염색질 : 유형, 특성, 구조, 기능 - 생물학

염색질은 오직, 진핵 생물의 DNA와 단백질에 의해 형성되는 착체이다. 비율면에서 그것은 유전 물질보다 거의 두 배 많은 단백질을 포함합니다. 이 복합체에서 가장 중요한 단백질은 정전 기적 상호 작용을 통해 DNA에 결합하는 작고 양전하를 띤 단백질 인 히스톤입니다. 또한 염색질에는 히스톤 외에 천 개 이상의 단백질이 있습니다.

염색질의 기본 단위는 히스톤과 DNA의 결합으로 구성된 뉴 클레오 솜입니다. 이 배열은 목걸이의 구슬을 연상시킵니다. 더 높은 수준의 DNA 조직을 모두 거친 후에 우리는 염색체에 도달 할 것입니다.

출처 : Chromatin_nucleofilaments.png : Chris Woodcock 파생 작업 : Gouttegd

크로 마틴 구조는 유전자 발현 조절과 밀접한 관련이 있습니다. 유 크로 마틴과 헤테로 크로 마틴의 두 가지 주요 유형이 있습니다.

유 크로 마틴은 높은 수준의 전사로 번역되는 낮은 압축 정도를 특징으로합니다. 대조적으로, 헤테로 크로 마틴은 높은 압축률로 인해 전사적으로 비활성입니다.

구조적으로 두 가지 유형의 염색질 모두에 전형적인 히스톤의 특정 후 성적 표시가 있습니다. 유 크로 마틴은 아세틸 화와 관련이 있지만 헤테로 크로 마틴은 화학 그룹의 감소와 관련이 있습니다.

텔로미어 및 센트로 머와 같은 구조적 기능을 가진 헤테로 크로 마틴의 일부 영역이 있습니다.

역사적 관점

유전 물질과 그 구조 조직에 대한 연구는 1831 년 연구원 로버트 브라운이 핵을 설명하면서 시작되었습니다. 이 발견에 대한 즉각적인 질문 중 하나는이 구조의 생물학적 및 화학적 특성에 대해 문의하는 것이 었습니다.

이러한 질문은 1870 년과 1900 년 사이에 nuclein이라는 단어를 도입 한 Friedrich Miescher의 실험으로 밝혀지기 시작했습니다. 그러나 Walther Flemming은 용어를 수정하고 염색질을 사용하여 핵 물질을 나타냅니다.

시간이 지남에 따라 유전 물질과 그 특성에 대한 더 깊은 지식을 갖기 시작합니다. 이탈리아 연구원 Pasquale Baccarini가 염색질이 균질하지 않고 핵 내부의 작은 물체를 시각화 할 수 있다는 것을 알아 차린 것은 1908 년이 되어서야였습니다.

염색질 유형 (유 크로 마틴 및 헤테로 크로 마틴)은 1928 년 Emil Heitz에 의해 처음 제안되었습니다.이 분류를 확립하기 위해 Heitz는 얼룩 사용에 의존했습니다.

1974 년 생물학자인 Roger Kornberg는 Markus Noll의 실험에 의해 경험적으로 확인 된 가설 인 뉴 클레오 솜으로 알려진 구조에서 유전 물질의 조직 모델을 제안했습니다.

염색질이란 무엇입니까?

크로 마틴 성분 : DNA 및 단백질

염색질은 유전 물질 인 DNA와 이질적인 단백질 세트의 결합으로 형성된 핵 단백질입니다. 이 연관성은 매우 역동적이며 규제 및 구조적 기능을 수행 할 수있는 복잡한 3 차원 형태를 획득합니다.

염색질에서 가장 중요한 단백질 중 하나는 DNA와 거의 같은 비율로 발견되는 히스톤입니다.

히스톤은 유기체의 진화 역사를 통틀어 현저하게 보존 된 염기성 단백질입니다. 즉, 우리의 히스톤은 다른 포유류, 심지어 계통 발생적으로 더 먼 다른 동물과 비교할 때 크게 다르지 않습니다.

