Histoneneigenschaften, Struktur, Typen und Funktionen

Der Histone Sie sind grundlegende Proteine, die mit DNA zur Bildung von Nukleosomen interagieren, die die konstituierenden Chromatinstränge von Chromosomen in eukaryotischen Organismen ausmachen.

Die Nucleosomen, Komplexe, die durch DNA und Proteine ​​gebildet wurden, wurden 1974 entdeckt und sind Histone, die dieses basale Grad der Chromatinorganisation zusammenstellen. Die Existenz von Histonproteinen ist jedoch seit den 60ern bekannt.

Grafische Darstellung eines Nukleosoms mit einem Octumrischen Histonzentrum und einer DNA, die sich um sie eingeschrieben haben

Die Histone sind so organisiert, dass die Doppelband -DNA um ein Proteinzentrum gerollt ist, das aus diesen Proteinen besteht, die eng miteinander interagieren. Das Histonzentrum hat eine Festplatte und die DNA gibt mehr oder weniger 1.7 dreht sich um.

Mehrere Wasserstoffbrücken ermöglichen die Vereinigung von DNA in das Proteinzentrum, das in jedem Nukleosom durch Histone gebildet wird. Diese Verbindungen werden hauptsächlich zwischen den Aminosäureskeletten der Histone und dem Zuckerphosphat-Skelett der DNA gebildet. Einige hydrophobe Wechselwirkungen und ionische Bindungen beteiligen sich ebenfalls.

Proteine, die als "Chromatin -Remodell -Komplexe" bekannt sind.

Trotz der Nähe von Nukleinsäuren mit dem von Histonen gebildeten Proteinzentrum werden diese so angeordnet, dass sie bei Bedarf den Eintritt von Transkriptionsfaktoren und anderen Proteinen ermöglichen, die mit Expression oder genetischer Stummschaltung zusammenhängen.

Histonas können verschiedene Modifikationen erleiden, die mehrere Varianten erzeugen und die Existenz vieler verschiedener Formen von Chromatin ermöglichen, die die Eigenschaft der modulierenden genetischen Expression auf unterschiedliche Weise aufweisen.

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Eigenschaften

Sie sind die am meisten erhaltenen Eukaryot -Proteine ​​in der Natur. Es wurde zum Beispiel gezeigt.

Histonas sind relativ kleine Proteine ​​mit nicht mehr als 140 Aminosäuren. Sie sind reich an grundlegenden Aminosäureabfällen und haben also eine positive Nettobelastung, die zu ihrer Wechselwirkung mit Nukleinsäure und negativen Belastung beiträgt, um Nucleosomen zu bilden.

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Nukleosomale und Gewerkschafts- oder Brückenhistone sind bekannt. Nukleosomale Histone sind H3, H4, H2A und H2B, während Union Histone zur H1 -Histonas -Familie gehören.

Während der Nukleosomenanordnung haben spezifische Dimere H3-H4 und H2A-H2B. Zwei H3-H4-Dímeros bilden später Tetramere, die anschließend mit H2A-H2B-Durchmessern kombiniert werden und das Octumrische Zentrum bilden.

Alle Histone werden hauptsächlich während der S -Phase des Zellzyklus synthetisiert, und die Nukleosomen werden in den DNA -Propellern der Taucher gleich nach der Replikationsgabel zusammengesetzt.

Struktur

Die allgemeine Struktur von Histonen umfasst eine grundlegende Aminosäureregion und eine stark erhaltene kugelförmige Carboxylregion zwischen eukaryotischen Organismen.

Ein als "Histonas falten" bekanntes Strukturmotiv, das aus drei Alpha-Propellern besteht, die durch zwei Gabeln verbunden sind und die ein kleines hydrophobe Zentrum ausmachen, ist für Protein-Protein-Wechselwirkungen zwischen Histonen verantwortlich.

Es ist diese Histonfalte, die die globuläre Carboxyldomäne dieser nukleosomalen Proteine ​​in allen Eukaryoten bildet.

Histonas haben auch kleine "Schwänze" oder Amino-terminale Regionen und andere Carboxylterale (Protease zugänglich), nicht mehr als 40 Aminosäuren Länge. Beide Regionen sind reich an grundlegenden Aminosäuren.

Gewerkschaftshistone

In Eukaryoten gibt es zwei Familien der Union Histones, die sich durch ihre Struktur voneinander unterscheiden. Einige haben eine dreigliedrige Struktur, wobei die oben beschriebene globuläre Domäne von N- und C-C-Terminals "unstrukturierte" Domänen flankiert wird. während andere nur eine C-terminale Domäne haben.

Obwohl die meisten Histone erhalten bleiben, können während der Embryogenese oder Reifung von spezialisierten Zellen in einigen Organismen einige spezifische Varianten entstehen. Einige strukturelle Variationen haben mit post -translationalen Modifikationen zu tun, wie sie folgen:

-Phosphorylierung: Es wird angenommen, dass es mit der Modifikation des Grad der Chromatinkondensation zusammenhängt und häufig in Serinabfällen angegeben ist.

-Acetylierung: assoziiert mit chromosomalen Regionen, die transkriptiv aktiv sind. Es tritt normalerweise in den Seitenketten von Lysinabfällen auf. Wenn es bei diesem Abfall auftritt, nimmt ihre positive Belastung ab, wodurch die Affinität von Proteinen durch DNA verringert wird.

