Rozważmy funkcje białek niehistonowych, ich znaczenie dla organizmu. Ten temat jest szczególnie interesujący i zasługuje na szczegółowe omówienie.
Główne białka chromatyny
Białka histonowe i niehistonowe są bezpośrednio połączone z DNA. Jego rola w składzie chromosomów interfazowych i mitotycznych jest dość duża - przechowywanie i dystrybucja informacji genetycznej.
Podczas wykonywania takich funkcji, konieczne jest posiadanie jasnej podstawy strukturalnej, która pozwala na uporządkowanie długich cząsteczek DNA w jasnej kolejności. Ta akcja pozwala kontrolować częstotliwość syntezy RNA i replikacji DNA.
Jego stężenie w jądrze międzyfazowym wynosi 100 mg/ml. Jedno jądro ssaka zawiera około 2 m DNA zlokalizowanego w kulistym jądrze o średnicy około 10 mikronów.
Grupy białek
Pomimo różnorodności zwyczajowo wyróżnia się dwie grupy. Funkcje białek histonowych i niehistonowych mają pewne różnice. Około 80 procent wszystkich białek chromatyny to histony. Oddziałują z DNA poprzez wiązania jonowe i solne.
Pomimo znacznej ilości histonów i niehistonowych białek chromatynyreprezentowane przez nieznaczną różnorodność białek, komórki eukariotyczne zawierają około pięciu do siedmiu typów cząsteczek histonów.
Białka niehistonowe w chromosomach są w większości specyficzne. Oddziałują tylko z określonymi strukturami cząsteczek DNA.
Funkcje Histone
Jakie są funkcje białek histonowych i niehistonowych w chromosomie? Histony wiążą się w formie kompleksu molekularnego z DNA, są podjednostkami takiego układu.
Histony to białka charakterystyczne tylko dla chromatyny. Posiadają pewne cechy, które pozwalają im pełnić określone funkcje w organizmach. Są to białka zasadowe lub zasadowe, charakteryzujące się dość dużą zawartością argininy i lizyny. Ze względu na dodatnie ładunki na grupach aminowych powstaje wiązanie elektrostatyczne lub solne z przeciwstawnymi ładunkami na strukturach fosforanowych DNA.
To wiązanie jest dość nietrwałe, łatwo ulega zniszczeniu i następuje dysocjacja na histony i DNA. Chromatyna jest uważana za złożony kompleks nukleinowo-białkowy, wewnątrz którego znajdują się wysoce polimeryczne liniowe cząsteczki DNA, a także znaczna liczba cząsteczek histonów.
Właściwości
Histony to dość małe białka pod względem masy cząsteczkowej. Mają podobne właściwości u wszystkich eukariontów i można je znaleźć w podobnych klasach histonów. Na przykład typy H3 i H4 są uważane za bogate w argininę, ponieważ zawierają wystarczającą jej ilośćaminokwasy.
Odmiany histonów
Takie histony są uważane za konserwatywne, ponieważ sekwencja aminokwasów w nich jest podobna nawet u odległych gatunków.
H2A i H2B są uważane za umiarkowane białka lizynowe. Różne obiekty w tych grupach mają pewne różnice w strukturze pierwszorzędowej, a także w sekwencji reszt aminokwasowych.
Histone H1 to klasa białek, w których aminokwasy są ułożone w podobnej kolejności.
Wykazują bardziej znaczące różnice międzytkankowe i międzygatunkowe. Znaczna ilość lizyny jest uważana za właściwość ogólną, dzięki której białka te można oddzielić od chromatyny w rozcieńczonych roztworach soli fizjologicznej.
Histony wszystkich klas charakteryzują się rozmieszczeniem skupisk głównych aminokwasów: argininy i lizyny na końcach cząsteczek.
H1 ma zmienny N-koniec, który oddziałuje z innymi histonami, a C-koniec jest wzbogacony lizyną, to on oddziałuje z DNA.
Modyfikacje histonów są możliwe w trakcie życia komórek:
- metylacja;
- acetylacja.
Takie procesy prowadzą do zmiany liczby ładunków dodatnich, są to reakcje odwracalne. Gdy reszty seryny są ufosforylowane, pojawia się nadmiar ładunku ujemnego. Takie modyfikacje wpływają na właściwości histonów i ich interakcję z DNA. Na przykład, gdy histony są acetylowane, obserwuje się aktywację genów, a defosforylacja powoduje dekondensację i kondensacjęchromatyna.
