Histone ale eucariotelor. Proteinele, compoziția lor chimică, nivelurile de organizare structurală

Aceste proteine ​​sunt conservate și practic nu diferă în organisme de diferiți taxoni. Histonele sunt prezente în nucleele celulelor eucariote; Bacteriile nu au histone, dar se găsesc în grupul arheilor Euryarchaea .

Histonesle au fost descoperite în 1884 de biochimistul german Albrecht Kossel.

YouTube enciclopedic

1 / 4

✪ Cromozomi, cromatide, cromatina etc.

✪ Epigenomica, ARN și toate astea - Andrey Mironov

✪ Lupus eritematos sistemic (LES) - cauze, simptome, diagnostic și patologie

✪ Fazele meiozei

Subtitrări

Înainte de a te scufunda în mecanica diviziunii celulare, cred că va fi util să vorbim despre vocabularul legat de ADN. Există multe cuvinte, iar unele dintre ele seamănă între ele. Ele pot fi confuze. În primul rând, aș vrea să vorbesc despre modul în care ADN-ul generează mai mult ADN, face copii ale lui însuși sau cum produce proteine ​​în general. Am vorbit deja despre asta în videoclipul despre ADN. Permiteți-mi să desenez o mică secțiune de ADN. Am A, G, T, lasă-mă să am două T și apoi două C o zonă atât de mică. Merge asa. Desigur, este un dublu helix. Fiecare scrisoare are propria sa. Le voi picta cu această culoare. Deci, A corespunde lui T, G corespunde lui C, (mai precis, G formează legături de hidrogen cu C), T - cu A, T - cu A, C - cu G, C - cu G. Toată această spirală se întinde, pt. exemplu, în această direcție. Deci sunt un cuplu diverse procese , pe care acest DNA trebuie să le implementeze. Una dintre ele are de-a face cu celulele corpului tău - trebuie să fie produse mai multe celule ale pielii. ADN-ul tău trebuie să se copieze singur. Acest proces se numește replicare. Replicați ADN-ul. Îți voi arăta replica. Cum se poate copia acest ADN? Aceasta este una dintre cele mai remarcabile caracteristici ale structurii ADN-ului. Replicare. Fac o simplificare generală, dar ideea este că cele două fire de ADN se separă și nu se întâmplă de la sine. Acest lucru este facilitat de o mulțime de proteine ​​și enzime, dar despre microbiologie voi vorbi în detaliu într-un alt videoclip. Deci aceste lanțuri sunt separate unul de celălalt. Voi muta lanțul aici. Sunt separați unul de celălalt. Voi lua un alt lanț. Acesta este prea mare. Acest lanț va arăta cam așa. Sunt separați unul de celălalt. Ce se poate întâmpla după asta? Voi elimina bucățile suplimentare aici și aici. Așadar, aici este elica noastră dublă. Toate erau conectate. Acestea sunt perechi de baze. Acum sunt separați unul de celălalt. Ce poate face fiecare dintre ei după separare? Acum pot deveni o matrice unul pentru celălalt. Uite... Dacă acest fir este singur, acum, dintr-o dată, o bază de timină se poate alătura aici, iar aceste nucleotide vor începe să se alinieze. Timină și citozină, apoi adenină, adenină, guanină, guanină. Și așa continuă. Și apoi, în această cealaltă parte, pe lanțul verde, care era atașat anterior de acesta albastru, se va întâmpla același lucru. Vor fi adenina, guanina, timina, timina, citozina, citozina. Ce sa întâmplat acum? Prin împărțirea și atragerea bazelor complementare, am creat o copie a acestei molecule. Vom intra în microbiologia acestui lucru în viitor, aceasta este doar pentru a ne face o idee generală despre cum se copiază ADN-ul. Mai ales când ne uităm la mitoză și meioză, pot spune: „Acesta este stadiul în care are loc replicarea”. Acum, un alt proces despre care veți auzi multe. Am vorbit despre asta în videoclipul despre ADN. Aceasta este o transcriere. În videoclipul ADN nu am acordat prea multă atenție modului în care ADN-ul se dublează, dar unul dintre lucrurile grozave despre designul dublu catenar este că se poate duplica cu ușurință. Pur și simplu separă 2 benzi, 2 spirale și apoi devin șablonul pentru un alt lanț, apoi apare o copie. Acum pentru transcriere. Aceasta este ceea ce trebuie să se întâmple cu ADN-ul pentru ca proteinele să fie făcute, dar transcripția este o etapă intermediară. Aceasta este etapa în care treceți de la ADN la ARNm. Acest ARNm părăsește apoi nucleul celulei și merge la ribozomi. Voi vorbi despre asta în câteva secunde. Deci putem face același lucru. Aceste lanțuri sunt din nou separate în timpul transcripției. Unul se va separa aici, iar celălalt se va separa... și celălalt se va separa aici. Minunat. Ar putea avea sens să folosești doar o jumătate din lanț - voi elimina una. Pe aici. Vom transcrie partea verde. Iat-o. Voi șterge toate acestea. Culoare greșită. Deci șterg toate astea. Ce se întâmplă dacă în loc de nucleotidele de acid dezoxiribonucleic să se împerecheze cu această catenă de ADN, aveți împerecherea acidului ribonucleic sau ARN. Voi descrie ARN-ul în violet. ARN-ul se va împerechea cu ADN-ul. Timina, găsită în ADN, va forma o pereche cu adenina. Guanina, acum când vorbim despre ARN, în loc de timină vom avea uracil, uracil, citozină, citozină. Și asta va continua. Acesta este ARNm. ARN