Apskatīsim nehistonu proteīnu funkcijas, to nozīmi organismam. Šī tēma ir īpaši interesanta un ir pelnījusi detalizētu izpēti.
Galvenie hromatīna proteīni
Histona un nehistona proteīni ir tieši saistīti ar DNS. Tā loma starpfāzu un mitotisko hromosomu sastāvā ir diezgan liela – ģenētiskās informācijas uzglabāšanā un izplatīšanā.
Veicot šādas funkcijas, ir jābūt skaidrai strukturālai bāzei, kas ļauj garās DNS molekulas sakārtot skaidrā secībā. Šī darbība ļauj kontrolēt RNS sintēzes un DNS replikācijas biežumu.
Tā koncentrācija starpfāzu kodolā ir 100 mg/ml. Viens zīdītāju kodols satur apmēram 2 m DNS, kas lokalizēts sfēriskā kodolā, kura diametrs ir aptuveni 10 mikroni.
Olb altumvielu grupas
Neskatoties uz daudzveidību, ierasts izdalīt divas grupas. Histona un nehistona proteīnu funkcijām ir noteiktas atšķirības. Apmēram 80 procenti no visiem hromatīna proteīniem ir histoni. Tie mijiedarbojas ar DNS, izmantojot jonu un sāls saites.
Neskatoties uz ievērojamu daudzumu, hromatīna histoni un nehistona proteīnieikariotu šūnas, ko pārstāv nenozīmīgs olb altumvielu daudzveidība, satur apmēram piecus līdz septiņu veidu histona molekulas.
Nehistona proteīni hromosomās lielākoties ir specifiski. Tie mijiedarbojas tikai ar noteiktām DNS molekulu struktūrām.
Histone funkcijas
Kādas ir histona un nehistona proteīnu funkcijas hromosomā? Histoni molekulārā kompleksa veidā saistās ar DNS, tie ir šādas sistēmas apakšvienības.
Histoni ir proteīni, kas raksturīgi tikai hromatīnam. Viņiem ir noteiktas īpašības, kas ļauj veikt noteiktas funkcijas organismos. Tie ir sārmaini vai bāzes proteīni, kam raksturīgs diezgan augsts arginīna un lizīna saturs. Pateicoties pozitīvajiem lādiņiem uz aminogrupām, DNS fosfātu struktūrās rodas elektrostatiskā vai sāls saite ar pretējiem lādiņiem.
Šī saite ir diezgan labila, to viegli iznīcina, un notiek disociācija par histoniem un DNS. Hromatīns tiek uzskatīts par sarežģītu nukleīna-olb altumvielu kompleksu, kura iekšpusē atrodas ļoti polimēras lineāras DNS molekulas, kā arī ievērojams skaits histona molekulu.
Properties
Histoni molekulmasas ziņā ir diezgan mazi proteīni. Tiem ir līdzīgas īpašības visos eikariotos, un tos atrod līdzīgas histonu klases. Piemēram, H3 un H4 tipi tiek uzskatīti par bagātiem ar arginīnu, jo tie satur pietiekamu daudzumu tāaminoskābes.
Histonu šķirnes
Šādi histoni tiek uzskatīti par konservatīviem, jo aminoskābju secība tajos ir līdzīga pat attālām sugām.
H2A un H2B tiek uzskatīti par vidēji smagiem lizīna proteīniem. Dažādiem objektiem šajās grupās ir dažas atšķirības primārajā struktūrā, kā arī aminoskābju atlikumu secībā.
Histone H1 ir proteīnu klase, kurā aminoskābes ir sakārtotas līdzīgā secībā.
Tie parāda nozīmīgākas starpaudu un starpsugu variācijas. Ievērojams lizīna daudzums tiek uzskatīts par vispārēju īpašību, kā rezultātā šos proteīnus var atdalīt no hromatīna atšķaidītos sāls šķīdumos.
Visu klašu histoniem ir raksturīgs galveno aminoskābju kopu sadalījums: arginīns un lizīns molekulu galos.
H1 ir mainīgs N-gals, kas mijiedarbojas ar citiem histoniem, un C-gals ir bagātināts ar lizīnu, tas ir tas, kurš mijiedarbojas ar DNS.
Histonu modifikācijas ir iespējamas šūnu dzīves laikā:
- metilēšana;
- acetilēšana.
Šādi procesi izraisa pozitīvo lādiņu skaita izmaiņas, tās ir atgriezeniskas reakcijas. Kad serīna atliekas tiek fosforilētas, parādās pārmērīgs negatīvs lādiņš. Šādas modifikācijas ietekmē histonu īpašības un to mijiedarbību ar DNS. Piemēram, kad histoni tiek acetilēti, tiek novērota gēnu aktivācija, un defosforilācija izraisa dekondensāciju un kondensāciju.hromatīns.
