Гистоны организация в нуклеосоме

До сих пор мы рассматривали конструкцию нуклеосомы, исходя из того, как организованы повторяющиеся единицы длины ДНК на поверхности нуклеосом. Если же исходить из организации белка в нуклеосоме, то нужно знать, каким образом гистоны взаимодействуют друг с другом и с ДНК. Взаимодействуют ли гистоны только в присутствии ДНК или способны независимо собираться в октамеры [c.368]

Другое важное свойство активного хроматина — это существование областей, свободных от нуклеосом и гистонов. Некоторыми авторами было показано, что обычно перед генами, более или менее совпадая с энхансерами и другими регуляторными последовательностями, располагаются области ДНК, не организованные в нуклеосомы. При электронной микроскопии в этих участках не видно бусин на нитях. Те же самые области ДНК, но в клетках, где соответствующие гены зарепрессированы, имеют типичную нуклеосомную организацию. [c.164]

Перекрестные сшивки позволяют установить, какие пары гистонов лежат ближе друг к другу в нуклеосоме. (Сложность в интерпретации этих данных заключается в том, что сшивается только небольшая часть гистонов. Поэтому следует оценивать результаты с осторожностью, учитывая типичность большинства взаимодействий.) На основе полученных данных была сконструирована модель организации нуклеосомы. В достаточно схематичной форме она изображена на рис. 29.17. [c.368]

Остается самое большое различие между эу- и прокариотами в организации наследственного аппарата — окруженное ядерной мембраной оформленное ядро у эукарий, наличие гистонов и упаковка ДНК в нуклеосомы. У бактерий не найдены пока гис-тоны и нуклеосомы, поэтому упаковка ДНК у них происходит иначе. С другой стороны, некоторые археи имеют гистоноподоб-ные белки и стабильные нуклеосомы, в то время как некоторые одноклеточные эукариоты лишены и того и другого Таким образом, на уровне организации хромосом различия между про- и эукариотами могут быть не столь явными, как это ранее предполагалось. [c.28]

У высших организмов ДНК находится в хромосомах. Хромосомы имеют разную форму, которая зависит от центрической перетяжки. В каждой хромосоме содержится гигантская молекула ДНК (ММ 101 Да, линейная длина — несколько сантиметров), которая составляет основу хроматина. Хроматин — комплекс ДНК с РНК и белками (ДНК — 30-45%, гистоны — 30-50, негистоновые белки - 4-30, РНК - до 10%). Структурная организация хроматина такова, что позволяет использовать одну и ту же генетическую информацию ДНК, присущую данному виду организма, по-разному в специализированных клетках. При этом основная часть хроматина не активна. Она содержит плотно упакованную ДНК. Активный хроматин составляет в разных клетках от 2 до 11%. Упаковка (компактизация) ДНК следующая. Нуклеосома содержит отрезок двуспиральной ДНК, равный по протяженности 140 парам оснований, обвитый в 1,5 оборота вокруг ядра, состоящего из гистонов (2Н1, 2Н2а, 2Н2в и 2Н3). Степень компактизации — 5 раз. Примерно 90% ДНК входит в состав нуклеосом, 10% содержится в перемычках между нуклеосомами (30-60 пар, связанных с гистоном Н ). Считают, что нуклеосомы содержат фрагменты молчащего хроматина, а перемычки — активного. При развертывании нуклеосомы весь хроматин активный. Диско-идные нуклеосомы имеют диаметр 10 нм и высоту 5 нм. Из них образуются фибриллы. Фибриллы толщиной Ю нм состоят из ряда нуклеосом, касающихся друг друга своими краями и ориентированных плоскими поверхностями вдоль оси фибрилл. Фибриллы скручиваются в спираль, на виток которой приходится 6-7 нуклеосом. В результате образуется хроматиновое волокно диаметром 30 нм. Для того чтобы образовалась митотическая хромосома нормального размера, волокно такого диаметра должно подвергнуться дополнительной компактизации с уменьшением результирующей длины в 100 раз. [c.293]