-Methylierung: Es kann als Mono- oder Trivilation von Lysinresten auftreten, die sich vom Proteinkern abheben.

Spezifische Enzyme sind dafür verantwortlich, diese kovalenten Modifikationen in Histonen vorzunehmen. Diese Enzyme umfassen die Histon-Acetyltransfrassasen (Hats), Histon-Deacethyl (HDACs) -Komplexe sowie Histon-methyltransferaese und Demethylase.

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Leute

Die Charakterisierung der Histone wurde von verschiedenen biochemischen Techniken durchgeführt, von denen die Chromatographien, die auf schwachen kationischen Austauschharzen basieren.

Bestimmte Autoren stellen eine Form der Klassifizierung fest, bei der 5 Haupttypen von Histonen in Eukaryoten unterschieden werden: FI, mit 21 kDa -Proteinen; F2A1 oder IVF, ungefähr 11.3 kda; F2a2 oder fiibi, 14.5 kDa; F2B oder FIIB2 mit einem Molekulargewicht von 13.7 kda und f3 oder fiii, 15.3 kda.

Alle diese Arten von Histonen, mit Ausnahme der FI -Gruppe, werden in äquimolaren Größen in den Zellen gefunden.

Eine andere Klassifizierung mit der gleichen Gültigkeit und vielleicht die heute am häufigsten verwendete Klassifizierung schlägt die Existenz von zwei verschiedenen Arten von Histonen vor, nämlich diejenigen, die Teil des Nukleosomen -Oktameters und die Histone der Vereinigung oder der Brücke sind, die sich den Nukleosomen zwischen Yeah zusammenschließen.

Einige Varianten können auch zwischen Spezies auftreten, und im Gegensatz zu Kernhistonen werden die Varianten während der Grenzfläche synthetisiert und in vorgeformtem Chromatin durch ein prozessabhängiges, abhängiger von der von der ATP -Hydrolyse freigesetztes Energie eingefügt.

Nukleosomalhistone

Das Zentrum eines Nukleosoms besteht aus einigen der vier Bestandteile: H2A, H2B, H3 und H4; auf welche DNA -Segmente von etwa 145 Basispaaren eingewickelt sind.

H4- und H2B -Histone sind im Prinzip unveränderlich. Einige Variationen sind jedoch in H3- und H2A -Histonen erkennbar, deren biophysikalische und biochemische Eigenschaften die normale Natur des Nukleosoms verändern.

Eine Variante des H2A -Histons beim Menschen, H2A -Protein.Z hat eine große saure Region und kann die Stabilität des Nukleosoms in Abhängigkeit von den Varianten des H3 H3, mit denen es assoziiert ist.

Diese Histone zeigen eine gewisse Variabilität zwischen Arten, die ein Sonderfall der Histona H2B ist, für die das erste Drittel des Moleküls sehr variabel ist.

Gewerkschaftshistone

Gewerkschafts- oder Brückenhistone sind die H1 -Histone. Diese sind für die Vereinigung zwischen Nukleosomen und dem Schutz der DNA verantwortlich.

Im Gegensatz zu den nukleosomalen Histonen haben nicht alle H1 -Histone die kugelförmige Region von Histon "falten". Diese Proteine ​​binden an DNA zwischen Nukleosomen und erleichtern eine Veränderung des Gleichgewichts von Chromatin zu einem kondensierteren und weniger aktiven Zustand, transkriptionell.

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Studien haben diese Histone mit dem Altern, der Reparatur von DNA und apoptotischen Prozessen in Verbindung gebracht, so.

Funktionen

Alle Aminosäureabfälle der Histone beteiligen sich auf die eine oder andere Weise an ihrer Wechselwirkung mit der DNA, was die Tatsache erklärt, dass sie in den Königreichen eukaryotischer Organismen so erhalten bleiben.

Die Beteiligung von Histonen an der Verpackung von DNA an Chromatin ist für komplexe mehrzellige Organismen von großer Relevanz, bei der verschiedene Zelllinien nur spezialisiert werden können, indem sie die Zugänglichkeit ihrer Gene auf Transkriptionsmaschinerie ändern.

Die transkriptionell aktiven genomischen Regionen sind in Nukleosomen dicht, was darauf hindeutet, dass die Assoziation von DNA mit Histonproteinen für die negative oder positive Regulation ihrer Transkription von entscheidender Bedeutung ist.

Ebenso hängt die Reaktion auf eine große Anzahl von internen als auch externen Reizen während der gesamten Lebensdauer einer Zelle von kleinen Veränderungen des Chromatins ab, die normalerweise mit Umbau und post -translationaler Modifikation der in engen Beziehung zugezogenen Histone zu tun haben. DNA.

Mehrere Variablen von Histonen üben unterschiedliche Funktionen in Eukaryoten aus. Eine von ihnen hat mit der Teilnahme einer Variante von Histon H3 an der Bildung von zentromeren Strukturen zu tun, die für die Trennung von Chromosomen während der Mitose verantwortlich sind.

Es wurde gezeigt, dass das Gegenstück dieses Proteins in anderen Eukaryoten für den Zusammenbau des Protein Knetchors essentiell ist.

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