Charakterystyka histonów, struktura, typy i funkcje

histony Są to podstawowe białka, które oddziałują z DNA do tworzenia nukleosomów, które tworzą składowe nici chromatyny chromosomów w organizmach eukariotycznych.

Nukleosomy, kompleksy utworzone przez DNA i białka, zostały odkryte w 1974 r. I to histony składają ten podstawowy poziom organizacji chromatyny. Jednak istnienie białek histonowych jest znane przed lat 60.

Reprezentacja graficzna nukleosomu z ośmiokrotnym centrum histonów i DNA zapisanym wokół niego (źródło: Jawahar Swaminathan i personel MSD w Europejskim Instytucie Bioinformatycznym [domena publiczna] za pośrednictwem Wikimedia Commons) przez Wikimedia Commons)

Histony są zorganizowane w taki sposób, że podwójny pasmo DNA jest zwinięta wokół centrum białkowego złożonego z tych białek, które ściśle ze sobą oddziałują. Centrum histonów ma dysk, a DNA daje mniej więcej 1.7 odwraca się.

Wiele mostów wodorowych pozwala na zjednoczenie DNA centrum białka utworzone przez histony w każdym nukleosomie. Te linki powstają głównie między szkieletami aminokwasowymi histonów a szkieletem fosforanowym DNA. Uczestniczą również niektóre interakcje hydrofobowe i wiązania jonowe.

Białka znane jako „kompleksy przebudowy chromatyny” są odpowiedzialne za rozpad i tworzenie wiązań związkowych między DNA i histonów, umożliwiając wejście maszyny transkrypcyjnej do DNA zawartego w nukleosomach.

Pomimo bliskości kwasów nukleinowych z centrum białka utworzonym przez histony, są one ułożone w taki sposób, że w razie potrzeby pozwalają one wejściem czynników transkrypcyjnych i innych białek związanych z ekspresją lub wyciszaniem genetycznym.

Histonas mogą ponieść różne modyfikacje, które generują wiele wariantów, umożliwiając istnienie wielu różnych form chromatyny, które mają właściwość modulowania ekspresji genetycznej na różne sposoby.

[TOC]

Charakterystyka

Są z najbardziej zachowanych białek eukariotów w naturze. Wykazano na przykład, że histona H4 grochu różni się zaledwie dwiema 102 pozycjami aminokwasowymi białka krowiego H4.

Histonas są stosunkowo małymi białkami, z nie więcej niż 140 aminokwasami. Są bogate w podstawowe odpady aminokwasowe, więc mają dodatnie obciążenie netto, co przyczynia się do ich interakcji z kwasem nukleinowym, obciążeniem ujemnym, tworząc nukleosomy.

Może ci służyć: propionibacterium

Znane są histony nukleosomalne i unii lub mostu. Histony nukleosomalne to H3, H4, H2A i H2B, podczas gdy histony Unii należą do rodziny H1 Histonas.

Podczas montażu nukleosomu dimery specyficzne H3-H4 i H2A-H2B. Dwa H3-H4 Dímeros później dołączają do utworzenia tetramerów, które są następnie łączone z średnicami H2A-H2B, tworząc ośmiokrotnie.

Wszystkie histony są głównie syntetyzowane podczas fazy S cyklu komórkowego, a nukleosomy są składane w śmigłach nurkowych DNA, tuż po widelcu replikacji.

Struktura

Ogólna struktura histonów obejmuje podstawowy region aminokwasowy i wysoce zachowany kulturowy region karboksylowy między organizmami eukariotycznymi.

Motyw strukturalny znany jako „Histonas Fold”, złożony z trzech śmigieł alfa połączonych dwoma widelcami i które stanowią małe hydrofobowe centrum, jest odpowiedzialny za interakcje białko-białko między histonami, które tworzą nukleosom.

To właśnie ten fałd histonowy tworzy globularną domenę karboksylową tych białek nukleosomalnych we wszystkich eukariotach.

Histonas mają również małe „ogony” lub regiony aminowe i inne karboksylowe końcowe (dostępne proteazę), nie więcej niż 40 aminokwasów o długości. Oba regiony są bogate w podstawowe aminokwasy, które mogą ponieść wiele post -traktycznych kowalencyjnych modyfikacji.

Histony Unii

W eukariotach istnieją dwie rodziny histonów Unii, różnicowane od siebie według ich struktury. Niektóre mają strukturę trójstronną, z domeną kulistą opisaną powyżej flankowaną przez domeny „nieustrukturyzowane” N- i C-C; podczas gdy inni mają tylko domenę C-końcową.

Chociaż większość histonów jest zachowana, podczas embriogenezy lub dojrzewania wyspecjalizowanych komórek w niektórych organizmach mogą pojawić się niektóre specyficzne warianty. Niektóre różnice strukturalne mają związek z modyfikacjami po translacyjnej, takimi jak te, które następujące:

-Fosforylacja: Uważa się, że jest to związane z modyfikacją stopnia kondensacji chromatyny i jest powszechnie podawany w odpadach serynowych.

-Acetylacja: związane z regionami chromosomowymi, które są aktywne transkrypcyjnie. Zwykle występuje w łańcuchach bocznych odpadów lizyny. Kiedy występuje na tych odpadach, ich dodatnie obciążenie zmniejsza się, zmniejszając w ten sposób powinowactwo białek przez DNA.

-Metylacja: Może wystąpić jako mono- lub Trivation of Lizyna, które wyróżniają się na podstawie jądra białkowego.

Specyficzne enzymy są odpowiedzialne za wprowadzanie tych kowalencyjnych modyfikacji w histonach. Te enzymy obejmują transfrasty histonowo-acetylowe (HATS), kompleksy histon-deeacetylo (HDAC) oraz histon-metylotransferaese i demetylazy i demetlaza.