Funkcje syntezy
Proces zachodzi w cytoplazmie, a następnie jest transportowany do jądra, wiążąc się z DNA podczas jego replikacji w okresie S. Po zaprzestaniu syntezy DNA przez komórkę, histon informacyjny RNA rozpada się w ciągu kilku minut, proces syntezy zostaje zatrzymany.
Podział na grupy
Istnieją różne rodzaje białek niehistonowych. Ich podział na pięć grup jest warunkowy, opiera się na wewnętrznym podobieństwie. Znacząca liczba charakterystycznych właściwości została zidentyfikowana w organizmach wyższych i niższych eukariotów.
Na przykład zamiast H1, charakterystycznego dla tkanek organizmów kręgowców niższych, znajduje się histon H5, który zawiera więcej seryny i argininy.
Są również sytuacje związane z częściowym lub całkowitym brakiem grup histonów u eukariontów.
Funkcjonalność
Podobne białka znaleziono w bakteriach, wirusach, mitochondriach. Na przykład u E. coli w komórce znaleziono białka, których skład aminokwasowy jest podobny do histonów.
Białka chromatyny niehistonowej pełnią ważne funkcje w żywych organizmach. Przed identyfikacją nukleosomów zastosowano dwie hipotezy dotyczące znaczenia funkcjonalnego, regulacyjnej i strukturalnej roli takich białek.
Odkryto, że po dodaniu polimerazy RNA do wyizolowanej chromatyny uzyskuje się matrycę procesu transkrypcji. Ale jego działalność jest szacowanatylko 10 procent tego dla czystego DNA. Zwiększa się wraz z usunięciem grup histonów, aw przypadku ich braku jest to wartość maksymalna.
Wskazuje to, że całkowita zawartość histonów pozwala kontrolować proces transkrypcji. Jakościowe i ilościowe zmiany histonów wpływają na aktywność chromatyny, stopień jej zwartości.
Kwestia specyficzności regulacyjnych właściwości histonów podczas syntezy specyficznych mRNA w różnych komórkach nie została w pełni zbadana.
Wraz ze stopniowym dodawaniem frakcji histonów do roztworów zawierających czysty DNA obserwuje się wytrącanie w postaci kompleksu DNP. Gdy histony są usuwane z roztworu chromatyny, następuje całkowite przejście w rozpuszczalną zasadę.
Funkcje białek niehistonowych nie ograniczają się do budowy cząsteczek, są one znacznie bardziej złożone i wieloaspektowe.
Strukturalne znaczenie nukleosomów
W pierwszych badaniach elektromikroskopowych i biochemicznych udowodniono, że w preparatach DPN występują struktury nitkowate, których średnica mieści się w zakresie 5-50 nm. Wraz z poprawą poglądów na temat struktury cząsteczek białka można było stwierdzić, że istnieje bezpośredni związek między średnicą fibryli chromatyny a metodą izolacji leku.
Na cienkich odcinkach chromosomów mitotycznych i jądrach międzyfazowych, po wykryciu aldehydem glutarowym, znaleziono chromowane fibryle, których grubość wynosi 30 nm.
Fibryle mają podobne rozmiarychromatyny w przypadku fizycznego utrwalenia ich jąder: podczas zamrażania, rozdrabniania, pobierania replik z podobnych preparatów.
Białka niehistonowe chromatyny zostały odkryte na dwa różne sposoby przez nukleosomy cząstek chromatyny.
Badania
Gdy preparaty chromatyny są osadzane na podłożu do mikroskopii elektronowej w warunkach alkalicznych przy nieznacznej sile jonowej, otrzymuje się nici chromatyny podobne do perełek. Ich wielkość nie przekracza 10 nm, a kuleczki są połączone segmentami DNA, których długość nie przekracza 20 nm. W trakcie obserwacji udało się ustalić związek między strukturą DNA a produktami rozpadu.
Ciekawe informacje
Białka niehistonowe stanowią około dwudziestu procent białek chromatyny. Są to białka (z wyjątkiem tych, które są wydzielane przez chromosomy). Białka niehistonowe to połączona grupa białek, które różnią się od siebie nie tylko właściwościami, ale także znaczeniem funkcjonalnym.