Третичная структура ДНК эукариот также проявляется в многократной суперспирализации молекулы, однако в отличие от прокариот она осуществляется в составе комплексов ДНК с белками (нуклеопротеины). Основная нуклеопротеиновая структура, содержащая ДНК, — это хроматин (дезоксирибонуклеопротеин). Структурная организация хроматина сложна и изучена далеко не полностью. Примерно V3 массы хроматина приходится на белки, остальное количество — на ДНК. Кроме того, в состав хроматина входит до 10 % РНК. Половина всех белков хроматина — это гистоны. На электронно-микроскопических фотографиях хроматина легко можно рассмотреть образования, напоминающие бусы. Каждая бусина содержит 8 молекул гистонов и намотанную на них (примерно полтора витка) молекулу ДНК длиной около 150 нуклеотидных пар. Такую структуру называют нуклеосомой (рис. 8.9). При таком способе укладки длина молекулы ДНК уменьшается примерно в 7 раз по сравнению с вытянутой спирализованной молекулой. [c.277]

Экстракт не может придавать сверхчувствительность, если его добавлять после гистонов. Из этого следует, что соответствующий фактор в экстракте узнает ДНК непосредственно и каким-то образом меняет организацию данного участка, лишенного нуклеосом. По крайней мере, в этих условиях соответствующий компонент не может удалить нуклеосомы после того как они сформировались. Таким образом, мы возвращаемся обратно к исходному вопросу каким образом изменяется структура хроматина, когда ген должен перейти в активное состояние [c.389]

Структура гистонового кора нуклеосомы. Гистоны объединяют пять разновидностей небольших структурных белков Н1, Н2А, Н2В, НЗ и Н4, аминокислотные последовательности которых содержат соответственно 220, 128, 124, 134 и 102 остатков. Они обеспечивают плотную упаковку двойной спирали ДНК, которая в растянутом состоянии имеет большую длину. Например, в каждой хромосоме человека она составляет в среднем около 5 см. Поэтому компактизация ДНК с помощью гистонов необходима прежде всего для упорядоченного расположения длинной двухцепочечной полинуклеиновой кислоты в небольшом объеме клеточного ядра. Однако не только для этого характер упаковки ДНК влияет на активность соответствующих участков генома. Следовательно, его гистоновая структурная организация является одним из способов регуляции и контроля транскрипции РНК с ДНК. Аминокислотные последовательности гистонов содержат около четверти положительно заряженных остатков Lys и Arg, что позволяет им эффективно связываться с двойной спиралью ДНК, независимо от ее нуклеотидного состава. [c.109]

Гистоны составляют около половины массы хромосомы, где они участвуют в организации нескольких уровней упаковки двойной спирали ДНК. Вместе с другими белками гистоны образуют с ДНК комплексы, названные хроматином. Впервые Р. Корнберг в 1974 г. выделил повторяющуюся структурную единицу хроматина и вместе с Дж. Томасом установил, что она состоит из белковой сердцевины октамерного кора, содержащего по две молекулы каждого из гистонов Н2А, Н2В, НЗ и Н4, и фрагмента двойной спирали ДНК [402, 403]. Р. Симпсон предположил, что двухцепочечная ДНК закручена вокруг гистонового кора и образует два витка суперспирали из 165 пар оснований [404]. Позднее эта цифра была исправлена А. Клагом и соавт. на 146 [405]. Обнаруженная структурная единица хроматина получила название нуклеосомы [406]. Исследования гистонового кора с помощью различных физико-химических методов показали, что октамер представляет собой гетерогенный белковый ансамбль (Н2А-Н2В-НЗ-Н4)2, состоящий из трех структурных субъединиц тетрамера (НЗ-Н4)2 и двух димеров (Н2А-Н2В). Двойная спираль ДНК в хроматине тянется как непрерывная нить от одной нуклеосомы к другой. Расположенные между нуклеосомами линейные линкерные участки ДНК имеют разную длину, которая обычно невелика и в среднем составляет 60 нуклеотидов. Нуклеосомная нить определяет более высокие уровни компактизации хроматина. В конечном счете, он предстает в электронном микроскопе в виде так называемой ЗОнм-хроматиновой фибриллы. [c.110]

