Chromatin je látka používaná k tvorbě chromozomů. Trochu podrobněji je chromatin tvořen DNA, RNA a různými proteiny. To se nachází v jádru každé buňky, která tvoří lidskou bytost. Tato látka představuje přibližně dva metry molekuly DNA v hyperkompaktní formě. Jádro buňky má svou délku přibližně 5 až 7 mikrometrů.
Co je to chromatin
Obsah
Co se týče definice biologie chromatinu, týká se způsobu, jakým je DNA prezentována v buněčném jádru. Je to základní látka eukaryotických chromozomů a patří do svazku DNA, RNA a proteinů, které se nacházejí v mezifázovém jádru eukaryotických buněk a tvoří genom těchto buněk, jehož funkcí je tvarovat chromozom tak, aby byl integrovat do jádra buňky. Proteiny jsou dvou typů: histony a nehistonové proteiny.
Historie chromatinu
Tato látka byla objevena v roce 1880 díky vědci Waltherovi Flemmingovi, který jí dal toto jméno, kvůli své zálibě v barvivech. Flemmingovy příběhy však objevil o čtyři roky později výzkumník Albrecht Kossel. Pokud jde o pokroky, které byly dosaženy při určování struktury chromatinu, byly velmi vzácné, až v 70. letech, kdy bylo možné provést první pozorování chromatinových vláken díky již zavedené elektronové mikroskopii, která který odhalil existenci nukleosomu, přičemž druhý byl základní jednotkou chromatinu, jehož struktura byla v roce 1997 explicitněji podrobnější pomocí rentgenové krystalografie.
Typy chromatinu
Je klasifikován do dvou typů: euchromatin a heterochromatin. Základní jednotky, které tvoří chromatin, jsou nukleosomy, které se skládají z přibližně 146 párů bází o délce, které jsou zase spojeny se specifickým komplexem osmi nukleosomálních histonů. Níže jsou uvedeny typy:
Heterochromatin
- Jedná se o nejkompaktnější expresi této látky, nemění její úroveň zhutnění v průběhu buněčného cyklu.
- Skládá se z vysoce repetitivních a neaktivních sekvencí DNA, které se nereplikují a tvoří centromeru chromozomu.
- Jeho funkcí je chránit chromozomální integritu díky hustému a pravidelnému balení genů.
Může být identifikován světelným mikroskopem s tmavou barvou kvůli jeho hustotě. Heterochromatin je rozdělen do dvou skupin:
Konstitutivní
Zdá se, že je velmi kondenzovaný opakujícími se sekvencemi ve všech typech buněk a nelze jej přepsat, protože neobsahuje genetickou informaci. Jsou to centromery a telomery všech chromozomů, které neexprimují svou DNA.
Volitelný
Liší se v různých typech buněk, kondenzuje pouze v určitých buňkách nebo ve specifických obdobích vývoje buněk, jako je například Barrův krvinek, který se tvoří, protože volitelný heterochromatin má aktivní oblasti, které lze za určitých okolností a charakteristik přepsat. Zahrnuje také satelitní DNA.
Euchromatin
- Euchromatin je část, která zůstává v méně kondenzovaném stavu než heterochromatin a je distribuována po celém jádře během buněčného cyklu.
- Představuje aktivní formu chromatinu, ve které je přepisován genetický materiál. Jeho méně zhuštěný stav a schopnost dynamicky se měnit umožňují transkripci.
- Ne vše se přepisuje, ale zbytek se obecně převádí na heterochromatin, aby se zhustila a chránila genetická informace.
- Jeho struktura je podobná perlovému náhrdelníku, kde každá perla představuje nukleosom složený z osmi proteinů zvaných histony, kolem nich jsou páry DNA.
- Na rozdíl od heterochromatinu je zhutnění euchromatinu dostatečně nízké, aby umožnilo přístup ke genetickému materiálu.
- V laboratorních testech to lze identifikovat optickým mikroskopem, protože jeho struktura je více oddělená a je impregnována světlou barvou.
- V prokaryotických buňkách je to jediná přítomná forma chromatinu, což může být způsobeno skutečností, že struktura heterochromatinu se vyvinula o několik let později.
Role a význam chromatinu
Jeho funkcí je poskytovat genetické informace nezbytné pro buněčné organely k provádění transkripce a syntézy proteinů. Také přenášejí a uchovávají genetickou informaci obsaženou v DNA, čímž duplikují DNA v buněčné reprodukci.