Sintēzes līdzekļi
Process notiek citoplazmā, pēc tam tas tiek transportēts uz kodolu, saistoties ar DNS tās replikācijas laikā S-periodā. Pēc tam, kad šūna pārtrauc DNS sintēzi, informācijas histona RNS sadalās dažu minūšu laikā, sintēzes process apstājas.
Sadalīt grupās
Ir dažādi nehistona proteīnu veidi. To iedalījums piecās grupās ir nosacīts, tas balstās uz iekšējo līdzību. Augstākiem un zemākiem eikariotu organismiem ir konstatēts ievērojams skaits atšķirīgu īpašību.
Piemēram, zemāko mugurkaulnieku organismu audiem raksturīgā H1 vietā tiek atrasts histons H5, kas satur vairāk serīna un arginīna.
Ir arī situācijas, kas saistītas ar daļēju vai pilnīgu histonu grupu neesamību eikariotos.
Funkcionalitāte
Līdzīgi proteīni ir atrasti baktērijās, vīrusos, mitohondrijās. Piemēram, E. coli šūnā tika atrasti proteīni, kuru aminoskābju sastāvs ir līdzīgs histoniem.
Nehistona hromatīna proteīni pilda svarīgas funkcijas dzīvos organismos. Pirms nukleosomu identificēšanas tika izmantotas divas hipotēzes par šādu proteīnu funkcionālo nozīmi, regulējošo un strukturālo lomu.
Tika konstatēts, ka, pievienojot RNS polimerāzi izolētajam hromatīnam, tiek iegūta transkripcijas procesa veidne. Bet viņa aktivitāte ir novērtētatikai 10 procenti no tā tīrai DNS. Tas palielinās, noņemot histonu grupas, un, ja to nav, tā ir maksimālā vērtība.
Tas norāda, ka kopējais histonu saturs ļauj kontrolēt transkripcijas procesu. Kvalitatīvas un kvantitatīvās izmaiņas histonos ietekmē hromatīna aktivitāti, tā kompaktuma pakāpi.
Jautājums par histonu regulējošo īpašību specifiku specifisku mRNS sintēzes laikā dažādās šūnās nav pilnībā izpētīts.
Pakāpeniski pievienojot histona frakciju šķīdumiem, kas satur tīru DNS, nogulsnēšanās tiek novērota DNP kompleksa formā. Kad histoni tiek noņemti no hromatīna šķīduma, notiek pilnīga pāreja uz šķīstošu bāzi.
Nehistonu proteīnu funkcijas neaprobežojas tikai ar molekulu uzbūvi, tās ir daudz sarežģītākas un daudzšķautņainas.
Nukleosomu strukturālā nozīme
Pirmajos elektromikroskopiskajos un bioķīmiskajos pētījumos tika pierādīts, ka DPN preparātos ir pavedienveida struktūras, kuru diametrs ir 5-50 nm robežās. Pilnveidojot priekšstatus par proteīna molekulu uzbūvi, izdevās noskaidrot, ka pastāv tieša saistība starp hromatīna fibrilas diametru un zāļu izolēšanas metodi.
Uz plānām mitotisko hromosomu sekcijām un starpfāzu kodoliem pēc noteikšanas ar glutaraldehīdu tika konstatētas hromētas fibrillas, kuru biezums ir 30 nm.
Fibrilām ir līdzīgi izmērihromatīns to kodolu fiziskas fiksācijas gadījumā: sasaldēšanas laikā, šķeldošanā, kopiju ņemšanā no līdzīgiem preparātiem.
Hromatīna proteīni, kas nav histoni, ir atklāti divos dažādos veidos, izmantojot hromatīna daļiņu nukleosomas.
Pētniecība
Kad hromatīna preparātus uzklāj uz substrāta elektronu mikroskopijai sārmainos apstākļos ar nenozīmīgu jonu stiprumu, iegūst krelles līdzīgas hromatīna pavedienus. To izmērs nepārsniedz 10 nm, un lodītes ir savstarpēji savienotas ar DNS segmentiem, kuru garums nepārsniedz 20 nm. Novērojumu gaitā izdevās konstatēt saikni starp DNS struktūru un sabrukšanas produktiem.
