DNT kondensasiyası

DNT kondensasiyası — in vitro və ya in vivo şəraitdə DNT molekullarının sıxlaşma prosesi. DNT qablaşdırma mexanizminin təfərrüatları, canlı sistemlərdə gen tənzimlənməsi prosesində işləməsi üçün vacibdir. Kondensasiya olunmuş DNT tez-tez klassik seyreltilmiş məhlul konsepsiyasından proqnozlaşdırıla bilməyən inanılmaz xüsusiyyətlərə malikdir. Beləliklə, in vitro DNT kondensasiyası fizika, biokimya və biologiyadakı bir çox proses üçün nümunə sistemdir. Bundan əlavə, DNT kondensasiyasının tibb və biotexnologiyada bir çox potensial tətbiqi vardır.

Riboz fosfat polimerini əmələ gətirmək üçün kondensasiya reaksiyasında qalan bir pirofosfat qrupu. Nuklein turşusu onurğa sütununun əsasını təşkil edən fosfodiester bağı yaratmaq üçün adenin və quaninin kondensasiyası.

DNT-nin diametri təxminən 2 nm-dir və genişlənmiş tək bir molekulun uzunluğu orqanizmə görə bir neçə on santimetrə çata bilər. DNT cüt zəncirinin bir çox xüsusiyyəti şəkər-fosfat onurğa sütununun mexaniki xüsusiyyətləri, fosfatlar arasındakı elektrostatik itələmə (DNT ikiqat zəncirin hər 0,17 nm üçün orta hesabla bir elementar mənfi yük daşıyır), üstəlik hər bir fərdi ipin əsasları ilə iplik-iplik qarşılıqlı əlaqələri. DNT ən sərt təbii polimerlərdən biridir, eyni zamanda ən uzun molekullardan biridir. Bu o deməkdir ki, uzun məsafələrdə DNT-yə çevik bir ip, qısa bir miqyasda isə sərt bir çubuq kimi baxıla bilər. Bir bağ hortumu kimi, təsadüfi olaraq paketdən çıxarılan DNT, sifariş verildiyindən daha çox həcm alır. Riyazi olaraq, üç ölçülü fəzada təsadüfi səpələnən qarşılıqlı əlaqəsi olmayan çevik bir zəncir üçün ucdan uca məsafə polimer uzunluğunun kvadrat kökü kimi ölçülür. DNA kimi həqiqi polimerlər üçün bu, çox kobud bir təxmindir; vacib olan in vivo DNA üçün mövcud yerin məhluldakı sərbəst diffuziya vəziyyətində tutacağı yerdən qat-qat az olmasıdır. Həcm məhdudiyyətlərinin öhdəsindən gəlmək üçün DNT ionlar və digər molekullarla uyğun həll şəraitində özünü qablaşdıra bilər. Ümumiyyətlə DNT kondensasiyası "genişlənmiş DNT zəncirlərinin yalnız bir və ya bir neçə molekulu ehtiva edən kompakt sifarişli hissəciklərə çevrilməsi" olaraq təyin edilir. Bu tərif bir çox in vitro vəziyyətə aiddir və eyni zamanda bakteriyalardakı DNT kondensasiyasının "mövcud həcmin bir hissəsini tutan nisbətən konsentrasiyalı, kompakt bir vəziyyətin qəbul edilməsi" kimi tərifinə yaxındır . Eukariotlarda DNT-nin ölçüsü və iştirak edən digər oyunçuların sayı daha böyükdür və DNT molekulu, bir çox DNT qablaşdırma səviyyəsindən yalnız birincisi olan milyonlarla nizamlanmış nükleoprotein hissəciklərini, nükleosomları meydana gətirir.

Həyat

Viruslar

Viruslarda və bakteriofaqlarda DNT və ya RNT bir protein kapsidi ilə əhatə olunur, bəzən əlavə olaraq lipid membranla örtülür. İki telli DNT, müxtəlif növ rulonlara sahib ola biləcəyi və nəticədə müxtəlif maye kristal ambalajlarla nəticələnə biləcəyi bir kapsidin içərisində saxlanılır. Bu qablaşdırma faqın fəaliyyətinin müxtəlif mərhələlərində altıbucaqlıdan xolesterik və ya izotropik dəyişə bilər. İkili zəncirlar hər zaman lokal olaraq düzülsəda da, virusların içindəki DNT, sürüşkən olmadığı üçün həqiqi maye kristalları deyil. Digər tərəfdən, in vitro qatılaşdırılmış DNT, məsələn viruslarda da mövcud olan poliaminlərlə həm yerli olaraq, həm də mayelidir.

Bakteriyalar

Bakteriya və eukariotların genom təşkilatının əsas vahidləri.

Bakterial DNT, nukleoid ilə əlaqəli zülal adlanan poliaminlər və zülallarla doludur. Zülalla əlaqəli DNT, hüceyrədaxili həcmin təxminən 1/4 hissəsini tutur və nukleoid adlanan maye kristal xüsusiyyətlərinə sahib konsentrat bir özlülük fazı əmələ gətirir. Oxşar DNT qablaşdırması xloroplastlarda və mitoxondriyada da mövcuddur. Bakterial DNT-yə bəzən bakterial xromosom deyilir. Təkamül edən bir bakterial nükleoid, viruslardakı zülalsız DNT qablaşdırma ilə eukaryotlarda zülal ilə təyin olunmuş qablaşdırma arasındakı ara mühəndislik həllidir.