mesager. Acum ea se desparte. Acest ARNm separă și părăsește nucleul. Părăsește nucleul și apoi are loc translația. Difuzare. Să notăm acest termen. Difuzare. Vine din ARNm... În videoclipul despre ADN, am avut un mic ARNt. ARN de transfer a fost ca un camion care transporta aminoacizi la ARNm. Toate acestea se întâmplă într-o parte a celulei numită ribozom. Translația are loc de la ARNm la proteină. Am văzut că s-a întâmplat asta. Deci, de la ARNm la proteine. Ai acest lanț - voi face o copie. Voi copia întregul lanț deodată. Șuvița respectivă se separă, părăsește nucleul și apoi ai aceste mici camioane tARN care chiar trag, ca să spunem așa. Deci, să presupunem că am tARN. Sa vedem adenina, adenina, guanina si guanina. Acesta este ARN. Acesta este un codon. Un codon are 3 perechi de baze și un aminoacid atașat de el. Aveți și alte părți ale ARNt. Să spunem uracil, citozină, adenină. Și un alt aminoacid atașat de el. Apoi, aminoacizii se combină pentru a forma un lanț lung de aminoacizi, care este proteine. Proteinele formează aceste forme complexe ciudate. Pentru a fi sigur că înțelegi. Vom începe cu ADN-ul. Dacă facem copii ale ADN-ului, aceasta este replicare. Replicați ADN-ul. Deci, dacă facem copii ale ADN-ului, aceasta este replicare. Dacă începeți cu ADN și creați ARNm dintr-un șablon ADN, aceasta este transcripție. Să-l notăm. "Transcriere". Adică transcrieți informații de la o formă la alta - transcriere. Acum că ARNm părăsește nucleul celulei... Voi face o imagine a unei celule pentru a evidenția asta. Ne vom ocupa de structura celulei în viitor. Dacă este o celulă întreagă, nucleul este centrul. Aici este tot ADN-ul, toată replicarea și transcripția are loc aici. ARNm părăsește apoi nucleul, iar apoi are loc translația în ribozomi, despre care vom discuta mai detaliat în viitor, iar proteina se formează. Deci, de la ARNm la proteină este traducerea. Emiți de la cod genetic, în așa-numitul cod al proteinelor. Deci asta este transmisiunea. Acestea sunt exact cuvintele folosite în mod obișnuit pentru a descrie aceste procese. Asigurați-vă că le utilizați corect denumind diferitele procese. Acum o altă parte a terminologiei ADN-ului. Când am cunoscut-o prima dată, am găsit-o extrem de confuză. Cuvântul este „cromozom”. Voi nota cuvintele aici - puteți judeca singur cât de confuze sunt: ​​cromozom, cromatină și cromatidă. Cromatide. Deci, cromozomul, am vorbit deja despre el. S-ar putea să aveți o catenă de ADN. Acesta este un dublu helix. Acest lanț, dacă îl măresc, este de fapt două lanțuri diferite. Au perechi de baze conectate. Tocmai am desenat perechi de baze conectate între ele. Vreau să precizez că am trasat aici această mică linie verde. Acesta este un dublu helix. Se înfășoară în jurul proteinelor numite histone. Histones. Lasă să iasă așa și cumva așa, și apoi cumva așa. Aici aveți substanțe numite histone, care sunt proteine. Să le desenăm așa. Ca aceasta. Aceasta este o structură, adică ADN-ul în combinație cu proteinele care îl structurează, forțându-l să se înfășoare din ce în ce mai mult. În cele din urmă, în funcție de stadiul de viață al celulei, se vor forma diferite structuri. Și când vorbești despre acid nucleic, care este ADN, și îl combini cu proteine, vorbești despre cromatină. Aceasta înseamnă că cromatina este ADN plus proteine ​​structurale care dau forma ADN-ului. Proteinele structurale. Ideea cromatinei a fost folosită pentru prima dată din cauza a ceea ce oamenii vedeau când se uitau la o celulă... Îți amintești? De fiecare dată când desenam nucleul celular într-un anumit fel. Ca sa zicem asa. Acesta este nucleul celulei. Am desenat structuri foarte clar vizibile. Acesta este unul, acesta este altul. Poate este mai scurt și are un cromozom omolog. Am desenat cromozomi, nu? Și fiecare dintre acești cromozomi, așa cum am arătat în ultimul videoclip, sunt în esență structuri lungi de ADN, fire lungi de ADN înfășurate strâns unul în jurul celuilalt. Am desenat asa ceva. Dacă mărim, putem vedea un lanț și, de fapt, este înfășurat în jurul său în felul acesta. Acesta este cromozomul său omolog. Amintiți-vă, în videoclipul despre variabilitate, am vorbit despre un cromozom omolog, care codifică aceleași gene, dar o versiune diferită a acestora. Albastrul este de la tata și roșu este de la mama, dar ele codifică în esență aceleași gene. Deci aceasta este o componentă pe care am primit-o de la tatăl meu cu ADN-ul acestei structuri, noi o numim un cromozom. Deci, cromozomul. Vreau să clarific acest lucru, ADN-ul ia această formă doar în anumite etape ale vieții atunci când se reproduce singur, adică. replicat. Mai exact, nu așa... Când o celulă se divide. Înainte ca o celulă să fie capabilă să se divizeze, ADN-ul capătă această formă bine definită. Cea mai mare parte a vieții unei celule, când ADN-ul își face treaba, când produce proteine, adică proteinele sunt transcrise și traduse din ADN, nu se pliază în acest fel. Dacă ar