Większość z nich dotyczy białek macierzy jądrowej, które znajdują się zarówno w składzie jąder międzyfazowych, jak i w chromosomach mitotycznych.
Białka niehistonowe mogą zawierać około 450 pojedynczych polimerów o różnych masach cząsteczkowych. Niektóre z nich są rozpuszczalne w wodzie, inne w roztworach kwaśnych. Ze względu na kruchość połączenia z chromatyną zachodzącej dysocjacji w obecności czynników denaturujących, istnieją znaczne problemy z klasyfikacją i opisem tych cząsteczek białek.
Białka niehistonowe są polimerami regulacyjnymi,stymulowanie transkrypcji. Istnieją również inhibitory tego procesu, które wiążą się w określonej sekwencji na DNA.
Białka niehistonowe mogą również zawierać enzymy biorące udział w metabolizmie kwasów nukleinowych: metylazy RNA i DNA, DNazy, polimerazy, białka chromatyny.
Środowisko wielu podobnych związków polimerowych jest uważane za najlepiej zbadane białka niehistonowe o wysokiej mobilności. Charakteryzują się dobrą ruchliwością elektroforetyczną, ekstrakcją w roztworze soli kuchennej.
Białka HMG występują w czterech rodzajach:
- HMG-2 (m.cz.=26 000),
- HMG-1 (m.cz.=25500),
- HMG-17 (m.cz.=9247),
- HMG-14 (m.cz.=100 000).
Żywa komórka takich struktur zawiera nie więcej niż 5% całkowitej ilości histonów. Są one szczególnie powszechne w aktywnej chromatynie.
Białka HMG-2 i HMG-1 nie są zawarte w nukleosomach, wiążą się tylko z fragmentami DNA łącznika.
Białka HMG-14 i HMG-17 są w stanie wiązać się do sercowatych polimerów nukleosomów, co skutkuje zmianą poziomu składania włókienek DNP, będą one bardziej dostępne do reakcji z polimerazą RNA. W takiej sytuacji białka HMG pełnią rolę regulatorów aktywności transkrypcyjnej. Stwierdzono, że frakcja chromatyny, która ma zwiększoną wrażliwość na DNazę I, jest nasycona białkami HMG.
Wniosek
Trzeci poziom organizacji strukturalnej chromatyny to domeny pętli DNA. W trakcie badań stwierdzono, że tylkorozszyfrowując zasadę elementarnych elementów chromosomalnych, trudno jest uzyskać pełny obraz chromosomów w mitozie, w interfazie.
Uzyskuje się 40-krotne zagęszczenie DNA dzięki maksymalnej spiralizacji. To nie wystarczy, aby uzyskać prawdziwy obraz wielkości i cech chromosomów. Można logicznie wywnioskować, że muszą istnieć jeszcze wyższe poziomy składania DNA, za pomocą których możliwe byłoby jednoznaczne scharakteryzowanie chromosomów.
Naukowcy byli w stanie wykryć podobne poziomy organizacji chromatyny w wyniku jej sztucznej dekondensacji. W takiej sytuacji określone białka zwiążą się z pewnymi odcinkami DNA, które mają domeny w miejscach połączenia.
Zasadę pakowania pętli DNA odkryto również w komórkach eukariotycznych.
Na przykład, jeśli wyizolowane jądra zostaną potraktowane roztworem soli kuchennej, integralność jądra zostanie zachowana. Ta struktura stała się znana jako nukleotyd. Na jego obrzeżach znajduje się znaczna liczba zamkniętych pętli DNA, których średnia wielkość wynosi 60 kb.
Dzięki preparatywnej izolacji chromomerów, a następnie ekstrakcji z nich histonów, zapętlone struktury przypominające rozety będą widoczne pod mikroskopem elektronowym. Liczba pętli w jednym gnieździe wynosi od 15 do 80, całkowita długość DNA sięga 50 mikronów.
Idee dotyczące budowy i głównych cech funkcjonalnych cząsteczek białek, uzyskane w wyniku działań eksperymentalnych, pozwalają naukowcom opracowywać leki, tworzyć innowacyjnemetody skutecznej walki z chorobami genetycznymi.
