Pozrime sa na funkcie nehistónových proteínov, ich význam pre telo. Táto téma je mimoriadne zaujímavá a zaslúži si podrobné preštudovanie.
Hlavné chromatínové proteíny
Histónové a nehistónové proteíny sú priamo spojené s DNA. Jeho úloha v zložení interfázových a mitotických chromozómov je pomerne veľká - ukladanie a distribúcia genetickej informácie.
Pri vykonávaní takýchto funkcií je potrebné mať jasný štruktúrny základ, ktorý umožňuje usporiadať dlhé molekuly DNA v jasnom poradí. Táto akcia vám umožňuje kontrolovať frekvenciu syntézy RNA a replikácie DNA.
Jeho koncentrácia v interfázovom jadre je 100 mg/ml. Jedno jadro cicavca obsahuje asi 2 m DNA lokalizovanú v sférickom jadre s priemerom asi 10 mikrónov.
Proteínové skupiny
Napriek rôznorodosti je zvykom vyčleniť dve skupiny. Funkcie histónových a nehistónových proteínov majú určité rozdiely. Asi 80 percent všetkých chromatínových proteínov sú históny. Interagujú s DNA prostredníctvom iónových a soľných väzieb.
Napriek značnému množstvu histónov a nehistónových proteínov chromatínueukaryotické bunky reprezentované nevýznamnou rozmanitosťou proteínov obsahujú asi päť až sedem typov molekúl histónu.
Nehistónové proteíny v chromozómoch sú väčšinou špecifické. Interagujú iba s určitými štruktúrami molekúl DNA.
Funkcie histónu
Aké sú funkcie histónových a nehistónových proteínov v chromozóme? Históny sa viažu vo forme molekulárneho komplexu s DNA, sú podjednotkami takéhoto systému.
Históny sú proteíny charakteristické len pre chromatín. Majú určité vlastnosti, ktoré im umožňujú vykonávať špecifické funkcie v organizmoch. Ide o alkalické alebo zásadité bielkoviny, vyznačujúce sa dosť vysokým obsahom arginínu a lyzínu. V dôsledku kladných nábojov na aminoskupinách vzniká elektrostatická alebo soľná väzba s opačnými nábojmi na fosfátových štruktúrach DNA.
Táto väzba je dosť labilná, ľahko sa zničí a dochádza k disociácii na históny a DNA. Chromatín sa považuje za komplexný nukleoproteínový komplex, vo vnútri ktorého sa nachádzajú vysoko polymérne lineárne molekuly DNA, ako aj značný počet molekúl histónu.
Vlastnosti
Históny sú pomerne malé proteíny z hľadiska molekulovej hmotnosti. Majú podobné vlastnosti vo všetkých eukaryotoch a nachádzajú sa v podobných triedach histónov. Napríklad typy H3 a H4 sa považujú za bohaté na arginín, pretože ho obsahujú dostatočné množstvoaminokyseliny.
Odrody histónov
Takéto históny sa považujú za konzervatívne, pretože sekvencia aminokyselín v nich je podobná aj u vzdialených druhov.
H2A a H2B sa považujú za stredne veľké lyzínové proteíny. Rôzne objekty v rámci týchto skupín majú určité variácie v primárnej štruktúre, ako aj v sekvencii aminokyselinových zvyškov.
Histon H1 je trieda proteínov, v ktorých sú aminokyseliny usporiadané v podobnom poradí.
Vykazujú výraznejšie medzitkanivové a medzidruhové variácie. Významné množstvo lyzínu sa považuje za všeobecnú vlastnosť, v dôsledku čoho sa tieto proteíny môžu oddeliť od chromatínu v zriedených soľných roztokoch.
Históny všetkých tried sa vyznačujú klastrovou distribúciou hlavných aminokyselín: arginínu a lyzínu na koncoch molekúl.
H1 má variabilný N-koniec, ktorý interaguje s inými histónmi, a C-koniec je obohatený o lyzín, je to on, kto interaguje s DNA.
Úpravy histónu sú možné počas životnosti buniek:
- metylácia;
- acetylácia.
Takéto procesy vedú k zmene počtu kladných nábojov, sú to reverzibilné reakcie. Keď sú serínové zvyšky fosforylované, objaví sa nadbytočný negatívny náboj. Takéto modifikácie ovplyvňujú vlastnosti histónov a ich interakciu s DNA. Napríklad, keď sú históny acetylované, je pozorovaná aktivácia génu a defosforylácia spôsobuje dekondenzáciu a kondenzáciuchromatín.
