Razmotrimo funkcije nehistonskih proteina, njihovu važnost za tijelo. Ova tema je od posebnog interesa i zaslužuje detaljnu studiju.
Glavni proteini hromatina
Histonski i nehistonski proteini su direktno povezani sa DNK. Njegova uloga u sastavu interfaznih i mitotičkih hromozoma je prilično velika - skladištenje i distribucija genetskih informacija.
Kada se obavljaju takve funkcije, potrebno je imati jasnu strukturnu osnovu koja omogućava da se dugi molekuli DNK rasporede u jasnom redoslijedu. Ova radnja vam omogućava da kontrolirate frekvenciju sinteze RNK i replikacije DNK.
Njegova koncentracija u interfaznom jezgru je 100 mg/ml. Jedno jezgro sisara sadrži oko 2 m DNK, lokalizovane u sferičnom jezgru prečnika oko 10 mikrona.
Proteinske grupe
Uprkos raznolikosti, uobičajeno je izdvojiti dvije grupe. Funkcije histonskih i nehistonskih proteina imaju određene razlike. Oko 80 posto svih proteina hromatina su histoni. Oni stupaju u interakciju sa DNK putem jonskih i solnih veza.
Uprkos značajnoj količini, histona i nehistonskih proteina kromatinapredstavljene beznačajnom raznolikošću proteina, eukariotske ćelije sadrže oko pet do sedam tipova histonskih molekula.
Nehistonski proteini u hromozomima su uglavnom specifični. Oni stupaju u interakciju samo sa određenim strukturama molekula DNK.
Histone karakteristike
Koje su funkcije histonskih i nehistonskih proteina u hromozomu? Histoni se vezuju u obliku molekularnog kompleksa sa DNK, oni su podjedinice takvog sistema.
Histoni su proteini karakteristični samo za hromatin. Imaju određene kvalitete koje im omogućavaju da obavljaju određene funkcije u organizmima. To su alkalni ili bazični proteini, koje karakterizira prilično visok sadržaj arginina i lizina. Zbog pozitivnih naboja na amino grupama, dolazi do elektrostatičke ili slane veze sa suprotnim nabojima na fosfatnim strukturama DNK.
Ova veza je prilično labilna, lako se uništava i dolazi do disocijacije na histone i DNK. Hromatin se smatra složenim nukleinsko-proteinskim kompleksom, unutar kojeg se nalaze visokopolimerni linearni molekuli DNK, kao i značajan broj histonskih molekula.
Properties
Histoni su prilično mali proteini u smislu molekularne težine. Imaju slična svojstva kod svih eukariota i nalaze ih slične klase histona. Na primjer, tipovi H3 i H4 smatraju se bogatima argininom, jer sadrže dovoljnu količinu ovogaminokiseline.
Varieties of histones
Ovakvi histoni se smatraju konzervativnim, pošto je sekvenca aminokiselina u njima slična čak i kod udaljenih vrsta.
H2A i H2B smatraju se umjerenim lizinskim proteinima. Različiti objekti unutar ovih grupa imaju neke varijacije u primarnoj strukturi, kao iu slijedu aminokiselinskih ostataka.
Histone H1 je klasa proteina u kojoj su aminokiseline raspoređene u sličnom nizu.
Oni pokazuju značajnije varijacije među tkivima i vrstama. Značajna količina lizina se smatra općom osobinom, zbog čega se ovi proteini mogu odvojiti od kromatina u razrijeđenim slanim otopinama.
Histone svih klasa karakteriše klasterska distribucija glavnih aminokiselina: arginin i lizin na krajevima molekula.
H1 ima varijabilni N-terminus koji je u interakciji sa drugim histonima, a C-terminus je obogaćen lizinom, on je taj koji je u interakciji sa DNK.
Histone modifikacije su moguće tokom životnog veka ćelija:
- metilacija;
- acetilacija.
