Histonas de eucariotas. Proteínas, su composición química, niveles de organización estructural.

Estas proteínas se conservan y prácticamente no difieren en organismos de diferentes taxones. Las histonas están presentes en los núcleos de las células eucariotas; Las bacterias no tienen histonas, pero se encuentran en el grupo de las arqueas. Euryarchaea .

Las histonas fueron descubiertas en 1884 por el bioquímico alemán Albrecht Kossel.

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Subtítulos

Antes de profundizar en la mecánica de la división celular, creo que será útil hablar sobre el vocabulario relacionado con el ADN. Hay muchas palabras y algunas suenan similares entre sí. Pueden resultar confusos. Primero, me gustaría hablar sobre cómo el ADN genera más ADN, hace copias de sí mismo o cómo produce proteínas en general. Ya hablamos de esto en el vídeo sobre el ADN. Déjame dibujar una pequeña sección de ADN. Tengo A, G, T, déjame tener dos T y luego dos C. Un área tan pequeña. Sigue así. Por supuesto que es una doble hélice. Cada letra tiene la suya. Los pintaré de este color. Entonces, A corresponde a T, G corresponde a C (más precisamente, G forma enlaces de hidrógeno con C), T - con A, T - con A, C - con G, C - con G. Toda esta espiral se extiende, por Por ejemplo, en esta dirección. Entonces hay un par varios procesos , que esta ADN debe implementar. Uno de ellos tiene que ver con las células del cuerpo: es necesario producir más células de la piel. Tu ADN debe copiarse a sí mismo. Este proceso se llama replicación. Estás replicando el ADN. Te mostraré la replicación. ¿Cómo puede este ADN copiarse a sí mismo? Ésta es una de las características más notables de la estructura del ADN. Replicación. Estoy haciendo una simplificación general, pero la idea es que las dos hebras de ADN se separen, y eso no sucede por sí solo. Esto se ve facilitado por muchas proteínas y enzimas, pero hablaré sobre microbiología en detalle en otro video. Entonces estas cadenas están separadas unas de otras. Moveré la cadena aquí. Se separan unos de otros. Tomaré otra cadena. Éste es demasiado grande. Esta cadena se verá así. Se separan unos de otros. ¿Qué puede pasar después de esto? Eliminaré los bits adicionales aquí y aquí. Aquí está nuestra doble hélice. Todos estaban conectados. Estos son pares de bases. Ahora están separados unos de otros. ¿Qué puede hacer cada uno de ellos después de la separación? Ahora pueden convertirse en una matriz el uno para el otro. Mire... Si esta hebra está sola, ahora, de repente, una base de timina puede venir y unirse aquí, y estos nucleótidos comenzarán a alinearse. Timina y citosina, y luego adenina, adenina, guanina, guanina. Y así continúa. Y luego, en esta otra parte, en la cadena verde, que antes estaba unida a esta azul, pasará lo mismo. Habrá adenina, guanina, timina, timina, citosina, citosina. ¿Qué pasó hace un momento? Al dividir y atraer bases complementarias, creamos una copia de esta molécula. Entraremos en la microbiología de esto en el futuro, esto es solo para tener una idea general de cómo el ADN se copia a sí mismo. Especialmente cuando analizamos la mitosis y la meiosis, puedo decir: "Esta es la etapa donde ocurre la replicación". Ahora, otro proceso del que escucharás mucho. Hablé de ello en el vídeo sobre el ADN. Esta es una transcripción. En el vídeo sobre ADN no presté mucha atención a cómo se duplica el ADN, pero una de las mejores cosas del diseño de doble hebra es que puede duplicarse fácilmente. Simplemente separas 2 tiras, 2 espirales, y luego se convierten en la plantilla para otra cadena, y luego aparece una copia. Ahora para la transcripción. Esto es lo que debe sucederle al ADN para que se produzcan proteínas, pero la transcripción es un paso intermedio. Esta es la etapa en la que se pasa del ADN al ARNm. Este ARNm luego abandona el núcleo celular y pasa a los ribosomas. Hablaré de esto en unos segundos. Entonces podemos hacer lo mismo. Estas cadenas se vuelven a separar durante la transcripción. Uno se separará aquí, y el otro se separará... y el otro se separará aquí. Maravilloso. Quizás tenga sentido usar solo la mitad de la cadena; quitaré una. Por aquí. Vamos a transcribir la parte verde. Aqui esta ella. Borraré todo esto. Color incorrecto. Así que voy a borrar todo esto. ¿Qué sucede si en lugar de que los nucleótidos de ácido desoxirribonucleico se emparejen con esta cadena de ADN, tienes un emparejamiento de ácido ribonucleico o ARN? Representaré el ARN en violeta. El ARN se emparejará con el ADN. La timina que se encuentra en el ADN se emparejará con la adenina. Guanina, ahora cuando hablamos de ARN, en lugar de timina tendremos uracilo, uracilo, citosina, citosina. Y esto continuará. Este es ARNm. ARN mensajero. Ahora ella se está separando. Este ARNm se separa y abandona el núcleo. Sale del núcleo y luego se produce la traducción. Transmisión. Anotemos este término. Transmisión. Viene del ARNm... En el video sobre