Razmotrimo funkcije nehistonskih proteina, njihovu važnost za tijelo. Ova je tema od posebnog interesa i zaslužuje detaljnu studiju.
Glavni proteini kromatina
Histonski i nehistonski proteini izravno su povezani s DNK. Njegova uloga u sastavu interfaznih i mitotičkih kromosoma je prilično velika - pohranjivanje i distribucija genetskih informacija.
Kada se obavljaju takve funkcije, potrebno je imati jasnu strukturnu bazu koja omogućuje da se dugačke molekule DNK rasporede u jasan redoslijed. Ova radnja vam omogućuje kontrolu učestalosti sinteze RNA i replikacije DNK.
Njegova koncentracija u interfaznoj jezgri je 100 mg/ml. Jedna jezgra sisavca sadrži oko 2 m DNK, lokalizirane u sferičnoj jezgri promjera oko 10 mikrona.
grupe proteina
Unatoč raznolikosti, uobičajeno je izdvojiti dvije skupine. Funkcije histonskih i nehistonskih proteina imaju određene razlike. Oko 80 posto svih proteina kromatina su histoni. Oni stupaju u interakciju s DNK putem ionskih i solnih veza.
Unatoč značajnoj količini, histoni i nehistonski proteini kromatinapredstavljene beznačajnom raznolikošću proteina, eukariotske stanice sadrže oko pet do sedam vrsta histonskih molekula.
Nehistonski proteini u kromosomima su uglavnom specifični. Oni djeluju samo s određenim strukturama molekula DNK.
Histone značajke
Koje su funkcije histonskih i nehistonskih proteina u kromosomu? Histoni se vežu u obliku molekularnog kompleksa s DNK, oni su podjedinice takvog sustava.
Histoni su proteini karakteristični samo za kromatin. Imaju određene kvalitete koje im omogućuju obavljanje određenih funkcija u organizmima. To su alkalni ili bazični proteini, karakterizirani prilično visokim sadržajem arginina i lizina. Zbog pozitivnih naboja na amino skupinama, na fosfatnim strukturama DNA nastaje elektrostatička ili solna veza s suprotnim nabojem.
Ova veza je prilično labilna, lako se uništava i dolazi do disocijacije na histone i DNK. Kromatin se smatra složenim nukleinsko-proteinskim kompleksom, unutar kojeg se nalaze visokopolimerne linearne molekule DNA, kao i značajan broj histonskih molekula.
Svojstva
Histoni su prilično mali proteini u smislu molekularne težine. Imaju slična svojstva kod svih eukariota i nalaze ih slične klase histona. Na primjer, vrste H3 i H4 smatraju se bogatima argininom, budući da sadrže dovoljnu količinu ovogaaminokiseline.
Varieties of histones
Takvi se histoni smatraju konzervativnim, budući da je slijed aminokiselina u njima sličan čak i kod udaljenih vrsta.
H2A i H2B smatraju se umjerenim lizinskim proteinima. Različiti objekti unutar ovih skupina imaju neke varijacije u primarnoj strukturi, kao iu slijedu aminokiselinskih ostataka.
Histone H1 je klasa proteina u kojoj su aminokiseline raspoređene u sličnom slijedu.
Pokazuju značajnije varijacije među tkivima i vrstama. Značajna količina lizina smatra se općim svojstvom, zbog čega se ovi proteini mogu odvojiti od kromatina u razrijeđenim slanim otopinama.
Histone svih klasa karakterizira klasterska raspodjela glavnih aminokiselina: arginina i lizina na krajevima molekula.
H1 ima varijabilni N-terminus koji je u interakciji s drugim histonima, a C-terminus je obogaćen lizinom, on je taj koji je u interakciji s DNK.
Moguće su modifikacije histona tijekom života stanica:
- metilacija;
- acetilacija.
Takvi procesi dovode do promjene broja pozitivnih naboja, oni su reverzibilne reakcije. Kada se serinski ostaci fosforiliraju, pojavljuje se višak negativnog naboja. Takve modifikacije utječu na svojstva histona i njihovu interakciju s DNK. Na primjer, kada se histoni acetiliraju, uočava se aktivacija gena, a defosforilacija uzrokuje dekondenzaciju i kondenzacijukromatin.