Może ci służyć: 10 cech najwybitniejszych lipidów

Chłopaki

Charakterystyka histonów została przeprowadzona przez różne techniki biochemiczne, w tym chromatografie oparte na słabych żywicach kationowych wymiany.

Niektórzy autorzy ustalają formę klasyfikacji, w której 5 głównych rodzajów histonów wyróżnia się w eukariotach: FI, z białkami 21 kDa; F2A1 lub IVF, około 11.3 kDa; F2a2 lub fiibi, 14.5 kDa; F2B lub FIIB2, o masie cząsteczkowej 13.7 kDa i F3 lub FIII, 15.3 kDa.

Wszystkie te typy histonów, z wyjątkiem grupy FI, znajdują się w ilościach równomolowych w komórkach.

Kolejna klasyfikacja, z tą samą ważnością i być może najczęściej używaną dzisiaj, proponuje istnienie dwóch różnych rodzajów histonów, a mianowicie: te, które są częścią oktametru nukleosomu i histonów Unii lub Bridge, które łączą nukleosomy między tak.

Niektóre warianty mogą również występować między gatunkami i w przeciwieństwie do histonów jądra, warianty są syntetyzowane podczas interfejsu i są wstawiane do preformowanej chromatyny poprzez proces zależny od energii uwalnianej z hydrolizy ATP.

Histony nukleosomalne

Środek nukleosomu składa się z kilku z czterech składowych histonów: H2A, H2B, H3 i H4; na których segmenty DNA o około 145 par zasad są owinięte.

H4 i H2B histony są w zasadzie niezmienne. Niektóre odmiany są jednak widoczne w histonach H3 i H2A, których właściwości biofizyczne i biochemiczne zmieniają normalny charakter nukleosomu.

Wariant H2A Histon u ludzi, białko H2A.Z ma duży obszar kwasowy i może sprzyjać stabilności nukleosomu w zależności od wariantów H3 H3, z którymi jest powiązany.

Te histony wykazują pewną zmienność między gatunkami, będąc szczególnym przypadkiem H2B Histona, dla którego pierwsza trzecia cząsteczki jest bardzo zmienna.

Histony Unii

Histony Unii lub Bridge to histony H1. Są one odpowiedzialne za związek między nukleosomami i ochroną DNA, która wyróżnia się na początku i na końcu każdej cząstki.

W przeciwieństwie do histonów nukleosomalnych, nie wszystkie histony H1 mają kuliskowy obszar „fałd” histonu. Białka te wiążą się z DNA między nukleosomami, ułatwiając zmianę równowagi chromatyny w kierunku bardziej skondensowanego i mniej aktywnego, co oznacza, że ​​transkrypcyjnie mówiąc.

Może ci podać: łańcuch pokarmowy: elementy, piramida troficzna i przykłady

Badania wiązały te histony ze starzeniem się, naprawą DNA i procesów apoptotycznych, więc uważa się, że odgrywają one kluczową rolę w utrzymaniu integralności genomowej.

Funkcje

Wszystkie odpady aminokwasowe histonów uczestniczą, w taki czy inny sposób, w ich interakcji z DNA, co wyjaśnia fakt, że są one tak zachowane wśród królestw organizmów eukariotycznych.

Udział histonów w opakowaniu DNA w chromatynie ma ogromne znaczenie dla złożonych organizmów wielokomórkowych, w których różne linie komórkowe mogą specjalizować.

Transkrypcyjnie aktywne regiony genomowe są gęste w nukleosomach, co sugeruje, że związek DNA z białkami histonowymi jest kluczowe dla ujemnej lub pozytywnej regulacji jej transkrypcji.

Podobnie, przez cały okres życia komórki, odpowiedź na dużą liczbę bodźców, zarówno wewnętrznych, jak i zewnętrznych, zależy od niewielkich zmian w chromatynie, które zwykle mają związek z przebudową i modyfikacją post -translacyjną histonów występującą w ścisłym związku z bliskim związkiem z DNA.

Wiele zmiennych histonów wykonuje różne funkcje u eukariotów. Jeden z nich ma związek z udziałem wariantu histonu H3 w tworzeniu struktur centromerycznych odpowiedzialnych za segregację chromosomów podczas mitozy.

Wykazano, że odpowiednik tego białka w innych eukariotach jest niezbędny do montażu białka.

Bibliografia

1. Alberts, ur., Johnson, a., Lewis, J., Morgan, zm., Raff, m., Roberts, k., & Walter, p. (2015). Biologia komórki molekularnej (6 wyd.). Nowy Jork: Garland Science.
2. Campos, e. Siema., & Reinberg, D. (2009). Histony: adnotacja chromatyny. Annu. Obrót silnika. Genet., 43, 559-599.
3. Harvey, a. C., & Downs, j. DO. (2004). Jakie funkcje dostarczają wspomaganie linkerów? Mikrobiologia molekularna, 53, 771-775.
4. Henikoff, s., & Ahmad, K. (2005). Montaż wariantów histonów w chromatynę. Annu. Obrót silnika. Komórka. Dev. Biol., dwadzieścia jeden, 133-153.
5. Isenberg, ja. (1979). Histony. Annu. Obrót silnika. Biochem., 48, 159-191.
6. Kornberg, r. D., & Thomas, j. ALBO. (1974). Struktura chromatyny: oligomery histonów. Nauka, 184(4139), 865-868.
7. Smith, e., Delange, r., & Bonner, j. (1970). Chemia i biologia histonów. Recenzje fizjologiczne, pięćdziesiąt(2), 159-170.