NUKLEOSOM: FUNGSI, KOMPOSISI DAN STRUKTUR - BIOLOGI - 2025

The nukleosom adalah unit kemasan dasar DNA pada organisme eukariotik. Oleh karena itu, ini adalah elemen kompresi terkecil untuk kromatin.

Nukleosom dibangun sebagai oktamer protein yang disebut histon, atau struktur berbentuk drum di mana sekitar 140 nt DNA dililit, membuat hampir dua putaran lengkap.

Struktur nukleosom

Selain itu, tambahan 40-80 nt DNA dianggap sebagai bagian dari nukleosom, dan itu adalah fraksi DNA yang memungkinkan kontinuitas fisik antara satu nukleosom dan lainnya dalam struktur kromatin yang lebih kompleks (seperti serat kromatin 30 nm).

Kode histon adalah salah satu elemen kontrol epigenetik yang paling dipahami secara molekuler.

fitur

Nukleosom memungkinkan:

• Pengemasan DNA agar sesuai dalam ruang terbatas inti.
• Mereka menentukan partisi antara kromatin yang diekspresikan (eukromatin) dan kromatin diam (heterokromatin).
• Mereka mengatur semua kromatin baik secara spasial maupun fungsional di dalam nukleus.
• Mereka mewakili substrat modifikasi kovalen yang menentukan ekspresi, dan tingkat ekspresi, dari gen yang mengkode protein melalui apa yang disebut kode histone.

Komposisi dan struktur

Dalam pengertian yang paling mendasar, nukleosom terdiri dari DNA dan protein. DNA dapat berupa DNA pita ganda apa pun yang ada dalam inti sel eukariotik, sedangkan protein nukleosom semuanya termasuk dalam himpunan protein yang disebut histon.

Histon adalah protein kecil dengan muatan residu asam amino basa yang tinggi; Hal ini memungkinkan untuk melawan muatan negatif DNA yang tinggi dan membentuk interaksi fisik yang efisien antara dua molekul tanpa mencapai kekakuan ikatan kimia kovalen.

Histones membentuk oktamer seperti drum dengan dua salinan atau monomer dari masing-masing histon H2A, H2B, H3, dan H4. DNA membuat hampir dua putaran lengkap pada sisi oktamer dan kemudian berlanjut dengan sebagian kecil DNA penghubung yang berasosiasi dengan histon H1, untuk kembali memberikan dua putaran lengkap pada oktamer histon lainnya.

Himpunan oktamer, DNA terkait, dan DNA penghubungnya yang sesuai, adalah nukleosom.

Pemadatan kromatin

DNA genom terdiri dari molekul yang sangat panjang (lebih dari satu meter dalam kasus manusia, mengingat semua kromosomnya), yang harus dipadatkan dan diatur dalam nukleus yang sangat kecil.

Langkah pertama dalam pemadatan ini dilakukan melalui pembentukan nukleosom. Dengan langkah ini saja, DNA dipadatkan sekitar 75 kali.

Hal ini menimbulkan serat linier dari mana tingkat pemadatan kromatin berikutnya dibangun: serat 30 nm, loop, dan loop loop.

Ketika sel membelah, baik dengan mitosis atau meiosis, derajat pemadatan akhir masing-masing adalah kromosom mitosis atau meiosis itu sendiri.

Kode histon dan ekspresi gen

Fakta bahwa histone octamers dan DNA berinteraksi secara elektrostatis menjelaskan sebagian dari asosiasi efektif mereka, tanpa kehilangan fluiditas yang diperlukan untuk membuat nukleosom menjadi elemen dinamis dari pemadatan dan penguraian kromatin.

Tetapi ada elemen interaksi yang lebih mengejutkan: ujung terminal-N dari histon diekspos di luar interior oktamer yang lebih kompak dan inert.

Ujung-ujung ini tidak hanya berinteraksi secara fisik dengan DNA, tetapi juga mengalami serangkaian modifikasi kovalen di mana tingkat pemadatan kromatin dan ekspresi DNA terkait akan bergantung.

Himpunan modifikasi kovalen, dalam hal jenis dan jumlahnya, antara lain, secara kolektif dikenal sebagai kode histone. Modifikasi ini termasuk fosforilasi, metilasi, asetilasi, ubiquitination, dan sumoilasi residu arginin dan lisin pada N-termini histon.

Setiap perubahan, bersama-sama dengan perubahan lain dalam molekul yang sama atau dalam residu histon lain, terutama histon H3, akan menentukan ekspresi atau tidak DNA terkait, serta derajat pemadatan kromatin.

Sebagai aturan umum, telah terlihat, misalnya, histon hipermetilasi dan hipoasetilasi menentukan bahwa DNA terkait tidak diekspresikan dan bahwa kromatin hadir dalam keadaan yang lebih kompak (heterokromatik, dan karenanya, tidak aktif).

Sebaliknya, DNA eukromatik (kurang kompak, dan aktif secara genetik) dikaitkan dengan kromatin yang histonnya mengalami hiperasetilasi dan hipometilasi.

Ekromatin vs heterokromatin

Kita telah melihat bahwa status modifikasi kovalen dari histon dapat menentukan derajat ekspresi dan pemadatan kromatin lokal. Di tingkat global, pemadatan kromatin juga diatur oleh modifikasi kovalen histon dalam nukleosom.

Misalnya, telah ditunjukkan bahwa heterokromatin konstitutif (yang tidak pernah diekspresikan, dan padat) cenderung melekat pada lamina inti, membiarkan pori-pori inti bebas.

Untuk bagiannya, eukromatin konstitutif (yang selalu diekspresikan, seperti yang mencakup gen pemeliharaan sel, dan terletak di daerah kromatin lemah), melakukannya dalam loop besar yang mengekspos DNA untuk ditranskripsikan ke mesin transkripsi. .

Daerah lain dari DNA genom berosilasi di antara kedua keadaan ini tergantung pada waktu perkembangan organisme, kondisi pertumbuhan, identitas seluler, dll.

Fungsi lainnya

Untuk memenuhi rencana pengembangan, ekspresi, dan pemeliharaan sel mereka, genom organisme eukariotik harus mengatur dengan cermat kapan dan bagaimana potensi genetik mereka harus terwujud.

Mulai dari informasi yang disimpan dalam gen mereka, ini terletak di nukleus di daerah tertentu yang menentukan status transkripsi mereka.

Oleh karena itu, kita dapat mengatakan bahwa peran fundamental lain dari nukleosom, melalui perubahan kromatin yang membantu untuk mendefinisikannya, adalah organisasi atau arsitektur inti yang menaunginya.

Arsitektur ini diwariskan dan dilestarikan secara filogenetik berkat keberadaan elemen modular dari kemasan informasional ini.

Referensi

1. Alberts, B., Johnson, AD, Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., Walter, P. (2014) Biologi Molekuler dari Cell (6 ^th Edition). WW Norton & Company, New York, NY, AS.
2. Brooker, RJ (2017). Genetika: Analisis dan Prinsip. Pendidikan Tinggi McGraw-Hill, New York, NY, AS.
3. Cosgrove, MS, Boeke, JD, Wolberger, C. (2004). Mobilitas nukleosom yang diatur dan kode histon. Biologi Struktural & Molekuler Alam, 11: 1037-43.
4. Goodenough, UW (1984) Genetika. WB Saunders Co. Ltd, Pkiladelphia, PA, AS.
5. Griffiths, AJF, Wessler, R., Carroll, SB, Doebley, J. (2015). An Introduction to Genetic Analysis ( edisi ^ke- 11 ). New York: WH Freeman, New York, NY, AS.