Tarkastellaan ei-histoniproteiinien toimintoja, niiden merkitystä elimistölle. Tämä aihe on erityisen kiinnostava ja ansaitsee yksityiskohtaisen tutkimuksen.
Pääkromatiiniproteiinit
Histoni- ja ei-histoniproteiinit ovat suoraan yhteydessä DNA:han. Sen rooli interfaasien ja mitoottisten kromosomien koostumuksessa on melko suuri - geneettisen tiedon varastoinnissa ja jakelussa.
Tällaisia toimintoja suoritettaessa on oltava selkeä rakenteellinen perusta, joka mahdollistaa pitkien DNA-molekyylien järjestämisen selkeään järjestykseen. Tämän toiminnon avulla voit hallita RNA-synteesin ja DNA:n replikaation tiheyttä.
Sen pitoisuus faasien välisessä ytimessä on 100 mg/ml. Yksi nisäkkään tuma sisältää noin 2 m DNA:ta, joka sijaitsee pallomaisessa ytimessä, jonka halkaisija on noin 10 mikronia.
Proteiiniryhmät
Monimuotoisuudesta huolimatta on tapana erottaa kaksi ryhmää. Histoni- ja ei-histoniproteiinien toiminnoissa on tiettyjä eroja. Noin 80 prosenttia kaikista kromatiiniproteiineista on histoneita. Ne ovat vuorovaikutuksessa DNA:n kanssa ioni- ja suolasidosten kautta.
Huolimatta huomattavasta määrästä kromatiinin histonit ja ei-histoniproteiiniteukaryoottisolut sisältävät noin viidestä seitsemään tyyppiä histonimolekyylejä, joita edustaa merkityksetön määrä proteiineja.
Ei-histoniproteiinit kromosomeissa ovat enimmäkseen spesifisiä. Ne ovat vuorovaikutuksessa vain tiettyjen DNA-molekyylien rakenteiden kanssa.
Histonen ominaisuudet
Mitä histoni- ja ei-histoniproteiinien tehtävät ovat kromosomissa? Histonit sitoutuvat molekyylikompleksin muodossa DNA:n kanssa, ne ovat tällaisen järjestelmän alayksiköitä.
Histonit ovat proteiineja, jotka ovat ominaisia vain kromatiinille. Heillä on tiettyjä ominaisuuksia, joiden avulla ne voivat suorittaa tiettyjä toimintoja organismeissa. Nämä ovat alkalisia tai emäksisiä proteiineja, joille on ominaista melko korkea arginiini- ja lysiinin pitoisuus. Aminoryhmien positiivisten varausten vuoksi syntyy sähköstaattinen tai suolasidos vastakkaisilla varauksilla DNA:n fosfaattirakenteisiin.
Tämä sidos on melko labiili, se tuhoutuu helposti ja tapahtuu dissosiaatiota histoneiksi ja DNA:ksi. Kromatiinia pidetään monimutkaisena nukleiini-proteiinikompleksina, jonka sisällä on erittäin polymeerisiä lineaarisia DNA-molekyylejä sekä huomattava määrä histonimolekyylejä.
Ominaisuudet
Histonit ovat molekyylipainoltaan melko pieniä proteiineja. Niillä on samanlaiset ominaisuudet kaikissa eukaryooteissa, ja niitä löytyy samanlaisista histoniluokista. Esimerkiksi tyyppejä H3 ja H4 pidetään runsaasti arginiinia sisältävinä, koska ne sisältävät sitä riittävän määränaminohapot.
Histonilajikkeet
Tällaisia histoneita pidetään konservatiivisina, koska niiden aminohapposekvenssi on samanlainen jopa kaukaisissa lajeissa.
H2A ja H2B katsotaan kohtalaisiksi lysiiniproteiineiksi. Näihin ryhmiin kuuluvilla eri kohteilla on joitain eroja primäärirakenteessa sekä aminohappotähteiden sekvenssissä.
Histone H1 on luokka proteiineja, joissa aminohapot on järjestetty samanlaiseen järjestykseen.
Ne osoittavat merkittävämpiä kudosten ja lajien välisiä variaatioita. Merkittävää määrää lysiiniä pidetään yleisenä ominaisuutena, jonka seurauksena nämä proteiinit voidaan erottaa kromatiinista laimeissa suolaliuoksissa.