Funkcie syntézy
Proces prebieha v cytoplazme, potom je transportovaný do jadra, kde sa viaže na DNA počas jej replikácie v S-perióde. Po zastavení syntézy DNA bunkou sa informačný histón RNA rozpadne v priebehu niekoľkých minút, proces syntézy sa zastaví.
Rozdelenie do skupín
Existujú rôzne typy nehistónových proteínov. Ich rozdelenie do piatich skupín je podmienené, je založené na vnútornej podobnosti. U vyšších a nižších eukaryotických organizmov bol identifikovaný značný počet charakteristických vlastností.
Napríklad namiesto H1, charakteristického pre tkanivá nižších stavovcov, sa nachádza histón H5, ktorý obsahuje viac serínu a arginínu.
Existujú aj situácie spojené s čiastočnou alebo úplnou absenciou histónových skupín v eukaryotoch.
Funkčnosť
Podobné proteíny boli nájdené v baktériách, vírusoch, mitochondriách. Napríklad v E. coli sa v bunke našli proteíny, ktorých zloženie aminokyselín je podobné histónom.
Nehistónové chromatínové proteíny vykonávajú dôležité funkcie v živých organizmoch. Pred identifikáciou nukleozómov sa použili dve hypotézy týkajúce sa funkčného významu, regulačnej a štrukturálnej úlohy takýchto proteínov.
Zistilo sa, že keď sa k izolovanému chromatínu pridá RNA polymeráza, získa sa templát pre proces transkripcie. Ale jeho aktivita sa odhadujelen 10 percent z toho pre čistú DNA. Zvyšuje sa s odstránením histónových skupín a pri ich absencii je to maximálna hodnota.
To znamená, že celkový obsah histónov vám umožňuje kontrolovať proces transkripcie. Kvalitatívne a kvantitatívne zmeny v histónoch ovplyvňujú aktivitu chromatínu, stupeň jeho kompaktnosti.
Otázka špecifickosti regulačných charakteristík histónov počas syntézy špecifických mRNA v rôznych bunkách nebola úplne preskúmaná.
Postupným pridávaním histónovej frakcie do roztokov obsahujúcich čistú DNA sa pozoruje precipitácia vo forme komplexu DNP. Keď sa históny odstránia z roztoku chromatínu, dôjde k úplnému prechodu na rozpustnú bázu.
Funkcie nehistónových proteínov nie sú obmedzené na konštrukciu molekúl, sú oveľa komplexnejšie a mnohostrannejšie.
Štrukturálny význam nukleozómov
V prvých elektromikroskopických a biochemických štúdiách bolo dokázané, že v prípravkoch DPN sú vláknité štruktúry, ktorých priemer je v rozmedzí 5-50 nm. Zlepšením predstáv o štruktúre molekúl proteínov bolo možné zistiť, že existuje priamy vzťah medzi priemerom chromatínovej fibrily a spôsobom izolácie liečiva.
Na tenkých rezoch mitotických chromozómov a interfázových jadier sa po detekcii glutaraldehydom našli chromátované fibrily, ktorých hrúbka je 30 nm.
Fibrily majú podobné veľkostichromatínu v prípade fyzickej fixácie ich jadier: pri zmrazovaní, štiepaní, odoberaní replík z podobných prípravkov.
Nehistónové proteíny chromatínu boli objavené dvoma rôznymi spôsobmi pomocou nukleozómov chromatínových častíc.
Výskum
Keď sú chromatínové prípravky nanesené na substrát pre elektrónovú mikroskopiu v alkalických podmienkach s nevýznamnou iónovou silou, získajú sa chromatínové vlákna podobné guľôčkam. Ich veľkosť nepresahuje 10 nm a guľôčky sú navzájom prepojené segmentmi DNA, ktorých dĺžka nepresahuje 20 nm. V priebehu pozorovaní bolo možné stanoviť spojenie medzi štruktúrou DNA a produktmi rozpadu.
Zaujímavá informácia
Nehistónové proteíny tvoria asi dvadsať percent chromatínových proteínov. Sú to proteíny (okrem tých, ktoré sú vylučované chromozómami). Nehistónové proteíny sú kombinovanou skupinou proteínov, ktoré sa od seba líšia nielen vlastnosťami, ale aj funkčným významom.