Ovakvi procesi dovode do promjene broja pozitivnih naboja, oni su reverzibilne reakcije. Kada se serinski ostaci fosforiliraju, pojavljuje se višak negativnog naboja. Takve modifikacije utiču na svojstva histona i njihovu interakciju sa DNK. Na primjer, kada se histoni acetiliraju, uočava se aktivacija gena, a defosforilacija uzrokuje dekondenzaciju i kondenzacijuhromatin.
Synthesis features
Proces se odvija u citoplazmi, zatim se transportuje u jezgro, vezujući se za DNK tokom replikacije u S-periodu. Nakon prestanka sinteze DNK od strane ćelije, informacijska histonska RNA se raspada u roku od nekoliko minuta, proces sinteze se zaustavlja.
Podjela u grupe
Postoje različite vrste nehistonskih proteina. Njihova podjela u pet grupa je uslovna, zasnovana je na unutrašnjoj sličnosti. Značajan broj karakterističnih svojstava je identificiran kod viših i nižih eukariotskih organizama.
Na primjer, umjesto H1, karakterističnog za tkiva nižih kičmenjaka, nalazi se histon H5, koji sadrži više serina i arginina.
Postoje i situacije povezane sa djelomičnim ili potpunim odsustvom histonskih grupa kod eukariota.
Funkcionalnost
Slični proteini pronađeni su u bakterijama, virusima, mitohondrijima. Na primjer, u E. coli, proteini su pronađeni u ćeliji, čiji je sastav aminokiselina sličan histonima.
Proteini nehistonskog hromatina obavljaju važne funkcije u živim organizmima. Prije identifikacije nukleozoma, korištene su dvije hipoteze u vezi sa funkcionalnim značajem, regulatornom i strukturnom ulogom takvih proteina.
Otkriveno je da kada se RNA polimeraza doda izolovanom hromatinu, dobija se šablon za proces transkripcije. Ali njegova aktivnost je procijenjenasamo 10 posto od toga za čistu DNK. Povećava se sa uklanjanjem histonskih grupa, au njihovom odsustvu to je maksimalna vrijednost.
Ovo označava da ukupan sadržaj histona omogućava kontrolu procesa transkripcije. Kvalitativne i kvantitativne promjene histona utiču na aktivnost hromatina, stepen njegove kompaktnosti.
Pitanje specifičnosti regulatornih karakteristika histona tokom sinteze specifičnih mRNA u različitim ćelijama nije u potpunosti proučeno.
Postepenim dodavanjem frakcije histona u rastvore koji sadrže čistu DNK, primećuje se precipitacija u obliku DNP kompleksa. Kada se histoni uklone iz otopine hromatina, dolazi do potpunog prijelaza u rastvorljivu bazu.
Funkcije nehistonskih proteina nisu ograničene na konstrukciju molekula, one su mnogo složenije i višestruke.
Strukturni značaj nukleozoma
U prvim elektromikroskopskim i biohemijskim studijama dokazano je da u DPN preparatima postoje filamentne strukture čiji je prečnik u rasponu od 5-50 nm. Sa unapređenjem ideja o strukturi proteinskih molekula, bilo je moguće otkriti da postoji direktna veza između prečnika kromatinskog fibrila i metode izolacije lijeka.
Na tankim presecima mitotičkih hromozoma i interfaznih jezgara, nakon detekcije glutaraldehidom, pronađene su hromirane fibrile čija je debljina 30 nm.
Vlakna imaju slične veličinehromatina u slučaju fizičke fiksacije njihovih jezgara: prilikom zamrzavanja, cijepanja, uzimanja replika iz sličnih preparata.
Nehistonski proteini hromatina otkriveni su na dva različita načina pomoću nukleozoma čestica hromatina.
Istraživanje
Kada se preparati hromatina talože na supstrat za elektronsku mikroskopiju u alkalnim uslovima sa neznatnom jonskom snagom, dobijaju se hromatinski lanci slični kuglicama. Njihova veličina ne prelazi 10 nm, a globule su međusobno povezane segmentima DNK, čija dužina ne prelazi 20 nm. Tokom posmatranja, bilo je moguće uspostaviti vezu između strukture DNK i produkata raspadanja.