Kaikkien luokkien histoneille on ominaista tärkeimpien aminohappojen klusterijakauma: arginiini ja lysiini molekyylien päissä.
H1:llä on vaihteleva N-pää, joka on vuorovaikutuksessa muiden histonien kanssa, ja C-pää on rikastettu lysiinillä, hän on vuorovaikutuksessa DNA:n kanssa.
Histonen modifikaatiot ovat mahdollisia solujen elinkaaren aikana:
- metylaatio;
- asetylointi.
Tällaiset prosessit johtavat positiivisten varausten määrän muutokseen, ne ovat palautuvia reaktioita. Kun seriinitähteet fosforyloidaan, ylimääräinen negatiivinen varaus ilmaantuu. Tällaiset modifikaatiot vaikuttavat histonien ominaisuuksiin ja niiden vuorovaikutukseen DNA:n kanssa. Esimerkiksi kun histonit asetyloidaan, havaitaan geeniaktivaatio ja defosforylaatio aiheuttaa dekondensaatiota ja kondensaatiotakromatiini.
Synteesiominaisuudet
Prosessi tapahtuu sytoplasmassa, sitten se kuljetetaan tumaan sitoutuen DNA:han replikaation aikana S-jaksossa. Kun solu on lopettanut DNA-synteesin, informaatiohistoni-RNA hajoaa muutamassa minuutissa, synteesiprosessi pysähtyy.
Jako ryhmiin
On olemassa erilaisia ei-histoniproteiineja. Niiden jako viiteen ryhmään on ehdollista, se perustuu sisäiseen samank altaisuuteen. Korkeammissa ja alemmissa eukaryoottisissa organismeissa on tunnistettu huomattava määrä erottuvia ominaisuuksia.
Esimerkiksi alempien selkärankaisten organismien kudoksille ominaisen H1:n sijasta löytyy histoni H5, joka sisältää enemmän seriiniä ja arginiinia.
On myös tilanteita, jotka liittyvät histoniryhmien osittaiseen tai täydelliseen puuttumiseen eukaryooteista.
Toimivuus
Samanlaisia proteiineja on löydetty bakteereista, viruksista ja mitokondrioista. Esimerkiksi E. colissa solusta löydettiin proteiineja, joiden aminohappokoostumus on samanlainen kuin histonien.
Ei-histonikromatiiniproteiinit suorittavat tärkeitä tehtäviä elävissä organismeissa. Ennen nukleosomien tunnistamista käytettiin kahta hypoteesia tällaisten proteiinien toiminnallisesta merkityksestä, säätelystä ja rakenteellisesta roolista.
Havaittiin, että kun RNA-polymeraasia lisätään eristettyyn kromatiiniin, saadaan templaatti transkriptioprosessille. Mutta hänen toimintansa on arvioituvain 10 prosenttia siitä puhtaalla DNA:lla. Se kasvaa histoniryhmien poistamisen myötä, ja niiden puuttuessa se on maksimiarvo.
Tämä osoittaa, että histonien kokonaispitoisuus antaa sinun hallita transkriptioprosessia. Histonien laadulliset ja kvantitatiiviset muutokset vaikuttavat kromatiinin aktiivisuuteen, sen tiiviysasteeseen.
Kysymystä histonien säätelyominaisuuksien spesifisyydestä spesifisten mRNA:iden synteesin aikana eri soluissa ei ole täysin tutkittu.
Kun histonifraktiota asteittain lisätään puhdasta DNA:ta sisältäviin liuoksiin, havaitaan saostumista DNP-kompleksin muodossa. Kun histonit poistetaan kromatiiniliuoksesta, tapahtuu täydellinen siirtymä liukoiseksi emäkseksi.
Ei-histoniproteiinien toiminnot eivät rajoitu molekyylien rakentamiseen, vaan ne ovat paljon monimutkaisempia ja monipuolisempia.
Nukleosomien rakenteellinen merkitys
Ensimmäisissä sähkömikroskooppisissa ja biokemiallisissa tutkimuksissa osoitettiin, että DPN-valmisteissa on filamenttirakenteita, joiden halkaisija on välillä 5-50 nm. Proteiinimolekyylien rakennetta koskevien käsitysten parantuessa pystyttiin toteamaan, että kromatiinifibrillien halkaisijan ja lääkkeen eristysmenetelmän välillä on suora yhteys.
