Het DNA binnen in een cel is zo georganiseerd dat het goed past binnen de kleine omvang van een cel. De organisatie vergemakkelijkt ook de eenvoudige scheiding van de juiste chromosomen tijdens celdeling. De mate waarin het DNA strak is ingepakt, kan ook van invloed zijn op welke genen worden aan- of uitgeschakeld, door het vermogen van bepaalde eiwitten om aan het DNA te binden, te beïnvloeden.

Structuur van DNA

DNA is een groot complex, samengesteld uit verschillende bouwstenen, bekend als nucleotiden. Deze nucleotiden binden samen om strengen DNA te vormen. Deze strengen kunnen dan paren, gebaseerd op complementaire sequenties van de nucleotiden. Het paren van deze strengen vormt een zogenaamde dubbele helixstructuur. De dubbele helix van DNA wordt vervolgens rond bepaalde eiwitten gewikkeld die bekend zijn als histonen. Hierdoor kan het DNA beter worden ingepakt en neemt daardoor minder ruimte in de cel in beslag. Het DNA kan nog verder condenseren doordat de histonen dicht bij elkaar komen. Deze nog strakkere wikkeling van het DNA veroorzaakt de vorming van strak omwikkelde of gecondenseerde chromosomen.

Chromosoomcondensatie

Gedurende het grootste deel van het leven van een cel wordt het DNA slechts losjes rond de cel gewikkeld histonen en bevindt zich niet in de gecondenseerde chromosomale vorm. De strakkere wikkeling, of condensatie, van de chromosomen treedt alleen op tijdens mitose, het proces van celdeling. Tijdens mitose condenseren de chromosomen zodat elk chromosoom een ​​afzonderlijke eenheid is. Voorafgaand aan de mitose kopieert de cel zijn DNA zodat het twee kopieën van elk chromosoom bevat. De chromosomen komen tijdens mitose in het midden van de cel uit, met de paren chromosomen naast elkaar. Wanneer de cel deelt, gaat één exemplaar naar elk van de resulterende cellen. Als de chromosomen niet goed uitlijnen, kunnen ernstige genetische afwijkingen optreden, wat kan leiden tot de dood van de cel of kanker. Condensatie van het DNA in dichtgepakte chromosomen maakt het proces van chromosoomuitlijning en -scheiding tijdens mitose efficiënter.

Hoe een gen wordt uitgedrukt

Genexpressie of het proces van een gen dat wordt ingeschakeld, is een complex proces. Het betreft de binding van bepaalde eiwitten, transcriptiefactoren genoemd, aan het deel van het gen dat de expressie ervan reguleert. De meeste transcriptiefactoren bevorderen de expressie van een gen; Sommige transcriptiefactoren voorkomen echter dat een gen tot expressie wordt gebracht, met andere woorden, het wordt uitgeschakeld. Zodra een transcriptiefactor een gen aanzet, beweegt een proteïne genaamd RNA-polymerase langs het DNA en vormt een complementaire sequentie van RNA, dat dan eiwit wordt.

Effect op Genexpressie

De manier waarop DNA werkt is ingepakt, kan genexpressie beïnvloeden of welke genen zijn ingeschakeld. Wanneer de chromosomen strak worden gecondenseerd, wordt het DNA zeer strak ingepakt, waardoor het moeilijk wordt voor transcriptiefactoren om aan het DNA te binden. Wanneer het DNA minder strak rond de histonen is gewikkeld, kunnen de histonen zelf genexpressie beïnvloeden. Modificaties, zoals binding van fosfaatgroepen, kunnen optreden op de histonen en deze modificaties kunnen ervoor zorgen dat het DNA min of meer vast aan de histonen bindt. Regio's van het DNA die slechts losjes aan de histonen zijn gebonden, zijn beter toegankelijk voor transcriptiefactoren en RNA-polymerase, waardoor die genen gemakkelijker kunnen worden ingeschakeld. Wanneer het DNA steviger aan de histonen is gebonden, is het echter moeilijker voor transcriptiefactoren en RNA-polymerase om aan het DNA te binden, waardoor het waarschijnlijker wordt dat die genen worden uitgeschakeld.