Chromatín je látka, ktorá sa používa na tvorbu chromozómov. Trochu podrobnejšie, chromatín je tvorený DNA, RNA a rôznymi proteínmi. Nachádza sa v jadre každej bunky, ktorá tvorí človeka. Táto látka predstavuje približne dva metre molekuly DNA v hyperkompaktnej forme. Jadro bunky má svoju časť približne 5 až 7 mikrometrov.
Čo je to chromatín
Obsah
Z hľadiska definície biológie chromatínu sa jedná o spôsob prezentácie DNA v bunkovom jadre. Je to základná látka eukaryotických chromozómov a patrí k únii DNA, RNA a proteínov, ktoré sa nachádzajú v interfázovom jadre eukaryotických buniek, a ktorá predstavuje genóm týchto buniek, ktorého úlohou je formovať chromozóm tak, aby bol integrovať do jadra bunky. Proteíny sú dvoch typov: históny a nehistónové proteíny.
História chromatínu
Táto látka bola objavená v roku 1880 vďaka vedcovi Waltherovi Flemmingovi, ktorý jej dal toto meno, pre svoju záľubu v farbeniach. Flemmingove príbehy však objavil o štyri roky neskôr výskumník Albrecht Kossel. Pokiaľ ide o pokrok, ktorý sa dosiahol pri určovaní chromatínovej štruktúry, bol veľmi obmedzený, až v 70. rokoch 20. storočia bolo možné uskutočniť prvé pozorovania chromatínových vlákien vďaka už zavedenej elektrónovej mikroskopii, ktorá ktorá odhalila existenciu nukleozómu, pričom druhý z nich bol základnou jednotkou chromatínu, ktorého štruktúra bola v roku 1997 podrobnejšie objasnená pomocou röntgenovej kryštalografie.
Typy chromatínu
Je rozdelený do dvoch typov: euchromatín a heterochromatín. Základné jednotky, ktoré tvoria chromatín, sú nukleozómy, ktoré sa skladajú z približne 146 párov báz dlhých, ktoré sú naopak spojené so špecifickým komplexom ôsmich nukleozomálnych histónov. Typy sú podrobne uvedené nižšie:
Heterochromatín
- Je to najkompaktnejšia expresia tejto látky, nemení jej úroveň zhutnenia počas bunkového cyklu.
- Skladá sa z vysoko opakujúcich sa a neaktívnych sekvencií DNA, ktoré sa nereplikujú a tvoria centroméru chromozómu.
- Jeho funkciou je chrániť chromozomálnu integritu vďaka jeho hustému a pravidelnému baleniu s génmi.
Dá sa identifikovať pomocou svetelného mikroskopu s tmavou farbou kvôli jeho hustote. Heterochromatín je rozdelený do dvoch skupín:
Konštitutívne
Zdá sa, že je veľmi kondenzovaný opakujúcimi sa sekvenciami vo všetkých bunkových typoch a nemožno ho prepisovať, pretože neobsahuje genetickú informáciu. Sú to centroméry a teloméry všetkých chromozómov, ktoré neexprimujú svoju DNA.
Voliteľné
Líši sa v rôznych bunkových typoch, kondenzuje sa iba v určitých bunkách alebo v špecifických obdobiach vývoja buniek, ako je napríklad Barrov krvinka, ktorá sa tvorí, pretože voliteľný heterochromatín má aktívne oblasti, ktoré sa dajú za určitých okolností a charakteristík prepisovať. Zahŕňa tiež satelitnú DNA.
Euchromatín
- Euchromatín je časť, ktorá zostáva v menej kondenzovanom stave ako heterochromatín a je distribuovaná po celom jadre počas bunkového cyklu.
- Predstavuje aktívnu formu chromatínu, v ktorej je prepisovaný genetický materiál. Jeho menej kondenzovaný stav a schopnosť dynamicky sa meniť umožňujú prepis.
- Nie všetky sú prepísané, zvyšok sa však obvykle prevedie na heterochromatín, aby sa zhustila a chránila genetická informácia.
- Jeho štruktúra je podobná perlovému náhrdelníku, kde každá perla predstavuje nukleozóm tvorený ôsmimi proteínmi zvanými históny, okolo nich sú páry DNA.
- Na rozdiel od heterochromatínu je zhutnenie euchromatínu dostatočne nízke na to, aby umožnilo prístup ku genetickému materiálu.
- Pri laboratórnych testoch to možno identifikovať pomocou optického mikroskopu, pretože jeho štruktúra je viac oddelená a je impregnovaná svetlou farbou.
- V prokaryotických bunkách je to jediná prítomná forma chromatínu, čo môže byť spôsobené tým, že štruktúra heterochromatínu sa vyvinula po rokoch.
Úloha a význam chromatínu
Jeho funkciou je poskytovať genetické informácie potrebné pre bunkové organely na vykonávanie syntézy a transkripcie proteínov. Tiež prenášajú a uchovávajú genetickú informáciu obsiahnutú v DNA, čím duplikujú DNA pri reprodukcii buniek.
