Cosa sono gli istoni?
Gli istoni sono strutture nelle cellule eucariotiche e alcuni microrganismi monocellulari del phylum Euryarchaeota che servono da bobine attorno alle quali l'acido desossiribonucleico (DNA) delle cellule si avvolge molto da vicino. Senza la conservazione dello spazio consentita dagli istoni, le cellule non potrebbero contenere il proprio DNA. Gli istoni svolgono anche ruoli importanti nell'espressione genica consentendo o ostacolando l'accesso delle molecole attive della trascrizione ai geni del DNA. Un terzo compito è quello di mantenere l'integrità strutturale del DNA e del cromosoma molto più grande.
Le sostanze che compongono gli istoni sono proteine che differiscono poco da una specie all'altra. Le proteine più comuni sono chiamate H1 / H5, H2A, H2B, H3 e H4. Il DNA è strettamente legato agli istoni dall'attrazione tra i gruppi laterali delle proteine dell'istone e il DNA. Questa forza attrattiva viene modificata dall'aggiunta di gruppi acetilici o metilici ad alcuni amminoacidi di lisina o arginina vicino alla fine delle proteine H3 e H4. Il restringimento o l'allentamento del filamento di DNA fa sì che i geni siano accessibili o inaccessibili, noti come accendere o spegnere il gene.
Nella maggior parte delle cellule, indipendentemente dalla fonte, otto proteine dell'istone, costituite da due ciascuna di H2A, H2B, H3 e H4, formano una struttura di ottetti. Circa 146 coppie di basi di DNA avvolgono la struttura dell'ottetto quasi due volte per formare un "nucleosoma". Un breve ciclo di DNA, stabilizzato dalla proteina H1 o dal suo analogo H5, porta al prossimo nucleosoma, formando una struttura che è spesso caratterizzata come "perline su una stringa". I nucleosomi e le loro sezioni di DNA di collegamento formano spirali strette, con sei nucleosomi per giro, per formare quelle che vengono chiamate fibre di cromatina. Le fibre si uniscono per formare un cromosoma.
Le proteine dell'istone H2A, H2B, H3 e H4 hanno un peso molecolare relativamente basso, costituito da 120 a 135 aminoacidi per molecola proteica. Gli istoni H1 / H5 sono molto più lunghi e forniscono una struttura strutturale ai nucleosomi, proprio come un'asta d'acciaio che collega una serie di dischi. Nelle cellule umane, se tutto il DNA fosse srotolato e steso da un capo all'altro, il filo sarebbe lungo circa 70 pollici (1,8 m) ma solo circa 0,0000007 pollici (180 nanometri). Avvolgendo e riavvolgendo le sottostrutture, le 23 coppie di cromosomi funzionano in un nucleo che è esso stesso di diametro inferiore a 0,0004 pollici (10 micrometri). Gli istoni rendono possibile questo ripiegamento controllando l'ambiente molecolare.
Inizialmente si pensava che gli istoni avessero solo i tipi sopra menzionati. La ricerca, tuttavia, ha indicato una diversità molto maggiore di quanto precedentemente accettato. Le molecole di base sono ancora relativamente le stesse anche tra organismi divergenti come lieviti e mammiferi. Questo tratto si chiama conservazione evolutiva. Indica che anche lievi variazioni di queste molecole provocano cellule che non potrebbero prosperare o potrebbero riprodursi e causare danni e sanzioni evolutive all'organismo.