Эукариотические хромосомы
Хромосомные ДНК эукариот локализованы в клеточном ядре. Размеры ДНК в отдельных эукариотических хромосомах колеблются в широких пределах – от 103 до 105 т.п.о. Огромная длина молекул ДНК эукариот предопределила появление специальных механизмов хранения, репликации и реализации генетического материала. Эукариотические хромосомы организованы сложнее, чем геномы прокариот. ДНК высших организмов находится не в свободном виде, а ассоциирована с белками, предназначение которых – упаковывать ДНК. Этот нуклеопротеиновый материал называется хроматином.
Состав хроматина, гистоны
В состав хроматина входят: ДНК (30–40% по массе), гистоны (30–50%), негистоновые белки (4–33%) и РНК. Количество негистоновых белков, РНК, а также размеры молекул ДНК колеблются в широких пределах в зависимости от метода выделения хроматина и природы объекта. Основными компонентами хроматина являются ДНК, гистоновые и негистоновые белки. На долю белков приходится около половины массы эукариотических хромосом. Большую часть белка составляют гистоны. Гистоны и ДНК можно разделить, если обработать хроматин солью или разбавленной кислотой и подвергнуть ионооменной хроматографии. Гистоны имеют положительный заряд, а так как ДНК заряжена отрицательно, то гистоны обладают сродством к ДНК.
Известно 5 типов гистонов (Н1, Н2А, Н2В, Н3 и Н4), различающихся по размерам, аминокислотному составу и величине положительного заряда. Молекулярная масса этих белков от 11 до 21 kD, длина полипептидной цепи от 102 (Н4) до 220 (Н1) аминокислотных остатков. Особенность гистонов – высокое содержание положительно заряженных боковых цепей, и каждый 4-й аминокислотный остаток – лизин или аргинин.
H1 – богатые лизином,
Н2А – богатые аргинином и лизином,
Н2В – умеренно богатые аргинином и лизином,
Н3 – богатые аргинином,
Н4 – богатые глицином и аргинином.
Гистоны представляют собой семейство высококонсервативных основных белков. Последовательности аминокислот в гистонах Н3 и Н4 почти одинаковы у всех животных и растений. Так, в гистоне Н4 из проростков гороха и тимуса теленка аминокислотные последовательности различаются только в 2 положениях из 102. Валин вместо изолейцина и лизин вместо аргинина. Консервативность структуры гистонов Н3 и Н4 может свидетельствовать о том, что они выполняют какую-то важную функцию, возникшую на заре эволюции эукариот и сохранившуюся до наших дней почти без изменений. Внутри других классов гистонов на основании аминокислотных последовательностей различают несколько подтипов этих белков. Такая множественность особенно характерна для гистонов класса H1 млекопитающих, где различают семь подтипов: H1.1–H1.5, H1o и H1t.
Природа негистоновых белков пока недостаточно изучена. К ним относятся сложные белки, ферменты, а также регуляторные белки. По своим свойствам последние отличаются от гистонов и представлены кислыми белками.
Важным результатом взаимодействия ДНК с белками в составе хроматина является ее компактизация. Благодаря этому 46 молекул ДНК диплоидного генома человека общей длиной около 2 м могут поместиться в клеточном ядре диаметром всего 10 мкм. Длина молекулы ДНК, заключенной в одной хромосоме человека, в среднем равняется ~4-5 см. В то же время длина метафазной хромосомы составляет 4 мкм. Следовательно, ДНК метафазных хромосом человека компактизована по длине, по крайней мере, в 104 раз. Степень компактизации ДНК в интерфазных ядрах значительно ниже и неравномерна в отдельных генетических локусах.
В зависимости от плотности упаковки и коррелирующей с ней активности хроматина в интерфазе (часть клеточного цикла между двумя последовательными делениями) различают гетерохроматин и эухроматин. Плотность упаковки хроматина во многом определяется модификациями гистонов — ацетилированием и фосфорилированием. Если хроматин упакован плотно, его называют конденсированным или гетерохроматином, он хорошо видим под микроскопом. Эухроматин отличается меньшей по сравнению с гетерохроматином компактизацией ДНК, большим количеством негистоновых белков, в нем главным образом локализуются активно экспрессирующиеся гены. Гетерохроматизация определенных участков хромосом часто сопровождается подавлением транскрипции имеющихся в них генов. В настоящее время широко распространено мнение о генетической инертности гетерохроматина, хотя в нем находят и активно экспрессирующиеся гены. В процесс гетерохроматизации могут быть вовлечены протяженные участки хромосом и даже целые хромосомы. Считается, что регуляция транскрипции генов эукариот в основном происходит на двух уровнях. На первом из них компактизация или декомпактизация ДНК в хроматине может приводить к длительной инактивации или активации протяженных участков хромосом или даже целых хромосом уровне при участии негистоновых белков, включающих многочисленные факторы транскрипции.
Достарыңызбен бөлісу: |
