組蛋白

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組蛋白是染色體基本結構蛋白，因富含鹼性氨基酸Arg 和lys 而呈鹼性，可與酸性的DNA緊密結合。組蛋白包含五個組分，分子質量為11-23ku,按照分子量由大到小分別稱為H1、H3、H2A、H2B和H4。

組蛋白（histones）真核生物體細胞染色質中的鹼性蛋白質，含精氨酸和賴氨酸等鹼性氨基酸特別多，二者加起來約為所有氨基酸殘基的1/4。組蛋白與帶負電荷的雙螺旋DNA結合成DNA-組蛋白複合物。因氨基酸成分和分子量不同，主要分成5類。組蛋白是真核生物染色體的基本結構蛋白，是一類小分子鹼性蛋白質，有六種類型：H1、H2A、H2B、H3、H4及古細菌組蛋白，它們富含帶正電荷的鹼性氨基酸，能夠同DNA中帶負電荷的磷酸基團相互作用。與DNA大溝結合。

目錄

概述

組蛋白的基因非常保守。親緣關係較遠的種屬中，四種組蛋白（H2A、H2B、H3、H4）氨基酸序列都非常相似，如海膽組織H3的氨基酸序列與來自小牛胸腺的H3的氨基酸序列間只有一個氨基酸的差異，小牛胸腺的H3的氨基酸序列與豌豆的H3也只有4個氨基酸不同。不同生物的H1序列變化較大，在某些組織中，H1被特殊的組蛋白所取代。如成熟的魚類和鳥類的紅細胞中H1則被H5所取代，精細胞中則由精蛋白代替組蛋白。染色質中的組蛋白與DNA的含量之比為1:1。

真核生物細胞核中組蛋白的含量約為每克DNA 1克，大部分真核生物中有5種組蛋白，兩棲類、魚類和鳥類還有H5以替代或補充H1。染色質是由許多核小體組成的，H2A，H2B，H3和H4各2個分子構成的8聚體是核小體的核心部分，H1的作用是與線形 DNA結合以幫助後者形成高級結構。組蛋白是已知蛋白質中最保守的，例如，人類和豌豆的H4氨基酸序列只有兩個不同，人類和酵母的H4氨基酸序列也只有8個不同，這說明H4的氨基酸序列在約10^9年間幾乎是恆定的。早在1888年德國化學家科塞（A.Kossel）已從細胞核中分離出組蛋白，並認識到它們作為鹼性物質應在核中與核酸結合，但直到1974年才了解組蛋白的確切作用。一些實驗室隨後證明組蛋白以獨特的方式構成核小體的組分。

成分

通常含有H1，H2A，H2B，H3，H4等5種成分。除H1外，其他4種組蛋白均分別以二聚體(共八聚體）相結合，形成核小體核心。DNA便纏繞在核小體的核心上。而H1則與核小體間的DNA結合。因此，一般認為組蛋白作為結構支持體的作用比其基因調節作用更為重要。鳥類、兩棲類等含有細胞核的紅細胞中，含有一種叫H5的特殊組蛋白。此外，在停止增殖的細胞中，還含有一種叫H1°的組蛋白，H1°的結構與H5相類似。組蛋白可受到甲基化、乙酰化、磷酸化、聚ADP核糖酰化，以及與泛醌(ubiquinone）相結合等幾種類型的修飾。組蛋白的修飾與染色質結構的變化及基因活性控制的相關性等等，是今後的重要研究課題。

組成部分

組蛋白是存在於染色體內的與DNA結合的鹼性蛋白質，染色體中組蛋白以外的蛋白質成分稱非組蛋白。絕大部分非組蛋白呈酸性，因此也稱酸性蛋白質或剩餘蛋白質。組蛋白於1834年由德國科學家A.科塞爾發現。組蛋白對染色體的結構起重要的作用。染色體是由重複單位──核小體組成。每一核小體包括一個核心8聚體（由4種核心組蛋白H2A、H2B、H3和H4的各兩個單體組成）；長度約為200個鹼基對的脫氧核糖核酸(DNA）；和一個單體組蛋白H1。長度為147鹼基對的DNA盤繞於核心8聚體外面。在核心8聚體之間則由長度約為60個鹼基對的DNA連接。這種DNA稱為「接頭」DNA。

