Karakteristik, struktur, jenis dan fungsi Histon



itu histones adalah protein dasar yang berinteraksi dengan DNA untuk pembentukan nukleosom, yang membentuk untaian kromatin yang membentuk kromosom pada organisme eukariotik.

Nukleosom, kompleks yang dibentuk oleh DNA dan protein, ditemukan pada tahun 1974 dan merupakan histones yang menyusun level dasar organisasi kromatin ini. Namun, keberadaan protein histon diketahui sejak sebelum tahun 1960-an.

Histon diatur sedemikian rupa sehingga pita ganda DNA melilit pusat protein yang terdiri dari protein-protein ini yang berinteraksi erat satu sama lain. Pusat histone memiliki bentuk cakram dan DNA memberikan sekitar 1,7 putaran di sekitarnya.

Ikatan hidrogen ganda memungkinkan pengikatan DNA ke pusat protein yang dibentuk oleh histones di setiap nukleosom. Ikatan ini terbentuk, sebagian besar, antara kerangka asam amino histones dan tulang punggung gula-fosfat DNA. Beberapa interaksi hidrofobik dan ikatan ionik juga berpartisipasi.

Protein yang dikenal sebagai "kompleks remodeling kromatin" bertanggung jawab atas pemecahan dan pembentukan ikatan pengikatan antara DNA dan histone, yang memungkinkan masuknya mesin transkripsi ke dalam DNA yang terkandung dalam nukleosom..

Meskipun kedekatan asam nukleat dengan pusat protein yang dibentuk oleh histones, ini diatur sedemikian rupa sehingga, jika perlu, mereka memungkinkan masuknya faktor transkripsi dan protein lain yang terkait dengan ekspresi atau pembungkaman genetik..

Histon dapat mengalami berbagai modifikasi yang menghasilkan banyak varian, memungkinkan keberadaan berbagai bentuk kromatin yang memiliki sifat memodulasi ekspresi gen dengan cara yang berbeda..

Indeks

  • 1 Karakteristik
  • 2 Struktur
    • 2.1 Persatuan histones
  • 3 Jenis
    • 3.1 Histon nukleosom
    • 3.2 Union histones
  • 4 fungsi
  • 5 Referensi

Fitur

Mereka adalah protein eukariotik yang paling dilestarikan di alam. Sebagai contoh, telah ditunjukkan bahwa histone kacang H4 berbeda hanya pada dua dari 102 posisi asam amino protein sapi H4..

Histon adalah protein yang relatif kecil, dengan tidak lebih dari 140 asam amino. Mereka kaya akan residu asam amino basa, sehingga mereka memiliki muatan bersih positif, yang berkontribusi pada interaksinya dengan asam nukleat, bermuatan negatif, untuk membentuk nukleosom.

Histon nukleosomal dan junctional atau bridge dikenal. Histon nukleosomal adalah H3, H4, H2A dan H2B, sedangkan histone pengikat milik keluarga histone H1.

Selama perakitan nukleosom, dimer spesifik H3-H4 dan H2A-H2B awalnya terbentuk. Dua dimer H3-H4 kemudian bergabung untuk membentuk tetramer yang kemudian dikombinasikan dengan dimer H2A-H2B, membentuk pusat octameric..

Semua histone disintesis terutama selama fase S dari siklus sel, dan nukleosom dikumpulkan ke dalam heliks DNA yang baru lahir, tepat setelah garpu replikasi..

Struktur

Struktur umum histones meliputi daerah asam amino basa dan daerah karboksil globular yang sangat terkonservasi di antara organisme eukariotik.

Motif struktural yang dikenal sebagai "lipatan histone", terdiri dari tiga heliks alfa yang dihubungkan oleh dua garpu dan membentuk pusat hidrofobik kecil, bertanggung jawab untuk interaksi protein-protein antara histones yang membentuk nukleosom.

Lipatan histones inilah yang membentuk domain karboksil globular dari protein nukleosomal tersebut di semua eukariota.

Histon juga memiliki "ekor" kecil atau terminal amino dan daerah terminal karboksil lainnya (dapat diakses oleh protease) dengan panjang tidak lebih dari 40 asam amino. Kedua daerah kaya akan asam amino basa yang dapat menjalani beberapa modifikasi kovalen pasca-translasi.

Union histones

Dalam eukariota ada dua keluarga histones persatuan, dibedakan oleh struktur mereka. Beberapa memiliki struktur tripartit, dengan domain globular yang dijelaskan di atas diapit oleh domain N-dan C-terminal "tidak terstruktur"; sementara yang lain hanya memiliki domain terminal-C.

Meskipun sebagian besar histones disimpan, beberapa varian spesifik dapat muncul selama embriogenesis atau pematangan sel khusus pada beberapa organisme. Beberapa variasi struktural berkaitan dengan modifikasi pasca-translasi seperti berikut:

-Fosforilasi: diduga terkait dengan modifikasi derajat kondensasi kromatin dan umumnya ditemukan dalam residu serin.

-Asetilasi: terkait dengan daerah kromosom yang transkripsi aktif. Ini biasanya terjadi pada rantai samping residu lisin. Ketika terjadi pada residu ini muatan positif berkurang, mengurangi afinitas protein dengan DNA.

-Metilasi: dapat diberikan sebagai mono, di- atau trimetilación dari residu lisin yang menonjol dari inti protein.

Enzim spesifik bertanggung jawab untuk membuat modifikasi kovalen ini dalam histones. Enzim ini termasuk histone acetyl transferases (HATs), histone-deacetylase complexes (HDACs), dan histone-methyltransferases dan demethylases..

