Alapvető fehérjék kromatin

DNS szerepe a készítmény mind interfázis kromoszómák (kromatinja interfázis mag), és a mitotikus kromoszómák elég világos: raktározását és értékesítését a genetikai információt. Ahhoz azonban, hogy a következő funkciók végrehajtására a készítményben az interfázisos atommagok kell egy világos szerkezeti alapon, amely lehetővé tenné, hogy gondoskodjon a hatalmas hossza mentén a DNS-molekula egy egyszerű módon, hogy egy adott időpontban szekvenciát haladt folyamatok RNS-szintézis és a DNS-replikációt, a interfázis sejtmagban DNS-koncentrációt eléri a 100 mg / ml (!). Átlagban emlős interfázis mag körülbelül 2 m-DNS, amely lokalizált egy gömb alakú mag, amelynek átlagos átmérője körülbelül 10 mikron. Ez azt jelenti, hogy egy ilyen hatalmas tömegű DNS valamilyen módon le kell lefektetni csomagolás tényező 1 x 10 március --1 x 10 4. sem kell maradnia a sejtmagban egy adott helyen ahhoz, részlegesen vagy teljesen dekondenzált kromoszómák. És különben is, végre kell hajtani a feltételek szabályos működésének kromoszómák. Nyilvánvaló, hogy ezeket a követelményeket nem lehet végrehajtani strukturálatlan, kaotikus rendszer.

A sejtmag vezető szerepet tölt be a szervezet DNS elrendezésnek tömörödés és a rendelet a funkcionális terhelés tartozik a nukleáris fehérjék. Mint már jeleztük, a kromatin egy komplex DNS fehérjékkel dezoksiribonukleoprotein (DNP), ahol a fehérje közös körülbelül 60% száraz tömeg. Fehérjék a kromatin nagyon változatosak, de lehet két csoportra oszthatók: a hisztonok és a nem-hiszton fehérjék. A hisztonokon 80% -át az összes fehérje kromatin. Való kölcsönhatásuk DNS zajlik miatt a só vagy ionos kötések és a nem-specifikusan összetételére vonatkozó vagy nukleotid szekvencia, egy DNS-molekula. Annak ellenére, hogy az uralkodó az összes, által képviselt kis választékából hisztonok fehérjék: eukarióta sejtek tartalmaznak csak 5-7 típusú hiszton molekulák. Ellentétben hisztonokon úgynevezett nem-hiszton fehérjék elsősorban specifikusan kölcsönhatásba lépnek specifikus szekvenciáit DNS-molekulák, igen sokféle típusú proteineket Ebbe a csoportba tartozó (több száz) sokféle funkciót töltenek be.

A hisztonok kapcsolódó DNS formájában a molekuláris komplexet, vagy egy alegység formájában nukleoszóma. Mielőtt ez úgy ítélték meg, hogy a DNS-t egyenletesen borítja ezeket a fehérjéket, amelyek kötést DNS tulajdonságai határozzák meg a hisztonok.

A hisztonok - biokémiailag a legtöbb jól tanulmányozott fehérjék (lásd 5. táblázat ..).

5. táblázat általános jellemzői az emlős hiszton

Az arány a bázikus aminosavak, hogy savas

A hisztonok - egy viszonylag kis molekulatömegű fehérjéket. Ezek a fehérjék szinte minden eukariótában hasonló tulajdonságokkal, megtalálható az azonos osztályba hisztonok. hiszton osztályok különböznek egymástól a tartalmát különböző esszenciális aminosavakat. Mivel H3 és H4 hisztonok tulajdonított argininben gazdag, köszönhetően a viszonylag nagy mennyiségben tartalmaz az aminosavak. Ezek a hisztonok a legkonzervatívabb az összes vizsgált fehérje: az aminosav-szekvenciák csaknem azonos még ilyen távoli fajok, mint a tehénborsó, és (csak két aminosav helyettesítést).

Két másik hiszton H2A és H2b mérsékelten dúsított lizin fehérjék. Különböző csoportok tárgyak ezekben hisztonok találhatók fajok közötti változatok az alapszerkezet, az aminosav-szekvenciát.

Histone H1, nem egyedi molekula, és a fehérjék osztály, amely több elég szorosan fehérjék átfedő aminosav-szekvenciákat. Ezek a hiszton szignifikáns fajok közötti eltérések és a közbeiktatott. Azonban, ezek közös jellemzője van a dúsítás a lizin, ami őket a legalapvetőbb proteinek, amelyek könnyen elválaszthatók a kromatin sóoldatban (0,5 M) oldattal. A megoldások nagy ionerősségű (2,1 M NaCl) minden teljesen elválasztva a hisztonok és a DNS-oldatba.

