Нуклеїнова кислота ДНК, яка входить до ядра еукариотических кліток, компактно упакована завдяки особливим структурам. В цитології вони носять спеціальну назву – гистони. Це пептиди, проявляють основні хімічні властивості. Їх будова і функції, що виконуються в клітці, будуть розглянуті в даній статті.

Як ДНК організовано в ядрі

Для того щоб «втиснути» довгу полинуклеотидную ланцюг ДНК в микропространство клітинного ядра, в ньому знаходяться своєрідні «котушки» - білки-гистони. На них накручується двухцепочечная нитка дезоксирибонуклеїнової кислоти. Така структура, розташована в кариоплазме, носить назву нуклеосоми. Біохімічними дослідженнями встановлено, що гистоновий білок організований у вигляді декількох модифікацій: гистон H1/H5 H2A, H2B, H3 H4. Перший пептид з цього переліку прийнято називати линкерним, інші коровими. Саме ці білки-гистони утворюють нуклеосому.

Особливості будови нуклеосомних пептидів

Хімічний аналіз встановив факт надмірного вмісту в корових гистонах молекул таких амінокислот, як лізин і аргінін. Перша є незамінною, а інша частково замінною і присутній практично у всіх пептидах. Білки-гистони накопичують надмірні позитивні заряди на залишках амінокислот. Вони нейтралізують негативні сумарні заряди аніонів PO 4 3 - , що входять до складу ДНК. Ще одна особливість будови цих білків полягає в тому, що він практично ідентичний у організмів, що відносяться до царства Рослини, Тварини та Гриби.


Так як гистони – це білки ядра, вони внаслідок своєї будови, можуть брати участь у процесах, що відбуваються в кариоплазме. Наприклад, найбільш важливий для процесу транскрипції пептид Н1 – гистоновий білок, що утримує нуклеосоми, що входять до складу хроматину в впорядковано-компактному ядрі. Також, у разі пошкодження локусів ДНК, так звані варіантні молекули корових пептидів беруть участь у репарації цих ділянок.

Коровие пептиди

Вони визначають будову нуклеосоми, яка складається з чотирьох видів молекул, названих Н2А, Н2В та Н3 і Н4. У нуклеосомах знаходиться по дві молекули кожного типу, така структура називається октамером. Молекула дезоксирибонуклеїнової і коровие білки утворюють між собою гідрофобні, водневі і ковалентні зв'язки. Білки-гистони є серцевиною нуклеосоми. Також вони містять неструктуровані N-C-хвости. Ці частини складаються з 15-30 залишків амінокислот і беруть участь у епігенетичних процесах, які контролюють експресію генів. Коровие гистони центральній частині нуклеосоми мають малі молекулярні маси, в їх ділянках, на відміну від хвостових частин містяться острівці гідрофобних білкових мономерів: валіну, проліну, лезіна, метіоніну. Останні наукові дослідження в області біохімії призвели до появи гіпотези гистонового коду. На відміну від генетичного коду, що є універсальним для всіх форм клітинної життя на Землі, гистоновий код мінливий. Під цим терміном розуміють видозміни хвостових ділянок пептидів в результаті реакцій ацетилювання, метилювання, фосфорилювання. Всі перераховані вище хімічні процеси відбуваються в присутності мультиферментних комплексів. Завдяки таким біохімічним процесам, модифицирующим коровие гистони, і відбувається експрессионная коригування генів, які контролюють внутриядерние реакції з участю ДНК: репарацію, транскрипцію, реплікацію. Сам же хроматин під впливом змін гистонового коду піддається ремоделингу, тобто змінює свою упаковку в нуклеосоми (ущільнює її або, навпаки, розпушує).

Линкерний білок

Гистон Н1 знаходиться в хроматині, з'єднується з зовнішньою частиною нуклеосоми і утримує на ній суперспираль дезоксирибонуклеїнової кислоти. Його фіксація відбувається в місці розташування тетрамера, що складається з двох молекул пептиду Н3 і двох молекул Н4. У представників класу птахів і класу рептилій в еритроцитах замість гистона Н1 виявлений інший линкерний білок Н5. Пептид Н1 містить HMJB-домен - структурний ділянку, що нараховує близько 80 амінокислотних залишків. Він практично однаковий у більшості організмів, включаючи рослини, тварин і людини. Цей домен не піддається модифікації і є консервативним. Пептид Н1 має дві форми просторової конфігурації: згорнутої у вигляді глобули і розгорнутий – у третинної формі. Останнє виникає при порушенні зв'язку С-кінцевого ділянки гистона з ДНК-зв'язуючими доменами. Линкерний пептид активно бере участь в переписуванні інформації з гена на молекулу иРНК, в процесах самоудвоения ДНК, а також в її репарації пошкоджених локусів. В цьому і полягає біологічна роль гістонів в ДНК.

Як білки формують октамер

На відміну від пептиду Н1 інші види гістонів, звані коровими, характеризуються достатньою пластичністю і утворюють варіантні форми. Наприклад, Н2А має найбільшу кількість модифікацій: H2AZH2AX MACROH2A. Вони різняться між собою:

С-кінцевими послідовностями амінокислотний залишків.

Місцем знаходження в геномі.

Наприклад, варіантний гистон H2ABbd взаємопов'язаний з хроматином, у ДНК якого відбувається транскрипція. Пептид MACROH2A знаходиться в інтерфазних хромосомах. Цитологічними дослідженнями було встановлено, що у гистона Н4 не виявлено варіантні форми, але він здатний утворювати велику кількість ковалентних зв'язків з іншими білками, що входять в октамер нуклеосоми. Таким чином, вчені вважають, що гистони – це група спеціальних білків, які практично входять в хроматин всіх клітинних форм життя.

Як зберігається інформація про гистонах в геномі

Можна стверджувати, що коровие, линкерние і варіантні гистони закодовані в кластери генів, експрессирующихся в синтетичної фази життєвого циклу клітини. Наприклад, для людини група спадкових задатків, звана HIST1 складається з 35 генів, локалізованих в шостий соматичної парі хромосом. Кластер HIST2 містить шість генів, що кодують гистони і розташовується у першої хромосомної пари. В ній же міститься локус HIST3 що включає три гена. У дванадцятій парі знаходиться один ген, що кодує гистон Н4. Цікаво, що гени корових білків не мають інтронів, а гени варіантних гістонів, навпаки, містять їх і розкидані по геному. Підводячи підсумок, ми переконалися, що гистони – це білки, що беруть участь в укладанні спіралі ДНК в ядрі, а також у процесах регуляції, репарації та транскрипції, що протікають у ньому.