η ιστόνη είναι ένα οκτώμερο που αποτελείται από τέσσερις υπομονάδες που επαναλαμβάνονται δύο φορές. Η ιστόνη λειτουργεί ως άγκυρα γύρω από την οποία τυλίγεται το DNA. Υπάρχουν περίπου 147 ζεύγη βάσεων DNA που τυλίγονται γύρω από τις ιστόνες, σχηματίζοντας νουκλεοσώματα. Αυτά τα νουκλεοσώματα αλληλοσυνδέονται με τμήματα συνδετικού DNA. Η ιστόνη μπορεί να ταξινομηθεί σε δύο τύπους:
- Πυρήνα ιστόνης
- ιστόνη σύνδεσης
Τα H2A, H2B, H3 και H4 είναι οι ιστόνες του πυρήνα. Το Η1 είναι η συνδετική ιστόνη που ελέγχει την είσοδο και την έξοδο ενός κλώνου DNA στα νουκλεοσώματα. Χημικά, η χρωματίνη αποτελείται από 30-40% DNA, 1-10% RNA και 50-60% πρωτεΐνες. Αυτή η σύνθεση ποικίλλει από τον έναν οργανισμό στον άλλο, σε διαφορετικούς ιστούς του ίδιου είδους και σε κάθε στάδιο του κυτταρικού κύκλου. Αυτό οδηγεί στο σχηματισμό όλο και λιγότερο συμπυκνωμένων περιοχών μέσα στη δομή.
DNA τυλιγμένο πάνω από ιστόνη (Photo Credit :Zvitaliy/ Shutterstock)
Τύποι χρωματίνης
Η χρωματίνη μπορεί να ταξινομηθεί ευρέως σε δύο τύπους, με βάση τη συμπύκνωση της:
Ετερο-χρωματίνη
Η ετερο-χρωματίνη είναι μια σταθερή αλλά δυναμική δομή που ποικίλλει από το ένα κύτταρο στο άλλο. Είναι πολύ σφιχτά συσκευασμένο και έχει πολύ συμπυκνωμένη μορφή. Όντας μια κατασταλτική δομή, είναι ανασταλτική στην έκφραση των γονιδίων μέσα σε αυτήν. Οι δομές υψηλότερης τάξης σχηματίζονται από επαναλαμβανόμενη αναδίπλωση, η οποία με τη σειρά της αυξάνει την αρνητική υπερ-έλιξη του DNA. Μέσα στην ετερο-χρωματίνη, υπάρχουν δομές DNA που ονομάζονται φραγμοί που επιτρέπουν την έκφραση των νουκλεοσωμάτων. Η πρόσβαση στο DNA είναι αρκετά κουραστική με αυτή τη μορφή.
Ευ-χρωματίνη
Η ευ-χρωματίνη αποτελείται από δομές που είναι χαλαρά συσκευασμένες. Η τροποποίηση στις ουρές ιστόνης τους επιτρέπει να είναι πιο ανοιχτές. Αυτό επιτρέπει την εύκολη πρόσβαση στο DNA μέσα σε αυτές τις δομές. Η κύρια λειτουργία του είναι η έναρξη της μεταγραφής. Η ευ-χρωματίνη συμμετέχει ενεργά στη μεταγραφή του DNA σε mRNA. Επιτρέπει επίσης τη στρατολόγηση συμπλεγμάτων RNA πολυμεράσης και γονιδιακών ρυθμιστικών πρωτεϊνών. Η παραγωγικότητα ενός κυττάρου είναι ευθέως ανάλογη με την ποσότητα της ευχρωματίνης που υπάρχει μέσα στο κύτταρο.
Και οι δύο αυτές μορφές παίζουν τους αντίστοιχους ρόλους τους στη γονιδιακή μεταγραφή. Επίσης, υπό τις απαραίτητες συνθήκες, η ευ-χρωματίνη μπορεί να μετατραπεί σε ετερο-χρωματίνη. Ο κυτταρικός κύκλος και άλλες τέτοιες διεργασίες χρησιμοποιούν αυτήν την ικανότητα για να ρυθμίζουν τη μεταγραφή διαφορετικών γονιδίων.
Ο ρόλος της χρωματίνης στην κυτταρική διαίρεση
Η κυτταρική διαίρεση είναι μια διαδικασία κατά την οποία το DNA παράγει πολλαπλά αντίγραφα του εαυτού του, τα οποία στη συνέχεια μπορούν να περάσουν στην επόμενη γενιά. Κατά τη διαίρεση των κυττάρων, η χρωματίνη σχηματίζει μια πιο περίπλοκη δομή που ονομάζεται χρωμόσωμα. Αυτές οι δομές είναι ορατές μόνο κατά τη μιτωτική κυτταρική διαίρεση.
Αυτή η διαδικασία λαμβάνει χώρα κατά τη διάρκεια της φάσης της κυτταρικής διαίρεσης. Μετά την προφάση, σχηματίζονται δύο αδελφά χρωμοσώματα που παραμένουν συνδεδεμένα μεταξύ τους στο κεντρομερές. Αυτά τα αδελφά χρωμοσώματα ονομάζονται χρωματίδες. Για τη μεταγραφή του DNA σε mRNA ή για την παραγωγή πρωτεϊνών, η πρόσβαση στο DNA είναι απαραίτητη. Δεδομένου ότι είναι σφιχτά τυλιγμένη γύρω από την ιστόνη, μπορεί να γίνει αναδιαμόρφωση της χρωματίνης για να αποκτήσει πρόσβαση στο επιθυμητό τμήμα του DNA όπου υπάρχει το γονίδιο.
Σχηματισμός χρωματιδίου από χρωμόσωμα (Φωτογραφία :Fancy Tapis/
Σε πολλά γεγονότα της κυτταρικής ζωής, η δευτερογενής δομή του DNA είναι πολύ σημαντική. Διαδικασίες όπως η αντιγραφή, η μεταγραφή και η ρύθμιση της έκφρασης των γονιδίων εξαρτώνται από τις τοπικές αλλαγές στη δομή του DNA.
Ο ανασυνδυασμός και οι συγκεκριμένες μεταλλάξεις συμβαίνουν ως αποτέλεσμα ειδικών αλλαγών στο DNA. Η χρωματίνη ελέγχει όλες τις παραπάνω διαδικασίες και είναι επίσης υπεύθυνη για κληρονομικές αλλαγές.
