Нека разгледаме функциите на нехистоновите протеини, тяхното значение за организма. Тази тема е от особен интерес и заслужава подробно проучване.
Основни хроматинови протеини
Хистонови и нехистонови протеини са пряко свързани с ДНК. Ролята му в състава на интерфазните и митотичните хромозоми е доста голяма – съхраняването и разпространението на генетична информация.
При изпълнение на подобни функции е необходимо да има ясна структурна основа, която позволява дългите ДНК молекули да бъдат подредени в ясен ред. Това действие ви позволява да контролирате честотата на синтеза на РНК и репликацията на ДНК.
Концентрацията му в интерфазното ядро е 100 mg/ml. Едно ядро на бозайник съдържа около 2 m ДНК, локализирана в сферично ядро с диаметър около 10 микрона.
Протеинови групи
Въпреки разнообразието е прието да се отделят две групи. Функциите на хистоновите и нехистоновите протеини имат определени разлики. Около 80 процента от всички хроматинови протеини са хистони. Те взаимодействат с ДНК чрез йонни и солни връзки.
Въпреки значителното количество, хистони и нехистонови протеини на хроматинпредставени от незначително разнообразие от протеини, еукариотните клетки съдържат около пет до седем вида хистонови молекули.
Нехистоновите протеини в хромозомите са предимно специфични. Те взаимодействат само с определени структури от ДНК молекули.
Хистон характеристики
Какви са функциите на хистоновите и нехистоновите протеини в хромозомата? Хистоните се свързват под формата на молекулен комплекс с ДНК, те са субединици на такава система.
Хистоните са протеини, характерни само за хроматина. Те имат определени качества, които им позволяват да изпълняват специфични функции в организмите. Това са алкални или основни протеини, характеризиращи се с доста високо съдържание на аргинин и лизин. Поради положителните заряди на аминогрупите, електростатична или солена връзка се причинява с противоположни заряди върху фосфатните структури на ДНК.
Тази връзка е доста лабилна, лесно се разрушава и се получава дисоциация в хистони и ДНК. Хроматинът се счита за сложен нуклеиново-протеинов комплекс, вътре в който има високополимерни линейни ДНК молекули, както и значителен брой хистонови молекули.
Свойства
Хистоните са сравнително малки протеини по отношение на молекулното тегло. Те имат сходни свойства при всички еукариоти и се намират от подобни класове хистони. Например, типовете H3 и H4 се считат за богати на аргинин, тъй като съдържат достатъчно количество от товааминокиселини.
Разновидности на хистоните
Такива хистони се считат за консервативни, тъй като аминокиселинната последователност в тях е подобна дори при отдалечени видове.
H2A и H2B се считат за умерени лизинови протеини. Различните обекти в тези групи имат някои вариации в първичната структура, както и в последователността на аминокиселинните остатъци.
Histone H1 е клас протеини, в които аминокиселините са подредени в подобна последователност.
Те показват по-значителни междутъканни и междувидови вариации. Значително количество лизин се счита за общо свойство, в резултат на което тези протеини могат да бъдат отделени от хроматина в разреден физиологичен разтвор.
Хистони от всички класове се характеризират с групово разпределение на основните аминокиселини: аргинин и лизин в краищата на молекулите.
H1 има променлив N-терминал, който взаимодейства с други хистони, а C-краят е обогатен с лизин, той е този, който взаимодейства с ДНК.
Възможни са модификации на хистон по време на живота на клетките:
- метилиране;
- ацетилиране.
Такива процеси водят до промяна в броя на положителните заряди, те са обратими реакции. Когато сериновите остатъци се фосфорилират, се появява излишък от отрицателен заряд. Такива модификации засягат свойствата на хистоните и тяхното взаимодействие с ДНК. Например, когато хистоните са ацетилирани, се наблюдава генно активиране и дефосфорилирането причинява декондензация и кондензацияхроматин.
Синтезни функции
Процесът протича в цитоплазмата, след което се транспортира до ядрото, свързвайки се с ДНК по време на репликацията му в S-периода. След спиране на синтеза на ДНК от клетката, информационната хистонова РНК се разпада в рамките на няколко минути, процесът на синтез спира.
Разделяне на групи
Има различни видове нехистонови протеини. Разделянето им на пет групи е условно, основава се на вътрешно сходство. Значителен брой отличителни свойства са идентифицирани при висшите и нисшите еукариотни организми.
Например вместо H1, характерен за тъканите на нисшите гръбначни организми, се открива хистон H5, който съдържа повече серин и аргинин.
Съществуват и ситуации, свързани с частично или пълно отсъствие на хистонови групи в еукариотите.
Функционалност
Подобни протеини са открити в бактерии, вируси, митохондрии. Например в E. coli в клетката са открити протеини, чийто аминокиселинен състав е подобен на хистоните.
Нехистоновите хроматинови протеини изпълняват важни функции в живите организми. Преди идентифицирането на нуклеозомите бяха използвани две хипотези по отношение на функционалното значение, регулаторната и структурната роля на такива протеини.
Установено е, че когато към изолирания хроматин се добави РНК полимераза, се получава шаблон за процеса на транскрипция. Но дейността му е оцененасамо 10 процента от това за чисто ДНК. Увеличава се с премахването на хистонови групи и при тяхно отсъствие е максималната стойност.
Това показва, че общото съдържание на хистоните ви позволява да контролирате процеса на транскрипция. Качествените и количествените промени в хистоните влияят върху активността на хроматина, степента на неговата компактност.
