Razmislimo o funkcijah nehistonskih beljakovin, njihovem pomenu za telo. Ta tema je še posebej zanimiva in si zasluži podrobno študijo.
Glavne kromatinske beljakovine
Histonski in nehistonski proteini so neposredno povezani z DNK. Njegova vloga v sestavi interfaznih in mitotičnih kromosomov je precej velika - shranjevanje in distribucija genetskih informacij.
Pri izvajanju takšnih funkcij je treba imeti jasno strukturno osnovo, ki omogoča, da se dolge molekule DNK razporedijo v jasnem vrstnem redu. To dejanje vam omogoča nadzor frekvence sinteze RNA in replikacije DNK.
Njegova koncentracija v interfaznem jedru je 100 mg/ml. Eno jedro sesalca vsebuje približno 2 m DNK, ki je lokalizirana v sferičnem jedru s premerom približno 10 mikronov.
skupine beljakovin
Kljub raznolikosti je običajno, da izpostavimo dve skupini. Funkcije histonskih in nehistonskih proteinov imajo določene razlike. Približno 80 odstotkov vseh proteinov kromatina so histoni. Vzajemno delujejo z DNK preko ionskih in solnih vezi.
Kljub znatni količini, histoni in nehistonski proteini kromatinaevkariontske celice, ki jih predstavlja nepomembna raznolikost beljakovin, vsebujejo približno pet do sedem vrst histonskih molekul.
Nehistonski proteini v kromosomih so večinoma specifični. Vzajemno delujejo samo z določenimi strukturami molekul DNK.
Histone funkcije
Kakšne so funkcije histonskih in nehistonskih proteinov v kromosomu? Histoni se v obliki molekularnega kompleksa vežejo z DNK, so podenote takega sistema.
Histoni so beljakovine, značilne samo za kromatin. Imajo določene lastnosti, ki jim omogočajo, da opravljajo določene funkcije v organizmih. To so alkalne ali bazične beljakovine, za katere je značilna precej visoka vsebnost arginina in lizina. Zaradi pozitivnih nabojev na amino skupinah nastane elektrostatična ali solna vez z nasprotnimi naboji na fosfatnih strukturah DNK.
Ta vez je precej labilna, zlahka se uniči in pride do disociacije na histone in DNK. Kromatin velja za kompleksen nukleinsko-beljakovinski kompleks, znotraj katerega so visoko polimerne linearne molekule DNK, pa tudi veliko število histonskih molekul.
Lastnosti
Histoni so glede na molekulsko maso dokaj majhne beljakovine. Imajo podobne lastnosti pri vseh evkariontih in jih najdemo v podobnih razredih histonov. Na primer, vrste H3 in H4 veljajo za bogate z argininom, saj vsebujejo zadostno količino tegaaminokisline.
Različice histonov
Takšni histoni veljajo za konzervativne, saj je zaporedje aminokislin v njih podobno tudi pri oddaljenih vrstah.
H2A in H2B veljata za zmerne lizinske beljakovine. Različni predmeti znotraj teh skupin imajo nekaj variacij v primarni strukturi, pa tudi v zaporedju aminokislinskih ostankov.
Histone H1 je razred beljakovin, v katerem so aminokisline razporejene v podobnem zaporedju.
Kažejo pomembnejše medtkivne in medvrstne razlike. Pomembna količina lizina se šteje za splošno lastnost, zaradi česar se te beljakovine lahko ločijo od kromatina v razredčenih fizioloških raztopinah.
Za histone vseh razredov je značilna gručasta porazdelitev glavnih aminokislin: arginin in lizin na koncih molekul.
H1 ima spremenljiv N-konec, ki deluje z drugimi histoni, C-terminus pa je obogaten z lizinom, on je tisti, ki sodeluje z DNK.
Spremembe histona so možne med življenjsko dobo celic:
- metilacija;
- acetilacija.
Takšni procesi vodijo do spremembe števila pozitivnih nabojev, so reverzibilne reakcije. Ko so serinski ostanki fosforilirani, se pojavi presežek negativni naboj. Takšne modifikacije vplivajo na lastnosti histonov in njihovo interakcijo z DNK. Na primer, ko so histoni acetilirani, opazimo aktivacijo genov, defosforilacija pa povzroči dekondenzacijo in kondenzacijokromatin.