el ADN, tenía un ARNt pequeño. La transferencia de ARN era como un camión que transportaba aminoácidos al ARNm. Todo esto sucede en una parte de la célula llamada ribosoma. La traducción se produce del ARNm a la proteína. Hemos visto que esto suceda. Entonces, del ARNm a la proteína. Tienes esta cadena. Haré una copia. Copiaré toda la cadena de una vez. Esa hebra se separa, sale del núcleo y luego tienes estos pequeños camiones de ARNt que realmente se detienen, por así decirlo. Entonces digamos que tengo ARNt. Veamos adenina, adenina, guanina y guanina. Este es el ARN. Este es un codón. Un codón tiene 3 pares de bases y un aminoácido unido a él. Tienes algunas otras partes del ARNt. Digamos uracilo, citosina, adenina. Y otro aminoácido unido a él. Luego, los aminoácidos se combinan para formar una larga cadena de aminoácidos, que es la proteína. Las proteínas forman estas extrañas formas complejas. Para asegurarse de que lo entiende. Empezaremos con el ADN. Si hacemos copias del ADN, esto es replicación. Estás replicando el ADN. Entonces, si hacemos copias del ADN, eso es replicación. Si comienzas con ADN y creas ARNm a partir de una plantilla de ADN, eso es transcripción. Anotémoslo. "Transcripción". Es decir, transcribe información de un formulario a otro: transcripción. Ahora que el ARNm está saliendo del núcleo de la célula... Haré un dibujo de una célula para resaltar esto. Nos ocuparemos de la estructura de la célula en el futuro. Si es una célula completa, el núcleo es el centro. Aquí es donde está todo el ADN, aquí ocurre toda la replicación y transcripción. Luego, el ARNm abandona el núcleo y luego se produce la traducción en los ribosomas, lo que analizaremos con más detalle en el futuro, y se forma la proteína. Entonces, del ARNm a la proteína hay traducción. ¿Estás transmitiendo desde codigo genetico, en el llamado código de proteínas. Entonces esta es la transmisión. Estas son exactamente las palabras que se usan comúnmente para describir estos procesos. Asegúrate de utilizarlos correctamente nombrando los diferentes procesos. Ahora otra parte de la terminología del ADN. Cuando la conocí por primera vez, la encontré extremadamente confusa. La palabra es "cromosoma". Escribiré las palabras aquí; puedes comprobar por ti mismo lo confusas que son: cromosoma, cromatina y cromátida. Cromátida. Entonces, el cromosoma, ya hablamos de eso. Es posible que tengas una cadena de ADN. Esta es una doble hélice. Esta cadena, si la amplío, son en realidad dos cadenas diferentes. Tienen pares de bases conectados. Simplemente dibujé pares de bases conectadas entre sí. Quiero dejar claro que tracé esta pequeña línea verde aquí. Esta es una doble hélice. Envuelve proteínas llamadas histonas. Histonas. Que resulte así y de alguna manera así, y luego de alguna manera así. Aquí tienes unas sustancias llamadas histonas, que son proteínas. Dibujémoslos así. Como esto. Esta es una estructura, es decir, ADN en combinación con proteínas que lo estructuran, obligándolo a envolverse cada vez más. En última instancia, dependiendo de la etapa de vida de la célula, se formarán diferentes estructuras. Y cuando hablas de ácido nucleico, que es ADN, y lo combinas con proteínas, estás hablando de cromatina. Esto significa que la cromatina es ADN más proteínas estructurales que le dan forma al ADN. Proteínas estructurales. La idea de cromatina se utilizó por primera vez por lo que la gente veía cuando miraba una célula... ¿Recuerdas? Cada vez que dibujaba Nucleo celular en cierta forma. Por así decirlo. Este es el núcleo de la célula. Dibujé estructuras muy claramente visibles. Este es uno, este es otro. Quizás sea más corto y tenga un cromosoma homólogo. Dibujé cromosomas, ¿verdad? Y cada uno de estos cromosomas, como mostré en el último video, son esencialmente estructuras de ADN largas, largas hebras de ADN envueltas estrechamente entre sí. Lo dibujé algo como esto. Si nos acercamos, podemos ver una cadena, y en realidad está enrollada sobre sí misma de esta manera. Este es su cromosoma homólogo. Recuerde, en el video sobre variabilidad, hablé de un cromosoma homólogo, que codifica los mismos genes, pero una versión diferente de ellos. El azul es de papá y el rojo es de mamá, pero esencialmente codifican los mismos genes. Esta es una hebra que obtuve de mi padre con el ADN de esta estructura, la llamamos cromosoma. Entonces, cromosoma. Quiero dejar esto claro, el ADN sólo toma esta forma en ciertas etapas de la vida cuando se reproduce, es decir, replicado. Más precisamente, no es así... Cuando una célula se divide. Antes de que una célula sea capaz de dividirse, el ADN adquiere esta forma bien definida. La mayor parte de la vida de una célula, cuando el ADN está haciendo su trabajo, cuando está produciendo proteínas, es decir, las proteínas se transcriben y traducen a partir del ADN, no se pliega de esta manera. Si estuviera plegado, sería difícil para el sistema de replicación y transcripción llegar al