fi pliat, ar fi dificil pentru sistemul de replicare și transcripție să intre în ADN, să producă proteine ​​și să facă orice altceva. De obicei ADN... Lasă-mă să desenez din nou nucleul. Cel mai adesea, nici măcar nu îl puteți vedea cu un microscop cu lumină obișnuită. Este atât de subțire încât întregul helix ADN este complet distribuit în nucleu. Desenez asta aici, ar putea fi altul aici. Și apoi ai un lanț mai scurt ca acesta. Nici măcar nu poți să-l vezi. Nu se află în această structură bine definită. De obicei arată așa. Să existe un lanț atât de scurt. Puteți vedea doar o mizerie ca aceasta, formată dintr-un amestec de combinații de ADN și proteine. Aceasta este ceea ce oamenii numesc în general cromatina. Acest lucru trebuie notat. „Cromatina” Deci cuvintele pot fi foarte ambigue și foarte confuze, dar utilizarea generală este atunci când vorbiți despre o singură catenă bine definită de ADN, o structură bine definită ca aceasta, este un cromozom. Termenul de cromatină se poate referi fie la o structură precum un cromozom, la combinația de ADN și proteinele care o structurează, fie la tulburarea multor cromozomi care conțin ADN. Adică din mulți cromozomi și proteine ​​amestecate împreună. Vreau să fie clar. Acum următorul cuvânt. Ce este cromatida? În caz că nu am făcut asta încă... Nu-mi amintesc dacă am semnalat asta. Aceste proteine ​​care asigură structura cromatinei sau alcătuiesc cromatina și oferă, de asemenea, structură se numesc „histones”. Mânca Tipuri variate , care oferă structură la diferite niveluri, le vom analiza în detaliu. Deci, ce este o cromatidă? Când ADN-ul se repetă... Să spunem că a fost ADN-ul meu, este într-o stare normală. O versiune este de la tata, o versiune este de la mama. Acum este replicat. Versiunea tatălui arată astfel la început. Aceasta este o catenă mare de ADN. Se creează o altă versiune a ei însăși, care este identică dacă sistemul funcționează corect și acea parte identică arată astfel. Inițial sunt atașați unul de celălalt. Sunt atașate unul de celălalt într-un loc numit centromer. Acum, deși am 2 lanțuri aici, legate împreună. Două lanțuri identice. Un lanț aici, unul aici... Deși permiteți-mi să-l descriu altfel. În principiu, acest lucru poate fi descris în multe moduri diferite. Acesta este un lanț aici și acesta este un alt lanț aici. Adică avem 2 exemplare. Ele codifică exact același ADN. Deci aici este. Sunt identice, așa că încă îi numesc un cromozom. Să scriem și asta. Întregul lucru se numește cromozom, dar acum fiecare copie individuală se numește cromatidă. Deci aceasta este o cromatidă și aceasta este cealaltă. Uneori sunt numite cromatide surori. Ele pot fi numite și cromatide gemene, deoarece împărtășesc aceeași informație genetică. Deci, acest cromozom are 2 cromatide. Acum, înainte de replicare sau înainte de duplicarea ADN-ului, puteți spune că acest cromozom de aici are o singură cromatidă. O poți numi cromatidă, dar nu trebuie să fie. Oamenii încep să vorbească despre cromatide atunci când două dintre ele sunt prezente pe un cromozom. Învățăm că în mitoză și meioză aceste 2 cromatide se separă. Când se separă, catena de ADN pe care ați numit-o cândva cromatidă va fi numită acum un cromozom separat. Deci acesta este unul dintre ele și iată un altul care s-ar fi putut despărți în această direcție. Îl voi încercui pe acesta în verde. Deci, acesta poate merge în acest sens, și acesta, pe care l-am încercuit în portocaliu, de exemplu, acesta... Acum că sunt separate și nu mai sunt conectate de centromer, ceea ce am numit inițial un cromozom cu două cromatide, tu acum numiți doi cromozomi separați. Sau ați putea spune că acum aveți doi cromozomi separați, fiecare constând dintr-o singură cromatidă. Sper că acest lucru va clarifica o parte din semnificația termenilor legați de ADN. Întotdeauna le-am găsit destul de confuze, dar vor fi un instrument util atunci când începem mitoza și meioza și vorbesc despre un cromozom care devine o cromatidă. Veți întreba cum un cromozom a devenit doi cromozomi și cum o cromatidă a devenit un cromozom. Totul se învârte în jurul vocabularului. Aș fi ales altul, în loc să-i spun cromozom și fiecare dintre acești cromozomi separati, dar ei au decis să-l numească așa pentru noi. S-ar putea să vă întrebați de unde vine acest cuvânt „șchiop”. Poate știi vechiul film Kodak numit chromo color. Practic „chromo” înseamnă „culoare”. Cred că provine din cuvântul grecesc pentru culoare. Când oamenii s-au uitat pentru prima dată la nucleul unei celule, au folosit un colorant, iar ceea ce numim cromozomi au fost colorați cu colorant. Și am putut să-l vedem cu un microscop cu lumină. Partea „soma” provine de la cuvântul „soma” care înseamnă „corp”, adică obținem un corp colorat. Așa a apărut cuvântul „cromozom”. De asemenea, cromatina patează... Sper că asta să clarifice puțin conceptele de cromatidă, cromozom, cromatină și acum suntem pregătiți să studiem mitoza și meioza.

