염색체 DNA와 염색질 섬유에 팩킹 방법에 대한 이해!

염색체 DNA와 염색질, 섬유질에 대해 알아보자!!

 

 

 

DNA의 가장 중요한 기능은 유전자, 즉 생물체를 구성하는 모든 단백질을 지정하는 정보를 운반하는 것입니다. 진핵생물의 게놈은 염색체로 나뉘며, 오늘 제가 알려드릴 내용은 유전자가 각 염색체에 일반적으로 어떻게 배열되는지에 대해 고찰을 나누어볼 생각입니다. 또한, 우리는 염색체가 정확하게 복제되어 한 세대에서 다음 세대로 넘아갈 수 있게 해주는 전문화된 DNA 서열을 설명합니다.

 

우리는 또한 DNA 패키징의 심각한 도전에 직면합니다. 각각의 인간 세포는 그리고 투그리고로 신장하는 경우 대략 2미터의 DNA를 함유하고 있습니다. 그러나 DNA를 포함하는 인간세포의 핵은 지름이 약 6μm에 불과합니다. 이것은 40km의 매우 가는 실을 테느스공에 포장하는것과 기하학적으로 같습니다. 복잡한 DNA 패키징 작업은 DNA에 결합하고 접는 특수 단백질에 의해 달성되며, 점점 더 높은 수준의 조직을 제공하는 일런의 코일 및 루프를 생성하여 DNA가 관리 불가능한 엉킴이 되는 것을 방지합니다. 놀랍게도, DNA는 매우 팽팽하게 접혀 있지만, DNA를 복제하고, 수리하고, 유전자를 사용하여 단백질을 생성하는 세포의 많은 효소가 쉽게 이용할 수 있도록 압축되어 있습니다.

 

 

 

진핵생물 DNA는 염색체 세트로 패킹 됩니다.

 

진핵생물에서 핵의 DNA는 한 세트의 다른 염색체로 나뉩니다. 예를 들어, 인간 게놈은 24가지의 다른 염색체에 분포되어 있습니다. 각각의 염색체는 미세한 DNA 스레드를 접어보며 콤팩트한 구조로 포장하는 단백질과 관련된 하나의 엄청나게 긴 선형 DNA 분자로 구성됩니다. DNA와 단백질의 복합체를 크로마틴 이라고 합니다. DNA 포장에 관여하는 단백질 외에도 염색체는 유전자 발현 , DNA 복제 및 DNA 복구 과정에 필요한 많은 단백질과 관련이 있습니다.

 

박테리아는 일반적으로 원형인 단일 DNA 분자에 유전자를 가지고 있습니다. 이 DNA는 DNA를 포장하고 응축하는 단백질과 관련이 있지만 진핵생물에서 이러한 기능을 수행하는 단백질과는 다릅니다. 박테리아를 염색체라고도 하지만 진핵생물 염색체와 같은 구조를 갖지 않으며 박테리아 DNA가 어떻게 패키징 되는지는 거의 알려진바가 없습니다. Archaea에서 DNA가 어떻게 압축되는지는 알려진 바가 거의 없습니다. 따라서 염색체 구조에 대한 우리의 논의는 진핵 생물 염색체에 거의 전적으로 초점을 맞출 것입니다.

 

생식 세포와 DNA를 곱할 수 없고 부족한 고도로 특화된 세포 유형 (예 : 적혈구)을 제외하고, 각 인간 세포에는 염색체 2개가 들어 있습니다. 아버지. 쌍의 모체 및 부계 염색체를 상동 염색체 ( homologous chromosomes)라고고 합니다. 유일한 비 동종 염색체 쌍은 남성의 성염색체며, Y 염색체는 아버지로부터 상속되고 X 염색체는 어머니로부터 상속됩니다. 따라서, 각각의 인간 세포는 총 46개의 염색체 (남성과 암컷 모두에게 공통적인 22 쌍)와 소위 성 염색체 (수컷의 X와 Y, 암컷의 두 X)를 포함합니다. DNA 혼성화를 사용하면 각각의 색을 다른 색으로 "페인팅"하여 이러한 인간 염색체를 구별할 수 있습니다. 염색체 페인팅은 일반적으로 염색체가 특히 압축되어 시각화하기 쉬운 세포주기의 단계에서 수행됩니다. 한 염색체를 다른 염색체 와 구별하는 또 다른 더 전통적인 방법은 각 유사 분열 염색체를 따라 눈에 띄고 신뢰할 수 있는 밴드 패턴을 생성하는 염료로 염색하는 것입니다. 이러한 밴데 패턴의 구조적 기초는 잘 이해되지 않았으므로 문제가 발생합니다. 그럼에도, 각 유형의 염색체상의 밴드 패턴은 독특하여, 각 염색체를 식별하고 번호를 부여 할 수 있습니다.

 

 

 

염색체는 긴 유전자를 포함합니다.

 

염새체의 가장 중요한 기능은 유전적 기능 단위인 유전자를 운반하는 것입니다. 유전자는 보통의 구분으로 정의된 DNA를 특정하기 위한 지시가 포함된 단백질입니다. 이 정의는 대부분 유전자에 적용되지만, 유전자의 몇 퍼센트는 최종 산물로서 단백질 대신 RNA 분자를 생성합니다. 단백질과 마찬가지로 이러한 RNA 분자는 세포에서 다양한 구조적 및 촉매 적 기능을 수행하며 이후 자세하게 설명드리겠습니다.