ADN, producir proteínas y hacer cualquier otra cosa. Generalmente ADN... Déjame dibujar el núcleo otra vez. La mayoría de las veces, ni siquiera se puede ver con un microscopio óptico normal. Es tan delgado que toda la hélice del ADN está completamente distribuida en el núcleo. Estoy dibujando esto aquí, puede que haya otro aquí. Y luego tienes una cadena más corta como esta. Ni siquiera puedes verlo. No está en esta estructura bien definida. Suele tener este aspecto. Que haya una cadena tan corta. Sólo se puede ver un desorden como este, formado por un revoltijo de combinaciones de ADN y proteínas. Esto es lo que la gente generalmente llama cromatina. Esto hay que anotarlo. "Cromatina" Así que las palabras pueden ser muy ambiguas y muy confusas, pero el uso general es cuando se habla de una cadena única de ADN bien definida, una estructura bien definida como esa, es un cromosoma. El término cromatina puede referirse ya sea a una estructura como un cromosoma, la combinación de ADN y las proteínas que lo estructuran, o al desorden de muchos cromosomas que contienen ADN. Es decir, de muchos cromosomas y proteínas mezclados entre sí. Quiero que esto quede claro. Ahora la siguiente palabra. ¿Qué es la cromátida? En caso de que aún no lo haya hecho... No recuerdo si lo marqué. Estas proteínas que proporcionan estructura a la cromatina o forman la cromatina y también proporcionan estructura se denominan "histonas". Comer Varios tipos , que proporcionan estructura en varios niveles, los consideraremos en detalle. Entonces, ¿qué es una cromátida? Cuando el ADN se replica... Digamos que era mi ADN, está en un estado normal. Una versión es de papá, la otra versión es de mamá. Ahora se replica. La versión de papá se ve así al principio. Esta es una gran hebra de ADN. Crea otra versión de sí mismo que es idéntica si el sistema funciona correctamente, y esa parte idéntica tiene este aspecto. Inicialmente están unidos entre sí. Están unidos entre sí en un lugar llamado centrómero. Ahora, aunque tengo 2 cadenas aquí, unidas entre sí. Dos cadenas idénticas. Una cadena aquí, otra aquí... Aunque déjame representarlo de otra manera. En principio, esto se puede representar de muchas maneras diferentes. Esta es una cadena aquí y esta es otra cadena aquí. Es decir, tenemos 2 copias. Codifican exactamente el mismo ADN. Asi que aqui esta. Son idénticos, por eso todavía lo llamo cromosoma. Anotemos esto también. Todo el conjunto se llama cromosoma, pero ahora cada copia individual se llama cromátida. Esta es una cromátida y esta es la otra. A veces se les llama cromátidas hermanas. También se les puede llamar cromátidas gemelas porque comparten la misma información genética. Entonces, este cromosoma tiene 2 cromátidas. Ahora, antes de la replicación o antes de la duplicación del ADN, se puede decir que este cromosoma aquí tiene una cromátida. Puedes llamarlo cromátida, pero no tiene por qué serlo. La gente empieza a hablar de cromátidas cuando dos de ellas están presentes en un cromosoma. Aprendemos que en la mitosis y la meiosis estas 2 cromátidas se separan. Cuando se separan, la cadena de ADN que alguna vez llamó cromátida ahora se llamará cromosoma separado. Este es uno de ellos, y aquí hay otro que podría haberse separado en esta dirección. Pondré este en un círculo en verde. Entonces, este puede ir por este camino, y este, que encerré en un círculo naranja, por ejemplo, este... Ahora que están separados y ya no conectados por el centrómero, lo que originalmente llamábamos un cromosoma con dos cromátidas, ahora llamamos dos cromosomas separados. O se podría decir que ahora tiene dos cromosomas separados, cada uno de los cuales consta de una única cromátida. Espero que esto aclare parte del significado de los términos relacionados con el ADN. Siempre los he encontrado bastante confusos, pero serán una herramienta útil cuando comencemos la mitosis y la meiosis y hable de que un cromosoma se convierta en una cromátida. Preguntarás cómo un cromosoma se convirtió en dos cromosomas y cómo una cromátida se convirtió en un cromosoma. Todo gira en torno al vocabulario. Habría elegido otro, en lugar de llamarlo cromosoma y cada uno de estos cromosomas por separado, pero decidieron llamarlo así para nosotros. Quizás se pregunte de dónde viene la palabra "cojo". Quizás conozcas la antigua película Kodak llamada cromo color. Básicamente "cromo" significa "color". Creo que proviene de la palabra griega que significa color. Cuando las personas observaron por primera vez el núcleo de una célula, usaron un tinte y lo que llamamos cromosomas se tiñeron con el tinte. Y pudimos verlo con un microscopio óptico. La parte "soma" proviene de la palabra "soma" que significa "cuerpo", es decir, tenemos un cuerpo de color. Así apareció la palabra “cromosoma”. La cromatina también tiñe... Espero que esto aclare un poco los conceptos de cromátida, cromosoma, cromatina y ya estemos preparados para estudiar la mitosis y la meiosis.