Minden osztály a hisztonok (különösen H1) jellemezhető klaszter eloszlása ​​bázikus aminosavak, a lizin és az arginin a N- és C-végei a molekulák. A mediális részletekben hiszton molekulákat alkotnak több (3-4) -spirál részei vannak, amelyek tömöríti a globuláris szerkezetet mellett izotóniás körülmények között (ábra. 56). Úgy tűnik, a gazdag pozitív töltések nespiralizovannye végződik hiszton fehérje molekulákat, és ezeket kommunikálni egymással és a DNS-t.

A legtöbb változó hiszton H1 jelentése N-vége kommunikáció más hisztonok, és a C-vég, gazdag lizin kölcsönhatásba lép a DNS-sel.

Poszttranszlációs módosításai sejt aktivitás előfordulhat (módosítás), hisztonok: acetilezés és metilációs Néhány aminosav, a lizin, ami veszteség a pozitív töltések, valamint a foszforilációját szerin maradékok, így a megjelenése a negatív töltés. Hisztonok acetilezését és a foszforiláció reverzibilis lehet. Ezek a módosítások jelentősen megváltoztatja a tulajdonságait a hisztonok és képességüket, hogy kötődnek a DNS. Mivel megnövekedett hiszton acetilezés megelőzi gén aktiválást és foszforiláció és defoszforiláció, illetve társított kromatin kondenzáció és dekondenzáció.

A hisztonok szintetizálódnak a citoplazmában szállítják a sejtmagba, és kötődik a DNS során replikációt S-időszakban, azaz a hiszton és a DNS-szintézis szinkronizált. A terminációs a DNS-szintézis a cella információ hiszton RNS szintézis Guissona szétesnek és megáll néhány perc alatt. Tartalmazza kromatin hisztonok nagyon stabilak, alacsony sebességgel csere.

Gistonoy Division öt csoportra és elégséges hasonlóságot minden egyes csoporton belül általában jellemző eukariótákban. Azonban, számos különbség az összetétel hisztonok megfigyelt mind a magasabb és alacsonyabb rendű eukarióta organizmusok. Tehát alacsonyabbrendű gerincesekben helyett H1, közös az összes szövetben ezeknek a szervezeteknek a vörösvérsejtek a H5 hiszton, amely több, az arginin és szerin. Másrészt, van egy hiánya bizonyos csoportok számos eukarióta hisztonok, és sok esetben a teljes csere ezeknek a fehérjéknek a másikon.

Gistonopodobnye fehérjéket fedeztek fel a vírusok, baktériumok és mitokondriumok. Így például, az E. coli a sejtben található nagy mennyiségben fehérjék (HU és H-NS), aminosav-összetétele hasonló a hisztonok.

A funkcionális tulajdonságait a hisztonok

Elterjedt hisztonokon a hasonlóságok még a nagyon távoli fajok köti lépésük kromoszómák mindezt mondja, a döntő szerepet a folyamatban a sejtek aktivitását. Még mielőtt a felfedezése nukleoszómák, van két kölcsönösen kiegészítő csoport hipotézisek a funkcionális szerepe a hisztonok, a szabályozási és strukturális szerepüket.

Nyilvánvaló volt, és a strukturális, kompaktiziruyuschaya, szerepe a hiszton kromatin szervezet. Mivel a fokozatos hozzáadásával hiszton frakció a tiszta DNS-oldatokat vezet a komplex kicsapása DNP, és fordítva, a részleges eltávolítása hisztonok a kromatin készítmények, ez vezet a átmenet egy oldható állapotba. Másrészt, a citoplazmaextraktumokban kétéltű oociták vagy tengeri sün tojást tartalmazó szabad hisztonok, hogy bármilyen további DNS-t (beleértve a fágokat) alkotnak kromatin privvodit fibrillák (DNP), amelynek hossza néhányszor rövidebb, mint az eredeti DNS-t. Ezek az adatok azt mutatják, szerkezeti, kompaktiziruyuschey szerepe hisztonokbói. Ahhoz, hogy hatalmas centiméter DNS molekulák feküdt hosszában kromoszómán, amelynek mérete néhány mikrométer, a DNS-molekulát kell valahogy hullámos, tömörített és a tömörítési sűrűsége 10000 1. Azt találtuk, hogy több szintje van a csomagolás, az első préselés közben DNS amelyek közvetlenül határozza meg a kölcsönhatás a hisztonok DNS-sei.

Az első szint a tömörödés DNS: strukturális szerepe nukleoszóma

A korai biokémiai és elektronmikroszkópos vizsgálatok kimutatták, hogy a készítmények tartalmaznak DNP fonalas szerkezetű, amelyek átmérője 5 és 50 nm. Fokozatosan világossá vált, hogy az átmérője szálacskák kromatin módszertől függ a szigetelés a kábítószert.

