Inhalt
- Verpackungsherausforderung
- Chromatin-Definition
- Chromosomen
- Chromatin-Funktion: Kondensieren und Entspannen
DNA, die Substanz, die für die Expression des Erbguts aller lebenden Organismen verantwortlich ist, ist ein langes, schmales Molekül, das aus einem Zucker-Phosphat-Grundgerüst besteht, das eine präzise Sequenz kleinerer Moleküle unterstützt, die als Nukleotidbasen bezeichnet werden. Zellen lesen DNA-Abschnitte, die als Gene bezeichnet werden, um die Produktion von Proteinen zu steuern, die die Eigenschaften der Zelle bestimmen.
Chromatin und Chromosomen sind verschiedene Formen desselben Materials, bei denen DNA-Moleküle so verpackt werden, dass sie in winzige Zellen passen und dort funktionieren. Die Verpackung ist jedoch nicht die einzige Chromosomen- und Chromatinfunktion. Es kann auch dazu beitragen, die Genexpression zu regulieren.
Verpackungsherausforderung
Eukaryontische Organismen, zu denen bis auf die einfachsten Lebensformen alle gehören, haben Zellen, die einen zentralen, von Mauern umgebenen Bereich enthalten, der als Kern bezeichnet wird. Der größte Teil der DNA einer Zelle befindet sich im Zellkern, was eine ziemliche Herausforderung für die Verpackung darstellt. Wenn Sie die gesamte DNA in einer menschlichen Zelle ausstrecken würden, würde sie sich über 3 Meter erstrecken.
Die Natur hat einen Weg gefunden, die gesamte DNA in einen Kern von nur 1 / 100.000 Metern Durchmesser zu stopfen. Die Zelle muss nicht nur die Kern-DNA fest komprimieren, sondern sie muss auch die DNA sinnvoll anordnen, damit eine Zelle auf die Teile zugreifen kann, die sie verwenden möchte.
Chromatin-Definition
Wir definieren Chromatin durch seine Zusammensetzung und Funktion. Chromatin ist eine Kombination aus DNA, Ribonukleinsäuren und Proteinen, die als Histone bezeichnet werden und den Zellkern füllen. Die Histone binden an die doppelhelikalen DNA-Stränge und komprimieren diese. Das Chromatin bildet perlenartige Strukturen, die als Nukleosomen bezeichnet werden, und verdichtet die DNA um den Faktor sechs.
Die Perlenkette wickelt sich dann in eine hohle Rohrform, den Solenoid, der 40-mal kompakter ist. Chromatin kann zum Teil eine hohe Kompression erreichen, indem es die negativen elektrischen Ladungen neutralisiert, die im gesamten DNA-Molekül vorherrschen und die sonst der Kompression widerstehen würden. Eine Art von Chromatin, genannt Euchromatin, reguliert aktiv die Genaktivität, während Heterochromatin inaktive Regionen des DNA-Moleküls fest gebunden hält.
Wenn die DNA fest gebunden ist, können die Gene in dieser Region nicht transkribiert werden, da die Transkriptionsmaschinerie (Enzyme und andere Moleküle) nicht physisch an das Gen gelangen kann. Wenn Chromatin dagegen lose gebunden ist, können Gene leichter transkribiert und exprimiert werden.
Chromosomen
Chromosomen bilden sich, wenn sich eine Zelle teilen will. Zu diesem Zeitpunkt komprimiert sich das spaghettiartige Chromatin noch weiter um den Faktor 10.000. Der resultierende kondensierte Körper ist ein Chromosom, das normalerweise einem großen X ähnelt. Die vier Arme des X verbinden sich im zentralen Bereich, dem Zentromer. Die meisten menschlichen Zellen haben 46 Chromosomen in zwei Sätzen zu je 23, wobei jeder Satz von einem Elternteil gespendet wurde.
Die Chromosomen duplizieren sich selbst und verteilen sich während der Zellteilung gleichmäßig auf jede Tochterzelle. Nachdem die Zellteilung abgeschlossen ist, treten die Chromosomen in eine als Interphase bezeichnete Phase ein und wandeln sich wieder in Chromatinstränge um.
Prokaryoten haben etwas Ähnliches wie Chromosomen und Chromatin, aber es ist nicht ganz dasselbe. Anstelle der gleichen Komplexe, die sich in Eukaryoten befinden, "wickeln" Prokaryoten einfach ihre DNA "um", um sie in die Zelle einzupassen. Prokaryoten haben auch nur einen "Klumpen" von DNA, der als Nukleoid bezeichnet wird. Während es Proteine gibt, die mit dieser Superwicklung verbunden sind, hat sie nicht die gleiche Struktur oder den gleichen Aufbau wie Chromatin.
Chromatin-Funktion: Kondensieren und Entspannen
Die Transkription erfolgt nur während der Interphase. Während der Transkription kopiert die Zelle bestimmte DNA-Gene auf RNA, die sie anschließend in Proteine übersetzt. Während der Interphase ist das Chromatin relativ entspannt, sodass die Transkriptionsmaschinerie der Zelle auf DNA-Gene zugreifen kann.
Euchromatin umgibt transkriptionsfähige Gene und spielt dabei eine aktive Rolle. Heterochomatin lagert sich an inaktive Teile des DNA-Moleküls an. Chromatin kondensiert zu Chromosomen und entspannt sich dann wieder, wenn die Zelle zwischen Teilung und Interphase wechselt.