KROMATIN: JENIS, KARAKTERISTIK, STRUKTUR, FUNGSI - BIOLOGI - 2025

The kromatin adalah kompleks yang dibentuk oleh DNA dan protein hanya dalam organisme eukariotik. Dalam hal proporsi, ia mengandung protein hampir dua kali lebih banyak daripada materi genetik. Protein terpenting dalam kompleks ini adalah histon - protein kecil bermuatan positif yang mengikat DNA melalui interaksi elektrostatis. Selain itu, kromatin memiliki lebih dari seribu protein selain histon.

Unit dasar kromatin adalah nukleosom, yang terdiri dari penyatuan histon dan DNA. Susunan ini mengingatkan pada manik-manik di kalung. Setelah melalui semua tingkatan yang lebih tinggi dari organisasi DNA, kita akan sampai pada kromosom.

Sumber: Chromatin_nucleofilaments.png: Chris Woodcockdivatif karya: Gouttegd

Struktur kromatin sangat erat kaitannya dengan kontrol ekspresi gen. Ada dua jenis utama: eukromatin dan heterokromatin.

Eukromatin dicirikan dengan tingkat pemadatan yang rendah, yang diterjemahkan ke dalam transkripsi tingkat tinggi. Sebaliknya, heterokromatin tidak aktif secara transkripsi, karena tingkat pemadatannya yang tinggi.

Secara struktural ada tanda epigenetik tertentu dari histon yang khas dari kedua jenis kromatin. Sementara eukromatin dikaitkan dengan asetilasi, heterokromatin dikaitkan dengan penurunan gugus kimia.

Terdapat beberapa daerah heterokromatin dengan fungsi struktural, seperti telomer dan sentromer.

Perspektif sejarah

Studi tentang materi genetik dan organisasi strukturalnya dimulai pada tahun 1831 ketika peneliti Robert Brown mendeskripsikan nukleus. Salah satu pertanyaan langsung dari penemuan ini adalah menanyakan tentang sifat biologis dan kimiawi dari struktur ini.

Pertanyaan-pertanyaan ini mulai dijelaskan antara tahun 1870 dan 1900, dengan eksperimen Friedrich Miescher, yang memperkenalkan kata nuklein. Namun, Walther Flemming memodifikasi istilah tersebut dan menggunakan kromatin untuk merujuk pada substansi nuklir.

Dengan berlalunya waktu, seseorang mulai memiliki pengetahuan yang lebih dalam tentang materi genetik dan sifat-sifatnya. Baru pada tahun 1908 peneliti Italia Pasquale Baccarini menyadari bahwa kromatin tidak homogen dan berhasil memvisualisasikan benda-benda kecil di dalam nukleus.

Jenis kromatin - eukromatin dan heterokromatin - awalnya diusulkan oleh Emil Heitz pada tahun 1928. Untuk menetapkan klasifikasi ini, Heitz mengandalkan penggunaan pewarna.

Pada tahun 1974, ahli biologi Roger Kornberg mengusulkan model untuk organisasi materi genetik dalam struktur yang dikenal sebagai nukleosom, hipotesis yang dikonfirmasi secara empiris oleh eksperimen Markus Noll.

Apa itu kromatin?

Komponen kromatin: DNA dan protein

Kromatin adalah nukleoprotein yang dibentuk oleh penyatuan materi genetik - DNA - dengan seperangkat protein yang heterogen. Asosiasi ini sangat dinamis dan memperoleh konformasi tiga dimensi yang kompleks yang memungkinkannya menjalankan fungsi pengaturan dan strukturalnya.

Salah satu protein terpenting dalam kromatin adalah histon, yang ditemukan dalam proporsi yang hampir sama dengan DNA.

Histon adalah protein dasar, yang sangat terkonservasi sepanjang sejarah evolusi makhluk hidup - yaitu, histon kita tidak banyak berbeda dibandingkan dengan mamalia lain, bahkan hewan lain yang secara filogenetik lebih jauh.

Muatan histon bersifat positif, sehingga dapat berinteraksi melalui gaya elektrostatis dengan muatan negatif dari tulang punggung fosfat yang ada dalam DNA. Ada lima jenis histon yaitu: H1, H2A, H2B, H3, dan H4.

