- Struttura del DNA
- Il nucleoide batterico
- I livelli di compattazione del cromosoma eucariotico
- Il nucleosoma
- Fibra da 30 nm
- Legami e svolte
- La compattazione meiotica del DNA
- Riferimenti
Il confezionamento del DNA è un termine che definisce la compattazione controllata del DNA nella cellula. In nessuna cellula (e in effetti, nemmeno nei virus) il DNA è libero, sciolto e in vera soluzione.
Il DNA è una molecola estremamente lunga che interagisce sempre con un'enorme varietà di proteine diverse. Per l'elaborazione, l'ereditarietà e il controllo dell'espressione dei geni che trasporta, il DNA adotta una particolare organizzazione spaziale. Ciò viene ottenuto dalla cellula controllando rigorosamente ogni fase del confezionamento del DNA a diversi livelli di compattazione.
Cromatina: da rilassata (sinistra) a condensata (destra). Tratto da commons.wikimedia.org
I virus hanno strategie di confezionamento differenti per i loro acidi nucleici. Uno dei favoriti è quello della formazione di spirali compatte. Si potrebbe dire che i virus sono acidi nucleici confezionati nelle stesse proteine che li ricoprono, li proteggono e li mobilizzano.
Nei procarioti, il DNA è associato a proteine che determinano la formazione di anelli complessi in una struttura chiamata nucleoide. Il livello massimo di compattazione del DNA in una cellula eucariotica, d'altra parte, è il cromosoma mitotico o meiotico.
L'unico caso in cui un B-DNA non è confezionato è un laboratorio di ricerca che persegue tale scopo.
Struttura del DNA
Il DNA è costituito da due bande antiparallele che formano una doppia elica. Ognuno di loro ha uno scheletro di legame fosfodiestere su cui sono attaccati gli zuccheri legati a basi azotate.
All'interno della molecola, le basi azotate di una banda formano legami idrogeno (due o tre) con la banda complementare.
In una molecola come questa, la maggior parte degli angoli di legame importanti mostrano una rotazione libera. I legami azoto-zucchero, gruppo zucchero-fosfato e fosfodiestere sono flessibili.
Ciò consente al DNA, visto come un'asta flessibile, di mostrare una certa capacità di piegarsi e torcersi. Questa flessibilità consente al DNA di adottare strutture locali complesse e di formare circuiti di interazione a distanze brevi, medie e lunghe.
Questa flessibilità spiega anche come si possono mantenere 2 metri di DNA in ogni cellula diploide di un essere umano. In un gamete (cellula aploide), sarebbe un metro di DNA.
Il nucleoide batterico
Sebbene non sia una regola infrangibile, il cromosoma batterico esiste come una singola molecola di DNA a doppia banda superavvolto.
La doppia elica si attorciglia di più su se stessa (più di 10 bp per giro) producendo così una certa compattazione. I nodi locali vengono generati anche grazie a manipolazioni controllate enzimaticamente.
Inoltre, ci sono sequenze nel DNA che consentono ai domini di formarsi in grandi anelli. Chiamiamo nucleoide la struttura risultante dal super raffreddamento e dai cicli ordinati.
Questi subiscono cambiamenti dinamici grazie ad alcune proteine che forniscono una certa stabilità strutturale al cromosoma compattato. Il grado di compattazione nei batteri e negli archei è così efficiente che può esserci più di un cromosoma per nucleoide.
Il nucleoide compatta il DNA procariotico almeno circa 1000 volte. La struttura stessa topologica del nucleoide è una parte fondamentale della regolazione dei geni che trasporta il cromosoma. Cioè, struttura e funzione costituiscono la stessa unità.
I livelli di compattazione del cromosoma eucariotico
Il DNA nel nucleo eucariotico non è nudo. Interagisce con molte proteine, le più importanti delle quali sono gli istoni. Gli istoni sono piccole proteine caricate positivamente che si legano al DNA in modo non specifico.
Nel nucleo quello che osserviamo è un DNA complesso: gli istoni, che chiamiamo cromatina. La cromatina altamente condensata, che generalmente non è espressa, è l'eterocromatina. Al contrario, la meno compatta (più sciolta), o eucromatina, è la cromatina con i geni espressi.
La cromatina ha vari livelli di compattazione. Il più elementare è quello del nucleosoma; È seguito dalla fibra del solenoide e dai circuiti di cromatina interfase. È solo quando un cromosoma si divide che vengono mostrati i livelli massimi di compattazione.
Il nucleosoma
Il nucleosoma è l'unità di base dell'organizzazione della cromatina. Ogni nucleosoma è costituito da un ottamero di istoni che formano una specie di tamburo.
L'ottamero è costituito da due copie di ciascuno degli istoni H2A, H2B, H3 e H4. Intorno a loro, il DNA gira circa 1,7 volte. È seguito da una frazione di DNA libero chiamato linker da 20 bp associato all'istone H1, e quindi da un altro nucleosoma. La quantità di DNA in un nucleosoma e quella che lo lega a un altro è di circa 166 paia di basi.
Questa fase di confezionamento del DNA compatta la molecola circa 7 volte. Cioè, passiamo da un metro a poco più di 14 cm di DNA.
Questo impaccamento è possibile perché gli istoni positivi annullano la carica negativa del DNA e la conseguente auto-repulsione elettrostatica. L'altro motivo è che il DNA può essere piegato in modo tale da capovolgere l'ottamero degli istoni.
Fibra da 30 nm
La fibra di perle in una collana formata da molti nucleosomi successivi viene ulteriormente avvolta in una struttura più compatta.
Sebbene non sia chiaro quale struttura adotti effettivamente, sappiamo che raggiunge uno spessore di circa 30 nm. Questa è la cosiddetta fibra da 30 nm; L'istone H1 è essenziale per la sua formazione e stabilità.
La fibra da 30 nm è l'unità strutturale di base dell'eterocromatina. Quello dei nucleosomi lassisti, quello dell'eucromatina.
Legami e svolte
La fibra da 30 nm, tuttavia, non è completamente lineare. Al contrario, forma anse di circa 300 nm di lunghezza, in modo serpeggiante, su una matrice proteica poco conosciuta.
Questi anelli su una matrice proteica formano una fibra di cromatina più compatta di 250 nm di diametro. Infine, si allineano come una singola elica di 700 nm di spessore, dando origine a uno dei cromatidi fratelli di un cromosoma mitotico.
In definitiva, il DNA nella cromatina nucleare si compatta circa 10.000 volte sul cromosoma della cellula in divisione. Nel nucleo interfase anche la sua compattazione è elevata essendo circa 1000 volte rispetto al DNA "lineare".
La compattazione meiotica del DNA
Nel mondo della biologia dello sviluppo, si dice che la gametogenesi ripristini l'epigenoma. Cioè, cancella i segni del DNA che la vita della persona che ha dato origine al gamete ha prodotto o sperimentato.
Questi tag includono la metilazione del DNA e le modifiche covalenti degli istoni (codice per gli istoni). Ma non l'intero epigenoma viene ripristinato. Ciò che rimane con i segni sarà responsabile dell'impronta genetica paterna o materna.
L'implicito ripristino della gametogenesi è più facile da vedere nello sperma. Nello sperma, il DNA non è ricco di istoni. Pertanto, le informazioni associate alle sue modifiche nell'organismo produttore non sono generalmente ereditate.
Nello sperma, il DNA è confezionato grazie all'interazione con proteine leganti il DNA non specifiche chiamate protamine. Queste proteine formano legami disolfuro tra loro, contribuendo così a formare strati di DNA sovrapposti che non si respingono elettrostaticamente.
Riferimenti
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