Interesanta informācija
Nehistona proteīni veido apmēram divdesmit procentus no hromatīna proteīniem. Tie ir olb altumvielas (izņemot tos, ko izdala hromosomas). Nehistona proteīni ir apvienota proteīnu grupa, kas atšķiras viena no otras ne tikai pēc īpašībām, bet arī pēc funkcionālās nozīmes.
Lielākā daļa no tiem attiecas uz kodolmatricas proteīniem, kas atrodami gan starpfāzu kodolu sastāvā, gan mitotiskās hromosomās.
Nehistona olb altumvielas var ietvert aptuveni 450 atsevišķus polimērus ar dažādu molekulmasu. Daži no tiem šķīst ūdenī, bet citi šķīst skābos šķīdumos. Denaturējošu vielu klātbūtnē notiekošās disociācijas savienojuma ar hromatīnu trausluma dēļ pastāv būtiskas problēmas ar šo proteīna molekulu klasifikāciju un aprakstu.
Nehistona proteīni ir regulējoši polimēri,stimulējoša transkripcija. Ir arī šī procesa inhibitori, kas saistās noteiktā secībā DNS.
Nehistona proteīni var ietvert arī fermentus, kas iesaistīti nukleīnskābju metabolismā: RNS un DNS metilāzes, DNāzes, polimerāzes, hromatīna proteīnus.
Daudzu līdzīgu polimēru savienojumu vide tiek uzskatīta par visvairāk pētītajiem nehistona proteīniem ar augstu mobilitāti. Tiem ir raksturīga laba elektroforētiskā mobilitāte, ekstrakcija vārāmā sāls šķīdumā.
HMG proteīniem ir četri veidi:
- HMG-2 (m.w.=26 000),
- HMG-1 (m.w.=25 500),
- HMG-17 (m.w.=9247),
- HMG-14 (m.w.=100 000).
Šādu struktūru dzīvā šūna satur ne vairāk kā 5% no kopējā histonu daudzuma. Tie ir īpaši izplatīti aktīvajā hromatīnā.
HMG-2 un HMG-1 proteīni nav iekļauti nukleosomās, tie saistās tikai ar linkera DNS fragmentiem.
Proteīni HMG-14 un HMG-17 spēj saistīties ar sirdij līdzīgiem nukleosomu polimēriem, kā rezultātā mainās DNP fibrilu salikšanas līmenis, tie būs pieejamāki reakcijai ar RNS polimerāzi. Šādā situācijā HMG proteīni spēlē transkripcijas aktivitātes regulatoru lomu. Tika konstatēts, ka hromatīna frakcija, kurai ir paaugstināta jutība pret DNāzi I, ir piesātināta ar HMG proteīniem.
Secinājums
Trešais hromatīna strukturālās organizācijas līmenis ir DNS cilpas domēni. Pētījuma gaitā tika konstatēts, ka tikaiatšifrējot hromosomu elementāro komponentu principu, ir grūti iegūt pilnīgu priekšstatu par hromosomām mitozē, starpfāzē.
DNS blīvējums 40 reizes tiek iegūts, pateicoties maksimālai spiralizācijai. Ar to nepietiek, lai iegūtu patiesu priekšstatu par hromosomu lielumu un īpašībām. Loģiski var secināt, ka jābūt vēl augstākiem DNS komplektācijas līmeņiem, ar kuru palīdzību būtu iespējams viennozīmīgi raksturot hromosomas.
Zinātniekiem ir izdevies atklāt līdzīgus hromatīna organizācijas līmeņus tā mākslīgās dekondensācijas rezultātā. Šādā situācijā specifiskas olb altumvielas saistīsies ar noteiktām DNS sekcijām, kurām asociācijas vietās ir domēni.
DNS cilpas iepakošanas princips tika atklāts arī eikariotu šūnās.
Piemēram, ja izolētos kodolus apstrādā ar galda sāls šķīdumu, kodola integritāte tiks saglabāta. Šī struktūra kļuva pazīstama kā nukleotīds. Tās perifērijā ir ievērojams skaits slēgtu DNS cilpu, kuru vidējais izmērs ir 60 kb.
Veicot hromomēru preparatīvu izolāciju, kam seko histonu ekstrakcija no tiem, elektronu mikroskopā būs redzamas cilpas rozetēm līdzīgas struktūras. Cilpu skaits vienā ligzdā ir no 15 līdz 80, kopējais DNS garums sasniedz 50 mikronus.
Eksperimentālo aktivitāšu gaitā iegūtās idejas par olb altumvielu molekulu uzbūvi un galvenajām funkcionālajām īpašībām ļauj zinātniekiem izstrādāt zāles, radīt inovatīvusmetodes efektīvai cīņai pret ģenētiskajām slimībām.
