Să luăm în considerare funcțiile proteinelor non-histone, importanța acestora pentru organism. Acest subiect este de un interes deosebit și merită un studiu detaliat.
Proteine cromatine principale
Proteinele histonice și non-histone sunt direct legate de ADN. Rolul său în compoziția cromozomilor interfazici și mitotici este destul de mare - stocarea și distribuirea informațiilor genetice.
La îndeplinirea unor astfel de funcții, este necesar să existe o bază structurală clară care să permită ca moleculele lungi de ADN să fie aranjate într-o ordine clară. Această acțiune vă permite să controlați frecvența sintezei ARN și a replicării ADN-ului.
Concentrația sa în nucleul de interfază este de 100 mg/ml. Un nucleu de mamifer conține aproximativ 2 m de ADN, localizat într-un nucleu sferic cu un diametru de aproximativ 10 microni.
Grupuri de proteine
În ciuda diversității, se obișnuiește să se evidențieze două grupuri. Funcțiile proteinelor histonice și non-histone au anumite diferențe. Aproximativ 80% din toate proteinele cromatinei sunt histone. Ele interacționează cu ADN-ul prin legături ionice și sărate.
În ciuda unei cantități semnificative, histonele și proteinele non-histone ale cromatineireprezentate de o varietate nesemnificativă de proteine, celulele eucariote conțin aproximativ cinci până la șapte tipuri de molecule de histonă.
Proteinele nonhistone din cromozomi sunt în mare parte specifice. Ele interacționează numai cu anumite structuri ale moleculelor de ADN.
Funcții Histone
Care sunt funcțiile proteinelor histonice și non-histone în cromozom? Histonele se leagă sub formă de complex molecular cu ADN-ul, sunt subunități ale unui astfel de sistem.
Histonele sunt proteine caracteristice doar cromatinei. Au anumite calități care le permit să îndeplinească funcții specifice în organism. Acestea sunt proteine alcaline sau bazice, caracterizate printr-un conținut destul de mare de arginină și lizină. Datorită sarcinilor pozitive de pe grupările amino, este cauzată o legătură electrostatică sau de sare cu sarcini opuse pe structurile fosfatice ale ADN-ului.
Această legătură este destul de labilă, este ușor distrusă și are loc disocierea în histone și ADN. Cromatina este considerată a fi un complex complex nucleic-proteic, în interiorul căruia există molecule de ADN liniar foarte polimerice, precum și un număr semnificativ de molecule de histonă.
Proprietăți
Histonele sunt proteine destul de mici în ceea ce privește greutatea moleculară. Au proprietăți similare la toate eucariotele și sunt găsite de clase similare de histone. De exemplu, tipurile H3 și H4 sunt considerate bogate în arginină, deoarece conțin o cantitate suficientă din aceastaaminoacizi.
Soiuri de histone
Astfel de histone sunt considerate conservatoare, deoarece secvența de aminoacizi din ele este similară chiar și la speciile îndepărtate.
H2A și H2B sunt considerate proteine moderate de lizină. Diferite obiecte din cadrul acestor grupuri au unele variații în structura primară, precum și în secvența reziduurilor de aminoacizi.
Histone H1 este o clasă de proteine în care aminoacizii sunt aranjați într-o secvență similară.
Ele prezintă variații mai semnificative între țesuturi și interspecii. O cantitate semnificativă de lizină este considerată o proprietate generală, în urma căreia aceste proteine pot fi separate de cromatină în soluții saline diluate.
Histonele din toate clasele sunt caracterizate printr-o distribuție în cluster a principalilor aminoacizi: arginină și lizină la capetele moleculelor.
H1 are un N-terminal variabil care interacționează cu alte histone, iar capătul C-terminal este îmbogățit cu lizină, el este cel care interacționează cu ADN-ul.
Modificările histonului sunt posibile în timpul vieții celulelor:
- metilare;
- acetilare.
Astfel de procese duc la o modificare a numărului de sarcini pozitive, sunt reacții reversibile. Când reziduurile de serină sunt fosforilate, apare o sarcină negativă în exces. Astfel de modificări afectează proprietățile histonelor și interacțiunea lor cu ADN-ul. De exemplu, când histonele sunt acetilate, se observă activarea genelor, iar defosforilarea provoacă decondensare și condensare.cromatina.
