APA ITU KEMASAN DNA? - BIOLOGI - 2025

The kemasan DNA adalah istilah yang mendefinisikan pemadatan dikendalikan dari DNA dalam sel. Tidak ada sel (dan bahkan virus) yang bebas DNA, lepas, dan dalam larutan yang benar.

DNA adalah molekul yang sangat panjang yang juga selalu berinteraksi dengan berbagai macam protein berbeda. Untuk pemrosesan, pewarisan, dan kontrol ekspresi gen yang dibawanya, DNA mengadopsi organisasi spasial tertentu. Hal ini dicapai oleh sel dengan secara ketat mengontrol setiap langkah pengemasan DNA pada tingkat pemadatan yang berbeda.

Kromatin: dari santai (kiri) menjadi kental (kanan). Diambil dari commons.wikimedia.org

Virus memiliki strategi pengemasan yang berbeda untuk asam nukleatnya. Salah satu favoritnya adalah salah satu formasi spiral kompak. Dapat dikatakan bahwa virus adalah asam nukleat yang dikemas dalam protein yang menutupi, melindungi, dan memobilisasi mereka.

Pada prokariota, DNA dikaitkan dengan protein yang menentukan pembentukan loop kompleks dalam struktur yang disebut nukleoid. Tingkat pemadatan DNA maksimum dalam sel eukariotik, di sisi lain, adalah kromosom mitosis atau meiotik.

Satu-satunya contoh di mana B-DNA tidak dikemas adalah laboratorium penelitian yang mengejar tujuan itu.

Struktur DNA

DNA terdiri dari dua pita antiparalel yang membentuk heliks ganda. Masing-masing memiliki kerangka ikatan fosfodiester di mana gula yang terkait dengan basa nitrogen melekat.

Di dalam molekul, basa nitrogen dari satu pita membentuk ikatan hidrogen (dua atau tiga) dengan pita komplementer.

Dalam molekul seperti ini, sebagian besar sudut ikatan yang penting menunjukkan rotasi bebas. Ikatan gula dasar-gula, gugus gula-fosfat, dan fosfodiester bersifat fleksibel.

Hal ini memungkinkan DNA, yang dilihat sebagai batang fleksibel, menunjukkan kemampuan untuk menekuk dan memelintir. Fleksibilitas ini memungkinkan DNA untuk mengadopsi struktur lokal yang kompleks, dan untuk membentuk loop interaksi pada jarak pendek, menengah, dan jauh.

Fleksibilitas ini juga menjelaskan bagaimana 2 meter DNA dapat dipertahankan di setiap sel diploid manusia. Dalam gamet (sel haploid), itu akan menjadi meteran DNA.

Nukleoid bakteri

Meskipun ini bukan aturan yang tidak bisa dipecahkan, kromosom bakteri ada sebagai molekul DNA pita ganda superkoil tunggal.

Heliks ganda berputar lebih banyak pada dirinya sendiri (lebih dari 10 bp per putaran) sehingga menghasilkan beberapa pemadatan. Simpul lokal juga dihasilkan berkat manipulasi yang dikontrol secara enzimatis.

Selain itu, ada urutan dalam DNA yang memungkinkan domain terbentuk dalam lingkaran besar. Kami menyebut struktur yang dihasilkan dari supercooling dan loop teratur sebagai nukleoid.

Ini mengalami perubahan dinamis berkat beberapa protein yang memberikan stabilitas struktural pada kromosom yang dipadatkan. Derajat pemadatan pada bakteri dan archaea sangat efisien sehingga terdapat lebih dari satu kromosom per nukleoid.

Nukleoid memadatkan DNA prokariotik setidaknya sekitar 1000 kali. Struktur paling topologis dari nukleoid adalah bagian fundamental dari regulasi gen yang dibawa oleh kromosom. Artinya, struktur dan fungsi merupakan satu kesatuan.

Tingkat pemadatan kromosom eukariotik

DNA dalam inti eukariotik tidak telanjang. Ini berinteraksi dengan banyak protein, yang paling penting adalah histon. Histon adalah protein kecil bermuatan positif yang mengikat DNA dengan cara yang tidak spesifik.

Di dalam nukleus yang kita amati adalah DNA kompleks: histon, yang kita sebut kromatin. Kromatin yang sangat terkondensasi, yang umumnya tidak diekspresikan, adalah heterokromatin. Sebaliknya, yang paling sedikit dipadatkan (longgar), atau eukromatin, adalah kromatin dengan gen yang diekspresikan.

Kromatin memiliki berbagai tingkat pemadatan. Yang paling dasar adalah nukleosom; Ini diikuti oleh serat solenoid dan loop kromatin interfase. Hanya ketika kromosom membelah, tingkat pemadatan maksimum ditampilkan.