Ultravékony metszeteket interfázisban a sejtmagokat és a mitotikus kromoszómák rögzítése után glutáraldehiddel találtak passzivált fibrillák 30 nm vastagságú. Az ilyen fibrillák ugyanolyan méretű, mint a kromatin során fizikai rögzítése magok -, ha gyors fagyasztási magok hasítására objektumot és megszerzésére másolatai ilyen készítmények. Az utóbbi esetben, hogy kizárja a hatása a kromatin változó kémiai körülmények között. De ezek a módszerek és technikák nem adott semmilyen információt a természet a lokalizáció a DNS és a hisztonok kromatin fonalak.

A fő eseménye a tanulmány felfedezése volt kromatin kétféleképpen nukleoszómák - diszkrét részecskék kromatin. Ily módon, amikor lerakódik a szubsztrátum elektronmikroszkópos készítmények kromatin lúgos körülmények között, alacsony ionerősségű, lehetséges volt, hogy látni, hogy a kromatin szálakat valami hasonló „gyöngyfüzér”: kicsi, körülbelül 10 nm-gömböcske társított egymással DNS-szegmensek körülbelül 20 nm (ábra. 57, 58). Ezek a megfigyelések összhangban vannak az eredmények a frakcionált kromatin után a részleges nukleázemésztés.

A mag vagy részecskék (vagy minimum nukleoszóma) nagyon konzervatív szerkezete: ezek mindig tartalmaznak 146 bp DNS-t és a hiszton oktamer. Az összekötő rész is jelentősen változhat (8-114 bp a nukleoszóma).

Használata neutronszóródásos módszerrel képes volt azonosítani az alakja és pontos méretei a nukleoszóma. A durva közelítése, - egy hengeres vagy lapos alátét átmérőjű 11 nm, és a magassága 6 nm. Található a szubsztrátum elektronmikroszkópia, ezek alkotják a „gyöngyök”, globuláris képződése körülbelül 10 nm gémes tandem módon ül a meghosszabbított DNS-molekulák. Valójában az egyetlen kiterjesztett linker oldalak, a fennmaradó háromnegyed hossza a DNS spirál rakott a periférián a hiszton oktamer. Sam hiszton oktamer, azt mondta, hogy egy alakzatot emlékeztető labdát a játék a rögbi, amely magában foglalja a tetramer (H3  H4) 2, és két független dimer H2A  H2B. Ábra. 60 mutatja az elrendezés a hisztonok egy nukleoszóma magrész.

A fibrillák kromatin összekötő rész nem lineáris, és továbbra is az a felület a DNS hélix nukleoszóma részecske, kötődik szomszédos nukleoszómákhoz úgy, hogy kialakítjuk mintha folyamatos szálas körülbelül 10 nm vastagságú, amely egymáshoz közel elhelyezett nukleoszóma (ábra. 61). Így miatt további DNS-spirál (1 negatív DNS nukleoszóma supervitok 1) lép fel elsődleges tömörítő DNS, a tömörítési sűrűsége egyenlő 6-7 (200 bp 68 nm vannak felhalmozva globula átmérője 10 nm). Egymásra rakható majdnem két menet DNS nukleoszóma pálcák kerületileg történik úgy vélik, hogy az oka, hogy a kölcsönhatás a pozitív töltésű aminosavak a felszínen a oktamer a hisztonok DNS-sei foszfátok. N- és C-terminális részei a medulláris hisztonok gazdag pozitív töltések valószínűleg arra szolgálnak, hogy további stabilizálása a nukleoszóma struktúra.

Vezető medulláris (kéreg) a fehérjék DNS-tömörítő javallt az önálló szerelési nukleoszómák. Beállításával hozzáadásának sorrendje hisztonok és DNS sikerült, hogy egy teljes felújítása nukleoszómákhoz. Ebben a folyamatban nem játszik szerepet a forrást, ahonnan a DNS-t venni: ez lehet egy bakteriális DNS-t, és még cirkuláris DNS vírus. Kiderült, hogy a kialakulását nukleoszóma hiszton H1 nem szükséges, hogy részt vesz a kötési kész nukleoszómák egymással és a kialakulását magasabb szintű DNS tömörítés. A kulcs az épület egy nukleoszoma voltak a hiszton H3 és H4. Ugyanakkor az elején a DNS társított tetramer (H3  H4) 2, amely pozzheprisoedinyayutsya két dimerek H2A  H2B. Valószínűleg erősen konzervált a szerkezet a H3 és H4 hisztonok képviseli vezető szerkezeti szerepet a korai szakaszában a tömörödés DNS képződését nukleoszómák.