Structura proteinelor nucleozomului și histonelor

Două molecule fiecare dintre histonele H2A, H2B, H3 și H4 formează un octamer înfășurat în jurul unui segment de ADN de 146 perechi de baze (bp) formând 1,8 spire elicoidale deasupra structurii proteinei. Această particulă cu diametrul de 7 nm se numește nucleozom. O secțiune de ADN care conectează nucleozomii vecini și nu este direct în contact cu octamerul histonei interacționează cu histona linker H1. Lungimea fragmentului de ADN per nucleozom variază și este în medie de 200 bp. În acest caz, 146 bp sunt conectate direct la nucleozom, iar restul de câteva zeci sunt conectate prin doi nucleozomi vecini.

ADN-ul și histonele nucleozomale sunt strâns legate: în fiecare nucleozom, se formează 142 de legături de hidrogen între ADN și histonele care îl compun. Aproape jumătate din aceste legături apar între coloana vertebrală a aminoacizilor histonelor și grupările fosfodiester ale vertebratei fosfat de zahăr a ADN-ului. Pe lângă legăturile de hidrogen dintre ADN și proteine, nucleozomii sunt ținuți împreună prin numeroase interacțiuni hidrofobe și punți de sare. De exemplu, încărcăturile pozitive ale aminoacizilor lizină și arginina, care sunt îmbogățite în histone, pot neutraliza în mod eficient sarcina negativă a coloanei vertebrale ADN. Aceste numeroase interacțiuni explică parțial de ce ADN-ul din aproape orice secvență poate fi asociat cu un octamer nucleozomal.

Structura histonelor de bază

Histonele centrale H2A, H2B, H3 și H4 sunt proteine ​​mici cu greutăți moleculare de 10 - 15 kDa, a căror compoziție este extrem de îmbogățită în aminoacizii încărcați pozitiv lizină și arginină. Aminoacizii încărcați pozitiv sunt concentrați în principal în capetele amină (N-) și carboxil (C-) (vezi Peptide bond) ale moleculelor de histone de bază, numite cozi. Cozile de histonă, lungi de aproximativ 15 până la 30 de reziduuri de aminoacizi, nu sunt organizate în structuri secundare distincte. Cozile histonelor, în primul rând coada N, joacă un rol cheie în mecanismele epigenetice în care sunt implicate aceste proteine. În regiunile centrale, cele mai conservatoare, ale lanțului polipeptidic al histonelor centrale, predomină reziduurile hidrofobe de aminoacizi. Aceste regiuni centrale sunt implicate în formarea octamerului nucleozomal pe care este înfășurat ADN-ul. Regiunea centrală a tuturor histonelor nucleozomale are o structură secundară caracteristică cu un domeniu α-helix extins, care este flancat pe ambele părți de domenii care conțin o buclă și un α-helix scurt. Această structură spațială se numește pliul de histonă(Domeniul de pliere a histonelor engleze, HFD). Astfel, histonele nucleozomale conțin un domeniu HFD cu trei elicoidal structurat central și cozi N- și C-nestructurate.

