Podívejme se na funkce nehistonových proteinů, jejich význam pro tělo. Toto téma je obzvláště zajímavé a zaslouží si podrobné prostudování.
Hlavní chromatinové proteiny
Histonové a nehistonové proteiny jsou přímo spojeny s DNA. Jeho role ve složení interfázních a mitotických chromozomů je poměrně velká - ukládání a distribuce genetické informace.
Při provádění takových funkcí je nutné mít jasnou strukturní základnu, která umožňuje uspořádání dlouhých molekul DNA v jasném pořadí. Tato akce vám umožňuje řídit frekvenci syntézy RNA a replikace DNA.
Jeho koncentrace v interfázovém jádře je 100 mg/ml. Jedno savčí jádro obsahuje asi 2 m DNA lokalizované ve sférickém jádru o průměru asi 10 mikronů.
Proteinové skupiny
Navzdory rozmanitosti je zvykem vyčlenit dvě skupiny. Funkce histonových a nehistonových proteinů mají určité rozdíly. Asi 80 procent všech chromatinových proteinů jsou histony. Interagují s DNA prostřednictvím iontových a solných vazeb.
Navzdory značnému množství histonů a nehistonových proteinů chromatinueukaryotické buňky reprezentované nevýznamnou rozmanitostí proteinů obsahují asi pět až sedm typů molekul histonů.
Nehistonové proteiny v chromozomech jsou většinou specifické. Interagují pouze s určitými strukturami molekul DNA.
Funkce histonu
Jaké jsou funkce histonových a nehistonových proteinů v chromozomu? Histony se vážou ve formě molekulárního komplexu s DNA, jsou podjednotkami takového systému.
Histony jsou proteiny charakteristické pouze pro chromatin. Mají určité vlastnosti, které jim umožňují vykonávat specifické funkce v organismech. Jedná se o alkalické nebo bazické proteiny, vyznačující se dosti vysokým obsahem argininu a lysinu. V důsledku kladných nábojů na aminoskupinách je způsobena elektrostatická nebo solná vazba s opačnými náboji na fosfátových strukturách DNA.
Tato vazba je značně labilní, snadno se ničí a dochází k disociaci na histony a DNA. Chromatin je považován za komplexní nukleo-proteinový komplex, uvnitř kterého jsou vysoce polymerní lineární molekuly DNA a také značný počet molekul histonů.
Vlastnosti
Histony jsou z hlediska molekulové hmotnosti poměrně malé proteiny. Mají podobné vlastnosti u všech eukaryot a nacházejí se u podobných tříd histonů. Například typy H3 a H4 jsou považovány za bohaté na arginin, protože ho obsahují dostatečné množstvíaminokyseliny.
Odrůdy histonů
Takové histony jsou považovány za konzervativní, protože sekvence aminokyselin v nich je podobná i u vzdálených druhů.
H2A a H2B jsou považovány za střední lysinové proteiny. Různé objekty v těchto skupinách mají určité variace v primární struktuře, stejně jako v sekvenci aminokyselinových zbytků.
Histone H1 je třída proteinů, ve kterých jsou aminokyseliny uspořádány v podobné sekvenci.
Vykazují významnější mezitkáňové a mezidruhové variace. Významné množství lysinu je považováno za obecnou vlastnost, v důsledku čehož lze tyto proteiny oddělit od chromatinu ve zředěných solných roztocích.
Histony všech tříd se vyznačují shlukovou distribucí hlavních aminokyselin: argininu a lysinu na koncích molekul.
H1 má variabilní N-konec, který interaguje s jinými histony, a C-konec je obohacen lysinem, je to on, kdo interaguje s DNA.
Úpravy histonů jsou možné během života buněk:
- methylace;
- acetylace.
Takové procesy vedou ke změně počtu kladných nábojů, jsou to vratné reakce. Když jsou serinové zbytky fosforylovány, objeví se přebytečný negativní náboj. Takové modifikace ovlivňují vlastnosti histonů a jejich interakci s DNA. Například, když jsou histony acetylovány, je pozorována aktivace genu a defosforylace způsobuje dekondenzaci a kondenzacichromatin.
