BAO BÌ DNA LÀ GÌ? - SINH HỌC - 2026

Các bao bì của DNA là một thuật ngữ định nghĩa chặt kiểm soát của DNA trong tế bào. Không có tế bào nào (và thực sự, ngay cả trong vi rút) là DNA tự do, lỏng lẻo và ở dạng dung dịch thực sự.

DNA là một phân tử cực kỳ dài luôn tương tác với rất nhiều loại protein khác nhau. Để xử lý, kế thừa và kiểm soát sự biểu hiện của các gen mà nó mang, DNA thông qua một tổ chức không gian cụ thể. Điều này được tế bào thực hiện bằng cách kiểm soát chặt chẽ từng bước đóng gói DNA ở các mức độ nén khác nhau.

Chất nhiễm sắc: từ thư thái (trái) sang đặc (phải). Lấy từ commons.wikimedia.org

Virus có các chiến lược đóng gói khác nhau cho axit nucleic của chúng. Một trong những mục được yêu thích là sự hình thành các xoắn ốc nhỏ gọn. Có thể nói, virus là các axit nucleic được đóng gói trong chính các protein bao bọc, bảo vệ và vận động chúng.

Ở sinh vật nhân sơ, DNA liên kết với các protein quyết định sự hình thành các vòng phức tạp trong một cấu trúc gọi là nucleoid. Mặt khác, mức độ nén DNA tối đa trong tế bào nhân thực là nhiễm sắc thể nguyên phân hoặc nhiễm sắc thể sinh học.

Trường hợp duy nhất mà B-DNA không được đóng gói là một phòng thí nghiệm nghiên cứu theo đuổi mục đích đó.

Cấu trúc DNA

DNA được tạo thành từ hai dải đối song tạo thành một chuỗi xoắn kép. Mỗi một trong số chúng có một khung liên kết phosphodiester, trên đó đường liên kết với các bazơ nitơ được gắn vào.

Bên trong phân tử, các bazơ nitơ của một dải tạo thành liên kết hydro (hai hoặc ba) với dải bổ sung.

Trong một phân tử như thế này, hầu hết các góc liên kết quan trọng cho thấy chuyển động quay tự do. Các liên kết nitơ bazơ-đường, đường-photphat và các liên kết photphodiester rất linh hoạt.

Điều này cho phép DNA, được coi như một thanh linh hoạt, thể hiện một số khả năng uốn cong và xoắn. Tính linh hoạt này cho phép DNA tiếp nhận các cấu trúc cục bộ phức tạp và hình thành các vòng tương tác ở các khoảng cách ngắn, trung bình và dài.

Tính linh hoạt này cũng giải thích cách duy trì 2 mét DNA trong mỗi tế bào lưỡng bội của con người. Trong một giao tử (tế bào đơn bội), nó sẽ là một mét DNA.

Nucleoid vi khuẩn

Mặc dù đó không phải là quy luật không thể phá vỡ, nhưng nhiễm sắc thể vi khuẩn tồn tại dưới dạng một phân tử DNA băng kép siêu cuộn.

Chuỗi xoắn kép tự xoắn nhiều hơn (hơn 10 bp mỗi lượt) do đó tạo ra một số nén. Các nút cục bộ cũng được tạo ra nhờ các thao tác được kiểm soát bằng enzym.

Ngoài ra, có những trình tự trong DNA cho phép các miền hình thành trong các vòng lớn. Chúng tôi gọi cấu trúc tạo ra từ quá trình siêu lạnh và các vòng có trật tự là nucleoid.

Chúng trải qua những thay đổi động nhờ một số protein cung cấp một số ổn định cấu trúc cho nhiễm sắc thể nén chặt. Mức độ nén ở vi khuẩn và vi khuẩn cổ rất hiệu quả đến mức có thể có nhiều hơn một nhiễm sắc thể trên mỗi nucleoid.

Nuclêôxôm nén chặt ADN nhân sơ ít nhất khoảng 1000 lần. Chính cấu trúc tôpô của nucleoid là một phần cơ bản của quy định các gen mà nhiễm sắc thể mang. Nghĩa là, cấu trúc và chức năng tạo thành cùng một đơn vị.

Các mức độ nén của nhiễm sắc thể sinh vật nhân thực

ADN trong nhân sinh vật không trần. Nó tương tác với nhiều protein, trong đó quan trọng nhất là histone. Histone là các protein nhỏ, tích điện dương, liên kết với DNA theo cách không đặc hiệu.

Trong nhân những gì chúng ta quan sát được là một DNA phức tạp: histones, mà chúng ta gọi là chất nhiễm sắc. Chất nhiễm sắc cô đặc cao, thường không được biểu hiện, là chất nhiễm sắc dị hợp. Ngược lại, chất nhiễm sắc ít nén nhất (lỏng hơn), hoặc euchromatin, là chất nhiễm sắc có các gen được biểu hiện.

Chất nhiễm sắc có nhiều mức độ nén chặt. Cơ bản nhất là của nucleosome; Tiếp theo là sợi solenoid và các vòng sợi nhiễm sắc giữa các pha. Chỉ khi một nhiễm sắc thể phân chia thì mức độ nén tối đa mới được hiển thị.

