ВЫВОД: СУПЕРСПИРАЛИЗАЦИЯ ДНК — структурная форма двуцепочечной молекулы ДНК, в которой она образует супервитки, пересекая при этом собственную ось. Суперспирализованная ДНК обладает большой энергией. В нормальных условиях в ДНК образуются только отрицательные супервитки, которые закручивают ДНК вокруг ее оси против часовой стрелки, т.е. в направлении, противоположном правосторонней двойной спирали. Имея форму суперспирали, ДНК в большей степени подвержена структурным изменениям.
СЛАЙДЫ: ГИСТОНЫИ СТРОЕНИЕ ХРОМАТИНА
СЛАЙД. СТРОЕНИЕ ХРОМАТИНА
Строение Хроматина. Хроматин — основной компонент клеточного ядра; его достаточно легко получить из выделенных интерфазных ядер и из выделенных митотических хромосом.
Главными компонентами хроматина являются ДНК и белки, среди которых основную массу составляют гистоны и негистоновые белки.
В среднем в хроматине около 40% приходится на ДНК и около 60% -на белки, среди которых специфические ядерные белки-гистоны составляют от 40 до 80% от всех белков, входящих в состав выделенного хроматина. Кроме того, в состав хроматиновой фракциии входят мембранные компоненты, РНК, углеводы, липиды, гликопротеиды.
В структурном отношении хроматин представляет собой нитчатые комплексные молекулы дезоксирибонуклеопротеида (ДНП), которые состоят из ДНК, ассоциированной с гистонами. Поэтому укоренилось другое название хроматина — нуклеогистон.
ДНК хроматина. ДНК эукариотических клеток гетерогенна по составу, содержит несколько классов последовательностей нуклеотидов: 1) уникальные нуклеотидные последовательности; 2) среднеповторяющиеся; 3) многократно повторяющиеся. Уникальные последовательности присутствуют в гаплоидном наборе в единственном экземпляре и образуют активно транскрибируемую часть наследственного материала, т. е. основную массу структурных и регуляторных генов. К фракции со средним числом повторов относятся некоторые структурные гены, например кодирующие последовательность аминокислот в молекулах гистонов или нуклеотидов в рРНК и тРНК. По расчетам в клетке человека находится не менее 450 генов рРНК. Наличие повторов повышает количество единиц транскрипции определенной информации и, возможно, служит фактором защиты генов, жизненно важных для всех клеток, против мутаций. В эту же группу входит и часть регуляторных генов. Фракция многократно повторяющихся последовательностей образована нетранскрибируемой сателлитной (спутничной) ДНК. Роль ее в физиологии наследственного материала неизвестна. Она, возможно, выполняет функцию спейсеров, т. е. фрагментов, разделяющих структурные и регуляторные гены или обусловливает взаимоузнавание гомологичных хромосом. В ДНК хромосом человека, по ориентировочным данным, уникальные последовательности составляют более 56%, многократно повторяющиеся — 12%, среднеповторяющиеся - 8%.
СЛАЙД. ГИСТОНЫ
Гистоны. Роль ДНК в составе как интерфазных хромосом (хроматин интерфазного ядра), так и митотических хромосом достаточно ясна: хранение и реализация генетической информации. Однако для выполнения этих функций в составе интерфазных ядер необходимо иметь четкую структурную основу, которая позволила бы расположить огромные по длине молекулы ДНК в строгом порядке, чтобы с определенной временной последовательностью протекали процессы как синтеза РНК, так и редупликации ДНК. В клеточном ядре ведущая роль в организации расположения ДНК, в ее компактизации и регулировании функциональных нагрузок принадлежит ядерным белкам. Белки в составе хроматина очень разнообразны, но их можно разделить на две группы: гистоны и негистоновые белки. Гистоны — белки, характерные только для хроматина, — обладают рядом особых качеств. Это основные или щелочные белки, свойства которых определяются относительно высоким содержанием таких основных аминокислот, как лизин и аргинин.
Гистоны — относительно небольшие по молекулярной массе белки. Практически у всех эукариот они обладают сходными свойствами, обнаруживаются одни и те же классы гистонов. Классы гистонов отличаются друг от друга по содержанию разных основных аминокислот. Так, гистоны H 3 и H 4 относят к аргининбогатым из-за относительно высокого содержания в них этой аминокислоты. Эти гистоны являются наиболее консервативными из всех исследованных белков: их аминокислотные последовательности практически одинаковы даже у таких отдаленных видов, как корова и горох (всего две аминокислотные замены).
Два других гистона - H 2 A и H 2 B - относятся к белкам, умеренно обогащенным лизином. У различных объектов внутри этих групп гистонов обнаруживаются межвидовые вариации в их первичной структуре, в последовательности аминокислот.
Гистон H 1. Общим свойством является обогащенность лизином. У гистона H 1 N -конец осуществляет связь с другими гистонами, а C -конец, богатый лизином, взаимодействует с ДНК.
Функции гистонов. Общее содержание гистонов может регулировать уровень транскрипции. Это наблюдение совпадает с тем фактом, что по мере удаления гистонов, особенно H 1, происходит прогрессивная деконденсация - разворачивание фибрилл ДНП, что, возможно, облегчает взаимодействие РНК-полимеразы с матричной ДНК. Также обнаружено, что модификация гистонов приводит к усилению транскрипции и одновременной декомпактизации хроматина.
Негистоновыебелки
Негистоновые белки составляют около 20% всех белков хроматина. По определению, негистоновые белки — это все белки хроматина (кроме гистонов), выделяющиеся с хроматином или хромосомами. Это сборная группа белков, отличающихся друг от друга как по общим свойствам, так и по функциональной значимости. Около 80% негистоновых белков относится к белкам ядерного матрикса, обнаруживаемых как в составе интерфазных ядер, так и митотических хромосом.
Среди негистоновых белков обнаруживается целый ряд регуляторных белков, как стимулирующих инициацию транскрипции, так и ингибирующих ее, а также белки, специфически связывающиеся с определенными последовательностями на ДНК. К негистоновым белкам относят также ферменты, участвующие в метаболизме нуклеиновых кислот (ДНК-полимеразы, ДНК-топоизомеразы, метилазы ДНК и РНК, РНК-полимеразы, РНКазы и ДНКазы и т.д.), белков хроматина (протеинкиназы, метилазы, ацетилазы, протеазы и др.) и многие другие.
ВЫВОД: Гистоны принимают участие в структурной организации хроматина, нейтрализуя за счёт положительных зарядов аминокислотных остатков отрицательно заряженные фосфатные группы ДНК, что делает возможной плотную упаковку ДНК в ядре.