Okrem toho je táto látka prítomná aj vo svete zvierat. Napríklad v chromatíne živočíšnych buniek sa pohlavný chromatín tvorí ako kondenzovaná hmota chromatínu v rozhraní jadra, čo predstavuje inaktivovaný chromozóm X, ktorý presahuje číslo jedna v jadre cicavcov. Toto je tiež známe ako Barrov teliesko.
To hrá zásadnú regulačnú úlohu v génovej expresii. Rôzne stavy zhutnenia môžu byť spojené (aj keď nie jednoznačne) so stupňom transkripcie, ktorý vykazujú gény nachádzajúce sa v týchto oblastiach. Chromatín je silne represívny na transkripciu, pretože spojenie DNA s rôznymi proteínmi komplikuje spracovanie rôznych RNA polymeráz. Preto existuje celý rad strojov na remodeláciu chromatínov a modifikáciu histónov.
V súčasnosti existuje tzv. Histónový kód. Rôzne históny môžu prejsť posttranslačnými modifikáciami, ako je metylácia, acetylácia, fosforylácia, zvyčajne podávané vo zvyškoch lyzínu alebo arginínu. Acetylácia je spojená s aktiváciou transkripcie, pretože keď je lyzín acetylovaný, celkový pozitívny náboj histónu klesá, takže má nižšiu afinitu k DNA (ktorá je negatívne nabitá).
V dôsledku toho je DNA menej viazaná, čo umožňuje prístup transkripčným mechanizmom. Naproti tomu je metylácia spojená s transkripčnou represiou a silnejšou väzbou DNA-histón (aj keď to nie je vždy pravda). Napríklad v kvasinkách S. pombe je metylácia na lyzínovom zvyšku 9 histónu 3 spojená s potlačením transkripcie v heterochromatíne, zatiaľ čo metylácia na lyzínovom zvyšku 4 podporuje génovú expresiu.
Enzýmy, ktoré vykonávajú funkcie histónových modifikácií, sú histón-acetylázy a deacetylázy a histón-metylázy a demetylázy, ktoré tvoria rôzne rodiny, ktorých členovia sú zodpovední za modifikáciu konkrétneho zvyšku na dlhom konci histónov.
Okrem histónových modifikácií existujú aj stroje na remodelovanie chromatínu, ako napríklad SAGA, ktoré sú zodpovedné za repozíciu nukleozómov, a to buď ich vytláčaním, rotáciou alebo dokonca ich čiastočným odzbrojením, odstránením časti nukleónov obsahujúcich históny a ich následným vrátením. Všeobecne sú stroje na remodelovanie chromatínu nevyhnutné pre proces transkripcie u eukaryotov, pretože umožňujú prístup a procesivitu polymeráz.
Iný spôsob označovania chromatínu ako „neaktívneho“ sa môže vyskytnúť na úrovni metylácie DNA v cytozínoch, ktoré patria k CpG dinukleotidom. Všeobecne sú metylácia DNA a chromatínu synergické procesy, pretože napríklad keď je DNA metylovaná, existujú histón metylačné enzýmy, ktoré dokážu rozpoznať metylované cytozíny a metylované históny. Podobne aj enzýmy, ktoré metylátujú DNA, dokážu rozpoznať metylované históny, a preto pokračujú v metylácii na úrovni DNA.
Chromatín - často kladené otázky
Aké sú vlastnosti chromatínu?
Vyznačuje sa tým, že obsahuje takmer dvakrát toľko bielkovín ako genetický materiál. Najdôležitejšie proteíny v tomto komplexe sú históny, čo sú malé pozitívne nabité proteíny, ktoré sa viažu na DNA elektrostatickými interakciami. Chromatín má tiež viac ako tisíc rôznych histónových proteínov. Základnou jednotkou chromatínu je nukleozóm, ktorý pozostáva zo spojenia histónov a DNA.Ako sa vyrába chromatín?
Skladá sa z kombinácie proteínov nazývaných históny, čo sú základné proteíny tvorené z arginínu a lyzínu, s DNA a RNA, ktorých funkciou je formovať chromozóm tak, aby bol integrovaný do bunkového jadra.Aká je štruktúra chromatínu?
Ultraštruktúra chromatínu je založená na: histónoch tvoriacich nukleozómy (osem histónových proteínov + jedno vlákno DNA s 200 pármi báz). Každý nukleozóm sa asociuje s iným typom histónu, H1, a vytvára sa kondenzovaný chromatín.Aký je rozdiel medzi chromatínom a chromozómom?
Pokiaľ ide o chromatín, je to základná látka bunkového jadra a jeho chemická konštitúcia sú jednoducho reťazce DNA v rôznom stupni kondenzácie.Na druhej strane, chromozómy sú štruktúry v bunke, ktoré obsahujú genetické informácie a každý chromozóm je tvorený molekulou DNA spojenou s RNA a proteínmi.
