Cuento tres preguntas distintas, tenuemente relacionadas, distribuidas entre la pregunta real y los detalles de la pregunta. Solo voy a responder la pregunta principal, pero si alguien está interesado en los otros dos (¿por qué el ADN se envuelve en las histonas? Y ¿por qué los telómeros están en los extremos de los cromosomas?), Siéntete libre de preguntar por separado y luego pregúntame contestar.
El ciclo de vida de las células en división se puede dividir aproximadamente en tres fases: replicar el ADN, dividir (mitosis) y todo lo demás (dada la inteligente interfase del nombre). Los cromosomas se ven muy diferentes entre la interfase y las diversas fases de la mitosis. Durante la interfase, el ADN unido a histonas adopta una conformación alargada y ocupa casi todo el volumen del núcleo; durante la mitosis, los cromosomas se condensan en entidades discretas y compactas que ocupan una fracción del espacio. Estas conformaciones muy diferentes existen para satisfacer las necesidades muy diferentes de la célula durante estas dos etapas. Durante la interfase, el genoma interactúa con un gran conjunto de complejos proteicos que lo transcriben y mantienen, por lo que el ADN debe ser accesible. La regulación de estos procesos resulta en una pesadilla topológica, ya que el ADN que experimenta condiciones regulatorias similares se mueve a lugares similares en la célula, incluso si ese ADN no está en el mismo cromosoma . Durante la mitosis, por otro lado, los cromosomas se preparan para dividirse entre dos células hijas y se aíslan unos de otros para garantizar una segregación uniforme.
Izquierda: el ADN interfásico se distribuye casi uniformemente por todo el núcleo. Derecha: el ADN replicado antes de la mitosis se condensa en cromosomas discretos.
Pasos básicos en la condensación cromosómica. (De: Página en cshlp.org)
La transición entre estos dos estados es la condensación de la cromatina, que está marcada por tres pasos distintos:
- Reanalización y decatenación de ADN replicado. Después de la replicación, las cromátidas hermanas de ADN se entrelazan en un desastre horrible y horrible. Las cuatro hebras únicas de ADN están parcialmente sin fundir, así como retorcidas una alrededor de la otra. El primer paso en la condensación cromosómica es separar las dos cromátidas hermanas entre sí para que puedan condensarse independientemente.
- Introducción de supercoils positivos, que promueven la formación de bucles quirales. El siguiente paso en la condensación es retorcer cada doble hélice para que ocupe menos espacio. En realidad, puede visualizar cómo funciona esto con un trozo de cuerda, el cable de su auricular, un cordón de zapato o cualquier cosa que sea larga, delgada y flexible. Sostenga cada extremo con una mano diferente, y mientras mantiene un extremo fijo, comience a torcer el otro con el pulgar y el dedo índice. A medida que gira, los dos extremos deben acercarse el uno al otro, y con suficiente torsión, debería comenzar a ver la formación de un lazo grande y retorcido. Esta es una supercoil, y es clave para condensar ADN en las células.
- Apilamiento axial de bucles quirales en cromosomas condensados. Finalmente, una vez que cada doble hélice de ADN se ha superenrollado, las espirales se apilan unas encima de otras para formar un cromosoma axial organizado.
El principal impulsor de todo este proceso es una familia de complejos proteicos llamados condensinas. Las condensinas contienen cada una cinco subunidades de proteínas; dos de los cuales tienen actividad ATPasa y se unen al ADN (y se cree que son la parte “catalítica” del complejo que manipula el ADN), y tres subunidades reguladoras cuyas funciones se comprenden sustancialmente menos. Hay una serie de mecanismos reguladores que controlan la actividad de las condensinas (incluida la fosforilación totalmente predecible por parte de las quinasas dependientes del ciclo celular), pero mi favorita es probablemente una de las cosas más elegantes, aunque no obvias, que hace una célula.
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La mayor parte del condensado de una célula se encuentra en el citoplasma y es incapaz de ingresar al núcleo por sí mismo. Uno de los primeros pasos clave de la mitosis es la ruptura de la envoltura nuclear, que elimina eficazmente la barrera que impide que las condensinas citoplásmicas interactúen con el ADN. Una vez que esta barrera se ha ido, las condensinas son libres de unir ADN y ponerse a trabajar.