히스톤의 전하는 양수이므로 정전기력을 통해 DNA에 존재하는 인산염 백본의 음전하와 상호 작용할 수 있습니다. 히스톤에는 H1, H2A, H2B, H3 및 H4의 5 가지 유형이 있습니다.

또한 DNA 압축에 참여하는 히스톤과는 다른 성질의 단백질이 많이 있습니다.

DNA 압축 : 뉴 클레오 솜

염색질의 기본 단위는 뉴 클레오 솜입니다. DNA와 히스톤으로 구성된 반복적 인 구조는 유전 물질 전체에서 발견되는 형태입니다.

DNA 이중 나선은 히스톤 8 량체로 알려진 8 개의 히스톤 복합체로 감겨 있습니다. 분자는 대략 두 번의 회전으로 뒤틀린 다음 뉴 클레오 솜을 서로 분리하는 짧은 영역 (20 ~ 60 개의 염기쌍)이 이어집니다.

이 조직을 이해하기 위해서는 DNA 분자가 매우 길고 (약 2 미터) 핵 (직경이 3 ~ 10 µm)에 정돈 된 방식으로 감겨 있어야한다는 점을 고려해야합니다. 또한 복제 및 전사에 사용할 수 있어야합니다.

이 목표는 다양한 수준의 DNA 압축으로 달성되며, 첫 번째는 앞서 언급 한 뉴 클레오 솜입니다. 이것들은 진주 목걸이의 구슬과 비슷합니다. 약 150 개의 염기쌍의 DNA가 집에서 "카운트"되어 감겨 있습니다.

박테리아에는 실화가 없습니다. 대조적으로, 히스톤을 연상시키는 일련의 단백질이 있으며 이들은 박테리아 DNA의 포장에 기여하는 것으로 추정됩니다.

최고 조직

염색질의 조직은 뉴 클레오 솜 수준에서 제한되지 않습니다. 이러한 단백질과 DNA의 결합은 약 30nm의 더 두꺼운 구조로 그룹화됩니다.이 두께 때문에 "30nm 섬유"수준이라고합니다.

30nm 두께로 구성된 염색질은 일종의 단백질 특성 (히스톤이 아님)의 스캐 폴드로 확장되는 루프 형태로 구성됩니다.

이것은 더 복잡한 압축 메커니즘을 예상 할 수 있지만 현재 사용되는 모델입니다. 최종 조직은 염색체로 구성됩니다.

염색질 조직의 오류

유전 물질의 압축 및 구성은 여러 생물학적 기능에 필수적입니다. X-linked alpha thalassemia, Rubinstein-Taybi 증후군, Coffin-Lowry 증후군, Rett 증후군 등 다양한 의학적 상태가 염색질 구조의 오류와 관련이 있습니다.

염색질 유형

세포에는 두 가지 유형의 염색질이 있으며, 염색을 적용하여 드러나는 것은 유 크로 마틴 ( "진정한"염색질)과 헤테로 크로 마틴입니다. 첫 번째 경우에는 염색이 약하게 관찰되고 두 번째 경우에는 염색이 강렬합니다.

이 DNA의 구조적 구성은 진핵 생물에 고유하며 염색체의 행동과 유전자 발현 조절에 중요합니다.

인터페이스에있는 세포에서 두 유형의 염색질의 비율을 평가하면 염색질의 약 90 %가 유 크로 마틴이고 나머지 10 %는 헤테로 크로 마틴에 해당합니다. 아래에서 각 유형에 대해 자세히 설명합니다.

I. 헤테로 크로 마틴

형질

두 유형의 염색질 사이에 존재하는 주요 차이점은 세포 분열의 특정 단계에서 분자의 압축 또는 "포장"정도와 관련이 있습니다.

유전 물질이 경계면에 무작위로 흩어져있는 것처럼 보이지만, 그렇지 않습니다.

