Wie hängen Histone mit Nukleosomen zusammen?
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Ein diploides menschliches Genom besteht aus etwa 6 Milliarden Basenpaaren, die fest in 23 Chromosomen im Kern verpackt sind. Histone sind die Proteine, die an der kompakten Verpackung von DNA in einem mikroskopischen Raum beteiligt sind. Chromatin ist der resultierende DNA-Protein-Komplex. Die sich wiederholende Grundeinheit des Chromatins ist das Nukleosom. Das Nukleosom besteht aus einer DNA-Länge, die um einen Histonkern gewickelt ist. Histone sind positiv geladene Proteine und DNA ist negativ geladen. Der Histonkern wird durch ein Protein-Octamer gebildet, das zwei von jeweils vier Histonen, H2A, H2B, H3 und H4, kombiniert. Jedes Chromosom besteht aus Tausenden von Nukleosomen, die durch DNA-Strecken miteinander verbunden sind. Die Struktur der Nukleosomen verleiht dem Chromatin ein Perlen-auf-String-Aussehen.
Wichtige Bereiche
1. Was sind Histone?
- Definition, Typen, Rolle
2. Wie hängen Histone mit Nukleosomen zusammen?
- Bildung von Nukleosomen
Schlüsselbegriffe: Chromatin, Chromatosom, DNA, Histonkern, Linker-DNA, Nucleosom
Was sind Histone?
Histone sind grundlegende Arten von Proteinen, die im Chromatin vorkommen. Sie sind kleine, positiv geladene Proteine. H1, H2A, H2B, H3 und H4 sind Histontypen. Im Kern werden sie mit DNA in Verbindung gebracht, um sie zu Chromatin zu verdichten. Alle Arten von Histonen sind an der Bildung des Histonkerns beteiligt, um den sich die DNA legt. Die Bildung eines Histon-Octamers ist in gezeigt Abbildung 1.
Abbildung 1: Histonkernbildung
Histone spielen eine wichtige Rolle bei der Genregulation, indem sie zwei Arten von Chromatin bilden, die als Euchromatin und Heterochromatin bekannt sind. Euchromatin enthält lose verpackte DNA; daher zeigt es hohe Expressionsraten. Heterochromatin enthält jedoch fest verpackte DNA. Daher werden die Gene im Heterochromatin selten exprimiert.
Wie hängen Histone mit Nukleosomen zusammen?
DNA sind negativ geladene Moleküle aufgrund der Anwesenheit einer Phosphatgruppe im Zucker-Phosphat-Rückgrat. Daher können positiv geladene Histone sehr eng an DNA binden. Die hochkondensierte Struktur der DNA wird durch das Umwickeln von Histonproteinkernen mit DNA gebildet. Die um einen Histonkern gewickelte DNA ist in gezeigt Figur 2.
Abbildung 2: Nukleosom
Nukleosom dient als grundlegende strukturelle und sich wiederholende Einheit des Chromatins, wobei die Perlen nach dem Aussehen einer Schnur erzeugt werden. Es besteht aus einem Histonkern und einem Stück DNA, das um ihn gewickelt ist. Ein Histon-Octamer oder der Histonkern wird durch Kombinieren von zwei der vier Histontypen H2A, H2B, H3 und H4 gebildet. Ein 146 Basenpaare langer DNA-Abschnitt wird um das Histon gewickelt, um ein Nukleosom zu bilden. Diese DNA-Dehnung umfasst etwa 1,7 Umdrehungen des Histon-Octamers. Dann bindet eine andere Art von Histon, bekannt als H1, an den Histonkern, wodurch weitere 20 Basenpaare von DNA ermöglicht werden. Dies führt zum Umwickeln einer DNA-Strecke in zwei vollen Runden um den Histonkern. Diese Struktur wird als a bezeichnet Chromatosom. Daher wird eine 166 Basenpaare lange DNA-Strecke um ein Chromatosom gewickelt. Die Struktur des Chromatosoms ist in gezeigt Figur 3.
Abbildung 3: Chromatosom
Jedes Chromosom besteht aus Tausenden von Nukleosomen, die durch DNA-Strecken miteinander verbunden sind, die als Linker-DNA bezeichnet werden. Linker-DNA besteht aus 20 Basenpaaren. Dies bildet lange Ketten von Nukleosomen, die die Perlen auf einer Stichstruktur unter dem Mikroskop bilden.
Die Verpackung von DNA in Nukleosomen verkürzt die Länge des DNA-Strangs um das Siebenfache. Der Durchmesser der gebildeten Chromatinfaser beträgt 20 nm. Chromatin wird jedoch weiter zu einer 30-nm-Faser aufgewickelt, wodurch eine Struktur höherer Ordnung gebildet wird.
Fazit
Chromatin ist die kondensierte Struktur von DNA, die aus einer Sequenz von Nukleosomen besteht, die miteinander verbunden sind. Nukleosomen sind die strukturelle Einheit von Chromatin. Es besteht aus einem Stück DNA, das um einen Histonkern gewickelt ist. Der Histonkern besteht aus acht Histonproteinen. Daher sind Histone die Kernstruktur von Nukleosomen.
Referenz:
1. "DNA-Verpackung: Nukleosomen und Chromatin". Nature News, Nature Publishing Group, hier verfügbar.
Bildhöflichkeit:
1. "Nukleosomenstruktur" Von Richard Wheeler (Zephyris) - Wikipedia auf Englisch (CC BY-SA 3.0) über Commons Wikimedia
2. „Nucleosome 1KX5-Farbkodierung“ von Zephyris in der englischsprachigen Wikipedia (CC BY-SA 3.0) über Commons Wikimedia
3. "Nucleosomenorganisation" Von Darekk2 - Eigene Arbeit (CC BY-SA 3.0) über Commons Wikimedia