Jenis

Karakterisasi histone telah dilakukan oleh beragam teknik biokimia, di antaranya kromatografi yang didasarkan pada resin penukar kation yang lemah menonjol.

Beberapa penulis menetapkan metode klasifikasi di mana 5 jenis histone utama dibedakan dalam eukariota: FI, dengan protein 21 kDa; F2A1 atau FIV, plus atau minus 11,3 kDa; F2A2 atau FIIbI, 14,5 kDa; F2B atau FIIb2, dengan berat molekul 13,7 kDa, dan F3 atau FIII, sebesar 15,3 kDa.

Semua tipe histon ini, terkecuali kelompok FI, ditemukan dalam jumlah yang sama dalam sel.

Klasifikasi lain, dengan validitas yang sama dan mungkin yang paling banyak digunakan saat ini, mengusulkan adanya dua jenis histones yang berbeda, yaitu: mereka yang merupakan bagian dari octosel nucleosome dan persimpangan atau histone jembatan, yang bergabung dengan nukleosom antara iya.

Beberapa varian juga dapat terjadi antara spesies dan tidak seperti nukleus nukleus, varian disintesis selama antarmuka dan dimasukkan ke dalam kromatin yang telah dibentuk sebelumnya melalui proses yang bergantung pada energi yang dilepaskan dari hidrolisis ATP..

Histon nukleosom

Inti nukleosom terdiri dari sepasang masing-masing dari empat histon konstitutif: H2a, H2b, H3 dan H4; di mana segmen DNA sekitar 145 pasangan basa dibungkus.

Histon dan H2B pada prinsipnya tidak berubah-ubah. Beberapa variasi terbukti, dalam histones H3 dan H2A, yang sifat biofisik dan biokimia mengubah sifat normal nukleosom.

Varian dari histone H2A pada manusia, protein H2A.Z memiliki daerah asam yang besar dan dapat mendukung stabilitas nukleosom tergantung pada varian histone H3 yang terkait dengannya..

Histones ini menunjukkan beberapa variabilitas antara spesies, menjadi kasus khusus bahwa histone H2B, di mana sepertiga pertama dari molekul sangat bervariasi.

Union histones

Persimpangan atau histone jembatan adalah histones dari kelas H1. Ini bertanggung jawab untuk penyatuan antara nukleosom dan perlindungan DNA yang menonjol pada awal dan akhir setiap partikel.

Tidak seperti histone nukleosomal, tidak semua histone tipe H1 memiliki daerah globular dari "lipatan" histone. Protein-protein ini berikatan dengan DNA di antara nukleosom, memfasilitasi perubahan keseimbangan kromatin menuju keadaan yang lebih padat dan kurang aktif, secara transkripsi.

Penelitian telah mengaitkan histone ini dengan proses penuaan, perbaikan DNA dan apoptosis, sehingga diduga memiliki peran penting dalam pemeliharaan integritas genomik..

Fungsi

Semua residu asam amino dari histone berpartisipasi, dalam satu atau lain cara, dalam interaksi mereka dengan DNA, yang menjelaskan fakta bahwa mereka begitu dilestarikan di antara kerajaan organisme eukariotik.

Partisipasi histones dalam pengemasan DNA dalam bentuk kromatin sangat relevan bagi organisme multiseluler kompleks di mana garis keturunan sel yang berbeda hanya dapat berspesialisasi hanya dengan mengubah aksesibilitas gen mereka ke mesin transkripsi..

Wilayah genomik transkripsi aktif padat dalam nukleosom, menunjukkan bahwa hubungan DNA dengan protein histon sangat penting untuk regulasi transkripsi mereka yang negatif atau positif..

Demikian juga, sepanjang kehidupan sel, respons terhadap sejumlah besar rangsangan, baik internal maupun eksternal, tergantung pada perubahan kecil dalam kromatin, yang biasanya berkaitan dengan remodeling posttranslasional dan modifikasi histone yang ditemukan di hubungan dekat dengan DNA.

Beberapa variabel histone menggunakan fungsi yang berbeda dalam eukariota. Salah satunya berkaitan dengan partisipasi varian histone H3 dalam pembentukan struktur sentromerik yang bertanggung jawab untuk pemisahan kromosom selama mitosis..

Telah ditunjukkan bahwa padanan protein ini dalam eukariota lain sangat penting untuk perakitan protein kinetokor yang mengikat mikrotubulus gelendong selama mitosis dan meiosis..

Referensi

  1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2015). Biologi Molekuler Sel (edisi ke-6). New York: Ilmu Garland.
  2. Campos, E. I., & Reinberg, D. (2009). Histones: Annotating Chromatin. Annu. Pdt. Genet., 43, 559-599.
  3. Harvey, A. C., & Downs, J. A. (2004). Apa fungsi yang disediakan histori tautan? Mikrobiologi Molekuler, 53, 771-775.
  4. Henikoff, S., & Ahmad, K. (2005). Perakitan Varian Histon ke Chromatin. Annu. Rev. Cell. Dev. Biol., 21, 133-153.
  5. Isenberg, I. (1979). Histon. Annu. Pdt. Biochem., 48, 159-191.
  6. Kornberg, R. D., & Thomas, J. O. (1974). Struktur Kromatin: Oligomer Histones. Sains, 184 (4139), 865-868.
  7. Smith, E., DeLange, R., & Bonner, J. (1970). Kimia dan Biologi Histones. Ulasan Fisiologis, 50 (2), 159-170.