Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

13.2: DNA-verpakking
INHOUDSOPGAVE

JoVE Core
Biology

This content is Free Access.

Education
DNA Packaging
 
Deze voice-over is door de computer gegenereerd
TRANSCRIPT

13.2: DNA Packaging

13.2: DNA-verpakking

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.

Overzicht

Eukaryoten hebben grote genomen in vergelijking met prokaryoten. Om hun genomen in een cel te passen, moeten eukaryoten hun DNA stevig in de kern stoppen. Om dit te doen, wordt DNA rond eiwitten gewikkeld die histonen worden genoemd om nucleosomen te vormen, de belangrijkste eenheid van DNA-verpakking. Nucleosomen wikkelen zich vervolgens op tot compacte vezels die bekend staan als chromatine.

Je hebt genoeg DNA om honderden keren naar de zon en terug te gaan

De meeste cellen in het menselijk lichaam bevatten ongeveer 3 miljard basenparen DNA verpakt in 23 paar chromosomen. Het is moeilijk voor te stellen hoeveel DNA deze getallen precies vertegenwoordigen. Dus hoeveel verpakking moet er gebeuren om het genoom in een cel te passen?

We kunnen enig inzicht krijgen door het genoom uit te drukken in termen van lengte. Als we het DNA van een enkele menselijke cel, zoals een huidcel, in een rechte lijn zouden rangschikken, zou het twee meter lang zijn - meer dan 2 meter. Het menselijk lichaam bevat ongeveer 50 biljoen menselijke cellen. Dit betekent dat elke persoon in totaal eenongeveer 100 biljoen meter DNA. Met andere woorden, elke persoon heeft genoeg DNA om 300 keer van de aarde naar de zon te strekken!

En mensen hebben geen bijzonder grote genomen - die van veel vissen, amfibieën en bloeiende planten zijn veel groter. Het genoom van de bloeiende plant Paris japonica is bijvoorbeeld 25 keer groter dan het menselijke diploïde genoom. Deze cijfers benadrukken de verbazingwekkende taak die eukaryoten moeten volbrengen om hun DNA in cellen te stoppen.

Nucleosomen zijn centrale spelers in DNA-verpakkingen

Elk nucleosoom bestaat uit DNA dat rond een kern van acht histoneiwitten is gewikkeld. Elke kern is samengesteld uit vier verschillende soorten histonen - H2A, H2B, H3 en H4 - die elk in twee exemplaren aanwezig zijn. Een ander type histon - H1 - bindt aan zowel het nucleosoom als het linker-DNA, waardoor de structuur wordt gestabiliseerd.

DNA wordt compacter als nucleosomen en linker-DNA in chromatinevezels spoelen. Niet-gecondenseerde chromatinevezels,of euchromatine, hebben een diameter van ongeveer 10 nm. Nucleosomen lijken in deze vezels op kralen aan een touwtje. Terwijl het DNA verder condenseert, wikkelen de 10-nm-vezels zich op in strengen die ongeveer 30 nm dik zijn, die op hun beurt lussen vormen die 300-nm dikke vezels vormen. Wanneer chromatine volledig is verdicht, staat het bekend als heterochromatine.

De losjes gepakte structuur van euchromatine geeft enzymen, zoals RNA-polymerase, toegang tot het DNA. Transcriptie komt daarom voornamelijk voor in euchromatische gebieden van het genoom, die rijk zijn aan genen. Daarentegen blokkeert de dicht opeengepakte structuur van heterochromatine de toegang tot het DNA, waardoor transcriptie wordt voorkomen. Heterochromatine overheerst in de centromeren en telomeren van chromosomen, waar zeer repetitieve DNA-sequenties veel vaker voorkomen dan genen. Bovendien kunnen organismen het niveau van DNA-pakking dynamisch aanpassen in reactie op cellulaire en externe omgevingsfactoren, waardoor het DNA wordt gedecondenseerd wanneer genen moeten worden ingeschakeld, en opnieuw condenseren om ze uit te schakelen.


Aanbevolen Lectuur

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter