Histone sind ... Die Rolle von Histonen in der DNA

In den Kern eintretende Nukleinsäure-DNAeukaryotische Zellen, dank spezieller Strukturen kompakt verpackt. In der Zytologie haben sie einen besonderen Namen - Histone. Dies sind Peptide, die grundlegende chemische Eigenschaften aufweisen. Ihre Struktur und Funktionen in der Zelle werden in diesem Artikel behandelt.

Wie DNA im Kern organisiert ist

Um einen langen "zu quetschen"Die Polynukleotidkette der DNA in den Mikroraum des Zellkerns enthält eine Art "Spule" - Histonproteine. Ein doppelsträngiger Faden aus Desoxyribonukleinsäure ist darauf gewickelt. Diese im Karyoplasma befindliche Struktur wird als Nukleosom bezeichnet. Biochemische Studien haben gezeigt, dass das Histonprotein in Form mehrerer Modifikationen organisiert ist: Histon H1 / H5, H2A, H2B, H3, H4. Das erste Peptid aus dieser Liste wird normalerweise als Linker bezeichnet, der Rest sind Kuh. Es sind diese Histonproteine, die das Nukleosom bilden.

Strukturmerkmale von Nukleosomenpeptiden

Die chemische Analyse ergab die Tatsache eines ÜberschussesGehalt in Kernhistonen von Molekülen solcher Aminosäuren wie Lysin und Arginin. Das erste ist unersetzlich und das andere ist teilweise austauschbar und in fast allen Peptiden vorhanden. Histonproteine ​​akkumulieren überschüssige positive Ladungen an Aminosäureresten. Sie neutralisieren die gesamten negativen Ladungen von PO-Anionen₄^3- in der DNA enthalten. Ein weiteres strukturelles Merkmal dieser Proteine ​​ist, dass sie in Organismen, die zum Königreich der Pflanzen, Tiere und Pilze gehören, praktisch identisch sind.

Da Histone Proteine ​​des Kerns sind, sind sie auf zurückzuführenkönnen an den im Karyoplasma ablaufenden Prozessen teilnehmen. Beispielsweise ist das H1-Peptid, das Histonprotein, das die Nukleosomen enthält, die Teil des Chromatins in einem geordneten kompakten Kern sind, für den Transkriptionsprozess am wichtigsten. Auch im Falle einer Schädigung von DNA-Loci sind die sogenannten varianten Moleküle von Kernpeptiden an der Reparatur dieser Stellen beteiligt.

Kernpeptide

Sie bestimmen die Struktur des Nukleosoms, dasbesteht aus vier Arten von Molekülen, die als H2A, H2B und H3 und H4 bezeichnet werden. In den Nukleosomen befinden sich zwei Moleküle jedes Typs. Diese Struktur wird als Oktamer bezeichnet. Das Desoxyribonukleinsäuremolekül und die Kernproteine ​​bilden untereinander hydrophobe, Wasserstoff- und kovalente Bindungen. Histonproteine ​​sind der Kern des Nukleosoms. Sie enthalten auch unstrukturierte N-C-Schwänze. Diese Teile bestehen aus 15 bis 30 Aminosäureresten und sind an epigenetischen Prozessen beteiligt, die die Genexpression steuern. Krustenhistone des zentralen Teils des Nukleosoms haben kleine Molekulargewichte, in ihren Abschnitten sind im Gegensatz zu den Schwanzteilen Inseln hydrophober Proteinmonomere enthalten: Valin, Prolin, Lezin, Methionin.

Neueste Forschungen in der Biochemieführte zur Entstehung der Histoncode-Hypothese. Im Gegensatz zum genetischen Code, der für alle Formen des Zelllebens auf der Erde universell ist, ist der Histoncode flüchtig. Unter diesem Begriff werden Modifikationen der Schwanzregionen von Peptiden infolge von Acetylierungs-, Methylierungs- und Phosphorylierungsreaktionen verstanden. Alle oben genannten chemischen Prozesse finden in Gegenwart von Multienzymkomplexen statt. Dank solcher biochemischer Prozesse, die Kernhistone modifizieren, findet die Expressionskorrektur von Genen statt, die intranukleäre Reaktionen mit DNA steuern: Reparatur, Transkription, Replikation. Chromatin selbst wird unter dem Einfluss von Änderungen im Histoncode umgestaltet, dh es ändert seine Packung im Nukleosom (verdichtet es oder löst es umgekehrt).

