DNA 包裝

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DNA 在細胞內包裝的方式可能是最複雜和最緊湊的包裝形式之一。儘管 DNA 非常小，大約 2.6 奈米，但它會形成很長的帶狀結構，需要將其緊密地纏繞成螺旋狀才能包含在細胞內部。

人體細胞包含 23 對染色體。細胞核的直徑只有 2 微米，而長達 1.8 米的 DNA 必須裝入其中。讓我們看看染色體，並深入瞭解直到到達 DNA 的過程，同時瞭解它在每個階段是如何包裝的。

DNA 包裝

染色體的長度為 1400 奈米，寬度為 700 奈米。染色體是緊密包裝的染色單體的超螺旋，染色單體的寬度為 300 奈米。這些染色單體進一步壓縮形成 250 奈米寬的纖維，這些纖維像波浪一樣上下延伸。

一條染色單體由多個核小體組成。核小體與一種名為 H1 組蛋白的蛋白質結合在一起，稱為染色體，它是染色單體螺旋的構建塊。這些核小體的簇結合在一起形成一條染色單體的螺旋，直徑約為 30 奈米。6 個這樣的染色體結合在一起形成一個稱為螺線管的結構。

8 種蛋白質——H2A、H2B、H3 和 H4——每種蛋白質各一對，結合在一起形成一個核小體。這 8 種蛋白質稱為核心蛋白質。這組 8 種蛋白質由 H1 組蛋白固定到位，一條 DNA 鏈緊密地纏繞在這個結構周圍，看起來像一串珠子。這種結構（珠子）的寬度約為 10 奈米。連線兩個珠子的 DNA 片段稱為連線體 DNA。H1 蛋白與連線體 DNA 連線。DNA 鏈圍繞核小體纏繞約 1.65 圈。

這 8 種蛋白質（核小體）富含賴氨酸和精氨酸，使其帶輕微的正電荷，而 DNA 的核苷酸（具有磷酸、糖和鹼基組合）帶負電荷。這些相反的電荷有助於它們緊密結合在一起。

在細胞分裂期間，細胞的組成部分會發生很多變化，DNA 也會發生變化。這些核心蛋白質有助於在細胞分裂期間 DNA 發生這些變化。在核心蛋白質的幫助下，DNA 發生變化的過程統稱為共價翻譯後修飾 (PTM)，它包括多種過程，即甲基化、乙醯化、SUMO 化、泛素化和磷酸化。

表觀遺傳學

表觀遺傳學是指 PTM 過程使核心蛋白質能夠在不改變 DNA 核苷酸的情況下改變 DNA 的現象。換句話說，在 DNA 中發生變化而沒有基因突變。這些不影響核苷酸的變化涉及啟用或失活轉錄、染色體包裝以及修復或破壞 DNA。

附著在核心蛋白質上的毛髮狀纖維稱為組蛋白尾，有助於共價轉錄後修飾。乙醯化、磷酸化和甲基化是使用組蛋白尾發生的三個主要過程，而泛素化和 SUMO 化發生的速率相對較低。

轉錄啟用和失活

染色質可以以兩種形式訪問，即常染色質和異染色質。

• 在常染色質階段，DNA 在兩個核小體之間展開或鬆散地纏繞，使其易於訪問。這種擴充套件有助於訪問 DNA，因此它可用於轉錄過程。

• 在異染色質階段，DNA 緊密纏繞，核小體緊密排列，使其無法訪問 DNA 進行轉錄過程。

• 磷酸化和乙醯化有助於常染色質階段的 DNA 延伸。甲基化、泛素化和 SUMO 化根據其在 DNA 周圍的可用性，共同幫助常染色質和異染色質階段。

藉助這兩個階段，可以啟用或失活 DNA 用於轉錄過程。

乙醯化與去乙醯化

在乙醯化過程中，乙醯基附著在緊密排列的核小體（異染色質階段）的組蛋白尾上。然後，這些乙醯基攻擊核心蛋白質中存在的溶酶體以去除其正電荷。一旦核心蛋白質失去其正電荷，它就會鬆開與 DNA 的連線，將其帶到常染色質階段。有助於與組蛋白基團連線的乙醯基稱為組蛋白乙醯轉移酶。使用乙醯基將染色質從異染色質階段轉變為常染色質階段的整個過程稱為乙醯化。

負責去除有助於去乙醯化過程的乙醯基的酶稱為組蛋白去乙醯酶。在去乙醯化過程中，乙醯基從組蛋白尾部分離，使核心蛋白質恢復正電荷，進而幫助它們與 DNA 螺旋緊密結合。此過程與乙醯化的過程完全相反，以使核小體恢復到其異染色質階段。

甲基化

甲基化有助於將染色質從常染色質轉換為異染色質階段，反之亦然，具體取決於其在 DNA 附近的位點。當單個甲基 (CH3) 附著在核心蛋白質（或賴氨酸）上時，稱為單甲基賴氨酸。當兩個甲基附著在蛋白質上時，稱為二甲基賴氨酸，當三個甲基附著在核心蛋白質上時，則稱為三甲基賴氨酸。

有助於將甲基與核心蛋白質連線的酶稱為賴氨酸甲基轉移酶，而有助於將甲基從蛋白質上分離的酶稱為賴氨酸去甲基酶。

磷酸化

與甲基化一樣，磷酸化也有助於常染色質和異染色質階段。磷酸化作用於 4 種蛋白質，即酪氨酸、組氨酸、絲氨酸和蘇氨酸，其中磷原子附著在這些蛋白質中的任何一種上。有助於將磷原子附著在蛋白質上的酶稱為激酶。當磷原子附著在蛋白質上時，它會敲除甲基，從而使去甲基化並激活轉錄過程。

根據其作用的蛋白質，磷原子執行多種功能。當附著在 H4 蛋白上時，它會執行有絲分裂，組裝染色質，並且還參與誘導 DNA 損傷。當磷原子附著在 H2AX 蛋白上時，就會發生凋亡。

科學家們仍在研究這種複雜的 DNA 模型，以更好地瞭解細胞內發生的過程並找到治療疾病的方法。

常見問題

問題 1. 什麼是 DNA 包裝？

答案。將非常長的 DNA 帶狀結構緊湊地包裝到微小的細胞核中的過程統稱為 DNA 包裝。

問題 2. 什麼是核心蛋白質？

四種蛋白質——H2A、H2B、H3 和 H4——各一對，這 8 種蛋白質統稱為核心蛋白質。這些蛋白質結合在一起形成核小體。

問題 3. 共價翻譯後修飾 (PTM) 是什麼意思？

答案。在細胞分裂期間，細胞的組成部分會發生很多變化，DNA 也會發生變化。這些核心蛋白質有助於在細胞分裂期間 DNA 發生這些變化。在核心蛋白質的幫助下，DNA 發生變化的過程統稱為共價翻譯後修飾 (PTM)。

問題 4. 什麼是表觀遺傳學？

答案。表觀遺傳學是指 PTM 過程使核心蛋白質能夠在不改變 DNA 核苷酸的情況下改變 DNA 的現象。

問題 5. 常染色質和異染色質階段是什麼意思？

答案。染色質可以以兩種形式訪問，即常染色質和異染色質。在常染色質階段，DNA 在兩個核小體之間展開或鬆散地纏繞，使其易於訪問。這種擴充套件有助於訪問 DNA，因此它可用於轉錄過程。