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5.7:

A Partícula do Núcleo do Nucleossomo

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Molecular Biology
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JoVE Core Molecular Biology
The Nucleosome Core Particle

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A partícula de núcleo nucleossoma consiste em um octâmero contendo quatro tipos de histonas, cercados por uma bobina de DNA destra. Partícula de núcleo nucleossoma desempenham um papel importante na função DNA controlando a compactação DNA e a estrutura da cromatina. Este papel é tão essencial que os histonas são algumas das proteínas mais altamente conservadas em eucariotas, das ervilhas, às vacas, e a outros organismos.Por exemplo, há apenas dois aminoácidos diferentes de 102 entre as histonas H4 de uma planta de ervilha e de uma vaca. Os quatro tipos de histonas que compõem a partícula de núcleo nucleossoma, H2A, H2B, H3, e H4, compartilham algumas características. Primeiramente, são cada uma é pequena, contendo somente ate 135 aminoácidos.Segundo, compartilham um motivo estrutural comum, a dobra de histona. A dobra de histona consiste em três hélices alfa conectadas por dois loops. Quando as partículas de núcleo nucleossoma são montadas, as dobras da histona dobram-se umas às outras em uma interação descrita como um aperto de mão, que forma dois dímeros H2A, H2B e H3.Depois disto, os dímeros H3, H4 formam um tetrâmero, que continua para formar o octâmero da partícula de núcleo nucleossoma com os dímeros H2A, H2B.A estrutura desta histona octâmero gera interações extensas entre as histonas e o DNA enrola em torno deles. Há mais de 100 ligações do hidrogénio entre as histonas e o DNA do núcleo do nucleossoma. E muitos destes estão entre as espinhas do aminoácido das histonas e as espinhas do fosfato do açúcar do DNA.Finalmente, muitos dos aminoácidos em cada núcleo das histonas são lisina ou arginina, que têm cargas positivas que neutralizam eficazmente o DNA negativamente carregado da espinha.

5.7:

A Partícula do Núcleo do Nucleossomo

Os nucleossomas são o complexo DNA-histona, onde a cadeia de DNA está enrolada em torno do núcleo de histonas. O núcleo de histonas é um octâmero contendo duas cópias das proteínas histonas H2A, H2B, H3, e H4.

O paradoxo

Os nucleossomas, paradoxalmente, desempenham simultaneamente duas funções opostas. Por um lado, a sua principal responsabilidade é proteger as delicadas cadeias de DNA de danos físicos e ajudar a alcançar uma maior taxa de compactação. Por outro lado, devem permitir que as enzimas polimerase tenham acesso ao DNA ligado às histonas para replicação e transcrição. O mecanismo pelo qual os nucleossomas resolvem estes dois problemas é através do desdobramento parcial do DNA dos nucleossomas ou modificações das proteínas histonas.

Estrutura do núcleo

As proteínas histonas do núcleo partilham um motivo estruturalmente conservado comum denominado “dobra de histona” e têm uma região caudal alargada móvel. A dobra de histona é composta por alfa-hélices e laços. Durante a dimerização das histonas, os laços de duas proteínas histonas alinham e juntam-se, formando um dímero de histonas.

Cada histona liga-se aos três sulcos menores consecutivos de DNA. A alfa-hélice e a cauda N-terminal de cada proteína histona desempenham um papel crucial na ligação ao DNA. Assim, quaisquer modificações químicas na cauda das histonas podem alterar a formação e função da cromatina. Algumas das modificações de histonas mais comuns incluem acetilação, metilação, e fosforilação.

Variantes de histonas

As proteínas histonas têm várias isoformas ou variantes como H2A.1, H2A.2, H2A.X, H3.3, ou CENP-A. Estas variantes diferem nas suas sequências de aminoácidos e desempenham funções distintas. Os nucleossomas com variantes de histonas são significativamente mais móveis do que os nucleossomas comuns. Por exemplo, sabe-se que a incorporação de H2A.Z no nucleossoma ativa a transcrição.

Suggested Reading

  1. Ramaswamy, Amutha, Ivet Bahar, and Ilya Ioshikhes. "Structural dynamics of nucleosome core particles: comparison with nucleosomes containing histone variants." PROTEINS: Structure, Function, and Bioinformatics 58, no. 3 (2005): 683-696.
  2. David Goodsell. "Nucleosome," PDB-101, Published July 2000, Accessed September 18, 2020. 0.2210/rcsb_pdb/mom_2000_7.
  3. Bowman, Gregory D. "Mechanisms of ATP-dependent nucleosome sliding." Current opinion in structural biology 20, no. 1 (2010): 73-81.