Esxerixia coli-dəki qız xromosomlar sıxlaşmaq və cütləşmək üçün stres şərtləri səbəb olur. Stresslə əlaqəli kondensasiya, fermuar kimi qız xromosomların təsadüfi olmayan yaxınlaşması səbəbindən baş verir. Bu yaxınlaşma eyni cüt telli DNT molekullarının bir-birlərini konkret olaraq müəyyənləşdirmə qabiliyyətindən asılı olduğu görünür, bu proses cütlənmiş xromosomlar boyunca homoloji sahələrin yaxınlığında sona çatır. Müxtəlif stresli şərtlərin bakteriyaların ikiqat zəncirlər kimi ciddi DNT zədələnmələri ilə təsirli bir şəkildə mübarizə aparmasına səbəb olduğu görünür. Stresslə əlaqəli xromosom kondensasiyası ilə əlaqəli homoloji sahələrin müqayisəsi, ikiqat zəncir qırılma və digər zədələnmələrin necə düzəldildiyini izah etməyə kömək edir .

Eukariotlar

Eukariotlarda fərqli səviyyələrdə DNT kondensasiyası. (1) DNT-nin tək zənciri. (2)Xromatin zolağı (histonları olan DNT). (3) Sentromer ilə interfazada xromatin. (4) Profaza zamanı bir-birinə qatılmış xromatinin iki nüsxəsi. (5) Metafazda xromosom.

Tipik uzunluğu on santimetr olan eukarotik DNT-nin mikrometre ölçülü bir nüvədə asanlıqla əldə edilməsi əmr edilməlidir. Əksər eukaryotlarda DNT, histonların köməyi ilə hüceyrə nüvəsində yerləşir. Bu vəziyyətdə, DNT sıxılmasının əsas səviyyəsi nükleosomdur ki, burada ikiqat zəncir hər bir histonun H2A, H2B, H3 və H4-dən iki nüsxə olan bir histon oktamerini əhatə edir. Linker histon H1, DNT-ni nükleosomlar arasında bağlayır və 10 nm boncuklu-nüvəli nükleosom zolağının daha sıx 30-nm lifə yığılmasını asanlaşdırır. Xromatin hüceyrələrin bölünməsi arasında vaxtın çox hissəsi, euxromatin adlanan daha az kompakt bir quruluşla xarakterizə olunan aktiv genlərə transkripsiya faktorları üçün asanlıqla daxil olmaq və heteroxromatin adlanan daha sıx dolmuş bölgələrdə zülallara çatmağı asanlaşdırmaq üçün optimize edilmişdir. Hüceyrə bölünməsi zamanı kromatinin sıxlaşması, onları iki qızı hüceyrənin hər birinə çəkən böyük mexaniki qüvvələrin öhdəsindən gələ biləcək xromosomların meydana gəlməsi ilə daha da artır. Transkripsiyanın bir çox cəhəti histon kodu kimi tanınan histon zülallarının kimyəvi modifikasiyası ilə idarə olunur.

Dinoflagellatlar, DNT-lərini necə paketlədikləri baxımından çox fərqli eukarotdurlar. Onların xromosomları maye kristal halında doludur. Qoruma altındakı histon genlərinin bir çoxunu itirdilər və əvəzinə qablaşdırma üçün əsasən viral dinoflagellat nükleoproteinləri (DVNP) və ya bakterial histona bənzər dinoflagellat proteinlərini (HLP) istifadə etdilər. Genlərə girişi necə idarə etdikləri bilinmir; histonu qoruyanların müəyyən bir histon kodu var.

Arxeya

Arxeya orqanizmdən asılı olaraq qablaşdırma üçün bakteriyaya bənzər HU sistemindən və ya ökaryotik bənzər nükleosom sistemindən istifadə edə bilər.

Fizika

Uzun cüt zolaqlı DNT-nin kondensasiyası dar bir yoğunlaşma agenti konsentrasiyasında meydana gələn ani bir faza keçiddir. İkiqat zəncirlər qatılaşdırılmış fazada bir-birinə çox yaxınlaşdığından, bu su molekulunun yenidən qurulmasına gətirib çıxarır ki, bu da nəmləndirmə qüvvələrinə səbəb olur. Mənfi yüklənmiş DNT molekulları arasındakı cazibəni başa düşmək üçün məhluldakı qarşılıqlar arasındakı əlaqələr də nəzərə alınmalıdır. DNT-nin zülallarla yoğunlaşması histerezi göstərə bilər ki, bu da dəyişdirilmiş modeli ilə izah edilə bilər.

Gen tənzimlənməsindəki rolu

Hal-hazırda, gen tənzimlənməsinin təsvirləri seyreldilmiş məhlullarda tarazlığın bağlanmasına yaxınlaşmağa əsaslanır, baxmayaraq ki, bu fərziyyələrin əslində xromatində pozulduğu açıqdır. Seyreldilmiş həll təqribi iki səbəbdən pozulur. Birincisi, xromatin tərkibi seyreltilməkdən çox uzaqdır, ikincisi, daxil olan molekulların sayı bəzən o qədər az olur ki, həcm konsentrasiyaları barədə danışmağın mənası yoxdur. Seyreldilmiş məhlullardan daha çox fərqlilik, zülalların qatılaşdırılmış və qatılaşdırılmamış DNT ilə fərqli bağlanma yaxınlığı səbəbindən yaranır. Beləliklə, qatılaşdırılmış DNT-də reaksiya dərəcələri dəyişə bilər və reagentlərin konsentrasiyasına olan asılılığı qeyri-xətti ola bilər.