Nukleosom

Nukleosom adalah unit dasar organisasi kromatin. Setiap nukleosom terdiri dari oktamer histon yang membentuk semacam drum.

Oktamer terdiri dari dua salinan dari masing-masing histon H2A, H2B, H3 dan H4. Di sekitar mereka, DNA berputar 1,7 kali. Ini diikuti oleh sebagian kecil DNA bebas yang disebut penaut 20 bp yang terkait dengan histon H1, dan kemudian nukleosom lain. Jumlah DNA dalam nukleosom dan yang mengikatnya dengan yang lain adalah sekitar 166 pasangan basa.

Langkah pengemasan DNA ini memadatkan molekul sekitar 7 kali. Artinya, kita beralih dari satu meter menjadi lebih dari 14 cm DNA.

Pengepakan ini dimungkinkan karena histon positif membatalkan muatan negatif DNA, dan akibatnya tolakan-diri elektrostatis. Alasan lainnya adalah karena DNA dapat dibengkokkan sedemikian rupa sehingga dapat membalik oktamer histon.

Serat 30nm

Serat manik-manik dalam kalung yang dibentuk oleh banyak nukleosom yang berurutan selanjutnya digulung menjadi struktur yang lebih kompak.

Meskipun kami tidak jelas tentang struktur apa yang sebenarnya diadopsi, kami tahu bahwa ketebalannya mencapai sekitar 30 nm. Inilah yang disebut serat 30 nm; Histone H1 penting untuk pembentukan dan stabilitasnya.

Serat 30 nm adalah unit struktural dasar heterokromatin. Itu dari nukleosom lemah, yaitu eukromatin.

Ikatan dan belokan

Serat 30 nm, bagaimanapun, tidak sepenuhnya linier. Sebaliknya, ia membentuk loop dengan panjang sekitar 300 nm, dengan cara berkelok-kelok, pada matriks protein yang kurang dikenal.

Loop pada matriks protein ini membentuk serat kromatin yang lebih kompak dengan diameter 250 nm. Akhirnya, mereka sejajar sebagai heliks tunggal setebal 700 nm, memunculkan salah satu kromatid saudara kromosom mitosis.

Akhirnya, DNA dalam kromatin inti memadat sekitar 10.000 kali pada kromosom sel yang membelah. Dalam inti interfase pemadatannya juga tinggi karena sekitar 1000 kali lipat dibandingkan dengan DNA "linier".

Pemadatan DNA meiosis

Dalam dunia biologi perkembangan, gametogenesis dikatakan mengatur ulang epigenom. Artinya, itu menghapus tanda DNA yang diproduksi atau dialami oleh kehidupan orang yang melahirkan gamet.

Tag ini termasuk metilasi DNA dan modifikasi kovalen histon (Kode untuk histon). Tapi tidak seluruh epigenom diatur ulang. Apa yang tersisa dengan tanda akan bertanggung jawab atas jejak genetik ayah atau ibu.

Pengaturan ulang implisit ke gametogenesis lebih mudah dilihat pada sperma. Dalam sperma, DNA tidak dikemas dengan histon. Oleh karena itu, informasi yang terkait dengan modifikasinya dalam organisme penghasil umumnya tidak diturunkan.

Dalam sperma, DNA dikemas berkat interaksi dengan protein pengikat DNA non-spesifik yang disebut protamin. Protein ini membentuk ikatan disulfida satu sama lain, sehingga membantu membentuk lapisan DNA yang tumpang tindih yang tidak saling tolak secara elektrostatis.

Referensi

1. Alberts, B., Johnson, AD, Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., Walter, P. (2014) Biologi Molekuler Sel (Edisi ke-6). WW Norton & Company, New York, NY, AS.
2. Annunziato, A. (2008) Kemasan DNA: Nukleosom dan kromatin. Pendidikan Alam 1:26. (https://www.nature.com/scitable/topicpage/dna-packaging-nucleosomes-and-chromatin-310).
3. Brooker, RJ (2017). Genetika: Analisis dan Prinsip. Pendidikan Tinggi McGraw-Hill, New York, NY, AS.
4. Martínez-Antonio, A. Medina-Rivera, A., Collado-Vides, J. (2009) Peta struktural dan fungsional dari nukleoid bakteri. Genome Biology, doi: 10.1186 / gb-2009-10-12-247.
5. Mathew-Fenn, R. S, Das, R., Harbury, PAB (2008) Mengukur ulang heliks ganda. Sains, 17: 446-449.
6. Travers, AA (2004) Dasar struktural dari fleksibilitas DNA. Philosophical Transactions of the Royal Society of London, Seri A, 362: 1423-1438.
7. Travers, A., Muskhelishvili, G. (2015) struktur dan fungsi DNA. Jurnal FEBS, 282: 2279-2295.