Molekulare
Alle DNA um Strukturen gewickelt Nukleosomen genannt. Nukleosomen bestehen aus doppelsträngiger DNA, die um einen Octamer von 8 Histonproteinen gewickelt ist, darunter zwei der folgenden: H2A, H2B, H3 und H4. Nukleosomen sind die Grundeinheit für Chromatin. Ein zusätzliches Histon-Protein, H1, bindet an die DNA direkt neben dem Nukleosom und Funktionen bei der Schaffung weiterer Verdichtung und komplexere Chromatinstruktur, unten diskutiert., Histon Stabilisierung erfolgt über zahlreiche protein-protein-Wechselwirkungen, Wasserstoffbrückenbindungen und elektrostatische Kräfte.
Roger Kornberg, ein prominenter DNA-und Chromatinbiologe, schlug 1974 das Modell der Nukleosomenstruktur vor. Das Modell basierte auf seinen biochemischen Experimenten, Röntgenbeugungsstudien und elektronenmikroskopischen Bildern. Das Experiment von Markus Noll ergab jedoch ein visuell interpretierbares Ergebnis, um zu verstehen, wie sich DNA um die Nukleosomen wickelt. Sein Experiment begann mit Kernen, die keine DNA extrahierten, wodurch die Struktur natürlicher DNA leichter sichtbar wurde., Sein Experiment begünstigte die Theorie, dass DNA an der Außenseite der Nukleosomeneinheit gewickelt war und jedes Nukleosom aus ungefähr 200 Basenpaaren DNA besteht.
Die DNA wickelt sich etwa zweimal um diesen Proteinball, gefolgt von einer kurzen Linkerregion von etwa 20-60 Basenpaaren, lange bevor sich ein weiterer Histon-Octamer oder Nukleosom bildet. Jedes Nukleosom hat einen Durchmesser von 10 bis 11 Nanometern. Ungefähr 146 oder 147 Basenpaare von DNA assoziieren mit jedem Nukleosom., Die Linkerregion variiert in der Länge je nach Art und Zelltyp und der Region des Chromosoms, das entweder transkribiert oder nicht transkribiert wird. Das Nukleosom, gefolgt von einem Spacer, gefolgt von einem Nukleosom und so weiter, gibt ihm das Aussehen von Perlen entlang einer Schnur. Um die DNA-Expression und-regulation von Genen zu kontrollieren, ragen N-terminale „Schwänze“ aus dem Histonprotein heraus. Diese Proteine Schwänze können durch Acetylierung, Methylierung und Phosphorylierung modifiziert werden, und diese Modifikationen beeinflussen die Genregulation. Methylierung unterdrückt Ausdruck., Acetylierung erhöht den Ausdruck.
Nukleosomen werden weiter zu Schleifen kondensiert, die nur in Zeiten der Zellteilung zu Chromsomen kondensieren, um eine systematische und genaue DNA-Vererbung in die nächste Zellgeneration sicherzustellen. Diese effiziente Verpackung dient nicht nur dazu, die 6 Fuß DNA in jede Zelle einzupassen, sondern ermöglicht auch, dass bestimmte Teile der DNA systematisch miteinander interagieren.
Die Zellteilung durch Mitose und Meiose wird durch eine andere StatPearls-Überprüfung abgedeckt.,
Weitere DNA-Bindungsproteine, sogenannte Nichthiston-Proteine, sind eine große Gruppe heterogener Proteine, die eine Rolle bei der Organisation und Verdichtung des Chromosoms in Strukturen höherer Ordnung spielen. Das H1-Protein ist in diesen Strukturen höherer Ordnung essentiell. Sekundärstrukturen zu Chromatin sind das Magnetmodell und das Zickzackmodell. Das Magnetmodell besteht aus dicht gewickelten Nukleosomen in einer regelmäßigen, spiralförmigen Konfiguration mit 6 Nukleosomen pro Umdrehung. Das Zickzackmodell ist eine etwas lockere Form von Chromatin mit unregelmäßiger Konfiguration., In diesem Modell haben Nukleosomen wenig persönlichen Kontakt. Sowohl im Magnet-als auch im Zickzackmodell sind Fasern 30 Nanometer groß.
Aus der magnetischen Größe wird Chromatin weiter verpackt und zu Chromsomen kondensiert. Chromosomen haben verschiedene Regionen, die als Heterochromatinregionen und Euchromatinregionen bezeichnet werden. Heterochromatin-Regionen sind dort an den Telomeren und Zentromern eng verdichtet, diese Regionen des Chromosoms sind immer Heterochromatin, und sie sind immer dicht verpackt, wo die DNA sehr eng um Proteine gewickelt ist., Diese Regionen können mikroskopisch durch verschiedene Flecken auf Metaphasenchromosomen sichtbar gemacht werden. Obwohl DNA während der Interphase intranuklear unorganisiert zu sein scheint, gibt es immer noch eine signifikante Struktur und Partitionierung von unterschiedlichem chromosomalem Material innerhalb des Kerns. Die DNA einzelner Chromosomen ist nicht mit anderen Chromosomen verflochten, sondern verbleibt in bestimmten Regionen des Kerns, den sogenannten Chromosomengebieten. Diese Territorien können dazu beitragen, verschiedene Gene in räumliche Beziehung zueinander zu bringen, was als wichtiger Regulator der Genexpression empfunden wird.,
Neben der Notwendigkeit einer systematischen Verdichtung der DNA zur Replikation und Zellteilung ist es wichtig, dass die Interphasenzelle ihre DNA im Kern organisiert. Diese Organisation hilft, die DNA unter anderem in verschiedene Bereiche der Zellexpression zu zerlegen. Der Kern besteht aus einer nuklearen doppelschichtigen Membranmatrix, die aus verschiedenen Arten von Proteinen besteht, die die nukleare Stabilität gewährleisten und die nukleare Organisation erleichtern., Diese Organisation ist keineswegs statisch und eine Fülle komplizierter Mechanismen wird die DNA-Expression zeitlich und geografisch im Körper verändern. Die Kernlamina befindet sich direkt unter der inneren Membran des Kerns, wo Gerüstproteine und Matrixanhaftungsproteine leben. Eukaryotische DNA ist in Schleifen organisiert, die in der Länge von 25 bis 200 Basenpaaren ziemlich variabel sein können. Innerhalb des tatsächlichen genetischen Codes der DNA gibt es spezifische Sequenzen, die die Anheftung dieser MARs und SARs entlang der Kernlamina ermöglichen., Diese Regionen werden als Matrixbefestigungsbereiche (MARs) oder Gerüstbefestigungsbereiche (SARS) bezeichnet, in denen die DNA an die Matrix oder das Gerüst des Chromosoms gebunden ist und der MARs an die Kernmatrix gebunden ist, wodurch diese Radialschleifen erzeugt werden. Diese Bereiche haben keine gemeinsame Sequenz innerhalb der DNA. Sie sind entweder konstitutiver oder fakultativer Natur.