Estructura del nucleosoma y de las proteínas histonas.

Dos moléculas de cada una de las histonas H2A, H2B, H3 y H4 forman un octámero envuelto alrededor de un segmento de ADN de 146 pares de bases (pb) que forma 1,8 vueltas helicoidales en la parte superior de la estructura de la proteína. Esta partícula de 7 nm de diámetro se llama nucleosoma. Una sección de ADN que conecta los nucleosomas vecinos y que no está en contacto directo con el octámero de histona interactúa con el conector de histona H1. La longitud del fragmento de ADN por nucleosoma varía y tiene un promedio de 200 pb. En este caso, 146 pb están conectados directamente al nucleosoma y las decenas restantes están conectadas por dos nucleosomas vecinos.

El ADN y las histonas nucleosomales están estrechamente conectados: en cada nucleosoma se forman 142 enlaces de hidrógeno entre el ADN y las histonas que lo componen. Casi la mitad de estos enlaces ocurren entre la columna vertebral de aminoácidos de las histonas y los grupos fosfodiéster de la columna vertebral de fosfato de azúcar del ADN. Además de los enlaces de hidrógeno entre el ADN y las proteínas, los nucleosomas se mantienen unidos mediante numerosas interacciones hidrofóbicas y puentes salinos. Por ejemplo, las cargas positivas de los aminoácidos lisina y arginina, que están enriquecidos en histonas, pueden neutralizar eficazmente la carga negativa de la estructura del ADN. Estas numerosas interacciones explican en parte por qué el ADN de prácticamente cualquier secuencia puede asociarse con un octámero nucleosomal.

Estructura de las histonas centrales.

Las histonas centrales H2A, H2B, H3 y H4 son pequeñas proteínas con pesos moleculares de 10 a 15 kDa, cuya composición está extremadamente enriquecida en los aminoácidos cargados positivamente lisina y arginina. Los aminoácidos cargados positivamente se concentran principalmente en los extremos amina (N-) y carboxilo (C-) (ver Enlace peptídico) de las moléculas centrales de histonas, llamados colas. Las colas de histonas, de entre 15 y 30 residuos de aminoácidos de largo, no están organizadas en ninguna estructura secundaria distinta. Las colas de histonas, principalmente la cola N, desempeñan un papel clave en los mecanismos epigenéticos en los que participan estas proteínas. En las regiones centrales, más conservadoras, de la cadena polipeptídica de las histonas centrales, predominan los residuos de aminoácidos hidrófobos. Son estas regiones centrales las que participan en la formación del octámero nucleosomal en el que se enrolla el ADN. La región central de todas las histonas nucleosomales tiene una estructura secundaria característica con un dominio de hélice α extendido, que está flanqueado en ambos lados por dominios que contienen un bucle y una hélice α corta. Esta estructura espacial se llama pliegue de histonas(Dominio inglés de plegado de histonas, HFD). Por lo tanto, las histonas nucleosomales contienen un dominio HFD estructurado central de tres hélices y colas N y C no estructuradas.

Las histonas H3 y H4, H2A y H2B se reconocen entre sí por parejas. Los dominios helicoidales interactúan entre sí, formando estructuras llamadas apretón de manos, lo que da como resultado la formación de heterodímeros: H3-H4 y H2A-H2B. A partir del primer dímero, a su vez, se forma un tetrámero (H3-H4) 2. El tetrámero (H3-H4) 2 y dos dímeros H2A-H2B constituyen el octámero de histonas, el núcleo del nucleosoma. El nucleosoma tiene forma de cuña. Su parte estrecha es (H3-H4) 2, y la parte ancha consta de dos dímeros H2A-H2B, que están ubicados en los lados del tetrámero (H3-H4) 2 y no interactúan entre sí. De todo el ADN enrollado alrededor del octámero nucleosomal, aproximadamente 80 pares de bases están asociados con el tetrámero (H3-H4)2 y aproximadamente 40 pares de bases están asociados con los dímeros H2A-H2B.

