Skip to main content
Global

9.11: אריזת DNA לתא

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    208351

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    חלק חשוב מהגישה שלנו לביולוגיה הוא לחשוב באופן קונקרטי על המולקולות שאנו שוקלים. בשום מקום זה לא חשוב יותר מאשר עם DNA. מולקולות ה- DNA ארוכות מאוד והתאים, אפילו התאים הגדולים ביותר, קטנים (בדרך כלל). לדוגמה, חיידק טיפוסי הוא גלילי בערך ואורכו כ -2 מיקרומטר והיקפו של כ -1 מיקרומטר. בהתבסס על מבנה ה-DNA, כל זוג בסיסים אורכו כ-0.34 ננומטר. קילו-בסיס (כלומר, 10 3 זוגות בסיסים) של DNA הוא אפוא באורך של כ-0.34 מיקרומטר. לחיידק, כמו E. coli, יש ~ 3 x 10 6 זוגות בסיסים של DNA - כלומר מולקולת DNA באורך של כמעט מילימטר, או בערך פי 500 מאורך התא בו הוא נמצא. זה מרמז שלכל הפחות יש לקפל את ה-DNA בחזרה על עצמו לפחות 250 פעמים. לתא אנושי יש פי 6000 יותר DNA, כלומר אורך כולל של יותר מ -2 מטר (לכל תא), ואורך ה- DNA הזה צריך להתאים לגרעין שקוטרו ~ 10 מיקרומטר. בשני המקרים, יש לקפל ולארוז את ה-DNA בדרכים המאפשרות לו להתאים ובכל זאת להיות נגיש לחלבונים השונים המעורבים בוויסות ביטוי הגנים ושכפול ה-DNA. כדי להשיג זאת, מולקולת ה- DNA קשורה לחלבונים ספציפיים; קומפלקס ה- DNA: חלבון שנוצר ידוע בשם כרומטין.

    המחקר על אופן ויסות ה- DNA הוא הנושא הכללי של האפיגנטיקה (בנוסף לגנטיקה), בעוד שגנטיקה מתייחסת למידע הגנטי עצמו, לרצף מולקולות ה- DNA. אם תשקול גן מסוים (בהתבסס על הדיונים הקודמים שלנו) תבין שכדי לבוא לידי ביטוי, חלבוני גורם שעתוק חייבים להיות מסוגלים למצוא (על ידי דיפוזיה) ולהיקשר לאזורים ספציפיים (המוגדרים על ידי הרצפים שלהם) של ה-DNA באזור הרגולציה של הגן. אבל האופן שבו ה-DNA מאורגן לכרומטין, במיוחד בתאים אוקריוטיים, יכול להשפיע באופן דרמטי על יכולתם של גורמי שעתוק לקיים אינטראקציה ולהיקשר לרצפים הרגולטוריים שלהם. לדוגמה, אם האזורים הרגולטוריים של הגן אינם נגישים לקשירת חלבון בגלל מבנה הכרומטין, הגן יהיה "כבוי" (לא מבוטא) גם אם גורמי השעתוק שבדרך כלל יפעילו אותו קיימים ופעילים. כמו בעצם כל המערכות הביולוגיות, ניתן לווסת את האינטראקציות בין DNA לחלבונים שונים.

    סוגים שונים של תאים יכולים לעתים קרובות לארגן את ה-DNA שלהם בצורה שונה באמצעות ביטוי דיפרנציאלי ופעילות של גנים המעורבים בפתיחה (הנגשת) או סגירה (הפיכת אזורים בלתי נגישים) של DNA. אזורים נגישים ופעילים בתעתיק של DNA ידועים בשם euchromatin ואילו DNA ארוז כך שה- DNA אינו נגיש ידוע בשם הטרוכרומטין. דוגמה דרמטית במיוחד לתהליך זה מתרחשת אצל יונקים נקבות. כרומוזום X מכיל ~ 1100 גנים הממלאים תפקידים חשובים אצל גברים ונשים כאחד 278. אך רמת ביטוי הגנים מושפעת (בדרך כלל) ממספר העותקים של גן מסוים. בעוד שמנגנונים שונים יכולים לפצות על הבדלים במספר העתקת הגנים, זה לא תמיד המקרה. לדוגמה, ישנם גנים שבהם השבתת המוטציה של אחד משני העותקים מובילה לפנוטיפ מובהק, מצב המכונה הפלואי-ספיקה. זה מעלה בעיות לגנים הממוקמים בכרומוזום X, מכיוון שלאורגניזמים XX יש שני עותקים של גנים אלה, בעוד שלאורגניזמים XY יש רק 279 אחד. בעוד שאפשר לדמיין מנגנון שהגביר את הביטוי של גנים בכרומוזום ה- X היחיד של הזכר, המנגנון האמיתי המשמש הוא לעכב ביטוי של גנים באחד משני כרומוזומי ה- X של הנקבה. בכל תא XX, אחד משני כרומוזומי ה- X ארוז במצב הטרוכרומטי, פחות או יותר לצמיתות. זה ידוע כגוף בר. ההחלטה איזה כרומוזום X ארוז ("לא פעיל") מתקבלת בעובר המוקדם ונראית סטוכסטית - כלומר סביר באותה מידה שבכל תא מסוים, כרומוזום X שעבר בירושה מהאם או כרומוזום X שעבר בירושה מהאב עלול להיות מושבת (נעשה הטרוכרומטי). חשוב לציין, ברגע שבחירה זו עוברת בתורשה, צאצאיו של תא ישמרו על המצבים הפעילים/המומתים של כרומוזומי X של התא ההורי שלו. ברגע שאירוע ההשבתה מתרחש הוא עובר בירושה אנכית 280. התוצאה היא שנקבות XX הן פסיפסים אפיגנטיים, הן עשויות משיבוטים של תאים שבהם אחד או השני מכרומוזומי ה- X שלהם הושבת. אירועים אפיגנטיים רבים יכולים להימשך באמצעות שכפול DNA וחלוקת תאים, כך שמצבים אלה יכולים לעבור בירושה דרך הסומה. נותרה שאלה האם ניתן להעביר מצבים אפיגנטיים באמצעות מיוזה ולדור הבא 281. בדרך כלל רוב המידע האפיגנטי מאופס במהלך תהליך ההתפתחות העוברית.

    תורמים וייחוסים