 

예상 한 바와 같이, 유기체의 복잡성과 게놈의 유전자 수 사이에는 상관관계가 존재합니다. 예를 들어, 총 유전자 수는 단순 박테리아는 500 미만, 인간은 약 30,000 범위입니다. 박테리아와 일부 단세포 진핵생물은 특히 소형 게놈을 가지는데, 그들의 게놈의 완전한 뉴클레오타이드 서열은 그들의 염색체를 구성하는 DNA 분자가 밀접하게 묶인 유전자의 문자열에 지나지 않는다는 것을 보여줍니다. 그러나, 많은 진핵 생물 (인간 포함)의 염색체에는 유전자 외에 중요한 정보를 전달하지 않는 많은 양의 산재 된 DNA가 포함되어 있습니다. 세포에 대한 그 유용성이 입증되지 않았음을 나타내기 위해 정크 DNA 라고 도하는 이 DNA의 특정 뉴클레오타이드 서열은 중요하지 않을 수 있습니다. 그러나 스페이서 물질로서 작용함으로써 DNA 자체는 종의 장기 진화 및 유전자의 적절한 발현에 결정적 일 수 있습니다.

 

일반적으로 유기체가 복잡할수록 게놈은 커지지만 과도한 DNA 양의 차이 때문에 관계는 체계적이지 않습니다. 예를 들어, 인간 게놈은 효모 S. cerevisiae 보다 200배 더 크지만 일부 식물과 양서류보다 30배 더 작으며 아메바 종보다 200배 더 작습니다. 또한, 과도한 DNA 양의 차이 때문에 게놈 비슷한 유기체 (예를 들어, 물고기)는 거의 같은 수의 유전자를 포함하더라도 DNA 함량이 수백 배까지 다양할 수 있습니다. 과잉 DNA가 무엇을 하든지, 더 높은 진핵 세포가 다량의 DNA를 운반하는 것은 큰 장애가 아니라는 것이 분명해 보입니다.

 

염색체에 대한 게놈의 배분은 또한 진핵 생물 종마다 다릅니다. 예를 들어, 사람의 46마리와 비교하여 작은 사슴의 종에서 얻은 체세포에는 6 개의 염색체만 포함되어 있고, 잉어의 종에서는 100개가 넘는 염색체가 있습니다. 비슷한 게놈 크기를 가진 밀접하게 관련된 종이라도 염색체의 수와 크기가 매우 다를 수 있습니다. 따라서 염색체 수, 종 복잡성 및 총 게놈 크기 사이에는 단순한 관계가 없습니다. 오히려 현대 종의 게놈과 염색체는 각각 선택 압력에 의해 작용하는 겉보기에 무작위적인 유전적 사건의 독특한 역사에 따라 형성되었습니다.

 

 

 

 

관련 유기체의  DNA 간 비교 DNA 서열의 보존 및 비보존 영역에 대한 구분

 

인간 염색체의 뉴클레오타이드 서열을 해석하는데 있어서 주요 장애물은 서열 대부분이 중요하지 않다는 사실입니다. 또한, 게놈 (엑손)의 코딩 영역은 전형적으로 정확한 뉴클레오타이드 서열이 거의 영향을 미치지 않는 DNA 해에 떠다니는 짧은 세그먼트 (평균 크기 약 145 뉴클레오타이드 쌍)에서 발견됩니다. 이러한 배열은 DNA 서열의 스트레치에서 모든 엑손을 식별하는 것을 매우 어렵게 합니다. 더 어려운 것은 유전자가 시작하고 끝나는 위치와 얼마나 많은 엑손에 걸쳐 있는지 결정하는 것입니다. 정확한 유전자 식별에는 인간 게놈의 본질에서 낮은 신호 대 잡음비에서 정보를 추출하는 접근법이 필요합니다. 여기서 우리는 가장 일반적인 접근 방식, 즉 코딩 서열뿐만 아니라 중요한 추가 DNA 서열을 식별할 수 있는 가능성에 대해 논의합니다. 함수가 있는 서열은 진화 동안 보존되는 반면, 함수가 없는 서열은 무작위로 자유롭게 돌연변이 한다는 관찰에 근거합니다. 따라서 전략은 인간 서열을 관련 게놈의 상응하는 영역 , 예컨대 마우스의 서열과 비교하는 것입니다 . 인간과 생쥐는 약 100 × 10, 6 년 전에 일반적인 포유류 조상에서 분기된 것으로 생각되는데 , 이는 게놈에서 대다수의 뉴클레오타이드에 대해 충분히 길다는 것입니다. 결과적으로, 두 게놈에서 밀접하게 유사하게 유지될 수 있는 유일한 영역은 돌연변이가 기능을 손상하고 이들을 운반하는 동물이 불리한 위치에 놓이게 하여 자연 선택으로 개체군에서 제거되는 영역입니다. 이와 매우 유사한 영역을 보존 영역이라고 합니다. 일반적으로, 보존된 영역은 기능적으로 중요한 엑손 및 조절 서열을 나타낸다. 대조적으로, 비 보존 영역은 서열이 일반적으로 기능에 중요하지 않은 DNA를 나타낸다. 이러한 방식으로 매우 긴 자연 "실험"의 결과를 밝혀냄으로써 비교 DNA 시퀀싱 연구는 가장 흥미로운 영역을 강조합니다.