Нуклеїнова кислота ДНК, що входить в ядраеукаріотів, компактно упакована завдяки особливим структурам. У цитології вони носять спеціальну назву - гістони. Це пептиди, що проявляють основні хімічні властивості. Їх будова і функції, виконувані в клітці, будуть розглянуті в даній статті.
Як ДНК організовано в ядрі
Для того щоб «втиснути» довгуполінуклеотидних ланцюг ДНК в мікропросторі клітинного ядра, в ньому знаходяться своєрідні «котушки» - білки-гістони. На них накручується дволанцюжкова нитка дезоксирибонуклеїнової кислоти. Така структура, яка знаходиться в кариоплазме, носить назву нуклеосоми. Біохімічними дослідженнями встановлено, що гістонові білок організований у вигляді декількох модифікацій: гистон H1 / H5, H2A, H2B, H3, H4. Перший пептид з цього переліку прийнято називати лінкерних, інші корови. Саме ці білки-гістони утворюють нуклеосому.
Особливості будови нуклеосомної пептидів
Хімічний аналіз встановив факт надлишковогозмісту в корови гістонів молекул таких амінокислот, як лізин і аргінін. Перша є незамінною, а інша частково замінної і присутній практично у всіх пептидах. Білки-гістони накопичують надмірні позитивні заряди на залишках амінокислот. Вони нейтралізують сумарні негативні заряди аніонів PO43- , Що входять до складу ДНК. Ще одна особливість будови цих білків полягає в тому, що практично він ідентичний у організмів, що відносяться до царства Рослини, тварини та Гриби.
Так як гістони - це білки ядра, вони внаслідоксвоєї будови, можуть брати участь в процесах, що відбуваються в кариоплазме. Наприклад, найбільш важливий для процесу транскрипції пептид Н1 - гістонові білок, що утримує нуклеосоми, що входять до складу хроматину в впорядковано-компактному ядрі. Також, у разі пошкодження локусів ДНК, так звані варіантні молекули корови пептидів беруть участь у репарації цих ділянок.
коровиє пептиди
Вони визначають будову нуклеосоми, якаскладається з чотирьох видів молекул, названих Н2А, Н2В і Н3 і Н4. У нуклеосоме знаходиться по дві молекули кожного типу, така структура називається октамер. Молекула дезоксирибонуклеїнової і корови білки утворюють між собою гідрофобні, водневі і ковалентні зв'язки. Білки-гістони є серцевиною нуклеосоми. Також вони містять неструктуровані N-C-хвости. Ці частини складаються з 15-30 залишків амінокислот і беруть участь в епігенетичних процесах, контролюючих експресію генів. Корові гістони центральній частині нуклеосоми мають малі молекулярні маси, в їх ділянках, на відміну від хвостових частин містяться острівці гідрофобних білкових мономерів: валін, проліну, Лезіна, метіоніну.
Останні наукові дослідження в галузі біохіміїпривели до появи гіпотези гістонові коду. На відміну від генетичного коду, що є універсальним для всіх форм клітинної життя на Землі, гістонові код мінливий. Під цим терміном розуміють видозміни хвостових ділянок пептидів в результаті реакцій ацетилювання, метилювання, фосфорилювання. Всі перераховані вище хімічні процеси відбуваються в присутності мультиферментних комплексів. Завдяки таким біохімічних процесів, що модифікує корові гістони, і відбувається експресійної коригування генів, які контролюють внутріядерні реакції за участю ДНК: репарацію, транскрипцію, реплікацію. Сам же хроматин під впливом змін гістонові коду піддається ремоделінг, тобто змінює свою упаковку в нуклеосоме (ущільнює її або, навпаки, розпушує).
лінкерних білок
Гістон Н1, що знаходиться в хроматині, з'єднується ззовнішньою частиною нуклеосоми і утримує на ній суперспіраль дезоксирибонуклеїнової кислоти. Його фіксація відбувається в місці розташування тетрамера, що складається з двох молекул пептиду Н3 і двох молекул Н4. У представників класу птахів і класу рептилій в еритроцитах замість гистона Н1 виявлено інший лінкерних білок Н5.
Пептид Н1 містить HMJB-домен - структурнийділянку, що нараховує близько 80 амінокислотних залишків. Він практично однаковий у більшості організмів, включаючи рослини, тварин і людини. Цей домен не піддається модифікації і є консервативним. Пептид Н1 має дві форми просторової конфігурації: згорнутої у вигляді глобули і розгорнутий - в третинної формі. Останнє виникає при порушенні зв'язку С-кінцевої ділянки гистона з ДНК-що зв'язують доменами. Лінкерних пептид бере активну участь в переписуванні інформації з гена на молекулу іРНК, в процесах самоудвоения ДНК, а також в репарації її пошкоджених локусів. В цьому і полягає біологічна роль гістонів в ДНК.
Як білки формують октамер
На відміну від пептиду Н1, інші види гістонів,звані корів, характеризуються достатньою пластичністю і утворюють варіантні форми. Наприклад, Н2А має найбільшу кількість модифікацій: H2AZH2AX MACROH2A. Вони розрізняються між собою:
- З-кінцевими послідовностями амінокислотний залишків.
- Місцем перебування в геномі.
Наприклад, варіантний гистон H2ABbd взаємопов'язаний зхроматином, в ДНК якого відбувається транскрипція. Пептид MACROH2A знаходиться в інтерфазних хромосомах. Цитологическими дослідженнями було встановлено, що у гистона Н4 не встановлені варіантні форми, але він здатний утворювати велику кількість ковалентних зв'язків з іншими білками, що входять в октамер нуклеосоми. Таким чином, вчені вважають, що гістони - це група спеціальних білків, які практично входять в хроматин всіх клітинних форм життя.
Як зберігається інформація про гістонів в геномі
Можна стверджувати, що корови, лінкерних іваріантні гистони закодовані в кластерах генів, експресуються в синтетичної фазі життєвого циклу клітини. Наприклад, для людини група спадкових задатків, звана HIST1 складається з 35 генів, локалізованих в шостий соматичної парі хромосом. Кластер HIST2 містить шість генів, що кодують гістони і розташовується в першій хромосомної парі. У ній же міститься локус HIST3, що включає три гена. У дванадцятій парі знаходиться один ген, що кодує гистон Н4. Цікаво, що гени корови білків не мають інтронів, а гени варіантних гістонів, навпаки, містять їх і розкидані по геному.
Підводячи підсумок, ми переконалися, що гістони - це білки, які беруть участь в укладанні спіралі ДНК в ядрі, а також в процесах регуляції, репарації та транскрипції, що протікають в ньому.
