5.6:

5.6: Das Nukleosom

Name: Das Nukleosom
Uploaded: 2020-11-23T11:47:35+00:00
Duration: 2 min 33 s
Description: DNA in a human cell is almost 2m long and it is packed inside a tiny nucleus that is only a few microns in diameter. The level of compaction of DNA inside the nucleus is astonishing. It is organized i

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02:33 min

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November 23, 2020

DNA in a human cell is almost 2m long and it is packed inside a tiny nucleus that is only a few microns in diameter. The level of compaction of DNA inside the nucleus is astonishing. It is organized into several sequentially higher levels of compaction to fit into such a tiny space. The most compact form of DNA is a chromosome that can be seen under a microscope in a dividing cell.

DNA is wound twice around a protein complex called histone core, that consist of 8 histone proteins. This complex of DNA and histone protein is called the nucleosome, the fundamental and functional unit of DNA compaction. Nucleosomes can further coil around themselves into higher order compaction.

When the DNA is extracted from cells in low salt conditions and examined under a microscope, it resembles the beads on a string. The string represents the free DNA called "linker DNA," connecting the bead-like nucleosomes. If the DNA is isolated in physiological salt conditions (0.15 M KCl), it assumes a fiber-like form with 30 nm diameter that is bound to H1, a nonhistone protein. The H1 protein tightly binds to both the nucleosome and does not allow the DNA to slip.

Histones are highly conserved proteins

The amino acid sequences of core histone proteins are highly conserved between distantly related species. For example, the amino acid sequence of H3 histone between calf thymus and pea plant has only four amino acid differences.

Nonhistone proteins

Nucleosomes complex is also bound by a small proportion of nonhistone proteins, which help in maintaining the compaction and organizing long chromatin loops. Nonhistone proteins are also involved in the regulation of DNA replication and RNA synthesis.

Transcript

Proteine spielen eine Schlüsselrolle bei der Bestimmung der physikalischen Struktur eines Chromosoms. Die am häufigsten vorkommenden davon sind kleine, positiv geladene Proteine, die Histone. Diese positive Ladung ermöglicht es ihnen, sich eng mit der negativ geladenen DNA zu verbinden.

In bestimmten Stadien des Zellzyklus wird die DNA eng um bestimmte Arten von Histonen gewickelt und bildet Strukturen, die Nukleosomen genannt werden. Nukleosomen werden oft als “Kügelchen” auf einer “Schnur” aus DNA beschrieben.

Ein Nukleosom besteht aus einigen Schlüsselelementen, das erste davon ist ein Oktamer aus Histonproteinen, je zwei Moleküle aus H2A, H2B, H3 und H4.

Als nächstes hat ein Nukleosom auch eine DNA-Länge von 145 bis 147 bp, die fast zweimal um das Protein-Oktamer gewickelt ist.

Zusammen werden das Histon-Oktamer und die um es gewickelte DNA als Nukleosomen-Kernpartikel bezeichnet.

Jedes der Histone im Nukleosomenkernpartikel hat einen kleinen, positiv geladenen Schwanz, der aus 11-27 Aminosäuren besteht.

Die Schwänze ragen aus dem Kernpartikel des Nukleosoms heraus und tragen dazu bei, dass die negativ geladene DNA und die Histone miteinander verbunden bleiben. Darüber hinaus können die Histonschwänze mit Schwänzen benachbarter Kernpartikel interagieren, was die DNA-Verpackung erleichtert.

Ein fünfter Histontyp, H1, spielt eine Schlüsselrolle in der Nukleosomenstruktur, obwohl er nicht Teil des Nukleosomenkernpartikels ist. H1 bindet an die DNA, wo es sich verbindet und dann den Oktamer verlässt, wobei es als Klammer fungiert und die DNA an Ort und Stelle hält.

Schließlich umfasst das Nukleosom auch den Abschnitt der Linker-DNA, der an das Nukleosomenkernpartikel angrenzt. Die Linker-DNA, die die einzelnen Kernpartikel trennt, kann je nach Zelltyp unterschiedlich lang sein, zwischen etwa 30 und 40 Basenpaaren.

Während die Begriffe Nukleosom und Nukleosomenkernpartikel oft synonym verwendet werden, bezieht sich das Nukleosom eigentlich auf das Nukleosomenkernpartikel und die benachbarte Linker-DNA.

Insgesamt sind Nukleosomen in der Lage, ein langes DNA-Molekül in einen Chromatinfaden zu zerkleinern, der etwa ein Drittel seiner ursprünglichen Länge beträgt.