Zanimljive informacije
Nehistonski proteini čine oko dvadeset posto proteina hromatina. Oni su proteini (osim onih koje luče hromozomi). Nehistonski proteini su kombinovana grupa 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 jezgara i u mitotičkim hromozomima.
Nehistonski proteini mogu uključivati oko 450 pojedinačnih polimera različite molekularne težine. Neki od njih su rastvorljivi u vodi, dok su drugi rastvorljivi u kiselim rastvorima. Zbog krhkosti veze sa hromatinom u toku disocijacije u prisustvu denaturirajućih agenasa, postoje značajni problemi sa klasifikacijom i opisom ovih proteinskih molekula.
Nehistonski proteini su regulatorni polimeri,stimulirajuća transkripcija. Postoje i inhibitori ovog procesa koji se vezuju u specifičnoj sekvenci na DNK.
Nehistonski proteini takođe mogu uključivati enzime uključene u metabolizam nukleinskih kiselina: RNA i DNK metilaze, DNaze, polimeraze, proteine hromatina.
Okruženje mnogih sličnih polimernih jedinjenja smatra se najistraženijim nehistonskim proteinima visoke mobilnosti. Odlikuje ih dobra elektroforetska pokretljivost, ekstrakcija u rastvor 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 ćelija takvih struktura ne sadrži više od 5% ukupne količine histona. Posebno su česti u aktivnom hromatinu.
HMG-2 i HMG-1 proteini nisu uključeni u nukleozome, oni se vezuju samo za fragmente DNK linkera.
Proteini HMG-14 i HMG-17 su u stanju da se vežu za polimere nukleozoma nalik na srce, što rezultira promjenom nivoa sklapanja DNP fibrila, oni će biti pristupačniji za reakciju sa RNA polimerazom. U takvoj situaciji, HMG proteini igraju ulogu regulatora transkripcijske aktivnosti. Utvrđeno je da je frakcija hromatina, koja ima povećanu osjetljivost na DNazu I, zasićena HMG proteinima.
Zaključak
Treći nivo strukturne organizacije hromatina su domeni petlje DNK. U toku istraživanja ustanovljeno je samo dadešifrujući princip hromozomskih elementarnih komponenti, teško je dobiti potpunu sliku o hromozomima u mitozi, u interfazi.
Denzifikacija DNK za 40 puta se postiže zahvaljujući maksimalnoj spiralizaciji. Ovo nije dovoljno da se dobije prava ideja o veličini i karakteristikama hromozoma. Logično se može zaključiti da moraju postojati još viši nivoi sklapanja DNK, uz pomoć kojih bi bilo moguće nedvosmisleno okarakterisati hromozome.
Naučnici su uspeli da otkriju slične nivoe organizacije hromatina kao rezultat njegove veštačke dekondenzacije. U takvoj situaciji, specifični proteini će se vezati za određene dijelove DNK koji imaju domene na mjestima povezivanja.
Princip pakovanja DNK petlje je takođe otkriven u eukariotskim ćelijama.
Na primjer, ako se izolirana jezgra tretiraju otopinom kuhinjske soli, integritet jezgra će biti očuvan. Ova struktura je postala poznata kao nukleotid. Njegova periferija uključuje značajan broj zatvorenih DNK petlji, čija je prosječna veličina 60 kb.
Sa preparativnom izolacijom hromomera, praćenom ekstrakcijom histona iz njih, petljaste strukture nalik rozetama biće vidljive pod elektronskim mikroskopom. Broj petlji u jednoj utičnici je od 15 do 80, ukupna dužina DNK dostiže 50 mikrona.
Ideje o strukturi i glavnim funkcionalnim karakteristikama proteinskih molekula, dobijene tokom eksperimentalnih aktivnosti, omogućavaju naučnicima da razvijaju lekove, stvaraju inovativnemetode efikasne borbe protiv genetskih bolesti.