Histonele H3 și H4, H2A și H2B se recunosc reciproc în perechi. Domeniile elicoidale interacționează între ele, formând structuri numite strângere de mână, rezultând formarea heterodimerilor - H3-H4 și H2A-H2B. Din primul dimer, la rândul său, se formează un tetramer (H3-H4) 2. Tetramerul (H3-H4) 2 și doi dimeri H2A-H2B constituie octamerul histonelor, nucleul nucleozomului. Nucleozomul are o formă de pană. Partea sa îngustă este (H3-H4) 2, iar partea largă este formată din doi dimeri H2A-H2B, care sunt localizați pe părțile laterale ale tetramerului (H3-H4) 2 și nu interacționează unul cu celălalt. Din tot ADN-ul care este înfășurat în jurul octamerului nucleozomal, aproximativ 80 de perechi de baze sunt asociate cu tetramerul (H3-H4)2 și aproximativ 40 de perechi de baze sunt asociate cu dimerii H2A-H2B.

Structura histonei linker H1/H5

Histona linker H1 se leagă de partea exterioară a nucleozomului în regiunea tetramerului (H3-H4) 2, fixând astfel catena de ADN pe nucleozom. În eritrocitele păsărilor și reptilelor, histona H5 strâns înrudită este prezentă în cromatina inactivă în loc de histona H1. Histona H1/H5 este semnificativ diferită de cele patru histone de bază. Are o greutate moleculară de peste 20 kDa. Conține semnificativ mai multe reziduuri de lizină decât arginina și toate resturile de aminoacizi încărcate pozitiv sunt concentrate la capătul C-terminal al moleculei H1. Capătul C-terminal al moleculei H1 este caracterizat de o structură dezordonată și are o lungime de aproximativ 100 de resturi de aminoacizi. Partea centrală a moleculei H1 este bogată în resturi de aminoacizi hidrofobe și formează un globul în soluție. Capătul N-terminal nu are o structură ordonată și este relativ scurt.

Variante de histonă

Fiecare tip de histonă, cu excepția histonei H4, este un grup format din histone canonice și variante de histonă.

Rolul variantelor de histonă este de a menține aranjamentul nucleozomal al cromatinei, de a crește sau de a reduce stabilitatea acesteia, de a crea un context special în fiecare regiune specifică a cromatinei și, prin urmare, de a controla procesele de transcripție, replicare și reparare.

Genele histonelor

Trăsătură caracteristică Genelor histonelor canonice le lipsesc introni. Transcrierea acestor gene are loc strict în timpul fazei S a ciclului celular. ARN-ul mesager al acestor gene nu este poliadenilat;

Spre deosebire de genele histonelor canonice, genele histonelor variante nu formează clustere, acestea sunt împrăștiate în întregul genom, conțin adesea introni, ARN-ul transcris din ele este poliadenat și transcripția are loc pe tot parcursul ciclului celular.

Modificări ale histonelor

Histonele din octamer au un fragment mobil N-terminal ("coada") de 20 de aminoacizi care iese din nucleozom și este important pentru menținerea structurii cromatinei și controlul expresiei genelor. De exemplu, unele modificări ale histonelor (fosforilarea și acetilarea), după cum se știe, sunt localizate predominant în regiunile cromatinei cu gene active, în timp ce deacetilarea și metilarea lor de către complexul policomb represor joacă un rol. rol importantîn menţinerea pluripotentei şi diferenţierii.

Detaliile mecanismului de reglementare nu sunt pe deplin înțelese.

Conservarea histonelor

Secvența de aminoacizi a histonelor, adică structura lor primară, sa schimbat puțin în timpul evoluției. Acest lucru se vede clar când se compară secvența de aminoacizi a histonelor la mamifere, plante și drojdie. Astfel, H4 uman și de grâu diferă doar în câțiva aminoacizi. În plus, dimensiunea moleculei de proteină și polaritatea acesteia sunt destul de constante. Din aceasta putem concluziona că histonele au fost optimizate în epoca strămoșului comun al animalelor, plantelor și ciupercilor (cu peste 700 de milioane de ani în urmă). Deși de atunci au apărut nenumărate mutații punctuale în genele histonelor, toate au dus aparent la dispariția organismelor mutante.

Vezi si

Note

1. Dicţionar enciclopedic biologic / Ed. principal. M.S. Gilyarov. - M.: Sov. enciclopedie, 1986. - 831 p.

ADN-ul cromozomal este împachetat într-o structură compactă folosind proteine ​​specializate. Toate proteinele eucariote care leagă ADN-ul sunt împărțite în două clase: histone - proteine ​​structurale ale cromozomilor eucarioți și proteine ​​cromozomiale non-histone. Complexul ambelor clase de proteine ​​cu ADN-ul nuclear al celulelor eucariote se numește cromatină. Histonele sunt o caracteristică unică a eucariotelor și sunt prezente în cantități uriașe per celulă (aproximativ 60 de milioane de molecule de fiecare tip per celulă).

Histonele sunt proteine ​​relativ mici, cu o proporție foarte mare de aminoacizi încărcați pozitiv (lizină și arginina); Sarcina pozitivă ajută histonele să se lege strâns de ADN (care este foarte încărcat negativ), indiferent de secvența sa de nucleotide. Este posibil ca histonele să se disocieze doar ocazional de ADN și, astfel, sunt susceptibile să influențeze orice proces care are loc pe cromozomi.