Kromě toho je tato látka přítomna také ve světě zvířat. Například v chromatinu živočišných buněk se pohlavní chromatin tvoří jako kondenzovaná hmota chromatinu v rozhraní jádra, což představuje inaktivovaný chromozom X, který přesahuje číslo jedna v jádře savců. Toto je také známé jako Barrovo tělo.
To hraje zásadní regulační roli v genové expresi. Různé stavy zhutnění mohou být spojeny (i když ne jednoznačně) se stupněm transkripce, kterou vykazují geny nalezené v těchto oblastech. Chromatin je silně represivní vůči transkripci, protože asociace DNA s různými proteiny komplikuje zpracování různých RNA polymeráz. Proto existuje celá řada strojů pro remodelaci chromatinu a pro modifikaci histonu.
V současné době existuje tzv. „ Histonový kód “. Různé histony mohou podstoupit posttranslační modifikace, jako je methylace, acetylace, fosforylace, obvykle podávané na lysinových nebo argininových zbytcích. Acetylace je spojena s aktivací transkripce, protože když je lysin acetylován, celkový pozitivní náboj histonu klesá, takže má nižší afinitu k DNA (která je negativně nabitá).
V důsledku toho je DNA méně vázána, což umožňuje přístup transkripčnímu aparátu. Naproti tomu methylace je spojena s transkripční represí a silnější vazbou DNA-histon (i když to není vždy pravda). Například v kvasinkách S. pombe je methylace na lysinovém zbytku 9 histonu 3 spojena s potlačením transkripce v heterochromatinu, zatímco methylace na lysinovém zbytku 4 podporuje genovou expresi.
Enzymy, které vykonávají funkce histonových modifikací, jsou histonové acetylázy a deacetylázy a histonové methylázy a demetylázy, které tvoří různé rodiny, jejichž členové jsou zodpovědní za modifikaci konkrétního zbytku v dlouhém ocasu histonů.
Kromě modifikací histonů existují také stroje pro remodelaci chromatinu, jako je SAGA, které jsou odpovědné za přemístění nukleosomů, buď jejich přemístěním, rotací nebo dokonce částečným odzbrojením, odstraněním některých z nukleosomových složek histonů a jejich následným vrácením. Obecně jsou stroje pro remodelaci chromatinu nezbytné pro proces transkripce u eukaryot, protože umožňují přístup a procesivitu polymeráz.
Další způsob označení chromatinu jako „neaktivního“ může nastat na úrovni methylace DNA v cytosinech, které patří k CpG dinukleotidům. Obecně jsou methylace DNA a chromatinu synergické procesy, protože například když je DNA methylována, existují histon methylační enzymy, které dokážou rozpoznat methylované cytosiny a methylované histony. Podobně mohou enzymy, které methylátují DNA, rozpoznávat methylované histony, a proto pokračovat v methylaci na úrovni DNA.
Chromatin - často kladené dotazy
Jaké jsou vlastnosti chromatinu?
Vyznačuje se tím, že obsahuje téměř dvakrát tolik bílkovin než genetický materiál. Nejdůležitějšími proteiny v tomto komplexu jsou histony, což jsou malé pozitivně nabité proteiny, které se vážou na DNA elektrostatickými interakcemi. Chromatin má také více než tisíc různých histonových proteinů. Základní jednotkou chromatinu je nukleosom, který se skládá ze spojení histonů a DNA.Jak se vyrábí chromatin?
Je tvořen kombinací proteinů zvaných histony, které jsou základními proteiny vytvořenými z argininu a lysinu, s DNA a RNA, jejichž funkcí je tvarování chromozomu tak, aby byl integrován do buněčného jádra.Jaká je struktura chromatinu?
Ultrastruktura chromatinu je založena na: histonech, tvořících nukleosomy (osm histonových proteinů + jedno vlákno DNA o délce 200 párů). Každý nukleosom se asociuje s jiným typem histonu, H1, a tvoří se kondenzovaný chromatin.Jaký je rozdíl mezi chromatinem a chromozomem?
Co se týče chromatinu, je to základní látka buněčného jádra a jeho chemická konstituce jsou jednoduše řetězce DNA v různém stupni kondenzace.Na druhou stranu, chromozomy jsou struktury v buňce, které obsahují genetickou informaci a každý chromozom je tvořen molekulou DNA spojenou s RNA a proteiny.
