DNK nukleinske kiseline ulazi u jezgrueukariotske stanice, kompaktno upakirane zahvaljujući posebnim strukturama. U citologiji imaju poseban naziv - histoni. To su peptidi s osnovnim kemijskim svojstvima. Njihova struktura i funkcije koje obavljaju u stanici bit će obrađene u ovom članku.
Kako je DNK organizirana u jezgri
Kako bi se "stisnuo" dugopolinukleotidnog DNA lanca u mikroprostor stanične jezgre, sadrži svojevrsnu "zavojnicu" - proteine-histone. Na njih je namotana dvolančana nit deoksiribonukleinske kiseline. Ova struktura, smještena u karioplazmi, naziva se nukleosomom. Biokemijske studije su pokazale da je protein histona organiziran u obliku nekoliko modifikacija: histon H1 / H5, H2A, H2B, H3, H4. Prvi peptid s ovog popisa obično se naziva povezujući peptid, ostali su peptidi jezgre. Upravo ti histonski proteini tvore nukleosom.
Značajke strukture nukleosomskih peptida
Kemijskom analizom utvrđena je činjenica viškasadržaj molekula aminokiselina kao što su lizin i arginin u jezgri histona. Prvi je nezamjenjiv, dok je drugi djelomično zamjenjiv i prisutan je u gotovo svim peptidima. Proteini-histoni akumuliraju višak pozitivnih naboja na ostacima aminokiselina. Oni neutraliziraju ukupne negativne naboje PO aniona43- koji čine DNK. Druga značajka strukture ovih proteina je da je praktički identična u organizmima koji pripadaju carstvu biljaka, životinja i gljiva.
Budući da su histoni proteini jezgre, oni, zbognjihove strukture, mogu sudjelovati u procesima koji se odvijaju u karioplazmi. Na primjer, najvažniji za proces transkripcije je peptid H1, histonski protein koji drži nukleosome koji su dio kromatina u uređenoj kompaktnoj jezgri. Također, u slučaju oštećenja DNA lokusa, takozvane varijantne molekule peptida jezgre uključene su u popravak ovih regija.
Peptidi kore
Oni određuju strukturu nukleosoma, kojisastoji se od četiri vrste molekula koje se nazivaju H2A, H2B i H3 i H4. U nukleosomima postoje dvije molekule svake vrste; ova struktura se naziva oktamer. Deoksiribonukleinska molekula i proteini jezgre međusobno tvore hidrofobne, vodikove i kovalentne veze. Histonski proteini su jezgra nukleosoma. Oni također sadrže nestrukturirane N-C repove. Ti se dijelovi sastoje od 15-30 aminokiselinskih ostataka i uključeni su u epigenetske procese koji kontroliraju ekspresiju gena. Histoni jezgre središnjeg dijela nukleosoma imaju male molekularne mase, u njihovim regijama, za razliku od repnih dijelova, nalaze se otoci hidrofobnih proteinskih monomera: valin, prolin, lezin, metionin.
Najnovija znanstvena istraživanja u području biokemijedovelo do hipoteze o histonskom kodu. Za razliku od genetskog koda, koji je univerzalan za sve oblike staničnog života na Zemlji, histonski kod je promjenjiv. Ovaj pojam se shvaća kao modifikacija repnih regija peptida kao rezultat reakcija acetilacije, metilacije, fosforilacije. Svi gore navedeni kemijski procesi odvijaju se u prisutnosti multienzimskih kompleksa. Zahvaljujući takvim biokemijskim procesima koji modificiraju histone jezgre, dolazi do prilagodbe ekspresije gena koji kontroliraju intranuklearne reakcije koje uključuju DNK: popravak, transkripcija, replikacija. Sam kromatin, pod utjecajem promjena u histonskom kodu, prolazi kroz remodeliranje, odnosno mijenja svoje pakiranje u nukleosomu (komprimira ga ili, obrnuto, olabavljuje).
Linker protein
Histon H1, smješten u kromatinu, kombinira se savanjski dio nukleosoma i na njemu drži superzavojnicu deoksiribonukleinske kiseline. Njegova fiksacija se događa na mjestu tetramera, koji se sastoji od dvije molekule peptida H3 i dvije molekule H4. Kod predstavnika klase ptica i razreda gmazova, umjesto histona H1, u eritrocitima je pronađen još jedan linker protein H5.
Peptid H1 sadrži HMJB domenu – strukturnumjesto s oko 80 aminokiselinskih ostataka. Praktički je isti u većini organizama, uključujući biljke, životinje i ljude. Ova domena nije podložna izmjenama i konzervativna je. Peptid H1 ima dva oblika prostorne konfiguracije: presavijen u obliku globule i rasklopljen u tercijarnom obliku. Potonje se događa kada je veza C-terminalnog područja histona s domenama koje vežu DNA prekinuta. Povezujući peptid aktivno je uključen u prepisivanje informacija iz gena u molekulu mRNA, u procesima samoudvostručavanja DNA, kao i u popravku njezinih oštećenih lokusa. Ovo je biološka uloga histona u DNK.
Kako proteini formiraju oktamere
Za razliku od peptida H1, druge vrste histona,zvane kora, odlikuju se dovoljnom plastičnošću i oblikuju varijante oblika. Na primjer, N2A ima najveći broj modifikacija: H2AZH2AX MACROH2A. Oni se međusobno razlikuju:
- C-terminalne sekvence aminokiselinskih ostataka.
- Mjesto u genomu.
Na primjer, varijanta histona H2ABbd povezana je skromatina, u čijoj DNK dolazi do transkripcije. MACROH2A peptid se nalazi na interfaznim kromosomima. Citološke studije su pokazale da histon H4 nema varijante oblika, ali je sposoban stvoriti veliki broj kovalentnih veza s drugim proteinima uključenim u oktamer nukleosoma. Dakle, znanstvenici vjeruju da su histoni skupina posebnih proteina koji su praktički uključeni u kromatin svih staničnih oblika života.
Kako se informacije o histonima pohranjuju u genomu
Može se tvrditi da kora, poveznica ivarijantni histoni su kodirani u klasterima gena izraženih tijekom sintetske faze životnog ciklusa stanice. Na primjer, za ljude, skupina nasljednih sklonosti pod nazivom HIST1 sastoji se od 35 gena smještenih u šestom somatskom paru kromosoma. HIST2 klaster sadrži šest gena koji kodiraju histone i nalazi se u prvom kromosomskom paru. Također sadrži HIST3 lokus, koji uključuje tri gena. Dvanaesti par sadrži jedan gen koji kodira histon H4. Zanimljivo je da geni core proteina nemaju introne, dok ih geni varijantnih histona, naprotiv, sadrže i raspršeni su po genomu.
Ukratko, uvjerili smo se da su histoni proteini koji sudjeluju u savijanju spirale DNA u jezgri, kao iu procesima regulacije, popravka i transkripcije koji se u njoj odvijaju.
