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13.2: DNA包装
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13.2: DNA包装

与原核生物相比,真核生物的基因组很大。为了将它们的基因组整合到细胞中,真核生物必须将它们的DNA紧密地包裹在细胞核内。为了做到这一点,DNA被包裹在称为组蛋白的蛋白质周围,形成核小体,核小体是DNA包装的主要单位。核小体然后卷成紧密的纤维,称为染色质。

你有足够的DNA可以伸展到太阳来回上百次

人体内大多数细胞含有约30亿对碱基DNA,它们被包装成23对染色体。很难想象这些数字代表了多少DNA。那么,要将基因组整合到一个细胞中需要多少组装呢?

我们可以通过表达基因组的长度来获得一些见解。如果我们将单个人类细胞的DNA(如皮肤细胞)排列成一条直线,那么它的长度将超过6.5英尺(约2米)。人体含有大约50万亿个人体细胞。这意味着每个人都有大约100万亿米的DNA。换句话说,每个人都有足够的DNA从地球延伸到太阳300倍!

而且人类没有特别大的基因组-许多鱼类、两栖动物和开花植物的基因组要大得多。例如开花植物巴黎粳稻比人类二倍体基因组大25倍。这些数字强调了真核生物必须完成的惊人的任务,才能将它们的DNA包装在细胞内。

核小体是DNA包装的中心分子

每个核小体由包裹在八种组蛋白核心上的DNA组成。每个核心都由四种不同类型的组蛋白组成,即H2A、H2B、H3和H4,每种组蛋白都有两份副本。另一种组蛋白H1与核小体和连接体DNA结合,稳定了结构。

随着核小体和连接体DNA卷曲成染色质纤维,DNA变得更加紧密。未凝结的染色质纤维,或常染色质,直径约为10纳米。核小体类似于纤维上的串珠。当DNA继续浓缩时,10纳米纤维盘绕成大约30纳米厚的股,进而形成300纳米厚纤维的环。当染色质完全致密时,称为异染色质。

常染色质的松散结构允许诸如RNA聚合酶之类的酶进入DNA。因此,转录往往主要发生在基因组的常染色区域,这些区域富含基因。相反,紧密堆积的异染色质结构阻碍了DNA的获取,阻止了转录。异染色质主要存在于染色体的着丝粒和端粒中,其中高度重复的DNA序列比基因更常见。此外,生物体可以根据细胞和外部环境的提示动态调整DNA的堆积水平,在需要打开基因时去凝聚DNA,然后重新凝聚DNA使其关闭。


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