Il DNA - organizzazione strutturale
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Il DNA - organizzazione strutturale

L'organizzazione strutturale del DNA in ambiente cellulare, le caratteristiche che ne consentono la compattazione.

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Il DNA è organizzato strutturalmente per mezzo di istoni, ossia di proteine che consentono la compattazione del materiale genetico in maniera tale da poter essere contenuto all'interno del nucleo cellulare. Il complesso DNA + istoni è ancorato ad una impalcatura (scaffold) che rappresenta lo scheletro del cromosoma. Il legame DNA scaffold è visibile nelle regini SAR, ricche di nucleotidi A-T, che rappresentano le aree di legame.
Il filamento di DNA, attaccato allo scaffold forma numerose anse (loop).
I nucleosomi sono fra loro compattati dall'istone H1, formando una fibra da 30 nm di diametro nota come cromatina.
La cromatina è altamente dinamica, organizzata in più livelli. I nuclosomi adiacenti sono connessi fra loro da un breve segmento di DNA spaziatore, al pari di una collana di perline. Il solenoide è una spirale contenente da 6 a 8 nucleosomi per giro. A loro volta i solenoidi sono organizzati attorno ad una impalcatura centrale formando anse che si spiralizzano ulteriormente.
Nella fase di trascrizione e replicazione del DNA, i nucleosomi vanno incontro a modificazioni, vengono parzialmente o completamente perduti a livello dei geni attivanti.

Gli istoni delle cellule eucariotiche sono codificati da geni presenti in coppie multiple che possono originare varianti anche in individui della stessa specie. Tali varianti possono poi comparire o scomparire.
Durante le fasi di modificazione biochimica e strutturale per la formazione dei gameti maschili gli istoni tendono ad essere sostituiti dalle protammine, proteine più piccole e con maggiore carica positiva.
Il nucleosoma è l'unità fondamentale (e ripetitiva) della cromatina, formata da un ottametro attorno al quale è avvolto il DNA per un giro e ¾, (146 nucleotidi).
Due nucleosomi successivi sono associati all'istone H1, e sono connessi per mezzo di un breve filamento di DNA linker.
Il ruolo degli istoni è di agire sulla cromatina come elementi strutturali che mantengono il DNA nelle caratteristiche conformazioni tridimensionali. Ci sono 5 tipi di istoni, che differiscono dall'aggiunta di gruppi chimici ai singoli residui amminoacidici.
La cromatina è un complesso molecolare formato da DNA, istoni e proteine non istoniche. Gli istoni sono proteine relativamente piccole, a forte carica positiva (per la presenza di lisina e arginina) distinte in 5 tipi: H1, H2A, H2B, H3 e H4. Gli istoni H1 sono detti "di giunzione". Gli altri sono costituiti da due molecole di ognuno dei 4 istoni, formando degli ottametri.
Le proteine non istoniche sono tutte le proteine, esclusi gli istoni, associate con il DNA nella cromatina. A pH fisiologico hanno carica negativa e sono classificate in:

  • proteine che regolano la trascrizione genica
  • enzimi attivi nella trascrizione, replicazione, ricombinazione e riparazione del DNA
  • proteine che partecipano al mantenimento della struttura della cromatina dallo stato decondensato a quello compatto