Estructura de la histona enlazadora H1/H5

La histona conectora H1 se une al lado externo del nucleosoma en la región del tetrámero (H3-H4) 2, fijando así la cadena de ADN en el nucleosoma. En los eritrocitos de aves y reptiles, la histona H5, estrechamente relacionada, está presente en la cromatina inactiva en lugar de la histona H1. La histona H1/H5 es significativamente diferente de las cuatro histonas principales. Tiene un peso molecular de más de 20 kDa. Contiene significativamente más residuos de lisina que arginina y todos los residuos de aminoácidos cargados positivamente se concentran en el extremo C de la molécula H1. El extremo C de la molécula H1 se caracteriza por una estructura desordenada y tiene una longitud de aproximadamente 100 residuos de aminoácidos. La parte central de la molécula H1 es rica en residuos de aminoácidos hidrófobos y forma un glóbulo en solución. El extremo N no tiene una estructura ordenada y es relativamente corto.

Variantes de histonas

Cada tipo de histona, excepto la histona H4, es un grupo que consta de histonas canónicas y variantes de histonas.

El papel de las variantes de histonas es mantener la disposición nucleosomal de la cromatina, aumentar o disminuir su estabilidad, crear un contexto especial en cada región específica de la cromatina y así controlar los procesos de transcripción, replicación y reparación.

Genes de histonas

Característica distintiva A los genes de histonas canónicas les faltan intrones. La transcripción de estos genes ocurre estrictamente durante la fase S del ciclo celular. El ARN mensajero de estos genes no está poliadenilado; la parte no codificante de 3" del ARNm está plegada en una estructura secundaria de tallo-bucle.

A diferencia de los genes de histonas canónicos, los genes de histonas variantes no forman grupos; están dispersos por todo el genoma, a menudo contienen intrones, el ARN que se transcribe a partir de ellos es poliadenato y la transcripción se produce durante todo el ciclo celular.

Modificaciones de histonas

Las histonas en el octámero tienen un fragmento N-terminal móvil ("cola") de 20 aminoácidos que sobresale del nucleosoma y es importante para mantener la estructura de la cromatina y controlar la expresión genética. Por ejemplo, algunas modificaciones de las histonas (fosforilación y acetilación), como se sabe, se localizan predominantemente en áreas de la cromatina con genes activos, mientras que su desacetilación y metilación por el complejo represor policomb desempeñan un papel. papel importante en el mantenimiento de la pluripotencia y la diferenciación.

Los detalles del mecanismo regulatorio no se comprenden completamente.

Conservación de histonas

La secuencia de aminoácidos de las histonas, es decir, su estructura primaria, ha cambiado poco durante la evolución. Esto se ve claramente al comparar la secuencia de aminoácidos de las histonas en mamíferos, plantas y levaduras. Por tanto, el H4 humano y el del trigo se diferencian sólo en unos pocos aminoácidos. Además, el tamaño de la molécula de proteína y su polaridad son bastante constantes. De esto podemos concluir que las histonas se optimizaron en la era del ancestro común de animales, plantas y hongos (hace más de 700 millones de años). Aunque desde entonces se han producido innumerables mutaciones puntuales en los genes de las histonas, todas ellas aparentemente condujeron a la extinción de los organismos mutantes.

ver también

Notas

1. Diccionario enciclopédico biológico / Ed principal. M. S. Gilyarov. - M.: Sov. enciclopedia, 1986. - 831 p.

El ADN cromosómico se empaqueta en una estructura compacta utilizando proteínas especializadas. Todas las proteínas de unión al ADN de los eucariotas se dividen en dos clases: histonas, proteínas estructurales de los cromosomas eucariotas, y proteínas cromosómicas no histonas. El complejo de ambas clases de proteínas con el ADN nuclear de las células eucariotas se llama cromatina. Las histonas son una característica única de los eucariotas y están presentes en enormes cantidades por célula (alrededor de 60 millones de moléculas de cada tipo por célula).

Las histonas son proteínas relativamente pequeñas con una proporción muy grande de aminoácidos cargados positivamente (lisina y arginina); La carga positiva ayuda a que las histonas se unan firmemente al ADN (que tiene una carga muy negativa) independientemente de su secuencia de nucleótidos. Es posible que las histonas sólo ocasionalmente se disocian del ADN y, por lo tanto, es probable que influyan en cualquier proceso que ocurra en los cromosomas.

Los cinco tipos de histonas se dividen en dos grupos principales: histonas nucleosomales e histonas H1.