Nucleosome

Nhiễm sắc thể là đơn vị tổ chức cơ bản của chất nhiễm sắc. Mỗi nucleosome được tạo thành từ một octamer của histone tạo thành một loại trống.

Octamer được tạo thành từ hai bản sao của mỗi histon H2A, H2B, H3 và H4. Xung quanh chúng, DNA đi khoảng 1,7 lần. Tiếp theo là một phần DNA tự do được gọi là trình liên kết 20 bp liên kết với histone H1, và sau đó là một nucleosome khác. Số lượng DNA trong một nucleosome và liên kết nó với một nucleosome khác là khoảng 166 cặp bazơ.

Bước đóng gói DNA này làm gọn phân tử khoảng 7 lần. Tức là, chúng ta đi từ một mét đến chỉ hơn 14 cm DNA.

Việc đóng gói này có thể xảy ra vì các histon dương hủy bỏ điện tích âm của DNA, và do đó là hiện tượng tự đẩy tĩnh điện. Lý do khác là DNA có thể bị bẻ cong theo cách mà nó có thể lật được octamer của histone.

Sợi 30nm

Sợi của các hạt trong một vòng cổ được hình thành bởi nhiều nucleosom kế tiếp nhau được quấn thêm thành một cấu trúc nhỏ gọn hơn.

Mặc dù chúng ta không rõ về cấu trúc mà nó thực sự sử dụng, nhưng chúng ta biết rằng nó đạt độ dày khoảng 30 nm. Đây là cái gọi là sợi 30 nm; Histone H1 rất cần thiết cho sự hình thành và ổn định của nó.

Sợi 30 nm là đơn vị cấu trúc cơ bản của chất dị nhiễm sắc. Đó là của các nucleosom lỏng lẻo, của euchromatin.

Mối quan hệ và lượt

Tuy nhiên, sợi 30 nm không hoàn toàn tuyến tính. Ngược lại, nó tạo thành các vòng có chiều dài khoảng 300 nm, uốn khúc, trên nền protein ít được biết đến.

Các vòng này trên nền protein tạo thành sợi nhiễm sắc nhỏ gọn hơn có đường kính 250 nm. Cuối cùng, chúng sắp xếp thành một chuỗi xoắn đơn dày 700 nm, làm phát sinh một trong các crômatit chị em của nhiễm sắc thể phân bào.

Cuối cùng, DNA trong nhân nhiễm sắc nằm gọn khoảng 10.000 lần trên nhiễm sắc thể của tế bào đang phân chia. Trong nhân giữa các pha, độ nén của nó cũng cao vì nó gấp khoảng 1000 lần so với DNA "tuyến tính".

Sự nén meiotic của DNA

Trong thế giới sinh học phát triển, sự phát sinh giao tử được cho là thiết lập lại hệ biểu sinh. Tức là nó xóa các dấu DNA mà đời người đã phát sinh giao tử tạo ra hoặc trải qua.

Các thẻ này bao gồm quá trình methyl hóa DNA và các sửa đổi cộng hóa trị của histones (Mã cho histones). Nhưng không phải toàn bộ epigenome được đặt lại. Những gì còn lại có dấu vết sẽ chịu trách nhiệm về dấu ấn di truyền của cha hoặc mẹ.

Sự thiết lập lại ngầm định đối với sự phát sinh giao tử dễ thấy hơn ở tinh trùng. Trong tinh trùng, DNA không chứa histone. Do đó, thông tin liên quan đến các sửa đổi của nó trong sinh vật sản xuất thường không được di truyền.

Trong tinh trùng, DNA được đóng gói nhờ sự tương tác với các protein liên kết DNA không đặc hiệu được gọi là protamine. Các protein này hình thành liên kết disulfide với nhau, do đó giúp hình thành các lớp DNA chồng lên nhau không đẩy nhau về mặt tĩnh điện.

Người giới thiệu

1. Alberts, B., Johnson, AD, Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., Walter, P. (2014) Sinh học phân tử của tế bào (Phiên bản thứ 6). WW Norton & Company, New York, NY, Hoa Kỳ.
2. Annunziato, A. (2008) Bao bì DNA: Nucleosomes và chromatin. Giáo dục Tự nhiên 1:26. (https://www.nature.com/scitable/topicpage/dna-packaging-nucleosomes-and-chromatin-310).
3. Brooker, RJ (2017). Di truyền học: Phân tích và Nguyên tắc. McGraw-Hill Higher Education, New York, NY, USA.
4. Martínez-Antonio, A. Medina-Rivera, A., Collado-Vides, J. (2009) Bản đồ cấu trúc và chức năng của một nucleoid vi khuẩn. Genome Biology, doi: 10.1186 / gb-2009-10-12-247.
5. Mathew-Fenn, R. S, Das, R., Harbury, PAB (2008) Nhớ lại chuỗi xoắn kép. Khoa học, 17: 446-449.
6. Travers, AA (2004) Cơ sở cấu trúc của tính linh hoạt DNA. Các giao dịch triết học của Hiệp hội Hoàng gia London, Series A, 362: 1423-1438.
7. Travers, A., Muskhelishvili, G. (2015) Cấu trúc và chức năng DNA. Tạp chí FEBS, 282: 2279-2295.