Sintezne funkcije
Proces poteka v citoplazmi, nato se transportira v jedro in se veže na DNK med replikacijo v S-obdobju. Po prenehanju sinteze DNK v celici, informacijska histonska RNA razpade v nekaj minutah, proces sinteze se ustavi.
Delitev v skupine
Obstajajo različne vrste nehistonskih beljakovin. Njihova razdelitev v pet skupin je pogojna, temelji na notranji podobnosti. Pri višjih in nižjih evkariontskih organizmih je bilo ugotovljenih veliko število značilnih lastnosti.
Na primer, namesto H1, značilnega za tkiva nižjih vretenčarjev, najdemo histon H5, ki vsebuje več serina in arginina.
Obstajajo tudi situacije, povezane z delno ali popolno odsotnostjo histonskih skupin pri evkariontih.
Funkcionalnost
Podobne beljakovine so našli v bakterijah, virusih, mitohondrijih. Na primer, pri E. coli so v celici našli beljakovine, katerih aminokislinska sestava je podobna histonom.
Proteini nehistonskega kromatina opravljajo pomembne funkcije v živih organizmih. Pred identifikacijo nukleosomov sta bili uporabljeni dve hipotezi glede funkcionalnega pomena, regulativne in strukturne vloge takšnih proteinov.
Ugotovljeno je bilo, da ko izoliranemu kromatinu dodamo RNA polimerazo, dobimo predlogo za proces transkripcije. Toda njegova dejavnost je ocenjenale 10 odstotkov tega za čisto DNK. Poveča se z odstranitvijo histonskih skupin in v njihovi odsotnosti je največja vrednost.
To pomeni, da vam skupna vsebina histonov omogoča nadzor nad postopkom transkripcije. Kvalitativne in kvantitativne spremembe histonov vplivajo na aktivnost kromatina, na stopnjo njegove kompaktnosti.
Vprašanje o specifičnosti regulativnih značilnosti histonov med sintezo specifičnih mRNA v različnih celicah ni v celoti raziskano.
S postopnim dodajanjem histonske frakcije raztopinam, ki vsebujejo čisto DNK, opazimo obarjanje v obliki kompleksa DNP. Ko histone odstranimo iz raztopine kromatina, pride do popolnega prehoda v topno bazo.
Funkcije nehistonskih beljakovin niso omejene na konstrukcijo molekul, so veliko bolj zapletene in večplastne.
Strukturni pomen nukleosomov
V prvih elektromikroskopskih in biokemijskih študijah je bilo dokazano, da v DPN preparatih obstajajo nitaste strukture, katerih premer je v območju 5-50 nm. Z izboljšanjem predstav o strukturi beljakovinskih molekul je bilo mogoče ugotoviti, da obstaja neposredna povezava med premerom kromatinske fibrile in načinom izolacije zdravila.
Na tankih odsekih mitotičnih kromosomov in interfaznih jeder so po detekciji z glutaraldehidom odkrili kromirane fibrile, katerih debelina je 30 nm.
Vlakna imajo podobne velikostikromatina v primeru fizične fiksacije njihovih jeder: med zamrzovanjem, čipiranjem, jemanjem replik iz podobnih pripravkov.
Nehistonske beljakovine kromatina so odkrili na dva različna načina z nukleosomi kromatinskih delcev.
Raziskava
Ko kromatinske pripravke nanesemo na substrat za elektronsko mikroskopijo v alkalnih pogojih z nepomembno ionsko močjo, dobimo kromatinske pramene, podobne kroglicam. Njihova velikost ne presega 10 nm, globule pa so med seboj povezane s segmenti DNK, katerih dolžina ne presega 20 nm. Med opazovanjem je bilo mogoče ugotoviti povezavo med strukturo DNK in produkti razpada.
Zanimive informacije
Nehistonske beljakovine sestavljajo približno dvajset odstotkov beljakovin kromatina. So beljakovine (razen tistih, ki jih izločajo kromosomi). Nehistonski proteini so združena skupina beljakovin, ki se med seboj razlikujejo ne le po lastnostih, ampak tudi po funkcionalni pomembnosti.