Linker-Protein

Das im Chromatin befindliche Histon H1 verbindet sich mitder äußere Teil des Nukleosoms und hält darauf die Superspule der Desoxyribonukleinsäure. Seine Fixierung erfolgt am Ort des Tetramers, bestehend aus zwei Molekülen des Peptids H3 und zwei Molekülen H4. In Vertretern der Vogelklasse und der Reptilienklasse wurde in den Erythrozyten anstelle von Histon H1 ein weiteres Linkerprotein H5 gefunden.

Peptid H1 enthält eine HMJB-Domäne - strukturellAuftragung von ca. 80 Aminosäureresten. Es ist in den meisten Organismen, einschließlich Pflanzen, Tieren und Menschen, fast gleich. Diese Domain wird nicht geändert und ist konservativ. Peptid H1 hat zwei Formen der räumlichen Konfiguration: gefaltet in Form einer Kugel und entfaltet in tertiärer Form. Letzteres tritt auf, wenn die Verbindung des C-terminalen Teils des Histons mit DNA-Bindungsdomänen unterbrochen wird. Das Linkerpeptid ist aktiv an der Transkription von Informationen von einem Gen in ein mRNA-Molekül, an den Prozessen der Selbstverdopplung der DNA sowie an der Reparatur seiner beschädigten Loci beteiligt. Dies ist die biologische Rolle von Histonen in der DNA.

Wie Proteine ​​ein Oktamer bilden

Im Gegensatz zu Peptid H1, anderen Arten von Histonen,Kühe genannt, zeichnen sich durch ausreichende Duktilität aus und bilden Variantenformen. Beispielsweise weist H2A die meisten Modifikationen auf: H2AZH2AX MACROH2A. Sie unterscheiden sich untereinander:

• C-terminale Sequenzen von Aminosäureresten.
• Lage im Genom.

Zum Beispiel ist die Variante Histon H2ABbd mit verwandtChromatin, in dessen DNA die Transkription stattfindet. Das MACROH2A-Peptid befindet sich auf Interphasen-Chromosomen. Zytologische Studien ergaben, dass Histon H4 keine varianten Formen enthüllte, aber eine große Anzahl kovalenter Bindungen mit anderen Proteinen eingehen kann, die Teil des Nukleosomenoctamers sind. Wissenschaftler glauben daher, dass Histone eine Gruppe spezieller Proteine ​​sind, die praktisch in das Chromatin aller zellulären Lebensformen gelangen.

Wie werden Histoninformationen im Genom gespeichert?

Es kann argumentiert werden, dass der Kern, Linker undVariantenhistone werden in Genclustern codiert, die in der Synthesephase des Zelllebenszyklus exprimiert werden. Beispielsweise besteht beim Menschen eine Gruppe erblicher Neigungen namens HIST1 aus 35 Genen, die sich im sechsten somatischen Chromosomenpaar befinden. Der HIST2-Cluster enthält sechs Gene, die für Histone kodieren, und befindet sich im ersten Chromosomenpaar. Es enthält auch den HIST3-Locus, der drei Gene enthält. Im zwölften Paar gibt es ein Gen, das für Histon H4 kodiert. Es ist interessant, dass die Gene von Kernproteinen keine Introns haben und die Gene von varianten Histonen sie im Gegenteil enthalten und im gesamten Genom verteilt sind.

Zusammenfassend waren wir überzeugt, dass Histone Proteine ​​sind, die an der Faltung der DNA-Helix im Kern sowie an den Prozessen der Regulation, Reparatur und Transkription beteiligt sind.