Cele cinci tipuri de histone se împart în două grupe principale - histone nucleosomal și histone H1.

Histonele formează o familie de proteine ​​de bază foarte conservate, care sunt împărțite în cinci clase mari, numite H2A, H2B și H2B. Histona H1 este mai mare (aproximativ 220 de aminoacizi) și s-a dovedit a fi mai puțin conservată în timpul evoluției. Mărimea lanțurilor de polipeptide histonelor se află în intervalul de ~220 (H1) și 102 (H4) resturi de aminoacizi. Histona H1 este foarte îmbogățită în reziduuri Lys, histonele H2A și H2B sunt caracterizate printr-un conținut moderat de Lys, iar lanțurile polipeptidice ale histonelor H3 și H4 sunt bogate în Arg. În cadrul fiecărei clase de histone (cu excepția H4), se disting mai multe subtipuri ale acestor proteine ​​pe baza secvențelor de aminoacizi. Această multiplicitate este caracteristică în special histonelor H1 de mamifere. În acest caz, se disting șapte subtipuri, denumite H1.1-H1.5, H1o și H1t Histonele H3 și H4 aparțin proteinelor cele mai conservate. Această conservare evolutivă sugerează că aproape toți aminoacizii lor sunt importanți pentru funcția acestor histone. Porțiunea N-terminală a acestor histone poate fi modificată reversibil în celulă prin acetilarea reziduurilor individuale de lizină, care îndepărtează sarcina pozitivă a lizinelor.

Rezumat: Histones[greacă histos -țesut] - un grup de proteine ​​cu greutate moleculară mică care alcătuiesc cromatina). Există cinci tipuri principale de histone: H1, H2, H3a, H3b și H4 (H - din engleză h (istone), iar cifrele și literele indică numerele fracțiunilor în timpul purificării lor cromatografice). Conțin cantități crescute de lizină, histidină și arginină, dar nu conțin deloc triptofan; au proprietăți alcaline slabe. Histonele aparțin proteinelor cele mai conservatoare în structura lor primară din seria de la cele mai simple eucariote la cele superioare. De exemplu, secvențele de aminoacizi ale histonei H4 din glanda timus de vițel și mugurii de mazăre diferă doar în două poziții de aminoacizi din o sută două. Capacitatea histonelor de a forma complexe determină funcția lor extrem de importantă în nucleul celulei: formarea miezului nucleozomal sau a miezului (din engleză „nucleu” - miez, miez) - un complex multiproteic în jurul căruia este înfășurată helixul ADN-ului. (vedea.

Inclus în nucleele celulelor eucariote, este ambalat compact datorită structurilor speciale. În citologie au un nume special - histone. Acestea sunt peptide care prezintă bază Proprietăți chimice. Structura și funcțiile lor îndeplinite în celulă vor fi discutate în acest articol.

Cum este organizat ADN-ul în nucleu

Pentru a „strânge” un lanț lung de polinucleotide de ADN într-un microspațiu, acesta conține „bobine” specifice - proteine ​​histonice. Un fir dublu catenar este înfășurat în jurul lor. Această structură, situată în carioplasmă, se numește nucleozom. Studiile biochimice au stabilit că proteina histonă este organizată sub forma mai multor modificări: histonă H1/H5, H2A, H2B, H3, H4. Prima peptidă din această listă este de obicei numită peptidă linker, restul sunt peptide de bază. Aceste proteine ​​histone sunt cele care formează nucleozomul.

Caracteristicile structurii peptidelor nucleozomale

Analiza chimică a stabilit faptul că histonele de bază conțin molecule de aminoacizi în exces, cum ar fi lizina și arginina. Primul este esențial, iar celălalt este parțial înlocuibil și este prezent în aproape toate peptidele. Proteinele histonice acumulează sarcini pozitive în exces pe reziduurile de aminoacizi. Ele neutralizează încărcăturile negative totale ale anionilor PO 4 3- care alcătuiesc ADN-ul. O altă caracteristică a structurii acestor proteine ​​este că este practic identică în organismele aparținând regnului Plante, Animale și Ciuperci.

Deoarece histonele sunt proteine ​​nucleare, datorită structurii lor, ele pot lua parte la procesele care au loc în carioplasmă. De exemplu, cea mai importantă peptidă pentru procesul de transcripție este H1, o proteină histonă care deține nucleozomi care fac parte din cromatina într-un nucleu compact ordonat. De asemenea, în cazul deteriorării locilor ADN, așa-numitele molecule variante ale peptidelor de bază participă la repararea acestor zone.