Značajke sinteze
Proces se odvija u citoplazmi, zatim se transportira u jezgru, vežući se za DNK tijekom replikacije u S-razdoblju. Nakon prestanka sinteze DNK od strane stanice, informacijska histonska RNA propada unutar nekoliko minuta, proces sinteze se zaustavlja.
Podjela u grupe
Postoje različite vrste nehistonskih proteina. Njihova podjela u pet skupina je uvjetna, temelji se na unutarnjoj sličnosti. Značajan broj karakterističnih svojstava identificiran je u višim i nižim eukariotskim organizmima.
Na primjer, umjesto H1, karakterističnog za tkiva nižih kralježnjaka, nalazi se histon H5, koji sadrži više serina i arginina.
Postoje i situacije povezane s djelomičnim ili potpunim odsutnošću histonskih skupina u eukariota.
Funkcionalnost
Slični proteini pronađeni su u bakterijama, virusima, mitohondrijima. Na primjer, u E. coli, proteini su pronađeni u stanici, čiji je sastav aminokiselina sličan histonima.
Proteini nehistonskog kromatina obavljaju važne funkcije u živim organizmima. Prije identifikacije nukleosoma korištene su dvije hipoteze u vezi s funkcionalnim značajem, regulatornom i strukturnom ulogom takvih proteina.
Ustanovljeno je da kada se RNA polimeraza doda izoliranom kromatinu, dobije se predložak za proces transkripcije. Ali njegova aktivnost je procijenjenasamo 10 posto od toga za čisti DNK. Povećava se uklanjanjem histonskih skupina, a u njihovom nedostatku to je maksimalna vrijednost.
Ovo označava da vam ukupni sadržaj histona omogućuje kontrolu procesa transkripcije. Kvalitativne i kvantitativne promjene histona utječu na aktivnost kromatina, na stupanj njegove kompaktnosti.
Pitanje specifičnosti regulatornih karakteristika histona tijekom sinteze specifičnih mRNA u različitim stanicama nije u potpunosti proučeno.
Uz postupno dodavanje frakcije histona u otopine koje sadrže čistu DNA, precipitacija se opaža u obliku DNP kompleksa. Kada se histoni uklone iz otopine kromatina, događa se potpuni prijelaz u topljivu bazu.
Funkcije nehistonskih proteina nisu ograničene na izgradnju molekula, one su mnogo složenije i višestruke.
Strukturno značenje nukleosoma
U prvim elektromikroskopskim i biokemijskim studijama dokazano je da u DPN preparatima postoje filamentne strukture čiji je promjer u rasponu od 5-50 nm. Usavršavanjem predodžbi o strukturi proteinskih molekula, bilo je moguće otkriti da postoji izravna veza između promjera kromatinskog fibrila i metode izolacije lijeka.
Na tankim dijelovima mitotičkih kromosoma i interfaznih jezgri, nakon detekcije glutaraldehidom, pronađena su kromirana vlakna čija je debljina 30 nm.
Vlakna imaju slične veličinekromatina u slučaju fizičke fiksacije njihovih jezgri: tijekom zamrzavanja, čipiranja, uzimanja replika iz sličnih preparata.
Nehistonski proteini kromatina otkriveni su na dva različita načina nukleosomima kromatinskih čestica.
Istraživanje
Kada se pripravci kromatina talože na supstrat za elektronsku mikroskopiju u alkalnim uvjetima beznačajne ionske snage, dobivaju se kromatinske niti slične kuglicama. Njihova veličina ne prelazi 10 nm, a globule su međusobno povezane segmentima DNK, čija duljina ne prelazi 20 nm. Tijekom promatranja bilo je moguće uspostaviti vezu između strukture DNK i produkata raspadanja.
Zanimljive informacije
Nehistonski proteini čine oko dvadeset posto proteina kromatina. Oni su proteini (osim onih koje luče kromosomi). Nehistonski proteini su kombinirana skupina proteina koji se međusobno razlikuju ne samo po svojstvima, već i po funkcionalnoj važnosti.
