Льюин (Левин) - Гены - 1987 (947308), страница 161
Текст из файла (страница 161)
Белковые компоненты хроматнна Относительная доля компонентов хроматина варьирует в зависимое~и от источника и метода выделения. Масса белка почти в 2 раза превышает массу ДНК. Белки подразделяются на два типа: гистоны и негистоновые белки. Масса РНК составляет менее 1О;4 массы ДНК. Большая часть РНК состоит из новосинтезированных цепей, которые еще связаны с ДНК-матрицей. Гастоны составляют большинство основных белков хроматина и находятся примерно в том же количестве, что и ДНК.
По относительной доле основных аминокислот каждого типа, которую выражают отношением лизин?аргинин, сна тола охарактеризовали пять типов гистонов. След этой классификации до сих пор остается в названиях гистонов. Практически у всех эукариот обнаруживают одни и те же классы гистонов. Их свойства суммированы в табл. 29.1. Гистоны четырех классов прямо взаимодействуют с ДНК и образую~ в хроматине серию частиц первого уровня организации.
Консервативность типов гистонов на протяжении эволюции можно обьяснить необходимостью сохранения этой важнейшей реакции. Пятый класс гистонов принимает участие во взаимодействиях между частицами. Постоянство классов гистонов позволяет предполагать, что взаимодействия типа ДНК вЂ” гнстоны, гистоц — гистоны и гистон — негистоновые белки могут быть в основном похожими у разных видов. Отсюда мы можем сделать заключение об общих механизмах образования как первичных частиц, так и последующих структур более сложного порядка, состоящих из серий частиц. Гистоны первых четырех классов имеют значительное количество как кислых, так и основных аминокислот.
Поэтому эти белки несут высокий заряд. Отношение основных аминокислот к кислым находится в диапазоне 1,4 — 2,5. Эти гистоны подразделяются на две группы. К аргинин-богатым относятся два вида гистонов: НЗ и Н4. Они принадлежат к наиболее консервативным из всех известных белков. Аминокислотные последовательности этих белков идентичны даже у таких удаленных видов, как корова и горох. В гистонах НЗ и Н4 других видов обнаружены только редкие аминокислотные замены. Консервативность целой последовательности говорит о том, что все ее аминокислоты имеют существенное значение для выполнения функции белка. По логике вещей эта функция должна быть одинаковой у огромного большинства различных видов, что свидетельствует в пользу концепции об общей основе для структуры хроматина.
К гиствнам, умеренно обогащенным лизином, относятся два белка. Их называют Н2А и Н2В (в противоположность их номенклатурному обозначению это не род- 360 Часть ЧШ. Упаковка ДНК в Рис. 29.1. Хроматив, вытекающий кз лизяровавпо)о ядра, со стоит из серии плотиооргаиизованиых частиц. )Фочографлв любсзлс прсластлвлелл Р)сгсе СьлтЬсл.) сзвенные, а независимые белки). У различных эукариот находят те же самые два типа гистонов, но у них обнаружены заметные межвидовые вариации в аминокислотной последовательности. Пятый класс представлен гнстонами, очень богатыми лизином; он состоит нз нескольких достаточно близко- родственных белков с перекрывающимися последовательностями аминокислот.
Это гистоны Н1 (в эритроцитах птиц существует вариант. названный Н5). У этих гистонов обнаружены значительные межвидовые и межтканевые вариации (у дрожжей, по-видимому, гистонов данного класса нет). Хотя эти гистоны являются самыми основными гистонами, их легко можно выделить из хроматина, полностью растворив в соловом растворе (0,5М), Как и следует из названия, иегистовы — это все другие белки хроматина.
Предполагается поэтому, что они обладают болыпими видовыми и тканевыми различиями, хотя строгих данных о степени их разнообразия пока иет. Эти белки составляют меньшую долю от всей массы белков хроматина, чем гистоны. Кроме того, сюда относится намного болыпее число белков, так что любой индивидуальный белок присутствует в значительно меньшем количестве, чем любой гистои.
В класс негнстоновых белков могут попасть белки, связанные с экспрессией генов, и белки, участвующие в организации структур высшего порядка. Так, в числе наиболее выдающихся негистонов можно назвать РНК- полимеразу. НМС-белки (высокомобильная группа) составляют отдельный, хорошо различимый подкласс веги- стонов. Основная проблема, возникающая при работе с другими негистоновыми белками-их загрязнение дру- гими ядерными белками. Хроматин содержит дискретные частицы Если интерфазные ядра суспендировать в растворе с низкой ионной силой, они разбухнут и в местах разрывов из них высвободятся нити хроматина. На рис. 29.1 показало лизировавшее ядро, из которого выпускают нити. В некоторых местах нити хроматина состоят из плотноупакованного материала, но в тех местах, где они вытянуты, можно видеть, что они состоя~ из отдельных частиц.
