Мир науки

Рефераты и конспекты лекций по географии, физике, химии, истории, биологии. Универсальная подготовка к ЕГЭ, ГИА, ЗНО и ДПА!

Загрузка...

В неделящихся эукариотических клетках ДНК входит в состав хроматина, который выглядит как аморфный беспорядочно распределенный по клеточному ядру материал. Он состоит из очень тонких волокон, которые содержат ~60% белка, ~35% ДНК и ~5% РНК.

В структуре хроматиновых волокон выделяют 4 уровня структурной организации. Первый НУКЛЕОСОМНЫЙ уровень образуется за счет специфического взаимодействия двойной спирали ДНК с белками, называемыми гистонами. 

Гистоны - это небольшие белки с очень высоким содержанием (20 - 35%) положительно заряженных аминокислот (лизина и аргинина). Суммарный положительный заряд позволяет гистонам прочно связываться с ДНК независимо от ее нуклеотидного состава. В ядре любой эукариотической клетки всегда присутствуют 5 разных гистонов. Гистоны Н2А (14 кДа), Н2В (13.7 кДа), Н3 (15.3 кДа) и Н4 (11.3 кДа), объединяясь по 2 молекулы каждого вида, формируют плотную белковую 8-ми субъединичную структуру, на которую, как на катушку, накручивается молекула двухцепочечной ДНК (рис. 116). Такая структура из белковой сердцевины ("кора") с намотанной на него ДНК называется НУКЛЕОСОМОЙ. Нуклеосомы регулярно повторяются вдоль молекулы ДНК, разделенные лишь короткими линкерными участками (в среднем 54 п.н.), и является основной структурной единицей хроматина. Пятый вид гистонов - гистон Н1 (23 кДа) - соединяет соседние нуклеосомы. Его молекула имеет центральную глобулярную часть и вытянутые N- и С-концевые участки (рис116). Центральная глобула Н1 присоединяется к специфическому участку на поверхности нуклеосомы, а вытянутые "плечи" примыкают, с одной стороны, к линкерной ДНК в области ее контакта с нуклеосомной частицей, а с другой стороны, к белковой сердцевине соседней нуклеосомы. Таким образом, гистон Н1 как бы стягивает соседние нуклеосомы друг с другом. Так же, как и расплетание-"плавления" двухцепочечной ДНК, присоединение гистона Н1 к нуклеосомной нити является кооперативным процессом, т.е. каждая индивидуальная молекула Н1 более охотно связывается с ДНК в непосредственной близости от другой, уже присоединившейся молекулы Н1, и, следовательно, соединение и разъединение нуклеосом происходит кластерами.

Белковая сердцевина каждой нуклеосомы представляет собой уплощенную частицу размером 11&10&5.5 нм. ДНК, намотанная на сердцевину, имеет длину в 146 п.н. и образует 1.75 оборота левозакрученной суперспирали с шагом примерно 2.8 нм. Гистоны способны самопроизвольно формировать белковый кор и связывать ДНК in vitro, однако сборка нуклеосом значительно ускоряется в ядре под действием дополнительных белков негистоновой природы и контролируется белком нуклеоплазмином. Четыре гистона, формирующие нуклеосому, являются самыми эволюционно консервативными из известных белков (например, первичные структуры гистонов Н4 у столь эволюционно далеких организмов как горох и корова различаются всего лишь двумя заменами аминокислотных остатков). Такая эволюционная стабильность предполагает, что эти гистоны играют очень ответственную роль, и что они наилучшим образом приспособлены к выполнению своїх функций. Гистон Н1 в каждой клетке представлен несколькими очень похожими разновидностями. За исключением центрального участка молекулы, аминокислотная последовательность Н1 в значительно большей степени подверглась изменениям в процес се эволюции, чем первичная структура нуклеосомных гистонов.

С нуклеосомной организацией хроматина связано несколько не решенных пока вопросов. Например, не ясно, как расположены нуклеосомы в одном и том же гене в клетках разных тканей одного организма – в одних и тех же местах гена или нет? Эта проблема называется проблемой фазирования нуклеосом. Другой вопрос связан с биологическим значением ковалентных модификаций гистонов. Например, ацетилирование некоторых остатков лизина и фосфорилирование определенных остатков серина уменьшает суммарный положительный заряд гистонов.

Такие ковалентные модификации гистонов легко обратимы: ацетильные группы постоянко присоединяются к остаткам лизина ферментом гистонацетилазой, а затем отепляються другим ферментом - гистондеацетилазой, так что средняя продолжительность пребывания в молекуле гистона каждой ацильной группы составляет около 10 мин, и картина аце- тилирования нуклеосом в ядре постоянно меняется. Другим примером обратимой модификации гистонов в ядре служит ковалентное связывание примерно 10% всех молекул гистона Н2А с маленьким (74 а.о.) белком убикитином. Кроме того, с нуклеосомами когут нековалентно связываться и другие белки, например, так называемые HMG-белки, всегда присутствующие в большом количестве в ядрах. Предполагают, что все эти обратимые ковалентные и ковалентные модификации каким-то образом участвуют в регуляции активности генов. Между тем известны и необратимые модификации нуклеосомных гистонов: многие клетки в небольшом количестве синтезируют одну или несколько вариаций гистонов, которые слегка отличаются по аминокислотной последовательности от своих основных аналогов, и биологическое значение которых пока неизвестно.

Первый структурный уровень хроматина - нуклеосомная нить - имеет диаметр 11 нм и наблюдается в условиях низкой ионной силы при отсутствии гистона Н1. Рассеяние нейтронов и электрический дихроизм показали, что нуклеосомы в таких нитях ориентированы бок о бок друг к другу, а их торцы не сильно отклоняются от оси нити. При этом линейная молекула ДНК, упакованная таким образом, становится короче всего лишь в (200 п.н.&0.34 нм)/(10 нм + 54 п.н.&0.34) ~ 2.4 раза. В условиях высокой ионной силы и в присутствии гистона Н1 формируются нити с диаметром 30 нм. Это следующий структурный уровень хроматина, называемый ХРОМАТИНОВЫЕ ФИБРИЛЛЫ. Как уложены нуклеосомы в составе такой фибриллы, неизвестно. На рис. 117 показаны два варианта такой укладки, спиральный вариант считается более вероятным. В обоих случаях молекула ДНК становится еще в 16.7 раза короче.



Загрузка...
Загрузка...
Реферати і шпаргалки на українській мові.
Биология      Физика      Химия      Экономика     География
Микробиология      Теоретическая механика     География Белоруссии    География Украины    География Молдавии
Растительность мира      Электротехника    География Грузии    География Армении    География Азербайджана
География Казахстана    География Узбекистана    География Киргизии    География Туркменистана    Природоведение
География Таджикистана    География Эстонии