Večina se nanaša na proteine jedrskega matriksa, ki jih najdemo tako v sestavi interfaznih jeder kot v mitotičnih kromosomih.
Nehistonski proteini lahko vključujejo približno 450 posameznih polimerov z različno molekulsko maso. Nekateri so topni v vodi, drugi pa v kislih raztopinah. Zaradi krhkosti povezave s kromatinom potekajoče disociacije v prisotnosti denaturirajočih sredstev obstajajo znatne težave pri klasifikaciji in opisu teh beljakovinskih molekul.
Nehistonski proteini so regulativni polimeri,stimulirajoča transkripcija. Obstajajo tudi zaviralci tega procesa, ki se vežejo v določenem zaporedju na DNK.
Nehistonske beljakovine lahko vključujejo tudi encime, ki sodelujejo pri presnovi nukleinskih kislin: RNA in DNA metilaze, DNaze, polimeraze, proteini kromatina.
Okolje številnih podobnih polimernih spojin velja za najbolj raziskane nehistonske beljakovine z visoko mobilnostjo. Zanje je značilna dobra elektroforetska mobilnost, ekstrakcija v raztopini navadne soli.
HMG proteini so na voljo v štirih vrstah:
- HMG-2 (m.w.=26.000),
- HMG-1 (m.w.=25.500),
- HMG-17 (m.w.=9247),
- HMG-14 (m.w.=100.000).
Živa celica takšnih struktur ne vsebuje več kot 5% celotne količine histonov. Še posebej pogosti so v aktivnem kromatinu.
Proteini HMG-2 in HMG-1 niso vključeni v nukleosome, vežejo se le na fragmente povezovalne DNK.
Proteini HMG-14 in HMG-17 se lahko vežeta na srčno podobne polimere nukleosomov, kar ima za posledico spremembo ravni sestavljanja DNP fibril, zato bosta bolj dostopna za reakcijo z RNA polimerazo. V takšni situaciji imajo proteini HMG vlogo regulatorjev transkripcijske aktivnosti. Ugotovljeno je bilo, da je frakcija kromatina, ki ima povečano občutljivost na DNazo I, nasičena s HMG proteini.
Sklep
Tretja raven strukturne organizacije kromatina so domene zanke DNK. Med raziskavo je bilo ugotovljeno, da lez dešifriranjem principa kromosomskih elementarnih komponent je težko dobiti popolno sliko kromosomov v mitozi, v interfazi.
DNK zgostitev za 40-krat je dosežena zaradi maksimalne spiralizacije. To ni dovolj, da bi dobili pravo predstavo o velikosti in značilnostih kromosomov. Logično je mogoče sklepati, da morajo obstajati še višje stopnje sestavljanja DNK, s pomočjo katerih bi bilo mogoče nedvoumno opisati kromosome.
Znanstveniki so lahko odkrili podobne ravni organizacije kromatina zaradi njegove umetne dekondenzacije. V takšni situaciji se bodo specifični proteini vezali na določene dele DNK, ki imajo domene na mestih povezovanja.
Načelo pakiranja zanke DNK je bilo odkrito tudi v evkariontskih celicah.
Na primer, če izolirana jedra obdelamo z raztopino kuhinjske soli, bo celovitost jedra ohranjena. Ta struktura je postala znana kot nukleotid. Njegov obrobje vključuje veliko število zaprtih zank DNK, katerih povprečna velikost je 60 kb.
S pripravljalno izolacijo kromomerov, ki ji sledi ekstrakcija histonov iz njih, bodo pod elektronskim mikroskopom vidne zankaste strukture, podobne rozetam. Število zank v eni vtičnici je od 15 do 80, skupna dolžina DNK doseže 50 mikronov.
Zamisli o strukturi in glavnih funkcionalnih značilnostih beljakovinskih molekul, pridobljene med eksperimentalnimi dejavnostmi, omogočajo znanstvenikom, da razvijajo zdravila, ustvarjajo inovativnametode učinkovitega boja proti genetskim boleznim.