Väčšina z nich sa týka proteínov jadrovej matrice, ktoré sa nachádzajú v zložení interfázových jadier aj v mitotických chromozómoch.
Nehistónové proteíny môžu obsahovať približne 450 jednotlivých polymérov s rôznymi molekulovými hmotnosťami. Niektoré z nich sú rozpustné vo vode, zatiaľ čo iné sú rozpustné v kyslých roztokoch. Vzhľadom na krehkosť spojenia s chromatínom prebiehajúcej disociácie v prítomnosti denaturačných činidiel existujú značné problémy s klasifikáciou a popisom týchto proteínových molekúl.
Nehistónové proteíny sú regulačné polyméry,stimulujúca transkripcia. Existujú tiež inhibítory tohto procesu, ktoré sa viažu v špecifickej sekvencii na DNA.
Nehistónové proteíny môžu zahŕňať aj enzýmy podieľajúce sa na metabolizme nukleových kyselín: RNA a DNA metylázy, DNázy, polymerázy, chromatínové proteíny.
Prostredie mnohých podobných polymérnych zlúčenín sa považuje za najviac študované nehistónové proteíny s vysokou mobilitou. Vyznačujú sa dobrou elektroforetickou pohyblivosťou, extrakciou v roztoku kuchynskej soli.
HMG proteíny sa dodávajú v štyroch typoch:
- HMG-2 (m.w.=26 000),
- HMG-1 (m.w.=25 500),
- HMG-17 (m.w.=9247),
- HMG-14 (m.w.=100 000).
Živá bunka takýchto štruktúr neobsahuje viac ako 5 % z celkového množstva histónov. Sú bežné najmä v aktívnom chromatíne.
Proteíny HMG-2 a HMG-1 nie sú zahrnuté v nukleozómoch, viažu sa iba na fragmenty DNA linkeru.
Proteíny HMG-14 a HMG-17 sú schopné viazať sa na polyméry nukleozómov podobné srdcu, čo vedie k zmene úrovne zostavovania DNP fibríl, budú dostupnejšie pre reakciu s RNA polymerázou. V takejto situácii zohrávajú HMG proteíny úlohu regulátorov transkripčnej aktivity. Zistilo sa, že chromatínová frakcia, ktorá má zvýšenú citlivosť na DNázu I, je nasýtená HMG proteínmi.
Záver
Tretia úroveň štruktúrnej organizácie chromatínu sú slučkové domény DNA. V priebehu výskumu sa zistilo, že ibadešifrovaním princípu chromozomálnych elementárnych komponentov je ťažké získať úplný obraz o chromozómoch v mitóze, v interfáze.
Zhustenie DNA 40-násobne sa dosiahne vďaka maximálnej spiralizácii. To nestačí na získanie skutočnej predstavy o veľkosti a vlastnostiach chromozómov. Logicky možno usúdiť, že musia existovať ešte vyššie úrovne zostavenia DNA, pomocou ktorých by bolo možné jednoznačne charakterizovať chromozómy.
Vedcom sa podarilo odhaliť podobné úrovne organizácie chromatínu v dôsledku jeho umelej dekondenzácie. V takejto situácii sa špecifické proteíny naviažu na určité úseky DNA, ktoré majú domény v miestach asociácie.
Princíp balenia slučky DNA bol objavený aj v eukaryotických bunkách.
Ak sa napríklad izolované jadrá ošetria roztokom kuchynskej soli, integrita jadra sa zachová. Táto štruktúra sa stala známou ako nukleotid. Jeho periféria obsahuje značný počet uzavretých slučiek DNA, ktorých priemerná veľkosť je 60 kb.
S preparatívnou izoláciou chromomérov a následnou extrakciou histónov z nich budú pod elektrónovým mikroskopom viditeľné slučkovité rozetovité štruktúry. Počet slučiek v jednej zásuvke je od 15 do 80, celková dĺžka DNA dosahuje 50 mikrónov.
Myšlienky o štruktúre a hlavných funkčných charakteristikách proteínových molekúl, získané v priebehu experimentálnych aktivít, umožňujú vedcom vyvíjať lieky, vytvárať inovatívnemetódy účinného boja proti genetickým chorobám.