Ada juga sejumlah protein dengan sifat berbeda dari histon yang berpartisipasi dalam pemadatan DNA.

Pemadatan DNA: nukleosom

Unit dasar kromatin adalah nukleosom - struktur berulang yang terdiri dari DNA dan histon, konformasi yang ditemukan di seluruh materi genetik.

Heliks ganda DNA digulung menjadi kompleks delapan histon yang dikenal sebagai histone octamer. Kumparan molekul di sekitar dua putaran, diikuti oleh daerah pendek (antara 20 dan 60 pasangan basa) yang memisahkan nukleosom satu sama lain.

Untuk memahami organisasi ini, kita harus memperhitungkan bahwa molekul DNA sangat panjang (sekitar 2 meter) dan harus dililitkan secara teratur untuk membentuk dirinya sendiri di dalam nukleus (yang diameternya 3 hingga 10 µm). Selanjutnya, itu harus tersedia untuk replikasi dan transkripsi.

Tujuan ini dicapai dengan berbagai tingkat pemadatan DNA, yang pertama adalah nukleosom yang disebutkan di atas. Ini menyerupai manik-manik di kalung mutiara. Kira-kira 150 pasang basa DNA dilukai di "hitungan" rumah.

Tidak ada kisah nyata tentang bakteri. Sebaliknya, ada serangkaian protein yang mengingatkan pada histon dan ini dianggap berkontribusi pada pengemasan DNA bakteri.

Organisasi teratas

Organisasi kromatin tidak dibatasi pada tingkat nukleosom. Asosiasi protein dan DNA ini dikelompokkan bersama dalam struktur yang lebih tebal sekitar 30 nm - karena ketebalan ini disebut tingkat "serat 30 nm".

Kromatin yang tersusun dalam ketebalan 30 nm disusun dalam bentuk loop yang memanjang dalam semacam perancah yang bersifat protein (bukan histon).

Ini adalah model yang saat ini digunakan, meskipun mekanisme pemadatan yang lebih kompleks dapat diharapkan. Organisasi terakhir terdiri dari kromosom.

Kesalahan dalam organisasi kromatin

Pemadatan dan pengorganisasian materi genetik sangat penting untuk berbagai fungsi biologis. Kondisi medis yang berbeda telah dikaitkan dengan kesalahan dalam struktur kromatin, di antaranya adalah talasemia alfa terkait-X, sindrom Rubinstein-Taybi, sindrom Coffin-Lowry, sindrom Rett, dan lainnya.

Jenis kromatin

Ada dua jenis kromatin di dalam sel, yang terlihat dari aplikasi pewarnaan: eukromatin (kromatin "sejati") dan heterokromatin. Dalam kasus pertama pewarnaan diamati dengan lemah, sedangkan pada kasus kedua pewarnaan intens.

Organisasi struktural DNA ini unik untuk organisme eukariotik dan sangat penting untuk perilaku kromosom dan pengaturan ekspresi gen.

Jika kita mengevaluasi proporsi kedua jenis kromatin dalam sel yang berada dalam interfase, kita menemukan bahwa sekitar 90% kromatin adalah eukromatin dan 10% sisanya sesuai dengan heterokromatin. Kami akan menjelaskan setiap jenis secara rinci di bawah ini:

I. Heterochromatin

karakteristik

Perbedaan utama yang ada antara kedua jenis kromatin terkait dengan tingkat pemadatan atau "pengemasan" molekul selama tahap tertentu dalam pembelahan sel.

Meskipun materi genetik tampak tersebar secara acak di antarmuka, tidak dengan cara ini.

Ada organisasi yang signifikan pada tahap ini, di mana partisi diferensial dari bahan kromosom dapat dilihat di dalam nukleus.

DNA kromosom tidak terjalin dengan untai DNA kromosom lain dan tetap berada di wilayah tertentu yang disebut wilayah kromosom. Organisasi ini tampaknya berkontribusi pada ekspresi gen.