Las histonas forman una familia de proteínas centrales altamente conservadas que se dividen en cinco grandes clases, llamadas H2A, H2B y H2B. La histona H1 es más grande (alrededor de 220 aminoácidos) y ha demostrado estar menos conservada durante la evolución. El tamaño de las cadenas polipeptídicas de histonas se encuentra dentro del rango de ~220 (H1) y 102 (H4) residuos de aminoácidos. La histona H1 está altamente enriquecida en residuos de Lys, las histonas H2A y H2B se caracterizan por un contenido moderado de Lys y las cadenas polipeptídicas de las histonas H3 y H4 son ricas en Arg. Dentro de cada clase de histonas (a excepción de H4), se distinguen varios subtipos de estas proteínas en función de las secuencias de aminoácidos. Esta multiplicidad es especialmente característica de las histonas H1 de mamíferos. En este caso se distinguen siete subtipos, denominados H1.1-H1.5, H1o y H1t. Las histonas H3 y H4 pertenecen a las proteínas más conservadas. Esta conservación evolutiva sugiere que casi todos sus aminoácidos son importantes para la función de estas histonas. La porción N-terminal de estas histonas se puede modificar reversiblemente en la célula mediante acetilación de residuos de lisina individuales, lo que elimina la carga positiva de las lisinas.

Resumen: Histonas[Griego histos - tejido] - un grupo de proteínas de pequeño peso molecular que forman la cromatina). Hay cinco tipos principales de histonas: H1, H2, H3a, H3b y H4 (H - del inglés h (istone), y los números y letras indican los números de las fracciones durante su purificación cromatográfica). Contienen mayores cantidades de lisina, histidina y arginina, pero no contienen triptófano en absoluto; Tienen propiedades alcalinas débiles. Las histonas pertenecen a las proteínas más conservadoras en su estructura primaria en la serie que va desde los eucariotas más simples hasta los superiores. Por ejemplo, las secuencias de aminoácidos de la histona H4 del timo de la pantorrilla y de los brotes de guisantes difieren sólo en dos posiciones de aminoácidos de ciento dos. La capacidad de las histonas para formar complejos determina su función extremadamente importante en el núcleo celular: la formación de un núcleo o núcleo nucleosomal (del inglés "core" - core, core), un complejo multiproteico alrededor del cual se enrolla la hélice del ADN. (ver.

Incluido en los núcleos de las células eucariotas, está empaquetado de forma compacta gracias a estructuras especiales. En citología tienen un nombre especial: histonas. Estos son péptidos que exhiben funciones básicas. Propiedades químicas. Su estructura y funciones realizadas en la célula se discutirán en este artículo.

Cómo se organiza el ADN en el núcleo

Para "comprimir" una larga cadena polinucleotídica de ADN en un microespacio, contiene unas "bobinas" peculiares: proteínas histonas. A su alrededor se enrolla un hilo de doble hebra, una estructura situada en el carioplasma llamada nucleosoma. Los estudios bioquímicos han establecido que la proteína histona está organizada en forma de varias modificaciones: histona H1/H5, H2A, H2B, H3, H4. El primer péptido de esta lista suele denominarse péptido conector, el resto son péptidos centrales. Son estas proteínas histonas las que forman el nucleosoma.

Características de la estructura de los péptidos nucleosomales.

El análisis químico estableció el hecho de que las histonas centrales contienen un exceso de moléculas de aminoácidos como lisina y arginina. El primero es esencial y el otro es parcialmente reemplazable y está presente en casi todos los péptidos. Las proteínas histonas acumulan un exceso de cargas positivas en los residuos de aminoácidos. Neutralizan las cargas negativas totales de los aniones PO 4 3- que forman el ADN. Otra característica de la estructura de estas proteínas es que es prácticamente idéntica en organismos pertenecientes al reino de las Plantas, los Animales y los Hongos.

Dado que las histonas son proteínas nucleares, debido a su estructura pueden participar en procesos que ocurren en el carioplasma. Por ejemplo, el péptido más importante para el proceso de transcripción es el H1, una proteína histona que mantiene los nucleosomas que forman parte de la cromatina en un núcleo compacto y ordenado. Además, en caso de daño de los loci del ADN, las denominadas moléculas variantes de los péptidos centrales participan en la reparación de estas zonas.

Péptidos centrales

Determinan la estructura del nucleosoma, que consta de cuatro tipos de moléculas llamadas H2A, H2B y H3 y H4. Los nucleosomas contienen dos moléculas de cada tipo; esta estructura se llama octámero. La molécula de ácido desoxirribonucleico y las proteínas centrales forman enlaces hidrofóbicos, de hidrógeno y covalentes entre sí. Las proteínas histonas son el núcleo del nucleosoma. También contienen colas N-C no estructuradas. Estas partes constan de entre 15 y 30 residuos de aminoácidos y están involucradas en procesos epigenéticos que controlan la expresión genética. Las histonas centrales de la parte central del nucleosoma tienen pesos moleculares pequeños, en sus áreas, a diferencia de las partes de la cola, contienen islas de monómeros de proteínas hidrófobas: valina, prolina, lesina, metionina.

