Đặc điểm, cấu trúc, loại và chức năng của histonas



các histones là những protein cơ bản tương tác với DNA để hình thành các nhiễm sắc thể, tạo nên các chuỗi nhiễm sắc cấu thành các nhiễm sắc thể trong các sinh vật nhân chuẩn.

Nucleosome, phức hợp được hình thành bởi DNA và protein, đã được phát hiện vào năm 1974 và đó là histones lắp ráp mức cơ bản của tổ chức chromatin này. Tuy nhiên, sự tồn tại của protein histone được biết đến từ trước những năm 1960.

Các histone được tổ chức theo cách mà dải kép DNA được quấn quanh một trung tâm protein bao gồm các protein tương tác chặt chẽ với nhau. Trung tâm histone có hình dạng đĩa và DNA cho khoảng 1,7 vòng quanh nó.

Nhiều liên kết hydro cho phép liên kết DNA với trung tâm protein được hình thành bởi các histone trong mỗi nucleosome. Các liên kết này được hình thành, chủ yếu, giữa các bộ xương axit amin của histones và xương sống đường phốt phát của DNA. Một số tương tác kỵ nước và liên kết ion cũng tham gia.

Các protein được gọi là "phức hợp tái tạo nhiễm sắc thể" chịu trách nhiệm cho sự phá vỡ và hình thành các liên kết liên kết giữa DNA và histones, cho phép sự xâm nhập của máy móc phiên mã vào DNA có trong các nhiễm sắc thể.

Mặc dù sự gần gũi của axit nucleic với trung tâm protein được hình thành bởi histones, nhưng chúng được sắp xếp theo cách mà nếu cần thiết, chúng cho phép sự xâm nhập của các yếu tố phiên mã và các protein khác liên quan đến biểu hiện hoặc im lặng di truyền..

Các histon có thể trải qua các sửa đổi khác nhau tạo ra nhiều biến thể, làm cho sự tồn tại của nhiều dạng nhiễm sắc khác nhau có đặc tính điều chỉnh biểu hiện gen theo những cách khác nhau.

Chỉ số

  • 1 Đặc điểm
  • 2 cấu trúc
    • 2.1 Lịch sử liên minh
  • 3 loại
    • 3.1 histone Nucleosome
    • 3.2 Liên kết histones
  • 4 chức năng
  • 5 tài liệu tham khảo

Tính năng

Chúng là những protein nhân chuẩn được bảo tồn nhất trong tự nhiên. Ví dụ, người ta đã chỉ ra rằng hạt đậu histone H4 chỉ khác nhau ở hai trong số 102 vị trí axit amin của protein bò H4.

Histones là các protein tương đối nhỏ, không quá 140 axit amin. Chúng rất giàu dư lượng axit amin cơ bản, vì vậy chúng có điện tích dương, góp phần vào sự tương tác của chúng với axit nucleic, tích điện âm, để tạo thành các nhiễm sắc thể.

Nucleosomal và histones nối hoặc cầu nối được biết đến. Các histone nucleosome là H3, H4, H2A và H2B, trong khi các histone liên kết thuộc họ histone H1.

Trong quá trình lắp ráp nucleosome, các bộ điều chỉnh cụ thể H3-H4 và H2A-H2B ban đầu được hình thành. Hai bộ điều chỉnh H3-H4 sau đó được nối với nhau để tạo thành các tetramers sau đó được kết hợp với các bộ điều chỉnh H2A-H2B, tạo thành trung tâm bát phân.

Tất cả các histone được tổng hợp chủ yếu trong giai đoạn S của chu kỳ tế bào và các nhiễm sắc thể được tập hợp vào các chuỗi xoắn DNA mới sinh, ngay sau khi nhân đôi ngã ba..

Cấu trúc

Cấu trúc chung của histones bao gồm vùng axit amin cơ bản và vùng carboxyl hình cầu được bảo tồn cao trong số các sinh vật nhân chuẩn.

Một mô típ cấu trúc được gọi là "nếp gấp histone", bao gồm ba vòng xoắn alpha được nối bởi hai nhánh và tạo thành một trung tâm kỵ nước nhỏ, chịu trách nhiệm cho các tương tác protein-protein giữa các histone tạo nên nucleosome.