幾乎所有真核細胞染色體的組蛋白均可分成5種主要的組分，分別用字母或數字命名，命名方法也不統一，如H1或稱F1，Ⅰ；H2A或稱F2A2，Ⅱb1；H2B或稱F2B，Ⅱb2；H3或稱F3，Ⅲ；H4或稱F2A1，Ⅳ。有核的紅細胞或個別生物體中，還存在特別的組蛋白成分，紅細胞中為H5或F2C，Ⅴ，鮭魚組織中為H6或T。H2A、H2B、H3、H4組成核小體的核心，也稱核心組蛋白。根據組蛋白的一級結構，又可將它們分為3種類型：賴氨酸含量特別豐富的組蛋白（H1）；賴氨酸含量較豐富的組蛋白（H2A和H2B）；精氨酸含量豐富的組蛋白（H3和H4）。從整體來說，組蛋白在進化過程中保守性很強。其中H1變化較大，H3和H4變化最小。如對小牛胸腺的5種組蛋白，豌豆苗組蛋白的H3、H4和兔胸腺組蛋白H1等的一級結構比較中發現，小牛胸腺和豌豆苗的組蛋白H4間只在60位和77位上的兩個氨基酸殘基不同。但已知的真菌和原生動物的組蛋白的部分一級結構和動、植物的組蛋白間的差異較大。

合成修飾

這是形成組蛋白各組分微不均一性的主要原因。修飾的方式有：

①乙酰化。有兩種：

一種是H1、H2A、H4組蛋白的氨基末端乙酰化，形成α-乙酰絲氨酸，組蛋白在細胞質內合成後輸入細胞核之前發生這一修飾。

另一種是在H2A、H2B、H3、H4的氨基末端區域的某些專一位置形成N6-乙酰賴氨酸。

②磷酸化。所有組蛋白的組分均能磷酸化，在細胞分裂期間，H1的1～3個絲氨酸可以磷酸化。而在有絲分裂時期，H1有3～6個絲氨酸或蘇氨酸發生磷酸化，其他四個核心組蛋白的磷酸化可以發生在氨基末端區域的絲氨酸殘基上。組蛋白的磷酸化可能會改變組蛋白與DNA的結合。

③甲基化。僅發現於H3的9和27位和H4的20位的賴氨酸，鴨紅細胞組蛋白H1和H5的組氨酸。

④ADP-核糖基化。組蛋白H1、H2A、H2B及H3和多聚ADP-核糖的共價結合，ADP-核糖基化被認為是在真核細胞內啟動複製過程的扳機。

⑤其他修飾：賴氨酸的丙酰化、丁酰化、琥珀酰化、巴豆酰化、丙二酸酰等。

H3·H4的乙酰化可打開一個開放的染色質結構，增加基因的表達。轉錄共同激活物如CBPöP300、PCAF實質上是體內的組蛋白乙酰基轉移酶(HAT）。相反，HDAC參與組成轉錄共同抑制複合物，已發現的兩個共同抑制複合物SIN3、Mi22NHRD（核小體重塑蛋白去乙酰基酶）都含有HDAC1、HDAC2。SIN3的組成為核心（HDAC1、HDAC2、RBAP46öRBAP48)SIN3AöSIN3B、SAP30öSAP18共同構成。

SIN3複合物通過組分SIN3A與序列特異性轉錄因子或共同抑制物包括mael2max，核激素受體N2CORöSMRT、甲基化CPG粘附蛋白（MECP2、MBD2）相互作用。Mi22NHRD由核心（HDAC1、HDAC2、RBAP46öRBAP48)Mi2、MTA1öMTA2、MBD3組成，其中MBD3含有MBD樣序列，與甲基化DNA有低親和力，分析發現MBD3與甲基化有關的氨基酸被置換，由此推測MBD3與MBD2相互作用而使Mi22NURD與甲基化DNA結合。由此看出，DNA甲基化和組蛋白去乙酰化協同作用共同參與轉錄阻遏。

此外，Mi22NURD還有染色質重塑活性，所以SIN3和Mi22NURD可能分別在長期和短期轉錄阻遏調節中起作用。

在哺乳動物基因組中，組蛋白則可以有很多修飾形式.一個核小體由兩個H2A，兩個H2B，兩個H3，兩個H4組成的八聚體和147bp纏繞在外面的DNA組成.組成核小體的組蛋白的核心部分狀態大致是均一的，游離在外的N-端則可以受到各種各樣的修飾，包括組蛋白末端的乙酰化，甲基化，磷酸化，泛素化等等。

組蛋白被甲基化的位點是賴氨酸和精氨酸.賴氨酸可以分別被一、二、三甲基化，精氨酸只能被一、二甲基化.在組蛋白H3上，共有5個賴氨酸位點可以被甲基化修飾。

一般來說，組蛋白H3K4的甲基化主要聚集在活躍轉錄的啟動子區域。組蛋白H3K9的甲基化同基因的轉錄抑制及異染色質有關。EZH2可以甲基化H3K27，導致相關基因的沉默，並且與X-Chromosomeinactivation相關。H3K36的甲基化同基因轉錄激活相關。