Was sind Histone?
Histone sind Strukturen in eukaryotischen Zellen und einige einzellige Mikroorganismen des Stammes Euryarchaeota, die als Spulen dienen, um die sich die Desoxyribonukleinsäure (DNA) der Zelle sehr eng wickelt. Ohne die Raumerhaltung, die Histone ermöglichen, könnten Zellen keine eigene DNA enthalten. Histone spielen auch eine wichtige Rolle bei der Genexpression, indem sie den Zugang transkriptionsaktiver Moleküle zu den DNA-Genen ermöglichen oder behindern. Eine dritte Aufgabe besteht darin, die strukturelle Integrität der DNA und des viel größeren Chromosoms aufrechtzuerhalten.
Die Substanzen, aus denen Histone bestehen, sind Proteine, die sich von Art zu Art kaum unterscheiden. Die häufigsten Proteine heißen H1 / H5, H2A, H2B, H3 und H4. Die DNA ist durch die Anziehung zwischen den Seitengruppen der Histonproteine und der DNA eng an die Histone gebunden. Diese Anziehungskraft wird durch die Addition von Acetyl- oder Methylgruppen an einige Lysin- oder Argininaminosäuren nahe dem Ende der H3- und H4-Proteine modifiziert. Die Straffung oder Lockerung des DNA-Strangs führt dazu, dass die Gene zugänglich oder unzugänglich sind, was als "Ein-" oder "Ausschalten" des Gens bezeichnet wird.
Unabhängig von der Quelle bilden in den meisten Zellen acht Histonproteine, bestehend aus jeweils zwei H2A-, H2B-, H3- und H4-Proteinen, eine Oktettstruktur. Ungefähr 146 Basenpaare DNA wickeln sich fast zweimal um die Oktettstruktur, um ein "Nukleosom" zu bilden. Eine kurze DNA-Schleife, die durch das H1-Protein oder sein H5-Analogon stabilisiert ist, führt zum nächsten Nukleosom und bildet eine Struktur, die häufig als "Perlen an einer Schnur" charakterisiert wird. Die Nukleosomen und ihre verbindenden DNA-Abschnitte bilden enge Spiralen mit sechs Nukleosomen pro Umdrehung, um sogenannte Chromatinfasern zu bilden. Die Fasern packen sich zu einem Chromosom zusammen.
Die Histonproteine H2A, H2B, H3 und H4 haben ein relativ niedriges Molekulargewicht und bestehen aus 120 bis 135 Aminosäuren pro Proteinmolekül. Die Histone H1 / H5 sind viel länger und geben den Nukleosomen ein strukturelles Gerüst, ähnlich wie ein Stahlstab, der eine Reihe von Scheiben verbindet. Wenn in menschlichen Zellen die gesamte DNA abgewickelt und aneinandergelegt wäre, wäre der Strang ungefähr 70 Zoll lang (1,8 m) und dennoch nur ungefähr 0,0000007 Zoll dick (180 Nanometer). Durch das Auf- und Abwickeln der Substrukturen arbeiten die 23 Chromosomenpaare in einem Kern, dessen Durchmesser weniger als 10 Mikrometer beträgt. Histone ermöglichen diese Faltung durch Kontrolle der molekularen Umgebung.
Ursprünglich wurde angenommen, dass Histone nur die oben genannten Typen haben. Die Forschung hat jedoch auf eine viel größere Vielfalt hingewiesen als bisher angenommen. Die Grundmoleküle sind auch zwischen Organismen, die so unterschiedlich sind wie Hefen und Säugetiere, noch relativ gleich. Dieses Merkmal wird als evolutionäre Erhaltung bezeichnet. Es weist darauf hin, dass selbst geringe Variationen dieser Moleküle dazu führen, dass Zellen entweder nicht gedeihen können oder sich vermehren und Schäden und Beeinträchtigungen der Evolution des Organismus verursachen.