Sandbox Reserved 614

This Sandbox is Reserved from 24/06/12, through 30/09/12 for use in the course "Advanced course in Biochemistry and Proteopedia" taught by Yael Shwartz and Yamit Sharaabi-Naor at the Weizmann Institute of Science. This reservation includes Sandbox Reserved 601 through Sandbox Reserved 635.

To get started: Click the edit this page tab at the top. Save the page after each step, then edit it again. Click the 3D button (when editing, above the wikitext box) to insert Jmol. show the Scene authoring tools, create a molecular scene, and save it. Copy the green link into the page. Add a description of your scene. Use the buttons above the wikitext box for bold, italics, links, headlines, etc. More help: Help:Editing

חלבונים היסטוניםחלבונים היסטונים

היסטונים הם חלבונים בעלי אחוז גבוה של חומצות אמיניות ליזין וארגנין, לכן הם בעלי נקודה האיזואלקטרית בסיסית. מעניין שרצף חומצות אמיניות(המבנה הראשוני) בחלבונים אלה לא השתנה הרבה במהלך האבולוציה . בהשוואה בין היסטונים של יונקים, צמחים ופטריות נמצאה זהות גבוהה מאוד בהרכב חומצות האמיניות וברצף שלהן בחלבון. לדוגמה: היסטונים של האדם ושל חיטה נבדלים רק בחומצות אמיניות בודדות.

בנוסף לכך גם גודל מולקולות היסטון ומטענם קבועים למדי.

מכאן ניתן להסיק שהיסטונים הותאמו לתפקידם עוד בתקופת הקודם של צמחים, פטריות ובעלי החיים(לפני כ-700 מליון שנה). אין ספק שמאז התרחשו מוטציות רבות בגנים המקודדים לחלבונים היסטוניים, אך כנראה ,היצורים המוטנטיים לא שרדו ולכן השינוי בגנים לא עבר לדורות הבאים.

spinqualitylabelsall models טטרמר הבנוי מ-4 חלבונים היסטונים Show:Asymmetric Unit Biological Assembly Drag the structure with the mouse to rotate   Export Animated Image

מבנה החלבוןמבנה החלבון

היסטונים -שם כללי לקבוצה של חלבונים בסיסיים דומים. סה"כ בודדו 5 קבוצות של היסטונים ,מתוכם רק 4 קבוצות חלבונים משתתפים ביצירת נוקלאוסומים[1].

מסה מולקולרית של חלבונים השייכים לקבוצת ההיסטונים נעה בין 11000 עד 23000 דלטון[2]

להיסטונים מבנה של טטראמר - חלבון בנוי מ-4 תת-יחידות שכל אחת מהן היא שרשרת של שיירי חומצות אמיניות(במודל דינמי כל אחת מתת-יחידות מסומנת בצבע אחר).

מבנה ראשונימבנה ראשוני

היסטונים מכילים אחוז גבוה של ליזין[3] וארגנין[4].

ואחוז נמוך של

מבנה שניונימבנה שניוני

במולקולות של היסטון ניתן להבחין בשני סוגי המבנים השניוניים: ו .שני המבנים השניוניים מיוצבים על ידי הנוצרים בין אטומים המשתייכים לקבוצות פפטידיות.

מבנה מרחבימבנה מרחבי

היסטונים בנויים מ-4 תת-יחידות ולכן הם בעלי מבנה רבעוני. לכל תת-יחידה מבנה שלישוני כדודי המיוצב על ידי סוגי קשרים שונים: אינטרקציות יוניות הנוצרות בין בהיסטונים לא נמצאו קשרים דו-גופרתיים למרות נוכחות שיירי ציסטאין בתוך מולקולה .

תפקיד החלבוןתפקיד החלבון

דנ"א בתא הפלוידי(תא רבייה) של אדם מכיל כ-30 מליארדים זוגות נוקלאוטידים.

אם לישר את מולקולת הדנ"א הדו-גדילית, אורכה תהיה בערך 1 מטר.

ליפוף מולקולות דנ"א סביב מולקולות היסטונים מאפשרים "אריזה" של מולקולה ארוכה בתוך גרעין שנפחו רק כמה מיקרון מעוקבים

היסטונים יחד עם דנ"א וחומרים נוספים ( חלבונים מבניים שלא שייכים לקבוצת ההיסטונים ,אנזימים, כמות קטנה של רנ"א) מרכיבים כרומטין ממנו בנויים הכרומוזומים בתאים אוקריוטיים.

spinqualitylabelsall models כרומטין נבנה על ידי ליפוף של דנ"א סביב היסטונים Show:Asymmetric Unit Biological Assembly Drag the structure with the mouse to rotate   Export Animated Image

אינטרקציות עם דנ"אאינטרקציות עם דנ"א

חומר תורשתי בתאים חיים מאורגן בצורת כרומטין ממנו בנויים הכרומוזומים. בניית הכרומטין מתאפשרת הודות לאינטראקציות יוניות הנוצרות בין קבוצה זרחתית במולקולת דנ"א שמטענה שלילי [5] לבין שיירים של חומצות אמיניות בסיסיות שמטענם חיובי. אינטראקציות אלה מאפשרות אריזה צפופה של דנ"א בגרעין: עוטף את המורכבת מהיסטונים> (מסומנים באדום)וכך נוצרים נוקלאוסומים שנצמדים אחד לשני ויוצרים כרומטין של כל כרומוזום בתא.

בקישור מצורף ניתן לצפות בסרטון שמציג את הסידור של חומר תורשתי בגרעין התא [6]

הקצה האמיני של היסטונים(כ-20 חומצות אמיניות) בולט באופן חופשי מנוקלאוסום והוא כנראה אחראי על אינטראקציות בין נוקלאוסומים .

באתר הבא ניתן לראות אינטראקציות בין היסטונים לבין דנ"א [7] כדי לראות את המבנים השונים , יש ללחוץ על ריבועים האפורים המסומנים ב-X

שינוים בחלבון והשפעתםשינוים בחלבון והשפעתם

להיסטונים תפקיד חשוב בתהליכים תעתוק ושכפול של דנ"א. חשוב שהאינטראקציות הקיימות בין ההיסטונים לבין דנ"א לא ישתנו ויאפשרו פתיחת הנוקלאוסומים לצורך תהליכים אלו. ידועים מיקרים בהם במקום האינטראקציות היונית בין דנ"א לבין היסטונים נוצרים קשרים קוולנטיים והדבר מונע פתיחת נוקלאוסומים וכך נמנע גם שכפול ותעתוק של דנ"א. במחקרים שנעשים בשנים אחרונות בודקים קשר בין שינויים אלו לבין מומים שונים ועיקוב בהתפתחות

פעילות לתלמידפעילות לתלמיד

דף עבודה יאפשר לתלמיד להבין את נושא ההיסטונים ואינטראקציות הקיימות בין ההיסטונים לבין הדנ"א.

File:What is histones.doc ב

מקורותמקורות

Harper's Illustrated Biochemistry, 28th Edition (LANGE Basic Science) by Peter J. Kennelly, Robert Murray, Victor Rodwell and David Bender (Jun 2, 2009)

Ya. Kolman, K.-G. Rem Taschenatlas der Biochemie

http://www.dnalc.org/

http://www.doe-mbi.ucla.edu/Legacy/CHEM153BH/Philip_Rosen/mol_master.html

http://www.nature.com/nsmb/journal/v14/n11/full/nsmb1337.html