Većina se odnosi na proteine nuklearnog matriksa, koji se nalaze i u sastavu interfaznih jezgri i u mitotičkim kromosomima.
Nehistonski proteini mogu uključivati oko 450 pojedinačnih polimera različite molekularne težine. Neki od njih su topljivi u vodi, dok su drugi topljivi u kiselim otopinama. Zbog krhkosti veze s kromatinom u tijeku disocijacije u prisutnosti denaturirajućih sredstava, postoje značajni problemi s klasifikacijom i opisom ovih proteinskih molekula.
Nehistonski proteini su regulatorni polimeri,stimulirajuća transkripcija. Postoje i inhibitori ovog procesa koji se vežu u specifičnom slijedu na DNK.
Nehistonski proteini također mogu uključivati enzime uključene u metabolizam nukleinskih kiselina: RNA i DNA metilaze, DNaze, polimeraze, proteine kromatina.
Okruženje mnogih sličnih polimernih spojeva smatra se najistraženijim nehistonskim proteinima visoke mobilnosti. Odlikuje ih dobra elektroforetska pokretljivost, ekstrakcija u otopini kuhinjske soli.
HMG proteini dolaze u četiri vrste:
- HMG-2 (m.w.=26.000),
- HMG-1 (m.w.=25.500),
- HMG-17 (m.w.=9247),
- HMG-14 (m.w.=100.000).
Živa stanica takvih struktura ne sadrži više od 5% ukupne količine histona. Posebno su česti u aktivnom kromatinu.
HMG-2 i HMG-1 proteini nisu uključeni u nukleozome, vežu se samo na fragmente DNA poveznice.
Proteini HMG-14 i HMG-17 su u stanju vezati se za polimere nukleosoma nalik srcu, što rezultira promjenom razine sklopa DNP fibrila, bit će dostupniji za reakciju s RNA polimerazom. U takvoj situaciji HMG proteini imaju ulogu regulatora transkripcijske aktivnosti. Utvrđeno je da je frakcija kromatina, koja ima povećanu osjetljivost na DNazu I, zasićena HMG proteinima.
Zaključak
Treća razina strukturne organizacije kromatina su domene petlje DNK. Tijekom istraživanja ustanovljeno je da samodešifrirajući princip kromosomskih elementarnih komponenti, teško je dobiti potpunu sliku o kromosomima u mitozi, u interfazi.
Denzifikacija DNK za 40 puta postiže se zahvaljujući maksimalnoj spiralizaciji. To nije dovoljno da se dobije stvarna predodžba o veličini i karakteristikama kromosoma. Logično se može zaključiti da moraju postojati još više razine sklapanja DNK uz pomoć kojih bi bilo moguće nedvosmisleno okarakterizirati kromosome.
Znanstvenici su uspjeli otkriti slične razine organizacije kromatina kao rezultat njegove umjetne dekondenzacije. U takvoj situaciji, specifični proteini će se vezati za određene dijelove DNK koji imaju domene na mjestima povezivanja.
Načelo pakiranja DNK petlje također je otkriveno u eukariotskim stanicama.
Na primjer, ako se izolirane jezgre tretiraju otopinom kuhinjske soli, integritet jezgre će biti očuvan. Ova struktura postala je poznata kao nukleotid. Njegova periferija uključuje značajan broj zatvorenih DNK petlji, čija je prosječna veličina 60 kb.
S preparativnom izolacijom kromomera, nakon čega slijedi ekstrakcija histona iz njih, petljaste strukture nalik rozetama bit će vidljive pod elektronskim mikroskopom. Broj petlji u jednoj utičnici je od 15 do 80, ukupna duljina DNK doseže 50 mikrona.
Ideje o strukturi i glavnim funkcionalnim karakteristikama proteinskih molekula, dobivene tijekom eksperimentalnih aktivnosti, omogućuju znanstvenicima da razvijaju lijekove, stvaraju inovativnemetode učinkovite borbe protiv genetskih bolesti.