Chính nếp gấp này tạo nên miền carboxyl hình cầu của các protein nucleosome nói trên trong tất cả các sinh vật nhân chuẩn.

Các histon cũng có "đuôi" nhỏ hoặc đầu nối amino và các vùng đầu cuối carboxyl khác (có thể tiếp cận được với protease) có chiều dài không quá 40 axit amin. Cả hai vùng đều giàu axit amin cơ bản có thể trải qua nhiều lần điều chỉnh cộng hóa trị sau dịch mã.

Liên minh histones

Ở sinh vật nhân chuẩn có hai họ histones của sự hợp nhất, được phân biệt bởi cấu trúc của chúng. Một số có cấu trúc ba bên, với miền hình cầu được mô tả ở trên bên cạnh các miền "không cấu trúc" N-và C-terminal; trong khi những người khác chỉ có một miền C-terminal.

Mặc dù hầu hết các histone được bảo tồn, một số biến thể cụ thể có thể phát sinh trong quá trình tạo phôi hoặc sự trưởng thành của các tế bào chuyên biệt ở một số sinh vật. Một số biến thể cấu trúc phải thực hiện với các sửa đổi sau dịch mã như sau:

-Phosphoryl hóa: nó được cho là có liên quan đến việc điều chỉnh mức độ ngưng tụ của chất nhiễm sắc và thường được tìm thấy trong dư lượng serine.

-Acetyl hóa: liên kết với các vùng nhiễm sắc thể đang hoạt động phiên mã. Nó thường xảy ra trong các chuỗi bên của dư lượng lysine. Khi xảy ra trên các dư lượng này, điện tích dương giảm, làm giảm ái lực của protein với DNA.

-Methyl hóa: có thể được cho là mono-, di- hoặc tri- metilación của dư lượng lysine nhô ra từ lõi protein.

Các enzyme cụ thể chịu trách nhiệm thực hiện các sửa đổi cộng hóa trị trong histones. Những enzyme này bao gồm histone acetyl transferase (HAT), phức hợp histone-deacetylase (HDAC), và histone-methyltransferase và demethylase..

Các loại

Đặc tính của histones đã được thực hiện bằng các kỹ thuật sinh hóa đa dạng, trong đó các sắc ký dựa trên các loại nhựa trao đổi cation yếu nổi bật.

Một số tác giả thiết lập một phương pháp phân loại trong đó 5 loại histone chính được phân biệt ở sinh vật nhân chuẩn: FI, với protein 21 kDa; F2A1 hoặc FIV, cộng hoặc trừ 11,3 kDa; F2A2 hoặc FIIbI, 14,5 kDa; F2B hoặc FIIb2, với trọng lượng phân tử là 13,7 kDa và F3 hoặc FIII, là 15,3 kDa.

Tất cả các loại histone này, ngoại trừ nhóm FI, được tìm thấy với số lượng bằng nhau trong các tế bào.

Một cách phân loại khác, có cùng giá trị và có lẽ được sử dụng nhiều nhất hiện nay, đề xuất sự tồn tại của hai loại histone khác nhau, đó là: những loại là một phần của octamer nucleosome và histones cầu nối, nối với các nucleosome giữa vâng.

Một số biến thể cũng có thể xảy ra giữa các loài và không giống như histone nhân, các biến thể được tổng hợp trong quá trình giao diện và được đưa vào nhiễm sắc thể được tạo hình sẵn thông qua một quá trình phụ thuộc vào năng lượng được giải phóng từ quá trình thủy phân ATP..

Histone Nucleosome

Hạt nhân của một nucleosome bao gồm một cặp của bốn trong số các histon cấu thành: H2a, H2b, H3 và H4; trên đó các đoạn DNA của khoảng 145 cặp cơ sở được bọc.

Các histone H4 và H2B, về nguyên tắc, là bất biến. Tuy nhiên, một số biến thể là hiển nhiên trong histones H3 và H2A, có đặc tính sinh lý và sinh hóa làm thay đổi bản chất bình thường của nucleosome.

