Cromatina
Funzione della cromatina
La cromatina è un complesso di proteine ed acidi nucleici in cui è organizzato il genoma cellulare.
Il principale componente della cromatina è il DNA, che si trova associato a particolari proteine presenti nel nucleo cellulare, chiamate istoni.
Gli istoni sono proteine che si legano al DNA e consentono di farlo avvolgere attorno ad esse e ripiegarlo su se stesso formando una struttura molto compatta.
Quindi, all'interno del nucleo cellulare le molecole di DNA non si trovano in forma libera ma associate a proteine chiamate istoni, formando la cromatina.
Il genoma umano è composto da una sequenza di 3,2 miliardi di coppie di nucleotidi; se il filamento di DNA di una singola cellula venisse disteso risulterebbe lungo 1 metro, ma grazie all'organizzazione della cromatina è in grado di formare strutture organizzate e ultra-compatte come i cromosomi, che misurano pochi micron e sono visibili al microscopio durante le fasi di divisione cellulare.
Struttura della cromatina
Le proteine istoniche della cromatina permettono la compattazione della molecola di DNA tramite diversi gradi di avvolgimento.
Immagine al microscopio elettronico di cromatina condensata in un cromosoma umano
Gli istoni sono proteine basiche e sono cariche positivamente, mentre le molecole di DNA, grazie agli elettroni presenti sui gruppi fosfato, sono cariche negativamente. Tra gli istoni e il DNA si viene quindi a creare un'attrazione elettrostatica.
La struttura elementare della cromatina è il nucleosoma, il quale è formato da un ottamero di proteine istoniche (8 subunità) sulle quali si avvolgono 2 giri di filamento di DNA (della lunghezza di circa 165 nucleotidi), per un diametro complessivo di 10 nanometri.
La struttura che ne risulta è detta "a collana di perle", in quanto il filamento di DNA si avvolge attorno a numerosi nucleosomi (che rappresentano le perle), intervallati l'uno dall'altro da un tratto libero di filamento chiamato DNA-linker.
Nucleosomi e formazione del solenoide
Legato ad ogni nucleosoma si trova un'altra proteina, l'istone H1, il quale è in grado di avvicinare tra loro diversi nucleosomi formando un solenoide, provocando l'ulteriore compattazione del DNA in fibre più spesse, del diametro di 30 nm (30 nanometri).
A questo punto la fibra di cromatina condensata si avvolge ancora su se stessa più volte formando delle anse, raggiungendo lo spessore di 700 nm.
Lo stadio finale del super-avvolgimento viene completato quando la cromatina si compatta nei cromosomi, con la tipica forma a X (cromosoma X) e visibili tramite colorazione basica al microscopio ottico.
La formazione dei cromosomi avviene solamente nelle fasi di divisione cellulare.
Stadi di compattazione della cromatina
La funzione della cromatina, oltre che rendere compatto il filamento di DNA, è quella di proteggerlo da danni chimico-fisici e di regolare l'espressione genica.
I geni presenti sulla cromatina compattata sono silenti, ovvero non possono essere trascritti a causa del legame con gli istoni e gli avvolgimenti.
Oltre alle proteine istoniche, nella cromatina vi sono proteine regolatorie (sensibili a segnali cellulari e ormonali) che provocano la separazione degli istoni e la distensione del filamento in determinate zone, permettendo alla RNA-Polimerasi di "leggere" e trascrivere la sequenza di nucleotidi per la sintesi proteica.
La cromatina si può trovare quindi in due stati: eucromatina ed eterocromatina.
Durante le fasi di crescita cellulare la maggior parte della cromatina si trova sotto forma di eucromatina, ovvero il DNA è poco condensato e permette la trascrizione del codice genetico.
L'eterocromatina si trova invece in stato super-avvolto e la sequenza al suo interno non viene letta dall'apparato trascrizionale.
Esistono zone del DNA che non contengono geni e si trovano sempre in forma di cromatina condensata, questa condizione è chiamata eterocromatina costitutiva.
Vi sono invece porzioni di DNA che sono codificanti (cioè contengono geni) ma vengono silenziate in alcune cellule in base ai tipi di tessuto, oppure a seconda delle fasi dello sviluppo dell'organismo, e in questo caso si parla di eterocromatina facoltativa.
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