Wie helfen Histonproteine ​​beim DNA-Coiling?

Das genetische Material eines Organismus besteht aus Milliarden von Basenpaaren der DNA. Es ist in Chromosomen für die dichte Verpackung innerhalb des Kerns angeordnet. Chromosomen bestehen aus DNA, die mit Proteinen assoziiert ist, und bilden eine komplexe Struktur, die als Chromatin bekannt ist. 40% der Chromosomen sind DNA und die restlichen 60% sind Proteine. Histone sind die mit DNA assoziierten Proteine. Die DNA wird um einen aus Histonen gebildeten Kern gewickelt und bildet eine als Nukleosom bekannte Struktur. Das Nukleosom ist die Basiseinheit eines Chromosoms oder einer Chromatinfaser. Ein Nukleosom kann als DNA-Spule betrachtet werden. Daher besteht ein Chromosom aus DNA-Supercoils.

Wichtige Bereiche

1. Was sind Histone?
      - Definition, Typen, Rolle
2. Wie helfen Histonproteine ​​beim DNA-Coiling?
     - Bildung von Nukleosomen

Schlüsselbegriffe: Chromatin, Chromatosom, Spulen, DNA, Histonkern, Linker-DNA, Nukleosom, Superspulen

Was sind Histone?

Histone sind eine Art positiv geladener Proteine, die als Basistyp der in den Chromosomen gefundenen Proteine ​​dienen. Die fünf Arten von Histonen sind H1, H2A, H2B, H3 und H4. Die Hauptfunktion von Histonproteinen besteht darin, bei der kondensierten Verpackung von DNA innerhalb des Zellkerns zu helfen. Die Wechselwirkung zwischen Histonen und DNA ist in gezeigt Abbildung 1.

Abbildung 1: Histon-DNA-Wechselwirkung

Die vier Arten von Histonen, die an der Bildung des Histonkerns beteiligt sind, sind H2A, H2B, H3 und H4. DNA umwickelt den Histonkern und bildet DNA-Spulen. Histone spielen eine wichtige Rolle bei der Regulation der Genexpression, indem sie zwei Arten von Chromatin bilden, die als Euchromatin und Heterochromatin bekannt sind. Euchromatin enthält lose verpackte DNA und zeigt hohe Expressionsraten. Heterochromatin enthält jedoch eine dicht gepackte DNA, die die Gene in der Region selten exprimiert.

Wie helfen Histonproteine ​​beim DNA-Coiling?

Das Genom eines Organismus besteht aus einer großen Anzahl von Nukleotiden, die die gesamte genetische Information für die Entwicklung und das Funktionieren des Organismus kodieren. Alle diese Nukleotide sollten sich in einem winzigen Raum in der mikroskopischen Struktur befinden, der als Kern bezeichnet wird. Daher ist ein Mechanismus erforderlich, um die DNA dicht in den Zellkern zu packen. Histone sind an der Bildung einer hochkondensierten Struktur von DNA-Spulen beteiligt, indem DNA um einen Kern von Histonen gelegt wird. Diese gewickelte Struktur wird als a bezeichnet Nukleosom. Die um einen Histonkern gewickelte DNA ist in gezeigt Figur 2.

Abbildung 2: Nukleosom

Der Histonkern besteht aus einem Histon-Octamer, das aus einer Kombination von zwei der vier Histontypen H2A, H2B, H3 und H4 besteht. Um den Histonkern im Nukleosom ist eine 146 Basenpaare lange DNA-Dehnung gewickelt. Diese Umhüllung bildet ungefähr 1,7 Umdrehungen des Histon-Octamers. Dann bindet ein fünfter Typ von Histon, bekannt als H1, an den Histonkern, wodurch das Umwickeln von weiteren 20 Basenpaaren von DNA um den Histonkern ermöglicht wird. Die resultierende Struktur wird als a bezeichnet Chromatosom. Daher wird eine 166 Basenpaare lange DNA-Strecke um ein Chromatosom gewickelt. Tausende von Nucleosomen werden durch DNA-Strecken miteinander verbunden, die als bekannt sind Linker-DNA. Linker-DNA besteht aus 20 Basenpaaren. Dies bildet lange Ketten von Nukleosomen, die die Perlen auf einer String-Struktur unter dem Mikroskop bilden. Die Verpackung von DNA in Nukleosomen verkürzt die Länge des DNA-Strangs um das Siebenfache. Der Durchmesser der gebildeten Chromatinfaser beträgt 20 nm. Chromatin wird jedoch weiter zu einer 30-nm-Faser aufgewickelt, wodurch eine Struktur höherer Ordnung gebildet wird.

Das Nukleosom repräsentiert eine DNA-Spule. Es dient als grundlegende strukturelle und sich wiederholende Einheit des Chromosoms, die die Perlen in Form einer Schnur erzeugt. Dies bedeutet, dass ein Chromosom besteht DNA-Supercoils.  

Fazit

Das Genom der meisten Organismen besteht aus langen Nukleotidketten, die in den Kern gepackt werden sollten. Histone sind die assoziierten Proteine, die das dichte Packen von DNA in den Kern ermöglichen. Ein Stück DNA wird um einen Kern von Histonen gewickelt, wodurch eine DNA-Spule erzeugt wird, die als Nukleosom bekannt ist. Da Chromosomen aus einer Reihe von Nucleosomen bestehen, wird davon ausgegangen, dass sie in der Struktur eines Chromosoms eine Superspirale haben.

Referenz:

1. Iftikhar, Jannat. "Die Rolle von Histon in der DNA-Verpackung." LinkedIn SlideShare, 14. Dezember 2013, hier verfügbar.

Bildhöflichkeit:

1. "Abbildung 04 03 05a" Von CNX OpenStax - (CC BY 4.0) über Commons Wikimedia
2. "Nucleosome" Von Spellcheck als vermutet - Eigene Arbeit (aufgrund von Urheberrechtsansprüchen) (Public Domain) via Commons Wikimedia übernommen