Heterochromatin sangat terkondensasi, membuatnya tidak dapat diakses oleh mesin transkripsi - jadi tidak ditranskrip. Juga, itu buruk dalam hal jumlah gen yang dimilikinya.

Jenis heterokromatin

Daerah heterokromatin tertentu tetap ada di seluruh garis keturunan sel - yaitu, akan selalu berperilaku seperti heterokromatin. Jenis heterokromatin dikenal sebagai konstitutif. Contohnya adalah daerah kromosom yang terkondensasi yang disebut sentromer dan telomer.

Sebaliknya, ada bagian dari heterokromatin yang dapat memvariasikan tingkat pemadatan sebagai respons terhadap perubahan pola perkembangan atau variabel lingkungan.

Berkat studi baru, pandangan ini sedang dirumuskan ulang dan sekarang ada bukti bahwa heterochromatin konstitutif juga dinamis dan mampu merespon rangsangan.

Struktur

Salah satu faktor yang menentukan struktur kromatin adalah modifikasi kimiawi histon. Dalam kasus kromatin yang secara transkripsi tidak aktif, mereka menunjukkan histon hipoasetilasi.

Penurunan jumlah gugus asetil dikaitkan dengan pembungkaman gen, karena tidak menutupi muatan positif lisin, memungkinkan interaksi elektrostatis yang kuat antara DNA dan histon.

Merek epigenetik lainnya adalah metilasi. Namun, karena penambahan gugus metil tidak mengubah muatan protein, konsekuensinya (pengaktifan atau penonaktifan gen) tidak begitu jelas dan akan bergantung pada wilayah histon tempat tanda tersebut ditemukan.

Secara empiris telah ditemukan bahwa metilasi H3K4me3 dan H3K36me3 berhubungan dengan aktivasi gen dan metilasi H3K9me3 dan H3K27me3.

fitur

Dalam contoh heterokromatin konstitutif kami menyebutkan sentromer. Wilayah kromosom ini memiliki peran struktural dan berkontribusi pada pergerakan kromosom selama peristiwa pembelahan sel mitosis dan meiosis.

II. Ekromatin

karakteristik

Berlawanan dengan heterokromatin, eukromatin adalah molekul yang kurang kompak, sehingga mesin transkripsi memiliki akses yang mudah (khususnya enzim RNA polimerase) dan dapat diekspresikan secara aktif melalui jalur genetik.

Struktur

Struktur nukleosom kromatin yang aktif secara transkripsi dicirikan oleh histon asetat. Kehadiran lisin monometilasi juga terkait dengan aktivasi gen.

Penambahan gugus asetil ke residu histon lisin ini menetralkan muatan positif dari asam amino tersebut. Konsekuensi langsung dari perubahan ini adalah pengurangan interaksi elektrostatis antara histon dan DNA, menghasilkan kromatin yang lebih longgar.

Modifikasi struktural ini memungkinkan interaksi materi genetik dengan mesin transkripsi, yang dicirikan dengan sangat besar.

fitur

Eukromatin mencakup semua gen yang aktif dan berhasil dijangkau oleh mesin enzimatik yang terkait dengan transkripsi. Oleh karena itu, fungsinya seluas fungsi gen yang terlibat.

Referensi

1. Grewal, SI, & Moazed, D. (2003). Kontrol heterokromatin dan epigenetik ekspresi gen. sains, 301 (5634), 798-802.
2. Jost, KL, Bertulat, B., & Cardoso, MC (2012). Heterochromatin dan posisi gen: di dalam, di luar, di sisi mana saja?. Kromosoma, 121 (6), 555–563.
3. Lewin, B. (2008). Gen IX. Jones dan Penerbit Bartlett.
4. Tollefsbol, TO (2011). Buku Pegangan Epigenetika. Pers Akademik.
5. Wang, J., Jia, ST, & Jia, S. (2016). Wawasan Baru tentang Regulasi Heterochromatin. Tren dalam genetika: TIG, 32 (5), 284-294.
6. Zhang, P., Torres, K., Liu, X., Liu, CG, & Pollock, RE (2016). Tinjauan tentang Protein Pengatur Kromatin dalam Sel. Ilmu protein & peptida saat ini, 17 (5), 401–410.