Funcții de sinteză
Procesul are loc în citoplasmă, apoi este transportat la nucleu, legându-se de ADN în timpul replicării sale în perioada S. După încetarea sintezei ADN-ului de către celulă, ARN-ul histonei informaționale se descompune în câteva minute, procesul de sinteză se oprește.
Diviziunea în grupuri
Există diferite tipuri de proteine non-histone. Împărțirea lor în cinci grupuri este condiționată, se bazează pe similitudine internă. Un număr semnificativ de proprietăți distinctive au fost identificate la organismele eucariote superioare și inferioare.
De exemplu, în loc de H1, caracteristic țesuturilor organismelor vertebrate inferioare, se găsește histona H5, care conține mai multă serină și arginină.
Există, de asemenea, situații asociate cu absența parțială sau completă a grupurilor de histone la eucariote.
Funcționalitate
Proteine similare au fost găsite în bacterii, viruși, mitocondrii. De exemplu, în E. coli s-au găsit proteine în celulă, a căror compoziție de aminoacizi este similară histonelor.
Proteinele cromatinei nonhistone îndeplinesc funcții importante în organismele vii. Înainte de identificarea nucleozomilor, au fost utilizate două ipoteze cu privire la semnificația funcțională, rolul reglator și structural al acestor proteine.
S-a descoperit că atunci când ARN polimeraza este adăugată la cromatina izolată, se obține un șablon pentru procesul de transcripție. Dar activitatea lui este estimatădoar 10% din aceasta pentru ADN pur. Crește odată cu îndepărtarea grupurilor de histone, iar în absența acestora este valoarea maximă.
Acest lucru indică faptul că conținutul total de histone vă permite să controlați procesul de transcriere. Modificările calitative și cantitative ale histonelor afectează activitatea cromatinei, gradul de compactare a acesteia.
Întrebarea specificității caracteristicilor de reglare ale histonelor în timpul sintezei mARN-urilor specifice în diferite celule nu a fost studiată pe deplin.
Odată cu adăugarea treptată a unei fracțiuni de histonă la soluțiile care conțin ADN pur, se observă precipitarea sub forma unui complex DNP. Când histonele sunt îndepărtate din soluția de cromatină, are loc o tranziție completă într-o bază solubilă.
Funcțiile proteinelor non-histone nu se limitează la construcția de molecule, ele sunt mult mai complexe și cu mai multe fațete.
Semnificația structurală a nucleozomilor
În primele studii electromicroscopice și biochimice, s-a dovedit că în preparatele DPN există structuri filamentoase, al căror diametru este în intervalul 5-50 nm. Odată cu îmbunătățirea ideilor despre structura moleculelor de proteine, a fost posibil să se constate că există o relație directă între diametrul fibrilei de cromatină și metoda de izolare a medicamentului.
Pe secțiuni subțiri de cromozomi mitotici și nuclei de interfaza, după detectarea cu glutaraldehidă, s-au găsit fibrile cromate, a căror grosime este de 30 nm.
Fibrilele au dimensiuni similarecromatina în cazul fixării fizice a nucleelor acestora: în timpul înghețării, ciobirii, preluării de replici din preparate similare.
Proteinele non-histone ale cromatinei au fost descoperite în două moduri diferite de către nucleozomii particulelor de cromatină.
Cercetare
Când preparatele de cromatină sunt depuse pe un substrat pentru microscopia electronică în condiții alcaline cu forță ionică nesemnificativă, se obțin fire de cromatină asemănătoare cu bile. Dimensiunea lor nu depășește 10 nm, iar globulele sunt interconectate prin segmente de ADN, a căror lungime nu depășește 20 nm. În cursul observațiilor, a fost posibil să se stabilească o legătură între structura ADN-ului și produsele de degradare.
Informații interesante
Proteinele non-histone reprezintă aproximativ douăzeci la sută din proteinele cromatinei. Sunt proteine (cu excepția celor care sunt secretate de cromozomi). Proteinele non-histone sunt un grup combinat de proteine care diferă unele de altele nu numai prin proprietăți, ci și prin importanța funcțională.
