Helmichs Biologie-Lexikon

30-nm-Faser des Chromatins

Im Elektronenmikroskop erscheinen die Fäden des Chromatins in einer Stärke von 30 nm, daher hat man diese Struktur als 30-nm-Faser oder 30-nm-Filament bezeichnet.

Die Nucleosomen, die kleinste Organsisationseinheit des Chromatins, bilden zunächst eine 10-nm-Faser, wie das folgende Bild zeigt:

Eine schnell hingeworfene Skizze der 10 nm - Faser

Eine schnell erstellte Graphik der 10 nm - Faser
Autor: Ulrich Helmich 2020. Dieses Bild baut auf dem Bild von Darekk2 aus der Wikipedia auf, daher unterliegt es ebenfalls der "Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported" Lizenz.

Stellen Sie sich eine Perlenkette vor, um die jemand feinen Silberdraht gewickelt hat, dann bekommen Sie eine ungefähre Vorstellung von Aufbau der sogenannten 10 nm-Faser.

Bei der Bildung der 30-nm-Fasern spielt das Histon H1 eine entscheidende Rolle. Dieses Histon besteht aus einer globulären Zentraleinheit, von der aus zwei lange Fäden ausgehen, die vorwiegend aus den basischen Aminosäuren Arginin und Lysin bestehen [3].

Schematische Darstellung von Histon H1
Autor: Ulrich Helmich 2021, Lizenz: siehe Seitenende

In Natura sind die beiden Aminosäure-Fäden natürlich nicht so langgestreckt und gerade wie in der Abbildung, sondern sie bilden einige Schleifen. Wie dem auch sei, jedenfalls sind diese Fäden mit den vielen basischen Aminosäuren Lysin und Arginin (blaue Kugeln in der Abb.) verantwortlich für die Bildung der 30-nm-Filmamente.

Bildung eines Nucleosoms und eines 30-nm-Filaments
Quelle: Wikipedia, Artikel "Histone H2A", Autor: David O Morgan, leicht verändert von U. Helmich, Lizenz: public domain.

Dieses Bild, das auf einem Werk von David O. Morgan beruht (englische Wikipedia), zeigt sehr schön, wie sich ein der Core-Komplex eines Nucleosoms aus den acht Histon-Bausteinen bildet und wie zahlreiche Nucleosomen dann ein 30-nm-Filament bilden.

Modelle der 30-nm-Faser

Solenoid-Modell

Das bekannteste Modell, das sich auch noch in den meisten Lehrbüchern findet, auch in vielen Schulbüchern, ist das Solenoid-Modell. Danach ist die Nucleosomen-"Perlenschnur", also die 10-nm-Faser, spiralenförmig angeordnet, in Form einer linksdrehenden Helix. Pro Windung der Helix finden sich sechs Nucleosomen. Die einzelnen Windungen der Spirale liegen sehr eng aufeinander, so dass die Helix eine Ganghöhe von ca. 11 nm hat. Die Helix wird zusammengehalten durch Interaktion der Histone, wobei vor allem die langen "Fäden" aus Aminosäuren eine wichtige Rolle spielen, die aus den Histonen herausragen (siehe Abb. 2).

Zick-Zack-Modell

Eine alternative Struktur, die ebenfalls oft diskutiert wird, ist die Zick-Zack-Struktur, die ebenfalls auch elektronenmikroskopisch beobachtet wurde. Diese Struktur sieht in etwa so aus, wie das in der Abbildung 3 dargestellte 30-nm-Filmanet.

Weitere Modelle

In der englischsprachigen Wikipedia [6] finden sich weitere Alternativ-Modelle für die 30-nm-Faser, die wir uns hier nur kurz anschauen, aber nicht weiter besprechen wollen:

Two-start twisted-ribbon model

"The two-start twisted-ribbon model was proposed in 1981 by Worcel, Strogatz and Riley. This structure involves alternating nucleosomes stacking to form two parallel helices, with the linker DNA zig-zagging up and down the helical axis."

Two-start cross-linker model

"The two-start cross-linker model was proposed in 1986 by Williams et al. This structure, like the two-start twisted-ribbon model, involves alternating nucleosomes stacking to form two parallel helices, but the nucleosomes are on opposite sides of the helices with the linker DNA crossing across the centre of the helical axis."

Superbead model

"The superbead model was proposed by Renz in 1977. This structure is not helical like the other models"

Quellen:

  1. Alberts, Bruce et al. Molekularbiologie der Zelle, 6. Auflage, Weinheim 2017.
  2. Berg, Tymoczko, Gatto jr., Stryer: Stryer Biochemie, 8. Auflage, Springer Berlin Heidelberg 2018.
  3. Knippers, Molekulare Genetik, Stuttgart 2006.
  4. Spektrum-Lexikon der Biologie, Artikel "Histon-Acetylierung".
  5. Jochen Graw: Genetik, 7. Auflage, Springer Spektrum, Berlin 2021.
  6. engl. Wikipedia, Artikel "Selenoid (DNA)".