obshaya_tsitologia (1120994), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Вовсяком случае, последовательность начала и окончания репликации отдельныххромосом в наборе не беспорядочная. Существует строгая последовательностьрепродукции хромосом относительно других хромосом в наборе.Длительность процесса репликации отдельных хромосом прямо не зависит отих размеров. Так крупные хромосомы человека группы А (1-3) оказываютсямечеными в течение всего S-периода, так же как и более короткие хромосомыгруппы В (4-5).Таким образом, синтез ДНК в геноме эукариот начинается почтиодновременно на всех хромосомах ядра в начале S-периода. Но при этомпроисходит последовательное и асинхронное включение разных репликонов какв разных участках хромосом, так и в разных хромосомах.
Последовательностьрепликациитогоилииногоучасткагеномастрогодетерминированагенетически. Это последнее утверждение доказывается не только картинойвключения метки в разные отрезки S-периода, но также тем, что существует117строгаяпоследовательностьпоявлениявходеS-периодапиковчувствительности определенных генов к мутагенам.Основные белки хроматина - гистоныРоль ДНК в составе как интерфазных хромосом (хроматин интерфазногоядра), так и митотических хромосом достаточно ясна: хранение и реализациягенетической информации.
Однако для выполнения этих функций в составеинтерфазных ядер необходимо иметь четкую структурную основу, котораяпозволила бы расположить огромные по длине молекулы ДНК в строгомпорядке, чтобы с определенной временной последовательностью протекалипроцессы как синтеза РНК, так и редупликации ДНК В интерфазном ядреконцентрация ДНК достигает 100 мг/мл (!).
В среднем на интерфазное ядромлекопитающих приходится около 2 м ДНК, которая локализуется всферическом ядре со средним диаметром около 10 мкм. Это значит, что такаяогромная масса ДНК должна как-то быть уложена с коэффициентом упаковки 1х 103--1 х 104. И при этом в ядре должен сохраниться определенный порядок врасположении частично или полностью деконденсированных хромосом. Икрометого,должныбытьреализованыусловиядляупорядоченногофункционирования хромосом. Ясно, что все эти требования не могут бытьосуществлены в бесструктурной, хаотической системе.В клеточном ядре ведущую роль в организации расположения ДНК, в еекомпактизации и в регулировании функциональных нагрузок принадлежитядерным белкам. Как уже указывалось, хроматин представляет собой сложныйкомплекс ДНК с белками, дезоксирибонуклеопротеин (ДНП), где на долюбелков приходится около 60% от сухого веса.
Белки в составе хроматина оченьразнообразны, но их можно разделить на две группы: гистоны и негистоновыебелки. На долю гистонов приходится до 80% от всех белков хроматина. Ихвзаимодействие с ДНК происходит за счет солевых или ионных связей инеспецифично в отношении состава или последовательностей нуклеотидов вмолекуле ДНК. Несмотря на преобладание в общем количестве, гистоны118представлены небольшим разнообразием белков: эукариотические клеткисодержат всего 5-7 типов молекул гистонов.
В отличие от гистонов, т.н.негистоновые белки большей частью специфически взаимодействуют сопределеннымипоследовательностямимолекулДНК,оченьвеликоразнообразие типов белков, входящих в эту группу (несколько сот), великоразнообразие функций, которые они выполняют.Гистоны связаны с ДНК в виде молекулярного комплекса, в виде субъединицили нуклеосом. До этого считалось, что ДНК равномерно покрыта этимибелками, связь которых с ДНК определяется свойствами гистонов.Гистоны – белки характерные только для хроматина, обладают рядом особыхкачеств.
Это основные или щелочные белки, свойства которых определяютсяотносительно высоким содержанием таких основных аминокислот как лизин иаргинин. Именно положительные заряды на аминогруппах лизина и аргининаобусловливают солевую или электростатическую связь этих белков сотрицательными зарядами на фосфатных группах ДНК. Эта связь достаточнолабильна, легко нарушается, в этом случае может происходить диссоциацияДНП на ДНК и гистоны. Поэтому хроматин, дезоксирибонуклеопротеин или щекак называли раньше, нуклеогистон, является сложным нуклеиново-белковымкомплексом, в который входят линейные высокополимерные молекулы ДНК иогромное множество молекул гистонов (до 60 млн. копий каждого типа гистоновна ядро).Гистоны – наиболее хорошо биохимически изученные белки (см. табл.