Majoritatea dintre ele se referă la proteinele matricei nucleare, care se găsesc atât în compoziția nucleilor de interfaz, cât și în cromozomii mitotici.
Proteinele non-histone pot include aproximativ 450 de polimeri individuali cu greutăți moleculare diferite. Unele dintre ele sunt solubile în apă, în timp ce altele sunt solubile în soluții acide. Datorită fragilității conexiunii cu cromatina a disocierii în curs în prezența agenților de denaturare, există probleme semnificative cu clasificarea și descrierea acestor molecule proteice.
Proteinele nonhistone sunt polimeri reglatori,stimularea transcripţiei. Există, de asemenea, inhibitori ai acestui proces care se leagă într-o anumită secvență de ADN.
Proteinele nonhistone pot include, de asemenea, enzime implicate în metabolismul acizilor nucleici: ARN și ADN metilaze, ADNaze, polimeraze, proteine cromatine.
Mediul multor compuși polimerici similari este considerat a fi cele mai studiate proteine non-histone cu mobilitate ridicată. Se caracterizează printr-o bună mobilitate electroforetică, extracție într-o soluție de sare comună.
Proteinele
HMG vin în patru tipuri:
- HMG-2 (m.w.=26.000),
- HMG-1 (m.w.=25.500),
- HMG-17 (m.w.=9247),
- HMG-14 (m.w.=100.000).
O celulă vie cu astfel de structuri nu conține mai mult de 5% din cantitatea totală de histone. Sunt frecvent întâlnite în special în cromatina activă.
Proteinele HMG-2 și HMG-1 nu sunt incluse în nucleozomi, se leagă doar de fragmente de ADN linker.
Proteinele HMG-14 și HMG-17 sunt capabile să se lege de polimerii de tip inimă ai nucleozomilor, ducând la o modificare a nivelului de asamblare al fibrilelor DNP, acestea vor fi mai accesibile pentru reacția cu ARN polimeraza. Într-o astfel de situație, proteinele HMG joacă rolul de reglatori ai activității transcripționale. S-a constatat că fracția de cromatină, care are o sensibilitate crescută la DNaza I, este saturată cu proteine HMG.
Concluzie
Al treilea nivel de organizare structurală a cromatinei este domeniile buclei ale ADN-ului. În cursul cercetării s-a constatat că numaidescifrând principiul componentelor elementare cromozomiale, este dificil să obții o imagine completă a cromozomilor în mitoză, în interfază.
Densificarea ADN-ului de 40 de ori se obține datorită spiralizării maxime. Acest lucru nu este suficient pentru a vă face o idee reală despre dimensiunea și caracteristicile cromozomilor. Se poate concluziona logic că trebuie să existe niveluri și mai mari de asamblare a ADN-ului, cu ajutorul cărora ar fi posibilă caracterizarea fără ambiguitate a cromozomilor.
Oamenii de știință au reușit să detecteze niveluri similare de organizare a cromatinei ca urmare a decondensării sale artificiale. Într-o astfel de situație, anumite proteine se vor lega de anumite secțiuni de ADN care au domenii în locurile de asociere.
Principiul împachetării buclei ADN a fost descoperit și în celulele eucariote.
De exemplu, dacă nucleele izolate sunt tratate cu o soluție de sare de masă, integritatea nucleului va fi păstrată. Această structură a devenit cunoscută drept nucleotidă. Periferia sa include un număr semnificativ de bucle închise de ADN, a căror dimensiune medie este de 60 kb.
Cu izolarea pregătitoare a cromomerilor, urmată de extracția histonelor din aceștia, structurile asemănătoare rozetei bucle vor fi vizibile la microscop electronic. Numărul de bucle dintr-un soclu este de la 15 la 80, lungimea totală a ADN-ului ajunge la 50 de microni.
Ideile despre structura și principalele caracteristici funcționale ale moleculelor de proteine, obținute în cursul activităților experimentale, permit oamenilor de știință să dezvolte medicamente, să creeze inovatoaremetode de luptă eficientă împotriva bolilor genetice.
