Хистоните са ... Ролята на хистоните в ДНК

ДНК на нуклеиновата киселина, която навлиза в ядрата на еукариотните клетки, е компактно опакована поради специални структури. В цитологията те имат специално име - хистони. Това са пептиди, които проявяват основни химични свойства. Тяхната структура и функции, изпълнявани в клетката, ще бъдат разгледани в тази статия.

Как се организира ДНК в ядрото

За да "изстиска" дълга полинуклеотидна верига на ДНК в микросфера клетъчно ядро, в него има оригинални "намотки" - протеини-хистони. Те вятър двойно нишка нишка дезоксирибонуклеинова киселина. Такава структура, разположена в кариоплазмата, се нарича нуклеозом. Биохимичните изследвания установяват, че хистоновия протеин е организиран под формата на няколко модификации: хистон Н1 / Н5, Н2А, Н2В, Н3, Н4. Първият пептид от този списък обикновено се нарича линкер, а останалите са ракообразни. Това са тези протеинови хистони, които образуват нуклеозома.

Специфични особености на структурата на нуклеозомните пептиди

Химическият анализ установява факта на излишък от съдържанието на основните хистони на молекулите на такива аминокиселини като лизин и аргинин. Първият е незаменим, а другият е частично заменяем и присъства в почти всички пептиди. Протеините-хистони се натрупват в излишък от положителни заряди на аминокиселинни остатъци Те неутрализират общите отрицателни натоварвания на анионите PO₄³ , които са част от ДНК. Друга особеност на структурата на тези протеини е, че тя е практически идентична в организми, принадлежащи към царството на растението, животните и гъбите.

Тъй като хистоните са протеините на ядрото, те, поради тяхната структура, могат да участват в процесите, протичащи в кариоплазмата. Например, най-важният за транскрипционния процес е пептидът Н1, хистонов протеин, който държи нуклеозомите, които са част от хроматина в подредено компактно ядро. Също така, в случай на увреждане на DNA локуси, така наречените вариантни молекули на основните пептиди участват в ремонта на тези места.

Пептиди от крави

Те определят структурата на нуклеозомата, която се състои от четири вида молекули, наречени Н2А, Н2В и H3 и Н4. В нуклеозомите има две молекули от всеки тип, тази структура се нарича октамер. Молекулата дезоксирибонуклеинови и основни протеини образува помежду си хидрофобни, водородни и ковалентни връзки. Протеините-хистони са ядрото на нуклеозомите. Също така съдържат неструктурирани N-C опашки. Тези части се състоят от 15-30 аминокиселинни остатъци и участват в епигенетични процеси, контролиращи експресията на гените. Основните кисти на централната част на нуклеозомата имат малки молекулни маси, а в части, за разлика от опашките, има острови на хидрофобни протеинови мономери: валин, пролин, лезин, метионин.

Последните научни изследвания в областта на биохимията доведоха до появата на хипотезата за код на хистоните. За разлика от генетичния код, който е универсален за всички форми на клетъчен живот на Земята, кодът на хистоните е променлив. Този термин означава модифициране на задните части на пептидите, получени от ацетилиране реакция, метилирането, фосфорилирането. Всички гореспоменати химични процеси протичат в присъствието на многоензимни комплекси. Поради тези биохимични процеси, за модифициране на основните хистоните, и настройка се осъществява експресия на гените, които контролират Вътрешноядрен реакции, включващи ДНК: ремонт, транскрипция, репликация. Самият хроматин под влиянието на промените в хистоновия код претърпява ремоделиране, т.е. променя опаковката му в нуклеозома (го компресира или обратно, разхлабва).

Свързващ протеин

Хистон Н1, който е в хроматина, се комбинира с външната част на нуклеозомата и запазва върху него свръхвисокото действие на дезоксирибонуклеиновата киселина. Неговото фиксиране се извършва на мястото на тетрамера, състоящ се от две молекули на пептида НЗ и две молекули на Н4. При представители на класа птици и класа на влечугите в еритроцитите е намерен друг линкер протеин Н5 вместо хистон Н1.

Н1 пептидът съдържа HMJB домен, структурна област от около 80 аминокиселинни остатъка. Това е почти същото при повечето организми, включително растения, животни и хора. Този домейн не подлежи на промяна и е консервативен. Пептидът H1 има две форми на пространствена конфигурация: сгънати под формата на глобули и развити - в третична форма. Последното се появява, когато връзката на С-крайния участък на хистона с ДНК-свързващите домени е нарушена. пептид линкер участва активно в копиране на информация от ген за РНК молекула, самостоятелно удвояване ДНК процеси, както и при ремонта на повреден си локуси. Това е биологичната роля на хистоните в ДНК.

Как протеините образуват октамер

За разлика от пептида H1, други видове хистони, наречени ракообразни, се характеризират с достатъчно пластичност и форма на вариантни форми. Например, H2A има най-голям брой модификации: H2AZH2AX MACROH2A. Те се различават помежду си:

• С-крайни аминокиселинни остатъчни последователности.
• Местоположение в генома.

Например, вариант на хистон H2ABbd е взаимосвързан с хроматин, в чиято ДНК се осъществява транскрипцията. Пептидът MACROH2A се намира в интерфазни хромозоми. Цитологичните изследвания показват, че хистон Н4 няма вариантни форми, но е способен да образува голям брой ковалентни връзки с други протеини, влизащи в октамера на нуклеозомата. По този начин учените вярват, че хистоните са група от специални протеини, които практически влизат в хроматина на всички клетъчни форми на живот.

Как се съхранява информацията за хистоните в генома

Може да се твърди, че кристалите, линкерите и вариантите на хистоните са кодирани в клъстери на гени, които се изразяват в синтетичната фаза на жизнения цикъл на клетката. Например, за човек, наследствената депозитна група, наречена HIST1, се състои от 35 гени, локализирани в шестата соматична двойка хромозоми. Групата HIST2 съдържа шест гена, които кодират хистони и се намират в първата хромозомна двойка. Той също така съдържа HIST3 локуса, който включва три гена. В дванадесетата двойка има един ген, кодиращ хистон Н4. Интересното е, че генът на кристалните протеини няма интрони, а генът на вариантите на хистоните, напротив, ги съдържа и е разпръснат в генома.

Обобщено, бяхме убедени, че хистоните са протеини, участващи в полагането на ДНК спиралата в ядрото, както и в регулацията, ремонта и транскрипционните процеси, които се случват в нея.