5).Таблица 5. Общие свойства гистонов млекопитающихГистонМол.ОсновныеКислыеОтношениеаминокислоты, %аминокисосновныхлоты, %аминокислотвесЛизинАргининк кислым119H123 00029155,4H2A13 960119151,4H2B13 770166131,7H315 3401013131,8H411 2801114102,5Гистоны – относительно небольшие по молекулярной массе белки. Эти белкипрактически у всех эукариот обладают сходными свойствами, обнаруживаютсяодни и те же классы гистонов. Классы гистонов отличаются друг от друга посодержанию разных основных аминокислот.
Так гистоны H3 и H4 относят каргинин-богатым, из-за относительно высокого содержания в них этойаминокислоты. Эти гистоны являются наиболее консервативными из всехисследованных белков: их аминокислотные последовательности практическиодинаковы даже у таких отдаленных видов как корова и горох (всего двеаминокислотных замены).Два других гистона H2A и H2B относятся к умеренно обогащенным лизиномбелкам.
У различных объектов внутри этих групп гистонов обнаруживаютсямежвидовые вариации в их первичной структуре, в последовательностиаминокислот.Гистон H1, представляет собой не уникальную молекулу, а класс белков,состоящихизнесколькихдостаточноблизкородственныхбелковсперекрывающимися последовательностями аминокислот. У этих гистоновобнаружены значительные межвидовые и межтканевые вариации. Однако ихобщим свойством является обогащенность лизином, что делает их самымиосновными белками, которые легко отделяются от хроматина в солевых (0,5 М)растворах. В растворах с высокой ионной силой (1-2 М NaCI) все гистоныполностью отделяются от ДНК и переходят в раствор.Для гистонов всех классов (особенно для H1) характерно кластерноераспределение основных аминокислот, лизина и аргинина, на N- и C-концах120молекул.
Срединные участки молекул гистонов образуют несколько (3-4) αспиральных участка, которые компактизуются в глобулярную структуру визотонических условиях (рис. 56). По-видимому, богатые положительнымизарядаминеспирализованныеконцыбелковыхмолекулгистоновиосуществляют их связь друг с другом и с ДНК.У гистона H1 наиболее вариабельным является N-конец, осуществляющийсвязь с другими гистонами, а C-конец, богатый лизином, взаимодействует сДНК.Впроцессежизнедеятельностиклетокмогутпроисходитьпосттрансляционные изменения (модификации) гистонов: ацетилирование иметилирование некоторых остатков лизина, что приводит к потере числаположительных зарядов, и фосфорилирование сериновых остатков, приводящеек появлению отрицательного заряда.
Ацетилирование и фосфорилированиегистонов может быть обратимым. Эти модификации значительно меняютсвойства гистонов, их способность связываться с ДНК. Так повышенноеацетилирование гистонов предшествует активации генов, а фосфорилирование идефосфорилирование связаны соответственно с конденсацией и деконденсациейхроматина.Гистоны синтезируются в цитоплазме, транспортируются в ядро исвязываются с ДНК во время ее репликации в S-периоде, т.е. синтез гистонов иДНК синхронизированы.
При прекращении клеткой синтеза ДНК гистоновыеинформационные РНК за несколько минут распадаются и синтез гисоновостанавливается. Включившиеся в хроматин гистоны очень стабильны, имеютнизкую скорость замены.Подразделение гистоноы на пять групп и достаточное сходство их внутрикаждой группы в целом характерно для эукариот. Однако целый ряд отличий всоставе гистонов наблюдается как у высших, так и у низших эукариотическихорганизмов. Так у низших позвоночных вместо H1, характерного для всехтканей этих организмов, в эритроцитах находят гистон H5, который содержит121больше аргинина и серина.
С другой стороны, наблюдается отсутствиенекоторых групп гистонов у ряда эукариот, и в целом ряде случаев полнаязамена этих белков на другие.Гистоноподобные белки были обнаружены в составе вирусов, бактерий,митохондрий. Так, например, у E. coli в клетке в большом количествеобнаруживаютсябелки(HUиH-NS),поаминокислотномусоставунапоминающие гистоны.Функциональные свойства гистоновШирокое распространение гистонов, их сходство даже у очень отдаленныхвидов, обязательность вхождения их в состав хромосом, все это говорит об ихчрезвычайно важной роли в процессе жизнедеятельности клеток.
Еще дооткрытия нуклеосом существовало две взаимодополняющие друг друга группыгипотез о функциональной роли гистонов, о регуляторной и структурной ихроли.Было обнаружено, что выделенный хроматин при добавлении к нему РНКполимеразы может быть матрицей для транскрипции, однако активность егосоставляет всего лишь около 10% от активности, соответствующей активностивыделенной чистой ДНК. Эта активность прогрессивно возрастает по мереудаления групп гистонов и может достичь 100% при полном удалении гистонов.Отсюда можно было сделать вывод, что общее содержание гистонов можетрегулировать уровень транскрипции.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
