Proteinele de bază cromatinei

Rolul ADN-ului în componența ambelor cromozomi interfazice (cromatinei nucleului interfazei), iar cromozomii mitotice este destul de clar: depozitarea și vânzarea de informații genetice. Cu toate acestea, pentru a îndeplini aceste funcții în compoziția nucleelor ​​interfazice trebuie să aibă o bază structurală clară, ceea ce ar permite să aranjeze imens pe lungimea moleculei de ADN într-un mod simplu la o secvență de timp specifice proceselor provenite ca sinteza ARN și replicarea ADN-ului în concentrația ADN-ului nucleu interfază ajunge la 100 mg / ml (!). In medie nucleu interfază la mamifere este de aproximativ 2 m ADN care este localizată într-un nucleu sferic având un diametru mediu de circa 10 microni. Aceasta înseamnă că o astfel de masă mare de ADN-ului trebuie să fie cumva pus cu un factor de ambalare 1 x 10 x 10 --1 luna martie 4. De asemenea, nu ar trebui să rămână în nucleu într-o anumită locație, în scopul de cromozomi decondensed partial sau complet. Și, în plus, să fie puse în aplicare de condițiile de funcționare ordonată a cromozomilor. Este clar că toate aceste cerințe nu pot fi puse în aplicare într-un sistem nestructurat, haotic.

In rolul principal nucleul celulei în organizarea acordului ADN-ului în compactarea și în reglarea sarcinilor funcționale aparține proteinelor nucleare. După cum sa menționat deja, cromatinei este un complex de ADN cu proteine ​​dezoksiribonukleoprotein (DNP), unde proteinele împart aproximativ 60% în greutate uscată. Proteinele din cromatina sunt foarte diverse, dar ele pot fi împărțite în două grupe: histone și proteine ​​non-histonice. Pe histone, reprezentând 80% din totalul proteinelor de cromatinei. interacțiunea lor cu ADN-ul are loc datorită obligațiunilor de sare sau ionice și nespecific privind compoziția sau secvența de nucleotide într-o moleculă de ADN. În ciuda predominanța numărului total, reprezentat de o mică varietate de proteine ​​histone: celule eucariote conțin doar 5-7 tipuri de molecule de histone. Spre deosebire de histone, așa-numitul Proteinele non-histonice predominant interacționează în mod specific cu secvențe specifice de molecule de ADN, foarte mare varietate de tipuri de proteine ​​care aparțin acestui grup (câteva sute) de mare varietate de funcții care le efectuează.

Histone sunt asociate cu ADN sub forma unui complex molecular sau o formă de subunitate nucleosomes. Inainte de aceasta sa considerat că ADN-ul este acoperit uniform cu aceste proteine, care legătură la ADN-ul este determinat de proprietățile histone.

Histones - proteine ​​mai biochimic bine studiat (vezi Tabelul 5 ..).

Tabelul 5. Caracteristici generale ale histone mamifere

Raportul dintre aminoacizi bazici la acid

Histone - un relativ mic de proteine ​​cu greutate moleculară. Aceste proteine ​​aproape toate eucariotele au proprietăți similare, se regăsesc aceleași clase de histone. clase de histone diferă unul de altul cu privire la conținutul de diferiți aminoacizi esențiali. Deoarece histonelor H3 și H4 atribuită bogată în arginină, datorită conținutului relativ ridicat de aminoacizi. Aceste histone sunt cele mai conservatoare a tuturor proteinelor studiate: secvențele lor de aminoacizi sunt aproape identice, chiar și în astfel de specii îndepărtate, cum ar fi mazăre vaca, și (numai două substituții de aminoacizi).

Alte două histone H2A și H2B sunt îmbogățite moderat proteine ​​lizină. Diferite grupuri de obiecte în cadrul acestor histonelor se găsesc variații interspecii în structura lor primară, secvența de aminoacizi.

Histone H1, nu este molecula unica si clasa de proteine ​​constând din mai multe proteine ​​suficient de strâns cu suprapunerea secvențelor de aminoacizi. Aceste histone a constatat diferențe semnificative între specii și interstițial. Cu toate acestea, caracteristica lor comună este îmbogățirea în lizină, ceea ce le face proteinele cele mai de bază care sunt ușor separați de cromatina în soluție salină (0,5 M). În soluții cu tărie ionică ridicată (2,1 M NaCI), toate complet separate de histonelor și ADN-ul în soluție.

