组蛋白(histone)是真核生物体细胞染色质与原核细胞中的碱性蛋白质,和DNA共同组成核小体结构。它们是染色质的主要蛋白质组分,作为DNA缠绕的线轴,并在基因调控中发挥作用,但是原核细胞组蛋白对基因调控的作用非常微弱。没有组蛋白,染色体中未缠绕的DNA将非常长(人类DNA中的长宽比超过1000万比1)。例如,每个人类二倍体细胞(含有23对染色体)具有约1.8米长的DNA,但是在组织蛋白上缠绕它具有约90微米(0.09毫米)的染色质,当在有丝分裂期间复制和浓缩时,其导致约120微米的染色体。
组蛋白(histone)是指所有真核生物的细胞核中,与DNA结合存在的碱性蛋白质的总称。其分子量约10000~20000Kda。
真核生物体细胞染色质中的碱性蛋白质,含精氨酸和赖氨酸等碱性氨基酸特别多,二者加起来约为所有氨基酸残基的1/4。组蛋白与带负电荷的双螺旋DNA结合成DNA-组蛋白复合物。因氨基酸成分和分子量不同,主要分成5类。
组蛋白的甲基化修饰主要是由一类含有SET结构域的蛋白质来执行的,组蛋白甲基化修饰参与异染色质形成、基因印记、X染色体失活和转录调控等多种主要生理功能,组蛋白的修饰作用是表观遗传学研究的一个重要领域。组蛋白甲基化的异常与肿瘤发生等多种人类疾病相关,可以特异性地激活或者抑制基因的转录活性。研究发现,组蛋白甲基转移酶的作用对象不仅仅限于组蛋白,某些非组蛋白也可以被组蛋白甲基转移酶甲基化,这将为探明细胞内部基因转录、信号转导、甚至个体的发育和分化机制提供更广阔的空间。
组蛋白的基因非常保守。亲缘关系较远的种属中,四种组蛋白(H2A、H2B、H3、H4)氨基酸序列都非常相似,如海胆组织H3的氨基酸序列与来自小牛胸腺的H3的氨基酸序列间只有一个氨基酸的差异,小牛胸腺的H3的氨基酸序列与豌豆的H3也只有4个氨基酸不同。不同生物的H1序列变化较大,在某些组织中,H1被特殊的组蛋白所取代。如成熟的鱼类和鸟类的红细胞中H1则被H5所取代,精细胞中则由精蛋白代替组蛋白。染色质中的组蛋白与DNA的含量之比为1:1。
真核生物细胞核中组蛋白的含量约为每克DNA 1克,大部分真核生物中有5种组蛋白,两栖类、鱼类和鸟类还有H5以替代或补充H1。染色质是由许多核小体组成的,H2A,H2B,H3和H4各2个分子构成的8聚体是核小体的核心部分,H1的作用是与线性 DNA结合以帮助后者形成高级结构。组蛋白是已知蛋白质中最保守的,例如,人类和豌豆的H4氨基酸序列只有两个不同,人类和酵母的H4氨基酸序列也只有8个不同,这说明H4的氨基酸序列在约10^9年间几乎是恒定的。
功能:
填充蛋白质
组蛋白作为DNA缠绕的线轴。 这使得能够在细胞核内将真核细胞的大型的基因组所必需的压实物:压实的分子比未压实的分子短40,000倍。
染色质调控
组织蛋白进行翻译后修饰,以更改它与DNA及其他核蛋白的相互作用。组织蛋白H3及H4有着核小体伸出的长尾巴,能够在不同的地方进行共价修饰。这种修饰包括有甲基化、瓜氨化、乙酰基化、磷酸化、小泛素相关修饰化、泛素化及二磷酸腺苷核糖基化。组织蛋白核心(即H2A及H3)亦可以作出修饰。修饰的组合可以组成编码,成为组织蛋白编码。组织蛋白修饰在不同的生物过程起着作用,包括基因表观调控、DNA修复、有丝分裂及减数分裂。
组织蛋白修饰的命名是:
先以组蛋白名称开始,如H3;单一字母的氨基酸简称,如K代表赖氨酸,及在蛋白质的位置;及修饰的种类,Me即甲基化、P即磷酸化、Ac即乙酰化及Ub即泛素化。