Peptide de bază

Ele determină structura nucleozomului, care constă din patru tipuri de molecule numite H2A, H2B și H3 și H4. Nucleozomii conțin două molecule de fiecare tip, această structură se numește octamer. Molecula de acid dezoxiribonucleic și proteinele de bază formează legături hidrofobe, de hidrogen și covalente între ele. Proteinele histonice sunt miezul nucleozomului. Conțin și cozi N-C nestructurate. Aceste părți constau din 15-30 de resturi de aminoacizi și sunt implicate în procesele epigenetice care controlează expresia genelor. Histonele centrale ale părții centrale a nucleozomului au greutăți moleculare mici în zonele lor, spre deosebire de părțile cozii, ele conțin insule de monomeri proteici hidrofobi: valină, prolină, lesină, metionină.

Cele mai recente Cercetare științificăîn domeniul biochimiei a condus la apariţia ipotezei codului histonelor. Spre deosebire de codul genetic, care este universal pentru toate formele de viață celulară de pe Pământ, codul de histonă este variabil. Acest termen se referă la modificări în regiunile cozii ale peptidelor ca rezultat al reacțiilor de acetilare, metilare și fosforilare. Toate cele de mai sus procese chimice apar în prezența complexelor multienzimatice. Datorită unor astfel de procese biochimice care modifică nucleul histonelor, are loc ajustarea expresiei genelor care controlează reacțiile intranucleare care implică ADN: reparare, transcriere, replicare. Cromatina însăși, sub influența modificărilor codului histonelor, suferă o remodelare, adică își schimbă ambalarea în nucleozom (o compactează sau, dimpotrivă, o slăbește).

Proteina linker

Histona H1, situată în cromatină, se conectează la partea exterioară a nucleozomului și ține superhelixul acidului dezoxiribonucleic pe ea. Fixarea sa are loc la locul tetramerului, constând din două molecule de peptidă H3 și două molecule de H4. La reprezentanții clasei de păsări și ai clasei reptilelor, în locul histonei H1, în eritrocite a fost găsită o altă proteină linker H5.

Peptida H1 conține domeniul HMJB, o regiune structurală de aproximativ 80 de resturi de aminoacizi. Este aproape același în majoritatea organismelor, inclusiv în plante, animale și oameni. Acest domeniu nu este supus modificării și este păstrat. Peptida H1 are două forme de configurație spațială: pliată sub formă de glob și desfășurată în formă terțiară. Acesta din urmă apare atunci când conexiunea dintre regiunea C-terminală a histonei și domeniile de legare la ADN este întreruptă. Peptida linker este implicată activ în rescrierea informațiilor de la o genă la o moleculă de ARNm, în procesele de auto-duplicare a ADN-ului, precum și în repararea locilor săi deteriorați. Acesta este rolul biologic al histonelor în ADN.

Cum proteinele formează un octamer

Spre deosebire de peptida H1, alte tipuri de histone, numite miez, sunt caracterizate printr-o plasticitate suficientă și formează forme variante. De exemplu, H2A are cel mai mult un numar mare de modificări: H2AZH2AX MACROH2A. Ele diferă unele de altele:

• Secvențe C-terminale ale resturilor de aminoacizi.
• Localizare în genom.

De exemplu, varianta histonă H2ABbd este asociată cu cromatina, în al cărei ADN are loc transcripția. Peptida MACROH2A este localizată pe cromozomii de interfază. Studiile citologice au stabilit că histona H4 nu are forme variante, dar este capabilă să formeze un număr mare de legături covalente cu alte proteine ​​incluse în octamerul nucleozomului. Astfel, oamenii de știință cred că histonele sunt un grup de proteine ​​speciale care sunt practic incluse în cromatina tuturor formelor de viață celulare.

Cum sunt stocate informațiile despre histone în genom

Se poate argumenta că miezul, linkerul și histonele variante sunt codificate în grupuri de gene exprimate în faza sintetică. ciclu de viață celule. De exemplu, pentru oameni, un grup de înclinații ereditare numit HIST1 este format din 35 de gene localizate în a șasea pereche somatică de cromozomi. Clusterul HIST2 conține șase gene care codifică histonele și este situat în prima pereche cromozomială. Conține, de asemenea, locusul HIST3, care include trei gene. A douăsprezecea pereche conține o genă care codifică histona H4. Interesant este că genele proteinelor de bază nu au introni, în timp ce genele histonelor variante, dimpotrivă, le conțin și sunt împrăștiate în întregul genom.

Pentru a rezuma, suntem convinși că histonele sunt proteine ​​implicate în așezarea helixului ADN în nucleu, precum și în procesele de reglare, reparare și transcripție care au loc în acesta.

ADN-ul cromozomal este împachetat într-o structură compactă folosind proteine ​​specializate. Toate proteinele de legare la ADN ale eucariotelor sunt împărțite în două clase: histone (histone, proteine ​​structurale ale cromozomilor eucarioți) și proteine ​​cromozomiale non-histone. Complexul ambelor clase de proteine ​​cu ADN-ul nuclear al celulelor eucariote se numește cromatină. Histonele sunt o caracteristică unică a eucariotelor și sunt prezente în cantități uriașe per celulă (aproximativ 60 de milioane de molecule de fiecare tip per celulă).