이 단계에는 염색체 물질의 차별적 인 분할이 핵 내에서 볼 수있는 중요한 조직이 있습니다.

염색체의 DNA는 다른 염색체의 DNA 가닥과 얽 히지 않고 염색체 영역이라고하는 특정 영역에 남아 있습니다. 이 조직은 유전자 발현에 기여하는 것으로 보입니다.

Heterochromatin은 강하게 응축되어 전사 기계에 접근 할 수 없으므로 전사되지 않습니다. 또한 보유하고있는 유전자의 수가 부족합니다.

헤테로 크로 마틴의 종류

헤테로 크로 마틴의 특정 영역은 세포 계통 전체에 걸쳐 지속됩니다. 즉, 항상 헤테로 크로 마틴처럼 행동합니다. 이 유형의 헤테로 크로 마틴은 구성 적이라고 알려져 있습니다. 이것의 예는 centromeres와 telomeres라고 불리는 염색체의 응축 된 영역입니다.

대조적으로, 발달 패턴 또는 환경 변수의 변화에 반응하여 압축 수준을 변경할 수있는 헤테로 크로 마틴 부분이 있습니다.

새로운 연구 덕분에이 견해가 재편되고 있으며 현재 구성 적 헤테로 크로 마틴이 역동적이고 자극에 반응 할 수 있다는 증거가 있습니다.

구조

염색질의 구조를 결정하는 요소 중 하나는 히스톤의 화학적 변형입니다. 전사적으로 비활성 인 염색질의 경우 저 아세틸 화 된 히스톤을 나타냅니다.

아세틸 기 수의 감소는 리신의 양전하를 가리지 않아 DNA와 히스톤 간의 강력한 정전 기적 상호 작용을 허용하기 때문에 유전자 침묵과 관련이 있습니다.

또 다른 후 성적 브랜드는 메틸화입니다. 그러나 메틸기의 추가는 단백질의 전하를 변경하지 않기 때문에 그 결과 (유전자 활성화 또는 비활성화)는 그다지 분명하지 않으며 마크가 발견되는 히스톤 영역에 따라 달라집니다.

경험적으로 H3K4me3 및 H3K36me3의 메틸화는 유전자 활성화 및 H3K9me3 및 H3K27me3의 메틸화와 관련이 있음이 밝혀졌습니다.

풍모

구성 적 헤테로 크로 마틴의 예에서 우리는 중심체를 언급합니다. 이 염색체 영역은 구조적 역할을하며 유사 분열 및 감수 분열 세포 분열 과정에서 염색체의 이동에 기여합니다.

II. 유 크로 마틴

형질

헤테로 크로 마틴과는 달리 유 크로 마틴은 덜 조밀 한 분자이기 때문에 전사기구는 쉽게 접근 할 수 있고 (특히 RNA 중합 효소 효소) 유전 적 경로를 통해 활발하게 발현 될 수 있습니다.

구조

전사 활성 염색질의 뉴 클레오 솜 구조는 아세틸 화 히스톤이 특징입니다. 모노 메틸화 라이신의 존재는 또한 유전자 활성화와 관련이 있습니다.

이들 히스톤 라이신 잔기에 아세틸기를 첨가하면 상기 아미노산의 양전하가 중화된다. 이 변화의 즉각적인 결과는 히스톤과 DNA 사이의 정전기 상호 작용이 감소하여 더 느슨한 염색질을 생성합니다.

이러한 구조적 변형은 특히 부피가 큰 것을 특징으로하는 전사기구와 유전 물질의 상호 작용을 허용합니다.

풍모

유 크로 마틴은 활성 상태이고 전사와 관련된 효소 기계에 의해 도달 할 수있는 모든 유전자를 포함합니다. 따라서 기능은 관련된 유전자의 기능만큼 광범위합니다.

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염색질 : 유형, 특성, 구조, 기능 - 생물학 - 2026