Негистоновые белки хроматина

CATGTA

Если последовательность нуклеотидов записывается, начиная с 5'-конца, нет необходимости указывать 5' и 3' – концы.

Все основания цепей ДНК расположены внутри двойной спирали, а пентозофосфатный остов - снаружи. Полинуклеотидные цепи удерживаются относительно друг друга за счёт водородных связей между комплементарными пуриновыми и пиримидиновыми азотистыми основаниями А и Т (две связи) и между G и С (три связи) (рис. 7). При таком сочетании каждая

Рис. 7. Образование комплементарных пурин-пиримидиновые пары оснований в двойной цепи ДНК. Пара Ц - Г стабилизируется тремя водородными связям, пара А – Т - двумя водородными связями

пара содержит по три кольца, поэтому общий размер этих пар оснований одинаков по всей длине молекулы. Водородные связи при других сочетаниях оснований в паре возможны, но они значительно слабее. Последовательность нуклеотидов одной цепи полностью комплементарна последовательности нуклеотидов второй цепи. Поэтому, согласно правилу Чаргаффа (Эрвин Чаргафф в 1951 г. установил закономерности в соотношении пуриновых и пиримидиновых оснований в молекуле ДНК), число пуриновых оснований (А + G) равно числу пиримидиновых оснований (Т + С). Спонтанный процесс образования пар оснований называютгибридизацией. Если молекулу ДНК разрезать на короткие двухцепочечные фрагменты длиной от 20 до 100 нуклеотидов, а затем нагреть до 95 С , водородные связи между комплементарными основаниями разрушются и двухцепочечная цепь распадается на две одноцепочечные фрагменты. Этот процесс называют плавлением ДНК ( тепловой денатурацией). Однако, если раствор ДНК охладить, то одноцепочечные фрагменты ДНК начнут снова превращаться в двухцепочечные за счет спаривания по комплементарных участков. Такая техника гибридизации молекул называется отжигом,ренатурацией ей

Комплементарые основания уложены в стопку в сердцевине спирали. Между основаниями двухцепочечной молекулы в стопке возникают Ван-Дер-Ваальсовы (стэкинг) взаимодействия ,стабилизирующие двойную спираль.

Такая структура исключает контакт азотистых остатков с водой, но стопка оснований не может быть абсолютно вертикальной. Пары оснований слегка смещены относительно друг друга, как показано на рисунке . В образованной структуре различают две бороздки - большую, шириной 2,2 нм, и малую, шириной 1,2 нм. Азотистые основания в области большой и малой бороздок взаимодействуют со специфическими белками, участвующими в организации структуры хроматина.

Описанная выше конформация известна как В-форма спирали, в такой форме ДНК обычно находится в клетке. Однако, в зависимости от условий , ДНК может изменять свою форму. При обезвоживании клетки, двойная спираль приобретает более сплющенную форму с большим углом наклона оснований, и приобретает так называемую А-форму. В частности, в А-форма ДНК встречается в спорах растений. Известна еще одна форма ДНК, Z- форма, когда сахарофосфатный остов образует зигзагообразную форму вдоль спирали. В такой форме спираль закручена не вправо как в В- и А- формах, а влево. Биологическое значение А и Z – формпока не известно, предполагается что такие формы представляют приспособительные конфигурации ДНК в различных участках хромосом. Важным свойством двойной спирали является ее способность изгибаться. Молекулы ДНК в миллионы раз длинее, чем размеры ядра и клетки, и соответственно, для упаковки ДНК в них она должна быть гибкой. Следует отметить, что ДНК почти всегда находиться в форме двойной спирали, за исключением одноцепочечных ДНК некоторых бактериальных вирусов.

Рис.8. Схематическое изображение двойной спирали ДНК. а - по Уотсону и Крику; б - А-форма ДНК; в - В-форма ДНК.

с- остаток дезоксирибозы, р- остаток фосфорной

Третичная структура ДНК (суперспирализация ДНК)

Каждая молекула ДНК упакована в отдельную хромосому. В диплоидных клетках человека содержится 46 хромосом.Общая длина ДНК всех хромосом клетки составляет 1,74 м, но она упакована в ядре, диаметр которого в миллионы раз меньше. Чтобы расположить ДНК в ядре клетки, должна быть сформирована очень компактная структура. Компактизация и суперспирализация ДНК осуществляются с помощью разнообразных белков, взаимодействующих с определёнными последовательностями в структуре ДНК. Все связывающиеся с ДНК эукариотов белки можно разделить на 2 группы: гисгоновые и негистоновые белки.Комплекс белков с ядерной ДНК клеток называют хроматином.

