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13.2: DNA 포장
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Biology

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DNA Packaging
 
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13.2: DNA Packaging

13.2: DNA 포장

Overview

Eukaryotes have large genomes compared to prokaryotes. In order to fit their genomes into a cell, eukaryotes must pack their DNA tightly inside the nucleus. To do so, DNA is wound around proteins called histones to form nucleosomes, the main unit of DNA packaging. Nucleosomes then coil into compact fibers known as chromatin.

You Have Enough DNA to Stretch to the Sun and Back Hundreds of Times

Most cells in the human body contain about 3 billion base pairs of DNA packaged into 23 pairs of chromosomes. It is hard to imagine exactly how much DNA these numbers represent. So how much packing has to happen to fit the genome into a cell?

We can gain some insight by expressing the genome in terms of length. If we were to arrange the DNA of a single human cell, like a skin cell, into a straight line, it would be two meters long–over 6.5 feet. The human body contains around 50 trillion human cells. This means that each person has a total of about 100 trillion meters of DNA. In other words, each person has enough DNA to stretch from the Earth to the Sun 300 times!

And humans do not have particularly large genomes–those of many fish, amphibians, and flowering plants are much larger. For example, the genome of the flowering plant Paris japonica is 25 times larger than the human diploid genome. These figures emphasize the astonishing task that eukaryotes must accomplish to pack their DNA inside cells.

Nucleosomes Are Central Players in DNA Packaging

Each nucleosome consists of DNA wrapped around a core of eight histone proteins. Each core is composed of four different types of histones—H2A, H2B, H3, and H4—that are each present in two copies. Another type of histone—H1—binds to both the nucleosome and the linker DNA, stabilizing the structure.

DNA becomes more compact as nucleosomes and linker DNA coil into chromatin fibers. Uncondensed chromatin fibers, or euchromatin, are approximately 10 nm in diameter. Nucleosomes resemble beads on a string in these fibers. As DNA continues to condense, the 10-nm fibers coil into strands that are approximately 30 nm thick, which in turn form loops that make 300-nm thick fibers. When chromatin is fully compacted it is known as heterochromatin.

The loosely packed structure of euchromatin allows enzymes, such as RNA polymerase, access to the DNA. Transcription, therefore, tends to occur predominantly in euchromatic regions of the genome, which are rich in genes. By contrast, the tightly packed structure of heterochromatin blocks access to the DNA, preventing transcription. Heterochromatin predominates in the centromeres and telomeres of chromosomes, where highly repetitive DNA sequences are much more common than genes. Furthermore, organisms can dynamically adjust the level of DNA packing in response to cellular and external environmental cues, de-condensing DNA when genes need to be turned on, and re-condensing it to turn them off.

개요

진핵생물은 장핵생물에 비해 큰 게놈을 가지고 있습니다. 세포에 그들의 게놈을 맞추기 위하여는, 진핵생물은 핵 안쪽에 단단히 그들의 DNA를 포장해야 합니다. 이렇게하기 위하여는, DNA는 DNA 포장의 주요 단위인 뉴클레오좀을 형성하기 위하여 히스톤에게 불린 단백질의 주위에 상처를 입습니다. 그런 다음 뉴클레오좀은 크로마틴으로 알려진 소형 섬유로 코일합니다.

당신은 태양과 다시 수백 번 스트레칭할 수있는 충분한 DNA를 가지고

인체에 있는 대부분의 세포는 염색체의 23 쌍으로 포장된 DNA의 대략 30억 베이스 쌍을 포함합니다. 이 숫자가 얼마나 많은 DNA를 나타내는지 정확히 상상하기는 어렵습니다. 그렇다면 게놈을 세포에 맞추기 위해 얼마나 많은 포장이 일어나야 할까요?

우리는 길이의 관점에서 게놈을 표현하여 몇 가지 통찰력을 얻을 수 있습니다. 피부 세포와 같은 단일 인간 세포의 DNA를 직선으로 배열하려면 길이가 6.5 피트에 2 미터가 될 것입니다. 인체에는 약 50조 개의 인체 세포가 있습니다. 이것은 각 사람이 DNA의 대략 100 조 미터의 총을 가지고 있다는 것을 의미합니다. 즉, 각 사람은 지구에서 태양까지 300 번 뻗을 수있는 충분한 DNA를 가지고 있습니다!

그리고 인간은 특히 큰 게놈이 없습니다 - 많은 물고기, 양서류 및 꽃 식물의 사람들은 훨씬 더 큽습니다. 예를 들어, 꽃식물 파리 자포니카의 게놈은 인간 디플로이드 게놈보다 25배 더 크다. 이 수치는 진핵생물이 세포 안쪽에 그들의 DNA를 포장하기 위하여 달성해야 하는 놀라운 일을 강조합니다.

뉴클레오소는 DNA 포장의 핵심 플레이어입니다.

각 뉴클레오톤은 8개의 히스톤 단백질의 코어를 감싸는 DNA로 이루어져 있습니다. 각 코어는 H2A, H2B, H3 및 H4와 같은 네 가지 유형의 히스톤으로 구성되어 있으며, 각각 두 개의 복사본으로 존재합니다. 히스톤의 또 다른 유형인 H1은 뉴클레오소와 링커 DNA 모두에 결합하여 구조를 안정화시합니다.

DNA는 크로마틴 섬유로 뉴클레오소와 링커 DNA 코일로 더 컴팩트해진다. 응축되지 않은 크로마틴 섬유 또는 유크로마틴은 직경이 약 10nm입니다. 뉴클레오좀은 이 섬유에 있는 끈에 구슬을 닮았다. DNA가 계속 응축됨에 따라 10nm 섬유는 약 30nm 두께의 가닥으로 코일을 가루로 만들어 300nm 두께의 섬유를 만드는 루프를 형성합니다. 크로마틴이 완전히 압축되면 이종으로 알려져 있습니다.

유크로마틴의 느슨하게 포장된 구조는 RNA 폴리머라제와 같은 효소가 DNA에 접근할 수 있게 한다. 전사, 따라서, 유전자가 풍부한 게놈의 유형성 영역에서 주로 발생하는 경향이있다. 대조적으로, 이종로마타닌의 단단히 포장된 구조물은 DNA에 접근을 차단하여 전사를 방지합니다. 이종로크로마틴은 염색체의 센트로메어와 텔로미어에서 우세하며, 여기서 매우 반복적인 DNA 서열은 유전자보다 훨씬 더 흔합니다. 더욱이, 유기체는 세포 및 외부 환경 단서에 응하여 DNA 포장의 수준을 동적으로 조정할 수 있고, 유전자를 켜야 할 때 DNA를 결집해제하고, 그것을 끄기 위하여 다시 응축할 수 있습니다.


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