Chromatyna – czym jest i z czego się składa?

W ludzkim genomie znajduje się 3,079 miliarda zasad. Pewnie nie wydaje się to zbyt imponujące, dopóki nie przełożymy tej liczby na bardziej przyziemne jednostki… W pojedynczej komórce znajduje się DNA o łącznej długości 2 m, a całkowita długość DNA w organizmie człowieka przekracza kilka milionów kilometrów!

Jak to możliwe, że materiał genetyczny jest przechowywany w jądrze o średnicy ok. 5 μm, czyli 0,00005 m, a jednocześnie jest w stanie się replikować i brać udział w wielu ważnych procesach? Odpowiedzą jest chromatyna.

Chromatyna – definicja

Chromatyna, co to takiego? To struktura powstała z połączenia DNA z białkami zasadowymi. Oznacza to, że neutralizują one i silnie wiążą kwas deoksyrybonukleinowy wchodzący w skład nukleotydów. Białka te są dostępne tylko w komórkach eukariotycznych. Co za tym idzie – u prokariontów DNA nie tworzy chromatyny.

Taka nukleoproteinowa kooperacja umożliwia przechowywanie materiału genetycznego w zorganizowanej postaci i równocześnie kontrolę nad mnóstwem ważnych procesów. Posiada ona uporządkowaną, hierarchiczną budowę z kilkoma elementami do zapamiętania, zatem przejdźmy do jej omówienia.

Stopnie kondensacji chromatyny

Podstawową jednostkę chromatyny stanowi nukleosom. Składa się on z dwuniciowej cząsteczki DNA nawiniętej na oktamer histonowy, czyli 8 cząsteczek białek histonowych (2x H2A, 2x H2B, 2x H3 i 2x H4) ułożonych w walec. Istnieje 5 rodzajów histonów, z czego 4 wchodzą w skład oktameru, zaś ostatni z nich, zwany histonem łącznikowym, spina DNA wchodzące i wychodzące z nukleosomu. Na jeden nukleosom przypada 200 par zasad. Taki sposób organizacji zmniejsza długość nici siedmiokrotnie.

Następnie nukleosomy łączą się ze sobą z pomocą innych białek we włókno o szerokości 30 nm – solenoid. Już na tym etapie DNA zajmuje 40 razy mniej miejsca, niż w luźnej postaci.

Solenoidy tworzą pętle, które są upakowywane jeszcze ciaśniej i zwijają się spiralnie, by utworzyć włókna 300 nm. Jeśli zwiniemy je… jeszcze ciaśniej, powstaną nam chromosomy. Chromosom metafazowy złożony z 2 chromatyd, o których możecie przeczytać tutaj (link), to najwyższy stopień kondensacji chromatyny.

W związku z tym, że chromatyna może mieć mniej lub bardziej upakowaną strukturę, wyróżniamy jej 2 rodzaje:

  • Euchromatyna – chromatyna luźna, aktywna genetycznie.
  • Heterochromatyna – chromatyna zwarta, zwykle nieaktywna genetycznie.

Co to znaczy, że chromatyna jest aktywna genetycznie?

Poziom kondensacji jest formą kontroli ekspresji genów. Geny znajdujące się w heterochromatynie nie są replikowane i używane, ponieważ białka niezbędne do tego procesu nie mogą się do nich dostać przez zwartą strukturę. W euchromatynie znajdują się głównie aktywne geny potrzebne danej komórce, i dzięki niewielkiemu stopniowi upakowania mogą być transkrybowane.

Ciekawostka: chromatyna plemnikowa

Jak sama nazwa mówi, znajduje się ona w jądrach komórkowych plemników. Białka histonowe zostają w niej zastąpione pod koniec spermatogenezy białkami zasadowymi – protaminami. Materiał genetyczny dzięki temu staje się bardzo ścisły i odporny na uszkodzenia. Wadliwa struktura chromatyny plemnikowej wpływa na zdolność plemników do zapłodnienia.