Основни протеини хроматина

роля на ДНК в състава на двете междуфазови хромозоми (хроматина на интерфазата ядро), и митозата хромозомите е съвсем ясна: за съхранение и продажба на генетичната информация. Въпреки това, да изпълнява тези функции в състава на междинната ядрата трябва да има ясна структурна основа, което ще позволи да се организира огромните по дължината на ДНК молекулата по прост начин да последователност определено време протичат процеси като РНК синтеза и ДНК репликацията в концентрация ядро ​​ДНК на интерфазата достига 100 мг / мл (!). Като цяло интерфазата бозайник ядро ​​е около 2 m ДНК, която е локализирана в сферично ядро, имащо среден размер от около 10 микрона. Това означава, че такава огромна маса от ДНК трябва по някакъв начин да се предвиди с коефициента на използване на 1 х 10 март --1 х 10 4. Не трябва да остане в ядрото на определено място, с цел частично или напълно decondensed хромозоми. А освен това, да се осъществява от условията за нормалното функциониране на хромозоми. Ясно е, че всички тези изисквания не могат да бъдат изпълнени по неструктуриран, хаотична система.

В главната роля ядрото на клетката, в организацията на системата на ДНК в своята уплътняване и в регулацията на функционални товар принадлежи на ядрени протеини. Както вече бе посочено, хроматина е комплекс от ДНК с протеини dezoksiribonukleoprotein (DNP), където протеини споделят около 60% от сухото тегло. Протеините в хроматин са много разнообразни, но те могат да бъдат разделени на две групи: хистони и не-хистонови протеини. На хистони, което представлява 80% от всички протеини на хроматина. Тяхното взаимодействие с ДНК се извършва поради сол или йонни връзки и неспецифично относно състава или последователността на нуклеотиди в ДНК молекула. Въпреки преобладаването на общия брой, представено с малка разнообразие на хистони протеини: еукариотни клетки съдържат само 5-7 видове хистон молекули. За разлика от хистони, така наречените не-хистонови протеини предимно взаимодействат специфично със специфични последователности на ДНК молекули, много голямо разнообразие от видове протеини, принадлежащи към тази група (няколкостотин) голямо разнообразие от функции, които изпълняват.

Хистоните са свързани с ДНК във формата на молекулен комплекс, или субединица форма нуклеозоми. Преди това се счита, че ДНК е равномерно покрита с тези протеини, които връзка с ДНК се определя от свойствата на хистони.

Хистоните - биохимично най-добре проучени протеини (виж таблица 5 ..).

Таблица 5. Обща характеристика на хистон бозайник

Съотношението на основни аминокиселини в кисела

Хистоните - сравнително малки протеини молекулно тегло. Тези протеини почти всички еукариоти имат подобни свойства, се намират едни и същи класове на хистони. хистон класове различават една от друга по отношение на съдържанието на различните основни аминокиселини. Тъй като хистони H3 и Н4 дължи на аргинин-богат, поради относително високото съдържание на аминокиселини. Тези хистони са най-консервативните на всички изследвани протеини: техните аминокиселинни последователности са почти идентични дори в тези отдалечени видове като крава грах, и (само две аминокиселинни замествания).

Две други хистон Н2А и Н2В са умерено обогатени лизин протеини. Различни групи от обекти в тези хистони са намерени междувидови вариации в тяхната първична структура, аминокиселинната последователност.

Хистон Н1, не е уникална молекула и протеини класа, състоящ се от достатъчно внимателно няколко протеини с припокриващи се аминокиселинни последователности. Тези хистони открити значителни различия между видовете и интерстициален. Въпреки това, общата им функция е обогатяването на лизин, което ги прави най-основните протеини, които лесно се отделят от хроматин във физиологичен разтвор (0.5 М) разтвор. В разтвори с висока йонна сила (2.1 М NaCI) всички напълно отделена от хистони и ДНК в разтвор.