Histonele sunt proteine ​​relativ mici, cu o proporție foarte mare de aminoacizi încărcați pozitiv (lizină și arginina); Sarcina pozitivă ajută histonele să se lege strâns de ADN (care este foarte încărcat negativ), indiferent de secvența sa de nucleotide. Este posibil ca histonele să se disocieze doar ocazional de ADN și, astfel, sunt susceptibile să influențeze orice proces care are loc pe cromozomi.

Tipurile de histone se împart în două grupe principale - histonele nucleozomale și histonele H1, formând o familie de proteine ​​de bază foarte conservate constând din cinci clase mari - și H2A, H2B și. Histona H1 este mai mare (aproximativ 220 de aminoacizi) și s-a dovedit a fi mai puțin conservată în timpul evoluției. Mărimea lanțurilor de polipeptide histonelor variază de la 220 (H1) la 102 (H4) resturi de aminoacizi. Histona H1 este foarte îmbogățită în reziduuri Lys, histonele H2A și H2B sunt caracterizate printr-un conținut moderat de Lys, iar lanțurile polipeptidice ale histonelor H3 și H4 sunt bogate în Arg. În cadrul fiecărei clase de histone (cu excepția H4), se disting mai multe subtipuri ale acestor proteine ​​pe baza secvențelor de aminoacizi. Această multiplicitate este caracteristică în special histonelor H1 de mamifere. În acest caz, se disting șapte subtipuri, denumite H1.1-H1.5, H1o și H1t Histonele H3 și H4 aparțin proteinelor cele mai conservate. Această conservare evolutivă sugerează că aproape toți aminoacizii lor sunt importanți pentru funcția acestor histone. Partea N-terminală a acestor histone poate fi modificată reversibil în celulă datorită acetilării reziduurilor individuale de lizină, care îndepărtează sarcina pozitivă a lizinelor.

Histonele suferă o varietate de modificări post-translaționale care sunt implicate într-o varietate de procese biologice, cum ar fi reglarea activității genelor.

Acestea includ histone și proteine ​​non-histone.

Histonele sunt proteine ​​puternic bazice. Alcalinitatea lor este legată de îmbogățirea lor în aminoacizi esențiali (în principal lizină și arginină). Aceste proteine ​​nu conțin triptofan. Preparatul total de histonă poate fi împărțit în 5 facțiuni:

H1 (din engleză histone) - histonă bogată în lizină, spun ei. Greutate 2100;

H2a - histonă moderat bogată în lizină, greutate 13.700;

H2b - histonă moderat bogată în lizină, greutate 14.500;

H4 - histonă bogată în arginină, greutate 11.300;

H3 - histonă bogată în arginină, greutate 15.300.

În preparatele de cromatină, aceste fracții de histonă se găsesc în cantități aproximativ egale, cu excepția H1, care este de aproximativ 2 ori mai mică decât oricare dintre celelalte fracțiuni.

Moleculele de histonă se caracterizează printr-o distribuție neuniformă a aminoacizilor bazici în lanț: îmbogățiți cu grupe amino încărcate pozitiv se observă la capetele lanțurilor proteice. Aceste regiuni de histonă se leagă de grupările fosfat de pe ADN, în timp ce regiunile centrale relativ mai puțin încărcate ale moleculelor asigură interacțiunea lor între ele. Astfel, interacțiunea dintre histone și ADN, care duce la formarea unui complex dezoxiribonucleoproteic, este de natură ionică.

Histonele sunt sintetizate pe polizomi din citoplasmă, această sinteză începe ceva mai devreme decât reduplicarea ADN-ului. Histonele sintetizate migrează din citoplasmă către nucleu, unde se leagă de secțiuni de ADN.

Rolul funcțional al histonelor nu este complet clar. La un moment dat s-a crezut că histonele sunt regulatori specifici ai activității cromatinei ADN, dar asemănarea structurii majorității histonelor indică o probabilitate scăzută a acestui lucru. Rolul structural al histonelor este mai evident, ceea ce asigură nu numai plierea specifică a ADN-ului cromozomial, ci joacă și un rol în reglarea transcripției.

Proteinele non-histone sunt fracția cea mai slab caracterizată a cromatinei. Pe lângă enzimele direct asociate cu cromatina (enzime responsabile cu repararea, replicarea, transcripția și modificarea ADN-ului, enzime pentru modificarea histonelor și a altor proteine), această fracțiune include multe alte proteine. Este foarte probabil ca unele dintre proteinele non-histone să fie proteine ​​specifice - regulatori care recunosc anumite secvențe de nucleotide în ADN.

ARN-ul cromatinei reprezintă 0,2 până la 0,5% din conținutul de ADN. Acest ARN reprezintă toate tipurile celulare cunoscute de ARN care sunt în proces de sinteză sau maturare în asociere cu ADN-ul cromatinei.

Lipidele de până la 1% din conținutul de greutate al ADN-ului pot fi găsite în cromatina, rolul lor în structura și funcționarea cromozomilor rămâne neclar.