Строение и состав хроматина (часть 1)
Масса молекулы ДНК в зависимости от организма, из которого она выделена, составляет от 10в6 до более 10в10 Да. Определение точной массы молекулы столь огромных размеров связано с определенными трудностями, возникающими при выделении целых молекул ДНК. Крупные молекулы высокомолекулярной ДНК очень чувствительны к силам гидродинамического разрыва, которые вызывают деградацию ДНК, например во время отсасывания ее гашеткой, и к гидролитическому действию нуклеаз, загрязняющих препараты ДНК.
В эукариотической клетке вся ДНК, исключая ДНК митохондрий и хлоропластов, должна быть упакована в клеточное ядро. Для такой упаковки необходима суперспирализация ДНК (рис. 5.5), т.е. процесс, в ходе которого простая двойная спираль ДНК подвергается некоторому искривлению. Вряд ли молекула ДНК спонтанно принимает стабильную сверхскрученную конфигурацию, поэтому в ядре эукариотических клеток ДНК обнаруживают в комплексе с белками, который называют хроматином.
Белки хроматина. В хроматине обнаружены два класса белков: гистоны - основные белки, богатые основными аминокислотами аргинином и лизином, и кислые, или негистоновые, белки хроматина. Количественно гистоновые белки значительно преобладают, и в хроматине масса гистонов приблизительно соответствует массе ДНК. Структура хроматина определяется главным образом гистонами, которые ответственны за плотную упаковку ДНК в клеточном ядре. В растениях обнаружено пять классов гистонов (табл. 5.2), которые выделены из всех исследованных образцов хроматина.
Строение нуклеосомы. Использование нуклеаз, гидролизующих специфические фосфодиэфирные связи в молекуле ДНК, позволило разделить хроматин на субъединицы. Однако идентифицировать и сколько-нибудь подробно изучить удалось только элементарную субъединицу структуры хроматина, нуклеосому. Сердцевина нуклеосомы содержит около 146 пар оснований ДНК и белковый октамер, состоящий из двух молекул каждого из четырех ядерных гистонов Н2А, Н2В, Н3 и Н4, однако H1 не входит в состав нуклеосомы, но, по-видимому, связан с ней. Сердцевина, очевидно, содержит ту часть ДНК нуклеосомы, которая наиболее прочно связана с поверхностью гистонового октамера (рис. 5.6), было показано, что у ржи сердцевина нуклеосомы содержит 140 пар оснований.
Считают, что эта сердцевина по форме близка к цилиндру с диаметром 11 нм и высотой около 5,5 нм. Внутри сердцевины гистоны образуют ядро, а ДНК в суперспирализованном состоянии намотана на гистоны, образуя один-два витка левосторонней суперспирали с 80 парами оснований на виток. Аминокислотная последовательность в гистонах обладает двумя характерными чертами, позволяющими этим белкам образовать белковое ядро сердцевины нуклеосомы:
1. Аминокислотные остатки в молекуле белка распределены неравномерно: две трети молекулы с С-конца по своему аминокислотному составу напоминают глобулярные белки, a N-концевая треть носит более основной характер.
2. Все белки ядра сердцевины нуклеосомы, а особенно Н3 и Н4 (гистоны, богатые аргинином), отличаются высокой эволюционной консервативностью: гистон Н4 из проростков гороха отличается от гистона из тимуса быка всего двумя аминокислотами. Такие данные служат основой для предположения о фундаментальной роли гистонов в строении нуклеосомы, для выполнения которой необходима значительная часть всей аминокислотной последовательности гистона. Что касается связи ДНК - гистон, то это, по-видимому, электростатическое взаимодействие между отрицательно заряженными фосфатными группами ДНК и положительно заряженными остатками основных аминокислот гистонов (главным образом, аргинина и лизина).