El último Investigación científica en el campo de la bioquímica condujo al surgimiento de la hipótesis del código de histonas. A diferencia del código genético, que es universal para todas las formas de vida celular en la Tierra, el código de histonas es variable. Este término se refiere a modificaciones en las regiones de la cola de los péptidos como resultado de reacciones de acetilación, metilación y fosforilación. Todo lo anterior procesos quimicos Ocurre en presencia de complejos multienzimáticos. Gracias a estos procesos bioquímicos que modifican las histonas centrales, se produce el ajuste de la expresión de los genes que controlan las reacciones intranucleares que involucran al ADN: reparación, transcripción, replicación. La propia cromatina, bajo la influencia de cambios en el código de histonas, sufre una remodelación, es decir, cambia su empaquetamiento en el nucleosoma (lo compacta o, por el contrario, lo afloja).

proteína enlazadora

La histona H1, ubicada en la cromatina, se conecta a la parte exterior del nucleosoma y sostiene la superhélice del ácido desoxirribonucleico. Su fijación se produce en la ubicación del tetrámero, que consta de dos moléculas del péptido H3 y dos moléculas de H4. En representantes de la clase de aves y de la clase de reptiles, en lugar de la histona H1, se encontró otra proteína enlazadora H5 en los eritrocitos.

El péptido H1 contiene el dominio HMJB, una región estructural de aproximadamente 80 residuos de aminoácidos. Es casi lo mismo en la mayoría de los organismos, incluidas las plantas, los animales y los humanos. Este dominio no está sujeto a modificación y se conserva. El péptido H1 tiene dos formas de configuración espacial: plegado en forma de glóbulo y desplegado en forma terciaria. Esto último ocurre cuando se altera la conexión entre la región C-terminal de la histona y los dominios de unión al ADN. El péptido conector participa activamente en la reescritura de información de un gen en una molécula de ARNm, en los procesos de autoduplicación del ADN y en la reparación de sus loci dañados. Este es el papel biológico de las histonas en el ADN.

Cómo las proteínas forman un octámero

A diferencia del péptido H1, otros tipos de histonas, llamadas núcleo, se caracterizan por una plasticidad suficiente y forman formas variantes. Por ejemplo, H2A tiene la mayor cantidad un gran número de modificaciones: H2AZH2AX MACROH2A. Se diferencian entre sí:

• Secuencias C-terminales de residuos de aminoácidos.
• Ubicación en el genoma.

Por ejemplo, la variante de histona H2ABbd está asociada con la cromatina, en cuyo ADN se produce la transcripción. El péptido MACROH2A se encuentra en los cromosomas en interfase. Los estudios citológicos han establecido que la histona H4 no tiene formas variantes, pero es capaz de formar una gran cantidad de enlaces covalentes con otras proteínas incluidas en el octámero del nucleosoma. Así, los científicos creen que las histonas son un grupo de proteínas especiales que prácticamente forman parte de la cromatina de todas las formas de vida celular.

Cómo se almacena la información sobre las histonas en el genoma

Se puede argumentar que las histonas centrales, enlazadoras y variantes están codificadas en grupos de genes expresados ​​en la fase sintética. ciclo vital células. Por ejemplo, para los humanos, un grupo de inclinaciones hereditarias llamado HIST1 consta de 35 genes localizados en el sexto par somático de cromosomas. El grupo HIST2 contiene seis genes que codifican histonas y está ubicado en el primer par cromosómico. También contiene el locus HIST3, que incluye tres genes. El duodécimo par contiene un gen que codifica la histona H4. Curiosamente, los genes de las proteínas centrales no tienen intrones, mientras que los genes variantes de histonas, por el contrario, los contienen y están dispersos por todo el genoma.

En resumen, estamos convencidos de que las histonas son proteínas implicadas en la colocación de la hélice del ADN en el núcleo, así como en los procesos de regulación, reparación y transcripción que se producen en el mismo.

El ADN cromosómico se empaqueta en una estructura compacta utilizando proteínas especializadas. Todas las proteínas de unión al ADN de los eucariotas se dividen en dos clases: histonas (histonas, proteínas estructurales de los cromosomas eucariotas) y proteínas cromosómicas no histonas. El complejo de ambas clases de proteínas con el ADN nuclear de las células eucariotas se llama cromatina. Las histonas son una característica única de los eucariotas y están presentes en enormes cantidades por célula (alrededor de 60 millones de moléculas de cada tipo por célula).