Pentru toate categoriile de histone (in special H1), caracterizată prin distribuția mănunchi de aminoacizi bazici, lizină și arginină la N- și C-capete ale moleculelor. porțiuni mediale molecule histonice formează mai multe porțiuni (3-4)  spirale care compactelor o structură globulară în condiții izotonice (Fig. 56). Aparent, bogat sarcini pozitive nespiralizovannye se termină moleculele de proteine ​​histone și să le transporte să comunice între ele și cu ADN-ul.

In cele mai multe variabile histona H1 este N-end în comunicarea cu alte histone, iar capătul-C, bogate în lizină interacționează cu ADN-ul.

În timpul modificărilor post-translaționale ale activității celulelor pot să apară (modificare) ale histonelor: acetilare și metilare a unor reziduuri de lizină, ceea ce conduce la pierderea sarcinilor pozitive și fosforilarea resturilor de serină, rezultând în apariția sarcinii negative. Acetilarea histonelor și fosforilare pot fi reversibile. Aceste modificări modifică semnificativ proprietățile histonelor și capacitatea lor de a se lega la ADN. Deoarece creșterea acetilării histonei precede activarea genei și fosforilarea și defosforilarea, respectiv asociat cu condensarea cromatinei și decondensation.

Histone sunt sintetizate în citoplasmă sunt transportate la nucleul si se leaga de ADN-ul în timpul replicării sale în S-perioadă, adică Sinteza histone și ADN-ul sincronizat. La terminarea sintezei ADN-ului prin sinteza ARN histone informațiile celulei Guissona dezintegrează și se oprește în câteva minute. Inclus în histone cromatinei sunt foarte stabile, au o rată scăzută de înlocuire.

diviziunea Gistonoy în cinci grupe și asemănări suficiente în cadrul fiecărui grup au în general tipic pentru eucariotelor. Cu toate acestea, o serie de diferențe în compoziția histonelor observată atât în ​​cea mai mare și în organisme eucariote inferioare. Deci, în vertebrate inferioare în loc de H1, comune tuturor țesuturilor acestor organisme în celulele roșii din sânge sunt histone H5, care conține mai mult de arginină și serina. Pe de altă parte, există o lipsă de anumite grupuri într-un număr de histonelor eucariote, și în multe cazuri, înlocuirea completă a acestor proteine ​​pe de altă parte.

Proteinele Gistonopodobnye au fost descoperite în virusuri, bacterii și mitocondrii. Astfel, de exemplu, E. coli într-o celulă se gasesc in proteine ​​cantitati mari (HU și H-NS), amino histone compoziție asemănătoare cu acizi.

Proprietățile funcționale ale histonelor

histone larg răspândite, asemănările lor chiar și în specii foarte îndepărtate, legate de intrarea lor în cromozomi, toate acestea spune despre rolul lor crucial în procesul de activitate celulară. Chiar înainte de descoperirea nucleosomes, există două grup reciproc complementare de ipoteze cu privire la rolul funcțional al histonelor, pe de reglementare și structurale rolul lor.

A fost evident și structurală, kompaktiziruyuschaya, rolul histonelor în organizarea cromatinei. Deoarece adăugarea treptată a fracțiunii histone la soluțiile de ADN pure conduce la precipitarea complexului DNP, și invers, îndepărtarea parțială a histonelor din preparatele cromatină, aceasta duce la o trecere la o stare solubilă. Pe de altă parte, în extractele citoplasmatice ale ovocite amfibii sau ouă aricilor de mare care conțin histone liber, adăugând orice ADN (inclusiv fagului) pentru a forma fibrile privvodit cromatinei (DNP), a cărei lungime este de câteva ori mai scurt decât ADN-ul original. Aceste date indică un rol structural, kompaktiziruyuschey histonelor. Pentru centimetru imens de molecule de ADN pune pe lungimea cromozomului, având o dimensiune de câțiva micrometri, molecula de ADN trebuie să fie oarecum ondulată, compactate cu o densitate de 10.000 la 1. Sa constatat că există mai multe niveluri de ambalare, primul în timpul DNA compactării din care sunt determinate direct de interacțiunea histonelor cu ADN.

Primul nivel de compactare a ADN-ului: rol structural al nucleosomes

In studiile biochimice si electroni microscopice precoce sa demonstrat că preparatele conțin structura filamentoasa DNP cu un diametru de 5 până la 50 nm. Treptat, a devenit clar că diametrul fibrilelor cromatinei depinde de metoda de izolare a medicamentului.