За всички класове на хистони (особено Н1), характеризиращи се с разпределението на клъстер на основни аминокиселини, лизин и аргинин в N- и С-краищата на молекулите. Междинни порции хистон молекули образуват няколко (3-4) -спираловидни части, които компакти глобуларна структура под изотонични условия (Фиг. 56). Очевидно, богат положителни заряди nespiralizovannye краищата протеинови молекули хистон и ги носят да комуникират един с друг и с ДНК.

В повечето променлива хистон Н1 е N-край в комуникация с други хистони, и С-края, богата на лизин взаимодейства с ДНК.

По време на пост-транслационни модификации на клетъчната активност може да възникне (модификация) на хистони: ацетилиране и метилиране на някои остатъци от лизин, което води до загуба на положителни заряди, и фосфорилирането на серин остатъци, води до появата на отрицателен заряд. Ацетилирането на хистони и фосфорилиране може да бъде обратимо. Тези модификации значително променят свойствата на хистони и способността им да се свързват към ДНК. Тъй като повишена хистон ацетилиране предхожда генно активиране и фосфорилиране и дефосфорилиране, съответно свързани с кондензация на хроматин и decondensation.

Хистоните са синтезирани в цитоплазмата се транспортират към ядрото и се свързват към ДНК по време на репликация в S-период, т.е. хистон и ДНК синтеза синхронизирани. При прекратяване на ДНК синтеза чрез синтеза хистон РНК на клетъчната информация guissona разпадат и спира след няколко минути. Включено в хроматин хистони са много стабилни, имат нисък процент на заместване.

Gistonoy разделяне на пет групи и достатъчно прилики в рамките на всяка група те обикновено типичен за еукариоти. Въпреки това, броят на различията в състава на хистони наблюдава както в по-високи и по-ниски еукариотни организми. Така по-ниски гръбначни вместо H1, общи за всички тъкани на тези организми в червените кръвни клетки са хистон Н5, който съдържа по-аргинин и серин. От друга страна, има липса на определени групи в редица еукариотни хистони, и в много случаи пълна замяна на тези протеини от друга.

Gistonopodobnye протеини са открити в вируси, бактерии и митохондрии. Така например, на E.coli в клетка се намират в големи количества протеини (HU и Н-NS), от аминокиселинен състав наподобяващи хистони.

Функционалните свойства на хистоните

Широко разпространени хистони, техните прилики, дори в много отдалечени видове, обвързани с влизането им в хромозомите, всичко това говори за тяхната ключова роля в процеса на клетъчната активност. Дори преди откриването на нуклеозоми, има два взаимно допълващи група хипотези за функционалната роля на хистони, за регулиране и структурната им роля.

Явно беше, и структурни, kompaktiziruyuschaya, ролята на хистони в хроматина организация. След постепенното прибавяне на хистонова фракция на чисти ДНК разтвори води до утаяване на комплекса DNP, и обратно, частично отстраняване на хистони от хроматин препарати, това води до преминаване към разтворим състояние. От друга страна, в цитоплазмени екстракти на земноводни ооцити или морски таралежи яйца, съдържащи свободни хистони, добавяне на всяка ДНК (включително фаги) за образуване хроматин privvodit фибрили (DNP), чиято дължина е няколко пъти по-къса от оригиналната ДНК. Тези данни показват, структурна, kompaktiziruyuschey роля на хистони. За огромен см ДНК молекули лежат по дължината на хромозомата, с размер на няколко микрометра, ДНК молекулата трябва да бъде по някакъв начин фалцов, уплътнени с опаковане плътност от 10,000 до 1. Установено е, че има няколко нива на опаковки, първата през уплътняване ДНК на които се определя директно от взаимодействието на хистони с ДНК.

Първото ниво на уплътняване на ДНК: структурната роля на нуклеозоми

В началото на биохимични и електрон микроскопски изследвания е показано, че тези препарати съдържат DNP филаментозен конструкция с диаметър от 5 до 50 нм. Постепенно стана ясно, че диаметърът на фибрили хроматина зависи от метода на изолиране на лекарството.