Một biến thể của histone H2A ở người, protein H2A.Z có vùng axit lớn và có thể ủng hộ sự ổn định của nucleosome tùy thuộc vào các biến thể histone H3 mà nó có liên quan.

Các histone này cho thấy một số biến đổi giữa các loài, là trường hợp đặc biệt của histone H2B, trong đó phần ba đầu tiên của phân tử có độ biến thiên cao.

Liên minh histones

Giao lộ hoặc histones cầu là histones của lớp H1. Chúng chịu trách nhiệm cho sự kết hợp giữa các nhiễm sắc thể và bảo vệ DNA nhô ra ở đầu và cuối của mỗi hạt.

Không giống như histone nucleosome, không phải tất cả các histone loại H1 đều có vùng hình cầu của "nếp gấp" của histones. Những protein này liên kết với DNA giữa các nhiễm sắc thể, tạo điều kiện cho sự thay đổi trong sự cân bằng của chất nhiễm sắc theo hướng ở trạng thái cô đặc hơn và ít hoạt động hơn, nói theo phiên mã.

Các nghiên cứu đã liên kết các histone này với quá trình lão hóa, sửa chữa DNA và quá trình apoptotic, vì vậy người ta cho rằng chúng có vai trò quan trọng trong việc duy trì tính toàn vẹn của bộ gen.

Chức năng

Tất cả các dư lượng axit amin của histone tham gia, bằng cách này hay cách khác, trong tương tác của chúng với DNA, điều này giải thích thực tế rằng chúng được bảo tồn rất nhiều giữa các vương quốc của sinh vật nhân chuẩn.

Sự tham gia của histones trong việc đóng gói DNA ở dạng nhiễm sắc có liên quan rất lớn đối với các sinh vật đa bào phức tạp, trong đó các dòng tế bào khác nhau chỉ có thể chuyên biệt bằng cách thay đổi khả năng tiếp cận của gen của chúng với máy móc phiên mã.

Các khu vực genomic hoạt động phiên mã là dày đặc trong các nhiễm sắc thể, cho thấy rằng sự liên kết của DNA với protein histone là rất quan trọng cho sự điều hòa âm tính hoặc tích cực của phiên mã của chúng.

Tương tự như vậy, trong suốt vòng đời của một tế bào, phản ứng với một số lượng lớn các kích thích, cả bên trong và bên ngoài, phụ thuộc vào những thay đổi nhỏ trong chất nhiễm sắc, thường phải làm với việc tái cấu trúc và điều chỉnh các histone được tìm thấy trong mối quan hệ chặt chẽ với DNA.

Nhiều biến histone tạo ra các chức năng khác nhau trong sinh vật nhân chuẩn. Một trong số đó phải kể đến sự tham gia của một biến thể histone H3 trong việc hình thành các cấu trúc tâm động chịu trách nhiệm phân tách nhiễm sắc thể trong quá trình nguyên phân..

Nó đã được chứng minh rằng bản sao của protein này trong các sinh vật nhân chuẩn khác là điều cần thiết cho sự lắp ráp của protein kinetochore mà các vi ống trục chính liên kết trong quá trình nguyên phân và giảm phân..

Tài liệu tham khảo

  1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2015). Sinh học phân tử của tế bào (tái bản lần thứ 6). New York: Khoa học vòng hoa.
  2. Campos, E. I., & Reinberg, D. (2009). Histones: Chú thích Chromatin. Annu. Mục sư., 43, 559-599.
  3. Harvey, A. C., & Downs, J. A. (2004). Những chức năng nào liên kết histones cung cấp? Vi sinh phân tử, 53, 771-775.
  4. Henikoff, S., & Ahmad, K. (2005). Lắp ráp các biến thể Histones thành Chromatin. Annu. Rev. Nhà phát triển sinh học, 21, 133-153.
  5. Isenberg, I. (1979). Biểu mô. Annu. Mục sư sinh hóa, 48, 159-191.
  6. Kornberg, R. D., & Thomas, J. O. (1974). Cấu trúc Chromatin: Oligomers của Histones. Khoa học, 184 (4139), 865-868.
  7. Smith, E., DeLange, R., & Bonner, J. (1970). Hóa học và sinh học của các histones. Nhận xét sinh lý, 50 (2), 159-170.