Эти частицы называют нуклеосомами. В особенно вьыянутых участках видно, что индивидуальные нуклеосомы соединены тонкой нитью-это свободная двухцепочечная ДНК. Таким образом, непрерывная двухцепочечная ДНК проходит через серию частиц. Индивидуальные нуклеосомы можно получить, обработав хроматин ферментом нуклеазой мвкрококков.
Это эндонуклеаза, которая разрезает нить ДНК в местах соединения между нуклеосомами. Сначала освобождаются группы частиц, а потом отдельные нуклеосомы. Моно- мерные нуклеосомы отчетливо видны на рис. 29.2 в вице компактных частиц (настоящая форма которых похожа на диск; см, ниже). Они седиментируют примерно со скоростью 115, что соответствует обшей массе в диапазоне 250000 — 300000 лальтон.
Отношение белок,'ДНК составляет около 1,25. Димеры, тримеры и т.д. имеют соответствующие свойства при биохимическом анализе или при наблюдении под электронным микроскопом. Мономерные нуклеосомы содержат ДНК ( - 200 и, и.), связанную с гистоновым октамером. Этот октамер содержит гистоны Н2А, Н2В, НЗ и Н4 — по две копии каждого. Иногда их называют гнстоновой сердцевиной (гистоновым кором). Такие комплексы схематически изображены на рис. 29.3.
Эта модель объясняет стехиометрию гистоновой сердцевины в хроматине, в котором Н2А, Н2В, НЗ и Н4 находятся в эквимолярных количествах, по одной молекуле каждого на - 100 п. н. ДНК. 11рямое экспериментальное Рвс. 29.2. Индивидуальные нуклеосомы высвобождаются в ре- зульлате расщепления хроматина вуклеазой микрококков. Раз- мер отрезка 100 нм. )Фотасрафля любезна лрсластавлсла Р~еггс СьатЬслз 29. Нуклеосомные частицы и структура хроматина 36! 1 моле« 11 нм Рис. 29.3. Нуклеосомы состоят нз ДНК н пютоноя примерно равной массы (аключая гистон Н1). доказательство ассоциации н гистоновые октамеры получено методом образования перекрестных сшивок.
В результате четыре из гнстонов сердцевины ошиваются перекрестно н образуют серию полос, по размеру достигазощих октамер. Одна молекула гистона Н1 связывается с каждой нуклеосомой. Его общее стехиометрическое количество в хроматнне в два раза меньше, чем количество других гистонов. При выделении мультнмерных нуклеосом он обычно присутствует в эквимолярном количестве, но в препаратах мономеров его содержание меньше, Весь Н1 можно удалить, пе нарушая структуры нуклеосом; из этого следует, что белок локализован снаружи. Общая масса ДНК и белка, включая Н!, в расчете на нуклеосому составляет около 262000 дальтон. При этом количество ДНК примерно равно количеству белка.
Это приближенная оценка, полученная из экспериментальных значений. Любое дополнительное увеличение содержания белка зависит от присутствия небольшого количества негистоновых белков, которые связываются с нуклеосомами. Гистон Н! может лежать в месте соединения двух соседних нуклеосом, Это предположение согласуется со старыми ланными о том, что Н! достаточно легко удаляется нз хроматина, причем такой оставшийся хроматин легче «растворяется». Более современные данные также подтверждают, что после удаления Н1 легче получить структуры, похожие на вытянутые нитки бус (см. ниже). Нуклеосома — основная субъединица всего хроматина Простой диагностический тест на присутствие нуклеосом был разработан на основе данных о том, что ДНК в хроматине организована в регулярно повторяющуюся структуру.
Если выделенные ядра или хроматин обработать нуклеазой микрококков (или в некоторых случаях просто выделить и обработать экзо1енным ферментом), ДНК расщепляется на интегральное множество единиц длины. При этом в результате фракционирования методом электрофореза в геле образуется «лестница», пока- занная на рис. 29.4. Такие лестницы состоят из 10 или более ступенек, и единица длины, измеренная по возрастанию последовательных ступенек, равна примерно 200 и. н. Как показано на рис. 29.5, это наблюдение коррелирует со свойствами о~дельных нуклеосом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
