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Die DNA in einer Zelle ist so organisiert, dass sie gut in die Größe einer Zelle passt. Seine Organisation erleichtert auch die einfache Trennung der richtigen Chromosomen während der Zellteilung. Der Grad, bis zu dem die DNA fest eingewickelt ist, kann auch beeinflussen, welche Gene ein- oder ausgeschaltet werden, indem die Fähigkeit bestimmter Proteine, sich an die DNA zu binden, beeinflusst wird.
In diesem Beitrag werden wir die Besonderheiten der einzelnen Effekte von fest eingewickelter DNA erläutern.
Struktur der DNA
DNA ist ein großer Komplex, der aus mehreren Bausteinen besteht, die als Nukleotide bekannt sind. Diese Nukleotide binden zusammen, um DNA-Stränge zu bilden. Diese Stränge können dann basierend auf komplementären Sequenzen der Nukleotide gepaart werden. Die Paarung dieser Stränge bildet eine sogenannte Doppelhelixstruktur.
Die Doppelhelix der DNA wird dann um bestimmte Proteine gewickelt, die als Histone bekannt sind. Dadurch kann die DNA enger gewickelt werden und nimmt weniger Platz in der Zelle ein. Die DNA kann durch die nahe beieinander liegenden Histone noch weiter kondensieren. Diese noch engere Wicklung der DNA führt zur Bildung eng umwickelter oder kondensierter Chromosomen.
Chromosomenkondensation
Während des größten Teils des Lebens einer Zelle ist die DNA nur locker um die Histone gewickelt und liegt nicht in der kondensierten chromosomalen Form vor. Die engere Umhüllung oder Verdichtung der Chromosomen erfolgt nur während der Mitose, dem Prozess der Zellteilung. Während der Mitose kondensieren die Chromosomen, so dass jedes Chromosom eine eigene Einheit darstellt.
Vor der Mitose kopiert die Zelle ihre DNA, sodass sie zwei Kopien jedes Chromosoms enthält. Die Chromosomen richten sich während der Mitose in der Mitte der Zelle aus, wobei die Chromosomenpaare nebeneinander liegen. Wenn sich die Zelle teilt, wird eine Kopie an jede der resultierenden Zellen gesendet.
Wenn die Chromosomen nicht richtig ausgerichtet sind, können schwere genetische Anomalien auftreten, die zum Tod der Zelle oder zu Krebs führen können. Durch die Kondensation der DNA zu dicht gepackten Chromosomen wird die Ausrichtung und Trennung der Chromosomen während der Mitose effizienter.
Wie ein Gen exprimiert wird
Die Genexpression oder der Vorgang, bei dem ein Gen eingeschaltet und transkribiert wird, ist ein komplexer Vorgang. Dabei werden bestimmte Proteine, sogenannte Transkriptionsfaktoren, an den Teil des Gens gebunden, der seine Expression reguliert. Die meisten Transkriptionsfaktoren fördern die Expression eines Gens; Einige Transkriptionsfaktoren verhindern jedoch, dass ein Gen exprimiert wird, mit anderen Worten, dass es ausgeschaltet wird.
Sobald ein Transkriptionsfaktor ein Gen einschaltet, bewegt sich ein Protein namens RNA-Polymerase entlang der DNA und bildet eine komplementäre Sequenz von RNA, die dann zu Protein wird.
Auswirkung auf die Genexpression
Die Art und Weise, wie DNA verpackt wird, kann die Genexpression beeinflussen oder welche Gene eingeschaltet sind. Wenn die Chromosomen dicht kondensiert sind, ist die DNA sehr dicht umhüllt, was es für Transkriptionsfaktoren schwierig macht, sich an die DNA zu binden. Wenn die DNA weniger eng um die Histone gewickelt ist, können die Histone selbst die Genexpression beeinflussen.
Modifikationen, wie die Bindung von Phosphatgruppen, können an den Histonen auftreten und diese Modifikationen können dazu führen, dass die DNA mehr oder weniger fest an die Histone bindet. Bereiche der DNA, die nur lose an die Histone gebunden sind, sind für Transkriptionsfaktoren und RNA-Polymerase leichter zugänglich, wodurch diese Gene leichter einzuschalten sind. Wenn die DNA jedoch fester an die Histone gebunden ist, ist es für Transkriptionsfaktoren und RNA-Polymerase schwieriger, sich an die DNA zu binden, was es wahrscheinlicher macht, dass diese Gene ausgeschaltet werden.