Въпросът за специфичността на регулаторните характеристики на хистоните по време на синтеза на специфични иРНК в различни клетки не е напълно проучен.
С постепенното добавяне на хистонова фракция към разтвори, съдържащи чиста ДНК, се наблюдава утаяване под формата на DNP комплекс. Когато хистоните се отстранят от разтвора на хроматина, настъпва пълен преход в разтворима основа.
Функциите на нехистоновите протеини не се ограничават до изграждането на молекули, те са много по-сложни и многостранни.
Структурното значение на нуклеозомите
При първите електромикроскопски и биохимични изследвания беше доказано, че в DPN препарати има нишковидни структури, чийто диаметър е в диапазона 5-50 nm. С подобряването на представите за структурата на протеиновите молекули беше възможно да се установи, че има пряка връзка между диаметъра на хроматиновия фибрил и метода на изолиране на лекарството.
Върху тънки участъци от митотични хромозоми и интерфазни ядра, след откриване с глутаралдехид, са открити хромирани фибрили, чиято дебелина е 30 nm.
Фибрилите имат подобни размерихроматин в случай на физическо фиксиране на техните ядра: по време на замразяване, чипиране, вземане на реплики от подобни препарати.
Нехистоновите протеини на хроматина са открити по два различни начина чрез нуклеозоми на хроматинови частици.
Изследване
Когато хроматиновите препарати се отлагат върху субстрат за електронна микроскопия при алкални условия с незначителна йонна сила, се получават хроматинови нишки, подобни на перли. Техният размер не надвишава 10 nm, а глобулите са свързани помежду си с ДНК сегменти, чиято дължина не надвишава 20 nm. В хода на наблюденията беше възможно да се установи връзка между структурата на ДНК и продуктите от разпада.
Интересна информация
Нехистоновите протеини съставляват около двадесет процента от хроматиновите протеини. Те са протеини (с изключение на тези, които се секретират от хромозоми). Нехистоновите протеини са комбинирана група протеини, които се различават един от друг не само по свойства, но и по функционално значение.
Повечето от тях се отнасят до протеини на ядрената матрица, които се намират както в състава на интерфазните ядра, така и в митотичните хромозоми.
Нехистоновите протеини могат да включват около 450 отделни полимера с различни молекулни тегла. Някои от тях са разтворими във вода, докато други са разтворими в киселинни разтвори. Поради крехкостта на връзката с хроматина на продължаващата дисоциация в присъствието на денатуриращи агенти, има значителни проблеми с класификацията и описанието на тези протеинови молекули.
Нехистоновите протеини са регулаторни полимери,стимулираща транскрипция. Съществуват и инхибитори на този процес, които се свързват в специфична последователност на ДНК.
Нехистоновите протеини могат също да включват ензими, участващи в метаболизма на нуклеиновите киселини: РНК и ДНК метилази, ДНКази, полимерази, хроматинови протеини.
Околната среда на много подобни полимерни съединения се счита за най-изследваните нехистонови протеини с висока подвижност. Характеризират се с добра електрофоретична подвижност, екстракция в разтвор на готварска сол.
HMG протеините се предлагат в четири вида:
- HMG-2 (m.w.=26 000),
- HMG-1 (m.w.=25 500),
- HMG-17 (m.w.=9247),
- HMG-14 (m.w.=100 000).
Жива клетка с такива структури съдържа не повече от 5% от общото количество хистони. Те са особено чести в активния хроматин.
HMG-2 и HMG-1 протеините не са включени в нуклеозомите, те се свързват само с линкер ДНК фрагменти.
Протеините HMG-14 и HMG-17 са в състояние да се свързват със сърцеподобни полимери на нуклеозоми, което води до промяна в нивото на сглобяване на DNP фибрилите, те ще бъдат по-достъпни за реакция с РНК полимераза. В такава ситуация HMG протеините играят ролята на регулатори на транскрипционната активност. Установено е, че хроматиновата фракция, която има повишена чувствителност към ДНКаза I, е наситена с HMG протеини.
Заключение
Третото ниво на структурна организация на хроматина са бримковите домейни на ДНК. В хода на изследването е установено, че самодешифрирайки принципа на хромозомните елементарни компоненти, е трудно да се получи пълна картина на хромозомите в митоза, в интерфаза.
ДНК уплътняване 40 пъти се получава поради максимална спирализация. Това не е достатъчно, за да получите реална представа за размера и характеристиките на хромозомите. Може логично да се заключи, че трябва да има още по-високи нива на сглобяване на ДНК, с помощта на които би било възможно да се характеризират недвусмислено хромозомите.
Учените са успели да открият подобни нива на организация на хроматина в резултат на неговата изкуствена декондензация. В такава ситуация специфични протеини ще се свържат с определени участъци от ДНК, които имат домейни в местата на асоцииране.
Принципът на опаковане на ДНК верига също е открит в еукариотните клетки.
Например, ако изолираните ядра се третират с разтвор на готварска сол, целостта на ядрото ще бъде запазена. Тази структура стана известна като нуклеотид. Периферията му включва значителен брой затворени ДНК вериги, чийто среден размер е 60 kb.
С подготвително изолиране на хромомери, последвано от извличане на хистони от тях, под електронен микроскоп ще се виждат примкови структури, подобни на розетка. Броят на бримките в едно гнездо е от 15 до 80, общата дължина на ДНК достига 50 микрона.
Идеите за структурата и основните функционални характеристики на протеиновите молекули, получени в хода на експериментални дейности, позволяват на учените да разработват лекарства, да създават иновативниметоди за ефективна борба срещу генетичните заболявания.