На ултратънки части междуфазови ядра и митотични хромозоми след фиксиране с глутаралдехид бяха намерени пасивирани фибрили от 30 пМ в дебелина. Такива фибрили имат същите размери като хроматин по време на физическо свързване на ядра - ако бързо замразяване ядра, разкъсвайки обект и получаване на копия на такива препарати. В последния случай, то изключва влиянието на хроматин променливи химични условия. Но всички тези методи и техники, не се дава никаква информация за естеството на локализацията на ДНК и хистони в хроматин фибрили.

Основен събитие в проучването е откриването на хроматин по два различни начина на нуклеозоми - дискретни частици от хроматин. По този начин, когато се отлага върху субстрата на електронна микроскопия на препарати хроматина при алкални условия на ниска йонна сила, е възможно да се види, че нишките на хроматин са нещо подобно "мъниста на наниз": малка, около 10 пМ глобули, свързан с всяка друга ДНК сегменти от около 20 пМ (Фиг. 57, 58). Тези наблюдения са в съответствие с резултатите от фракциониране на хроматин след частична нуклеаза храносмилането.

основни или основни частици (или минимален нуклеозомата) е много консервативни в структура: те винаги съдържа 146 т.к. ДНК и хистон октамер. Частта на линкер може да варира значително (8-114 на кипене на нуклеозомата).

Използвайки метод неутронно разсейване е в състояние да определи формата и точните размери на нуклеозомата. В доста приблизително, - един цилиндър или плоска шайба с диаметър 11 нанометра и височина от 6 нм. Разположен на субстрата за електронна микроскопия, те образуват "перли", кълбовидни образуването на около 10 пМ стрела тандемно седи на разширените ДНК молекули. В действителност само разширените свързващи сайтове, останалите три четвърти от дължината на ДНК спирала подредени по периферията на хистон октамер на. Сам хистон октамер, се казва, че има форма, наподобяваща топка за игра на ръгби, която включва тетрамер (H3  H4) 2 и два независими димер Н2Ар  H2B. Фиг. 60 показва оформлението на хистони в нуклеозома ядрена част.

На фибрилите хроматин линкер част не е линейна, и продължаване на повърхността на нуклеозома частица ДНК спирала, се свързва съседните нуклеозоми, така че да се образува нещо като непрекъсната нишка от около 10 пт дебел, състояща се от близко разположени нуклеозоми (фиг. 61). Така поради допълнителна ДНК спирала (1 отрицателен ДНК нуклеозома supervitok 1) протича първично уплътняване на ДНК, плътност опаковка равно на 6-7 (200 нд 68 пМ са подредени в диаметър глобули от 10 пМ). Натрупването почти две навивки от ДНК нуклеозома ядра периферно настъпва се смята, че се дължи на взаимодействието на положително заредени аминокиселинни остатъци по повърхността на октамер на хистони с ДНК фосфати. N- и С-крайни части на медуларни хистоните богати на положителни заряди вероятно ще служат за по-нататъшно стабилизиране на нуклеозома структура.

Водеща медуларен (кора) на протеини в ДНК уплътняването е показан за самостоятелно сглобяване на нуклеозоми. Чрез подобряване на реда на добавяне на хистони и ДНК, ние успяхме да получите пълен ремонт на нуклеозоми. В този процес, не играе никаква роля източника, от който е взета ДНК: тя може да бъде бактериална ДНК и дори кръгова ДНК вирус. Оказа се, че не е необходимо формирането на Нуклеозомната хистон Н1, той участва в свързването на готови нуклеозоми един с друг и при формирането на по-високи нива на ДНК уплътняване. Ключът към изграждането на Нуклеозомната бяха хистони H3 и H4. В същото време от началото на ДНК свързана с тетрамер (H3  Н4) 2, които pozzheprisoedinyayutsya две димери Н2А  Н2В. Вероятно силно консервативен в структурата на хистони H3 и Н4 представлява тяхната водеща структурна роля в ранните етапи на уплътняване на ДНК в образуването на нуклеозоми.