3.1. Составные компоненты хроматина

Основными компонентами хроматина являются ДНК, гистоны и негистоновые белки. Общее количество ДНК, приходящееся на гаплоидный хромосомный набор человека, 3*10⁹ п. н., что составляет около 1 м по длине. На одну хромосому приходится в среднем 4 см ДНК (1,2*10⁸ п. н.). В то же время длина метафазной хромосомы, т. е. максимально компактного дезоксирибонуклеопротеинового (ДНП) комплекса составляет 4 мкм. Следовательно, ДНК в метафазной хромосоме компактизована в 10⁴ раз. Чтобы понять строение хроматина, удобно рассмотреть основные уровни организации ДНК и ее компактизации в хромосоме.

Компактизация ДНК определяется в значительной мере ее взаимодействием с основными белками гистонами. Комплексы ДНК с гистонами нерастворимы при физиологических концентрациях солей. Для растворения хроматина необходимо либо снижение ионной силы до 0,001-0,01, либо, наоборот, использование концентрированных солевых растворов (~ 1 М). В последнем случае, однако, солевые связи между ДНК и гистонами разрушаются, и ДНП диссоциирует на составные части.

Имеется пять основных классов гистонов, обозначаемых как H1 (содержит очень много лизиновых остатков), H2a, H2b (умеренно обогащенных лизином), H3 и H4 (гистоны, обогащенные аргинином). Некоторые классы гистонов включают подклассы. Следует отметить чрезвычайную эволюционную консервативность гистонов, особенно H3 и H4. Например, гистоны H3 из теленка и гороха отличаются лишь одной аминокислотной заменой. Это говорит о точном соответствии структуры всей молекулы выполняемым гистонами функциям. Гистоны находятся в стехиометрических соотношениях с ДНК и между собою. В первом приближении на одну весовую единицу ДНК приходится немногим более одной весовой единицы суммарного гистона. Молярные отношения между гистонами H1: H2a:H2b:H3:H4 составляют 1:2:2:2:2. Однако поскольку молекулярная масса гистона H1 (21 кДа) выше, чем у остальных (10-15 кДа), то в весовом отношении содержание разных гистонов примерно совпадает.

Помимо гистонов, хроматин содержит большое количество так называемых негистоновых белков, т. е. белков, не являющихся гистонами. Сюда относятся разные ферменты, участвующие в репликации, транскрипции и других процессах, регуляторные белки и т. д. Эта очень гетерогенная группа белков пока плохо охарактеризована. Речь о них пойдет ниже.

Из-за трудности поддерживать нативные ДНК хроматина в растворимом состоянии исследования его структуры в течение долгого времени топтались на одном месте, пока в 1974-1975 гг. не были открыты нуклеосомы.