В связи с установлением трехмерной структуры гистонового октамера (Н2А-Н2В-НЗ-Н4)2 и его стерических взаимоотношений с ДНК встает ряд вопросов принципиального порядка. Например, каковы механизмы и причины спонтанного возникновения белкового комплекса и самосборки нуклеосомы в целом Не менее интересен и вопрос о том, каким образом происходит освобождение нуклеотидной цепи от гистонового кора Дело в том, что доступность ДНК, входящей в состав нуклеосом, существенно ограничена на тех участках, где двойная спираль соприкасается с поверхностью октамера. Присоединение специфических регуляторных белков к функционально активным нуклеотидным последовательностям становится возможным только при освобождении соответствующих участков связывания ДНК от нуклеосом. Поэтому выяснение причины распада нуклеопротеиновых комплексов столь же важно, как и исследование причины их возникновения. Можно полагать, что после того, как механизм создания и разрушения нуклеосом получит свою количественную трактовку, будет решен и один из наиболее интригующих вопросов, касающихся гистоновых белков, а именно, почему гистоны Н2А, Н2В, НЗ и Н4 в отношении своих аминокислотных последовательностей являются самыми консервативными в природе белками (табл. 1.7) Не исключено, что нуклео-сома представляет собой уникальную по своей структурной организации клеточную субъединицу. Из общих соображений очевидно, что в ней должны сочетаться идеальная согласованность внутри- и межмолекулярных взаимодействий белков, образующих гистоновый октамер, комплементарность поверхности нуклеосомного кора контактной поверхности суперспирали ДНК и в то же время наличие тонкого баланса сил противоположной направленности, нарушение которого при соответствующих изменениях внешних условий ведет к быстрому смещению равновесия в сторону возникновения или распада нуклеопро-теинового комплекса. Консервативность гистонов Н2А, Н2В, НЗ и Н4 указывает на то, что нормальное функционирование такой системы практически исключает аминокислотные замены. [c.112]

В лаборатории А. Д. Мирзабекова с помощью описанных выше методов изучалась организация не только нуклеосом, но и спейсера. Кроме гистона Н1, в его упаковке принимает участие гистон НЗ, а иногда и гистон Н2Ь, Регулярное расположение сердцевины нуклеосомы в спейсере, при котором размеры его всегда кратны 10 п, н,, обеспечивает образование непрерывной суперспирали ДНК, [c.94]

За последние несколько лет произошли значительные изменения в наших представлениях о структуре хроматина. Существует несколько уровней ее организации. Комплекс ДНК с пятью типами гистонов образует регулярную упорядоченную структуру. Ее основной единицей является нуклеосома, по-видимому, содержащая (1) по две молекулы каждого гистона Н2а, Н2Ь, НЗ и Н4, (2) одну молекулу гистона Н1 и (3) около 200 пар оснований двухцепочечной ДНК. Нуклеосомы расположены вдоль молекулы ДНК, как бусины, при этом каждая из них отделена от соседних участком свободной ДНК. [c.212]

В хроматине ядра ДНК связана с комплексами основных белков (гистонов) и негистоновыми белками, а также с неболь-щим количеством липидов и РНК. Двойная спираль ДНК и гистоны организованы в правильную периодическую структуру, состоящую из нуклеосом и участков молекулы ДНК между ними. Нуклеосомой называют комплекс, состоящий из восьми молекул гистоновых белков Н2А, Н2В, НЗ и Н4 (по 2 молекулы), на который намотаны петли ДНК из 140 — 200 пар нуклеотидов. Диаметр нуклеосомы около 10 нм. Между нуклео-сомами локализованы участки ДНК из 30 — 50 пар нуклеотидов (длиной 10 — 20 нм), связанные с гистоном Н1. Такая организация ДНК в хроматине позволяет ее молекуле укладываться в петли и в более сложные структуры. В составе нуклеосомы ДНК менее доступна для действия нуклеаз, которые легче расщепляют межнуклеосомные участки молекулы. В развернутом состоянии петли активны (осуществляется синтез ДНК или РНК), в неактивном состоянии петли свернуты в компактные структуры. [c.310]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология