Двойная спираль в нуклеосоме

Рис. 4.20. Пространственные модели интерфазной и метафазной эукариотической хромосомы. А. Схематическое изображение винтовых структур, начиная от двойной спирали Уотсона-Крика диаметром 20 А далее нуклеосома-100 А, соленоид-300 А, трубка-2000 А и, наконец, метафазная хроматида-6000 А. Б. Пространственная модель двух последних уровней организации метафазной хроматиды, сделанная из проволоки. Тончайшие белые поперечные линии на проволоке (указаны белой стрелкой) представляют двойную спираль Уотсона-Крика диаметром 20 А, белая черта указывает диаметр соленоида (300 А), черная-диаметр

Рис. 11-23. Общая схема строения хроматина. Показаны (сверху вниз) двойная спираль ДНК нить, включающая три нуклео-сомы участок хроматинового волокна толщиной 30 нм ряд из десяти смежных петель, образованных таким волокном модель участка метафазной хромосомы и наконец, вся метафазная хромосома. При обсуждении репликации ДНК наиболее важные структуры-это сами нуклеосомы. По-видимому, они остаются связанными с ДНК постоянно, даже при ее репликации. Существенны при репликации ДНК также и петельные домены, которые, как полагают, служат функциональными единицами при экспрессии генов

Ранее, при рентгеноструктурном анализе целой нуклеосомы было показано, что правая двойная спираль ДНК закручена, вокруг гистонового кора в виде левой суперспирали с внутренним диаметром 70 А и длиной 55 А [404, 409, 412]. Это нашло подтверждение в исследовании структуры изолированного октамера, на поверхности которого была обнаружена бороздка белковой суперспирали [417, 418]. Она имеет внешний диаметр 65 A, шаг 28 А и левую закрутку, что полностью отвечает параметрам суперспирали ДНК в нуклеосоме. Таким образом, поверхности гистонового кора и закручиваемой вокруг него двойной спирали ДНК соотносятся между собой так же, как поверхности винта и гайки. Между тем, образование нуклеосомы вряд ли представляет собой ввинчивание белкового октамера в строго детерминированную нуклеотидную структуру. Этому препятствуют, во-первых, наличие на спиральной бороздке нуклеосомного сердечника чередующихся возвышений и впадин и, во-вторых, то обстоятельство, что суперспираль молекулы ДНК в свободном состоянии не является стабильной формой, хотя, по-видимому, и относится к низкоэнергетическим конформациям. Более вероятно, что образование нуклеосомы происходит путем накручивания лабильной двойной спирали ДНК на [c.111]

Рис. 29.8. Схематическое изображение нуклеосомы. Двойная спираль ДНК (красная полоса) намотана на октамер гистонов (по две молекулы Н2А, Н2В, НЗ и Н4 изображены голубым). Гистон Н1 (желтый цвет) связывается с наружной стороной этой минимальной нуклеосомы и с линкерной ДНК. (Kornberg А, DNA Repli ation. Freeman and. o., 1980.)

Пятый гистон, Н1, не входит в состав нуклеосомного кора и не участвует в процессе наматывания ДНК на гистоновый октамер. Он контактирует с ДНК в тех местах, где двойная спираль входит и выходит из нуклеосомного кора (рис. 1.17). В такой структуре с одним гистоновым октамером и молекулой гистона Н1 ассоциированы 168 пар оснований спиральной ДНК. Как мы уже отмечали, на электронно-микроскопических фотографиях хроматин часто обнаруживается в двух альтернативных формах в форме волокна с четко разделенными нуклеосомами (нуклеосомы имеют вид бусинок, нанизанных на нитку) или в форме волокна диаметром 10 нм, в котором нуклеосомы упакованы бок о бок по всей его длине (рис. 1.15). Волокно диаметром 10 нм может подвергаться дальнейшей конденсации с образованием структур более высокого порядка. При этом нуклеосомы, по всей видимости, образуют соленоид-структуру диаметром 30 нм (рис. 1.18). [c.49]

В хроматине ядра ДНК связана с комплексами основных белков (гис-тонов), а также с негистоновыми белками, РНК и небольшим количеством липидов. Г ИСТОНЫ и двойная спираль ДНК вместе представляют собой правильную структуру, состоящую из нуклеосом и участков молекулы ДНК между ними. Нуклеосома — это комплекс из восьми молекул гистоновых белков, на который нанизаны петли ДНК из 140...200 пар нуклеотидов. В составе нуклеосом ДНК менее доступна действию эндонуклеаз, которые легче расщепляют ДНК, занимающие междунуклео-сомные участки. [c.377]

Чем же объясняется такое неслучайное расположение нуклеосом Показано, что в некоторых случаях (например, для нуклеосом. связанных с генами 5S-pPHK) смесь четырех очищенных гистонов, составляющих нуклеосому, in vitro образует ее точно на том же месте, где она расположена in vivo. Возможно, причина заключается в том, что нуклеосомы стремятся связаться таким образом, чтобы максимально заполнить богатую АТ малую бороздку ДНК. Такое предпочтение вызвано тем, что двойную спираль ДНК трудно уложить двумя плотными витками вокруг гистонового октамера, и для этого требуется значительное уплотнение на малой бороздке спирали ДНК (рис. 9-24). Как установлено на примере белка репрессора бактериофага (см. рис. 9-17). кластер, состоящий из двух или грех пар АТ и расположенный в малой бороздке, облегчает возникновение такого уплотнения. На характер расположения нуклеосом должны влиять и другие неизвестные пока свойства последовательности ДНК. [c.112]

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]

Вопросы, касающиеся природы и механизма взаимодействия гистонов друг с другом и двойной спиралью ДНК, возникли задолго до привлечения к их рассмотрению рентгеноструктурного анализа. И хотя установление трехмерной структуры нуклеосомы окончательно не решило ни одного из них, ситуация в этой области претерпела качественное изменение. Стала известна морфология изучаемого объекта, и все вопросы о его функционировании перешли из натурфилософской категории в категорию строго научных. Что это означает, детально рассматривается в двух последующих томах настоящего издания. [c.112]

Хроматин состоит из многократно повторяющихся единиц, называемых нуклеосо-мами (1). Каждая нуклеосома содержит 8 молекул гистона (3), расположенных в виде шара, который окружен двойной спиралью ДНК (2), состоящей из примерно 200 пар оснований. Конфигурация молекулы ДНК точно не установлена. [c.90]

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