Funkce syntézy
Proces probíhá v cytoplazmě, poté je transportován do jádra, kde se váže na DNA během její replikace v S-periodě. Po zastavení syntézy DNA buňkou se informační histon RNA během několika minut rozpadne, proces syntézy se zastaví.
Rozdělení do skupin
Existují různé typy nehistonových proteinů. Jejich rozdělení do pěti skupin je podmíněné, je založeno na vnitřní podobnosti. U vyšších a nižších eukaryotických organismů bylo identifikováno značné množství charakteristických vlastností.
Například místo H1, charakteristické pro tkáně nižších organismů obratlovců, se nachází histon H5, který obsahuje více serinu a argininu.
Existují také situace spojené s částečnou nebo úplnou absencí histonových skupin u eukaryot.
Funkčnost
Podobné proteiny byly nalezeny v bakteriích, virech a mitochondriích. Například u E. coli byly v buňce nalezeny proteiny, jejichž složení aminokyselin je podobné histonům.
Nehistonové chromatinové proteiny plní v živých organismech důležité funkce. Před identifikací nukleozomů byly použity dvě hypotézy týkající se funkčního významu, regulační a strukturální role takových proteinů.
Bylo zjištěno, že když se k izolovanému chromatinu přidá RNA polymeráza, získá se templát pro proces transkripce. Jeho aktivita se ale odhadujepouze 10 procent z toho pro čistou DNA. Zvyšuje se s odstraněním histonových skupin a v jejich nepřítomnosti je to maximální hodnota.
To znamená, že celkový obsah histonů vám umožňuje řídit proces přepisu. Kvalitativní a kvantitativní změny v histonech ovlivňují aktivitu chromatinu, stupeň jeho kompaktnosti.
Otázka specifičnosti regulačních charakteristik histonů během syntézy specifických mRNA v různých buňkách nebyla plně prostudována.
Postupným přidáváním histonové frakce do roztoků obsahujících čistou DNA je pozorována precipitace ve formě komplexu DNP. Když jsou histony odstraněny z roztoku chromatinu, dojde k úplnému přechodu na rozpustnou bázi.
Funkce nehistonových proteinů se neomezují na konstrukci molekul, jsou mnohem složitější a mnohostrannější.
Strukturní význam nukleozomů
V prvních elektromikroskopických a biochemických studiích bylo prokázáno, že v preparátech DPN jsou vláknité struktury, jejichž průměr je v rozmezí 5-50 nm. Se zdokonalením představ o struktuře molekul proteinů bylo možné zjistit, že existuje přímá úměra mezi průměrem chromatinové fibrily a způsobem izolace léčiva.
Na tenkých řezech mitotických chromozomů a interfázových jader byly po detekci glutaraldehydem nalezeny chromátované fibrily, jejichž tloušťka je 30 nm.
Fibrily mají podobné velikostichromatin v případě fyzické fixace jejich jader: při zmrazování, čipování, odebírání replik z podobných přípravků.
Nehistonové proteiny chromatinu byly objeveny dvěma různými způsoby nukleosomy chromatinových částic.
Výzkum
Když jsou chromatinové přípravky naneseny na substrát pro elektronovou mikroskopii za alkalických podmínek s nevýznamnou iontovou silou, získají se chromatinová vlákna podobná kuličkám. Jejich velikost nepřesahuje 10 nm a globule jsou propojeny segmenty DNA, jejichž délka nepřesahuje 20 nm. V průběhu pozorování bylo možné stanovit spojení mezi strukturou DNA a produkty rozpadu.
Zajímavá informace
Nehistonové proteiny tvoří asi dvacet procent chromatinových proteinů. Jsou to proteiny (kromě těch, které jsou vylučovány chromozomy). Nehistonové proteiny jsou kombinovanou skupinou proteinů, které se od sebe liší nejen vlastnostmi, ale také funkční důležitostí.