Гистоны- белки с молекулярной массой 11-21 кД, содержащие много остатков аргинина и лизина. Благодаря положительному заряду гистоны образуют ионные связи с отрицательно заряженными фосфатными группами, расположенными на внешней стороне двойной спирали ДНК.

Существует 5 типов гистонов. Четыре гистона Н2А, Н2В, НЗ и Н4 образуют октамерный белковый комплекс (Н2А, Н2В, НЗ, Н4)₂, который называют "нуклеосомный кор"(от англ. nucleosome core). Молекула ДНК "накручивается" на поверхность гистонового октамера, совершая 1,75 оборота (около 146 пар нуклеоти-дов). Такой комплекс гистоновых белков с ДНК служит основной структурной единицей хроматина, её называют "нуклеосома".ДНК, связывающую нуклеосомные частицы, называют линкерной ДНК. В среднем линкерная ДНК составляет 60 пар нуклеотидных остатков. Молекулы гистона H1 связываются с ДНК в межнуклеосомных участках (линкерных последовательностях) и защищают эти участки от действия нуклеаз (рис. 8).

В ядре каждой клетки присутствует около 60 млн. молекул каждого типа гистонов, а общая масса гистонов примерно равна массе ДНК.

Рис. 9. Модель структуры нуклеосом. Восемь молекул гистонов (Н2А, Н2В, НЗ, Н4)₂ составляют ядро нуклеосомы, вокруг которого ДНК образует примерно 1,75 витка.

Аминокислотные остатки лизина, аргинина и концевые аминогруппы гистонов могут модифицироваться: ацетилироваться, фосфорилироваться, метилироваться или взаимодействовать с белком убиквитином (негистоновый белок). Модификации бывают обратимыми и необратимыми, они изменяют заряд и конформацию гистонов, а это влияет на взаимодействие гистонов между собой и с ДНК. Активность ферментов, ответственных за модификации, регулируется и зависит от стадии клеточного цикла. Модификации делают возможными конформационные перестройки хроматина.

В ядре эукариотической клетки присутствуют сотни самых разнообразных ДНК-связывающих негистоновых белков. Каждый белок комплементарен определённой последовательности нуклео-тидов ДНК (сайт ДНК).К этой группе относят семейство сайт-специфических белков типа "цинковые пальцы" (см. раздел 1). Каждый "цинковый палец" узнаёт определённый сайт, состоящий из 5 нуклеотидных пар. Другое семейство сайт-специфических белков - гомодимеры. Фрагмент такого белка, контактирующий с ДНК, имеет структуру "спираль-поворот-спираль" (см. раздел 1). К группе структурных и регуляторных белков, которые постоянно ассоциированы с хроматином, относят белки высокой подвижности (HMG-белки- от англ, high mobility gel proteins). Они имеют молекулярную массу менее 30 кД и характеризуются высоким содержанием заряженных аминокислот. Благодаря небольшой молекулярной массе HMG-белки обладают высокой подвижностью при электрофорезе в полиакриламидном геле. К негистоновым белкам принадлежат также ферменты репликации, транскрипции и репарации. При участии структурных, регуляторных белков и ферментов, участвующих в синтезе ДНК и РНК, нить нуклео-сом преобразуется в высококонденсированный комплекс белков и ДНК. Образо70S.

Структура рибонуклеиновых кислот (РНК)

Первичная структура РНК -порядок чередования рибонуклеозидмонофосфатов (НМФ) в полинуклеотидной цепи. В РНК, как и в ДНК, нук-леотиды связаны между собой 3',5'-фосфодиэфирными связями. Концы полинуклеотидных цепей РНК неодинаковы. На одном конце находится фосфорилированная ОН-группа 5'-углеродного атома, на другом конце - ОН-группа 3'-углеродного атома рибозы, поэтому концы называют 5'- и 3'-концами цепи РНК. Гидроксильная группа у 2'-углеродного атома рибозы делает молекулу РНК нестабильной. Так, в слабощелочной среде молекулы РНК гидролизуются даже при нормальной температуре, тогда как структура цепи ДНК не изменяется.