Pe ultrathin sectiuni interfazice nuclee și cromozomi mitotice după fixarea cu glutaraldehidă s-au găsit fibrile pasivat de 30 nm în grosime. Aceste fibrile au aceleași dimensiuni ca și cromatină în timpul fixării fizice a nucleelor ​​- în cazul în care nucleele rapide de congelare clivarea obiect și obținerea replici ale unor astfel de preparate. În acest din urmă caz, exclude impactul condițiilor chimice variabile cromatină. Dar toate aceste metode și tehnici nu sunt date nici o informație cu privire la natura localizarea ADN-ului și histonelor în fibrile de cromatină.

Un eveniment major în cadrul studiului a fost descoperirea cromatinei în două moduri diferite de nucleosomes - particule discrete de cromatină. Astfel, atunci când depus pe substrat la microscopie electronica de preparate cromatinei în condiții alcaline, la o tărie ionică scăzută, a fost posibil să vedem că firele de cromatină erau ceva asemănător cu „mărgele pe un șir de caractere“: mic, aproximativ 10 nm globula asociate una cu cealaltă segmente de ADN de aproximativ 20 nm (Fig. 57, 58). Aceste observații sunt în concordanță cu rezultatele fracționarea cromatinei după digestia nuclează parțială.

Particulele de miez sau miez (sau nucleozomul minim) este foarte conservatoare în structura: ele conțin întotdeauna 146 bp ADN-ul și octamer histone. Porțiunea de legătură poate varia considerabil (8-114 bp pe nucleozomul).

Folosind metoda difuziei cu neutroni a fost capabil să identifice forma și dimensiunile exacte ale nucleozomul. Într-o aproximare brută, - un cilindru sau o șaibă plată cu un diametru de 11 nm și o înălțime de 6 nm. Situat pe substrat pentru microscopie electronica, acestea formează „mărgele“, formarea globular de aproximativ 10 nm braț așezat pe moleculele tandem ADN extinse. De fapt singurele site-uri linker extinse, cele trei sferturi rămase din lungimea spiralei ADN stivuite pe periferia octamer histone. Sam histone octamer, se spune că are o formă asemănătoare o minge pentru jocul de rugby, care include un tetramer (H3  H4) 2 și două independente de dimer H2A  H2B. Fig. 60 prezintă structura histonelor într-o porțiune de miez nucleosome.

Fibrilele cromatina porțiune linker nu este liniară, și continuând pe suprafața particulei nucleozomului ADN-helix, se leagă de nucleozomi adiacente, astfel încât să se formeze ca ar fi un filament continuu de o grosime de aproximativ 10 nm, care constă din nucleosomes strâns distanțate (fig. 61). Astfel, datorită helix ADN suplimentar (1 nucleozomului ADN negativ supervitok 1) are loc compactarea primară a ADN-ului, o densitate egală cu 6-7 (200 bp 68 nm sunt stivuite în diametru globula de 10 nm). Stivuirea aproape două rotații ale ADN-ului nucleozomului miezuri circumferential are loc este considerat a fi datorită interacțiunii resturilor de aminoacizi încărcate pozitiv pe suprafața octamer histonelor cu fosfați ADN. N- și porțiunile C-terminale ale histonelor medulare bogate in sarcini pozitive vor servi probabil stabilizarea suplimentară a structurii nucleozomului.

Leading medulare (crustă) a proteinelor din tasării ADN este indicat pentru auto-asamblarea nucleosomes. Prin ajustarea ordinea de adăugare a histonelor și a ADN-ului, am reușit să obțină o renovare completă de nucleosomes. În acest proces, nu joacă nici un rol sursa din care a fost luat ADN-ul: acesta poate fi un ADN bacterian, și chiar a virusului ADN circular. Sa dovedit că formarea histonei H1 nucleozomului nu este necesară, este implicată în legarea nucleosomes gata unul cu celălalt și în formarea de niveluri mai ridicate de compactare ADN. Cheia în construirea unui nucleosome au fost histonelor H3 și H4. În același timp, începutul ADN-ului asociat cu un tetramer (H3  H4) 2 care pozzheprisoedinyayutsya două dimerilor H2A  H2B. Probabil înalt conservate în structura histonelor H3 și H4 reprezintă rolul lor lider structural în stadii incipiente de compactare a ADN-ului în formarea nucleosomes.