Většina z nich odkazuje na proteiny jaderné matrice, které se nacházejí jak ve složení interfázových jader, tak v mitotických chromozomech.
Nehistonové proteiny mohou obsahovat asi 450 jednotlivých polymerů s různou molekulovou hmotností. Některé z nich jsou rozpustné ve vodě, zatímco jiné jsou rozpustné v kyselých roztocích. Vzhledem ke křehkosti spojení s chromatinem probíhající disociace v přítomnosti denaturačních činidel existují značné problémy s klasifikací a popisem těchto proteinových molekul.
Nehistonové proteiny jsou regulační polymery,stimulující transkripci. Existují také inhibitory tohoto procesu, které se vážou ve specifické sekvenci na DNA.
Nehistonové proteiny mohou také zahrnovat enzymy zapojené do metabolismu nukleových kyselin: RNA a DNA metylázy, DNázy, polymerázy, chromatinové proteiny.
Prostředí mnoha podobných polymerních sloučenin je považováno za nejvíce studované nehistonové proteiny s vysokou mobilitou. Vyznačují se dobrou elektroforetickou pohyblivostí, extrakcí v roztoku kuchyňské soli.
HMG proteiny se dodávají ve čtyřech typech:
- HMG-2 (m.w.=26 000),
- HMG-1 (m.h.=25 500),
- HMG-17 (m.h.=9247),
- HMG-14 (m.h.=100 000).
Živá buňka takových struktur neobsahuje více než 5 % celkového množství histonů. Jsou zvláště běžné u aktivního chromatinu.
Proteiny HMG-2 a HMG-1 nejsou součástí nukleozomů, vážou se pouze na fragmenty DNA linkeru.
Proteiny HMG-14 a HMG-17 jsou schopny se vázat na polymery nukleozomů podobné srdci, což vede ke změně úrovně sestavení DNP fibril, budou dostupnější pro reakci s RNA polymerázou. V takové situaci hrají HMG proteiny roli regulátorů transkripční aktivity. Bylo zjištěno, že chromatinová frakce, která má zvýšenou citlivost na DNázu I, je nasycena HMG proteiny.
Závěr
Třetí úrovní strukturní organizace chromatinu jsou smyčkové domény DNA. V průběhu výzkumu bylo zjištěno, že pouzepři dešifrování principu chromozomálních elementárních komponent je obtížné získat úplný obrázek o chromozomech v mitóze, v interfázi.
Zhuštění DNA 40krát je dosaženo díky maximální spiralizaci. To nestačí k získání skutečné představy o velikosti a vlastnostech chromozomů. Logicky lze usoudit, že musí existovat ještě vyšší úrovně sestavení DNA, s jejichž pomocí by bylo možné chromozomy jednoznačně charakterizovat.
Vědci byli schopni detekovat podobné úrovně organizace chromatinu v důsledku jeho umělé dekondenzace. V takové situaci se specifické proteiny navážou na určité úseky DNA, které mají domény v místech asociace.
Princip balení smyčky DNA byl objeven také v eukaryotických buňkách.
Pokud se například izolovaná jádra ošetří roztokem kuchyňské soli, integrita jádra zůstane zachována. Tato struktura se stala známou jako nukleotid. Jeho periferie zahrnuje značný počet uzavřených smyček DNA, jejichž průměrná velikost je 60 kb.
S preparativní izolací chromomer a následnou extrakcí histonů z nich budou pod elektronovým mikroskopem viditelné smyčkovité rozetovité struktury. Počet smyček v jedné patici je od 15 do 80, celková délka DNA dosahuje 50 mikronů.
Představy o struktuře a hlavních funkčních charakteristikách proteinových molekul, získané v průběhu experimentálních aktivit, umožňují vědcům vyvíjet léky, vytvářet inovativnímetody účinného boje proti genetickým chorobám.