Las histonas son proteínas relativamente pequeñas con una proporción muy grande de aminoácidos cargados positivamente (lisina y arginina); La carga positiva ayuda a que las histonas se unan firmemente al ADN (que tiene una carga muy negativa) independientemente de su secuencia de nucleótidos. Es posible que las histonas sólo ocasionalmente se disocian del ADN y, por lo tanto, es probable que influyan en cualquier proceso que ocurra en los cromosomas.

Los tipos de histonas se dividen en dos grupos principales: histonas nucleosomales e histonas H1, que forman una familia de proteínas centrales altamente conservadas que consta de cinco grandes clases, y H2A, H2B y. La histona H1 es más grande (alrededor de 220 aminoácidos) y ha demostrado estar menos conservada durante la evolución. El tamaño de las cadenas polipeptídicas de histonas varía de 220 (H1) a 102 (H4) residuos de aminoácidos. La histona H1 está altamente enriquecida en residuos de Lys, las histonas H2A y H2B se caracterizan por un contenido moderado de Lys y las cadenas polipeptídicas de las histonas H3 y H4 son ricas en Arg. Dentro de cada clase de histonas (a excepción de H4), se distinguen varios subtipos de estas proteínas en función de las secuencias de aminoácidos. Esta multiplicidad es especialmente característica de las histonas H1 de mamíferos. En este caso se distinguen siete subtipos, denominados H1.1-H1.5, H1o y H1t. Las histonas H3 y H4 pertenecen a las proteínas más conservadas. Esta conservación evolutiva sugiere que casi todos sus aminoácidos son importantes para la función de estas histonas. La parte N-terminal de estas histonas puede modificarse reversiblemente en la célula debido a la acetilación de residuos de lisina individuales, lo que elimina la carga positiva de las lisinas.

Las histonas sufren una variedad de modificaciones postraduccionales que están involucradas en una variedad de procesos biológicos, como la regulación de la actividad genética.

Estos incluyen histonas y proteínas no histonas.

Las histonas son proteínas fuertemente básicas. Su alcalinidad está relacionada con su enriquecimiento en aminoácidos esenciales (principalmente lisina y arginina). Estas proteínas no contienen triptófano. La preparación total de histonas se puede dividir en 5 facciones:

H1 (del inglés histone): histona rica en lisina, dicen. Peso 2100;

H2a: histona moderadamente rica en lisina, peso 13.700;

H2b: histona moderadamente rica en lisina, peso 14.500;

H4 - histona rica en arginina, peso 11.300;

H3: histona rica en arginina, peso 15.300.

En las preparaciones de cromatina, estas fracciones de histonas se encuentran en cantidades aproximadamente iguales, excepto H1, que es aproximadamente 2 veces menor que cualquiera de las otras fracciones.

Las moléculas de histonas se caracterizan por una distribución desigual de los aminoácidos básicos en la cadena: se observan grupos amino enriquecidos con carga positiva en los extremos de las cadenas de proteínas. Estas regiones de histonas se unen a los grupos fosfato del ADN, mientras que las regiones centrales de las moléculas, relativamente menos cargadas, aseguran su interacción entre sí. Por tanto, la interacción entre las histonas y el ADN, que conduce a la formación de un complejo de desoxirribonucleoproteína, es de naturaleza iónica.

Las histonas se sintetizan en polisomas en el citoplasma; esta síntesis comienza algo antes que la reduplicación del ADN. Las histonas sintetizadas migran desde el citoplasma al núcleo, donde se unen a secciones de ADN.

El papel funcional de las histonas no está del todo claro. Hubo un tiempo en que se creía que las histonas son reguladores específicos de la actividad de la cromatina del ADN, pero la similitud de la estructura de la mayor parte de las histonas indica una baja probabilidad de que esto ocurra. Más evidente es el papel estructural de las histonas, que garantizan no sólo el plegamiento específico del ADN cromosómico, sino que también desempeñan un papel en la regulación de la transcripción.

Las proteínas no histonas son la fracción de la cromatina peor caracterizada. Además de las enzimas directamente asociadas con la cromatina (enzimas responsables de la reparación, replicación, transcripción y modificación del ADN, enzimas para modificar histonas y otras proteínas), esta fracción incluye muchas otras proteínas. Es muy probable que algunas de las proteínas distintas de las histonas sean proteínas específicas, reguladores que reconocen determinadas secuencias de nucleótidos en el ADN.

El ARN de cromatina representa del 0,2 al 0,5% del contenido de ADN. Este ARN representa todos los tipos celulares conocidos de ARN que están en proceso de síntesis o maduración en asociación con el ADN de la cromatina.

En la cromatina se pueden encontrar lípidos hasta el 1% del peso del ADN; su papel en la estructura y funcionamiento de los cromosomas aún no está claro.