Mitoottisten kromosomien ja faasien välisten ytimien ohuilta osilta löydettiin glutaraldehydillä havaitsemisen jälkeen kromattuja fibrillejä, joiden paksuus on 30 nm.
Fibrillien koko on samanlainenkromatiini niiden ytimien fysikaalisen kiinnittymisen yhteydessä: jäädyttämisen, sirutuksen aikana, kopioiden ottaminen vastaavista valmisteista.
Kromatiinin ei-histoniproteiinit on löydetty kahdella eri tavalla kromatiinihiukkasten nukleosomeilla.
Tutkimus
Kun kromatiinivalmisteita kerrostetaan alustalle elektronimikroskopiaa varten alkalisissa olosuhteissa, joissa ionivahvuus on merkityksetön, saadaan kromatiinisäikeitä, jotka ovat samanlaisia kuin helmiä. Niiden koko ei ylitä 10 nm, ja pallot on yhdistetty toisiinsa DNA-segmenteillä, joiden pituus ei ylitä 20 nm. Havaintojen aikana saatiin selville yhteys DNA:n rakenteen ja hajoamistuotteiden välillä.
Mielenkiintoista tietoa
Ei-histoniproteiinit muodostavat noin kaksikymmentä prosenttia kromatiiniproteiineista. Ne ovat proteiineja (paitsi ne, joita kromosomit erittävät). Ei-histoniproteiinit ovat yhdistelmä proteiineja, jotka eroavat toisistaan paitsi ominaisuuksien, myös toiminnallisen merkityksen os alta.
Useimmat niistä viittaavat ydinmatriisiproteiineihin, joita löytyy sekä interfaasisten ytimien koostumuksesta että mitoottisista kromosomeista.
Ei-histoniproteiinit voivat sisältää noin 450 yksittäistä polymeeriä, joilla on eri molekyylipainot. Jotkut niistä liukenevat veteen, kun taas toiset liukenevat happamiin liuoksiin. Denaturoivien aineiden läsnä ollessa meneillään olevan dissosioinnin kromatiinin välisen yhteyden haurauden vuoksi näiden proteiinimolekyylien luokittelussa ja kuvauksessa on merkittäviä ongelmia.
Ei-histoniproteiinit ovat sääteleviä polymeerejä,stimuloivaa transkriptiota. On myös tämän prosessin estäjiä, jotka sitoutuvat tiettyyn sekvenssiin DNA:ssa.
Ei-histoniproteiineihin voi kuulua myös entsyymejä, jotka osallistuvat nukleiinihappojen metaboliaan: RNA- ja DNA-metylaasit, DNaasit, polymeraasit, kromatiiniproteiinit.
Monien samank altaisten polymeeriyhdisteiden ympäristöä pidetään eniten tutkituina ei-histoniproteiineina, joilla on korkea liikkuvuus. Niille on ominaista hyvä elektroforeettinen liikkuvuus, uutto tavallisessa suolaliuoksessa.
HMG-proteiineja on neljää tyyppiä:
- HMG-2 (m.w.=26 000),
- HMG-1 (m.w.=25 500),
- HMG-17 (m.w.=9247),
- HMG-14 (m.w.=100 000).
Tällaisten rakenteiden elävä solu sisältää enintään 5 % histonien kokonaismäärästä. Ne ovat erityisen yleisiä aktiivisessa kromatiinissa.
HMG-2- ja HMG-1-proteiinit eivät sisälly nukleosomeihin, ne sitoutuvat vain linkkeri-DNA-fragmentteihin.
Proteiinit HMG-14 ja HMG-17 pystyvät sitoutumaan sydämen k altaisiin nukleosomien polymeereihin, mikä johtaa muutokseen DNP-fibrillien kokoonpanotasossa, ja ne ovat helpommin saatavilla reaktioon RNA-polymeraasin kanssa. Tällaisessa tilanteessa HMG-proteiinit toimivat transkription aktiivisuuden säätelijöinä. Havaittiin, että kromatiinifraktio, jolla on lisääntynyt herkkyys DNaasi I:lle, on kyllästetty HMG-proteiineilla.
Johtopäätös
Kromatiinin rakenteellisen organisoinnin kolmas taso on DNA:n silmukkadomeenit. Tutkimuksen aikana havaittiin, että vainKromosomien alkuainekomponenttien periaatetta selvitettäessä on vaikea saada täydellistä kuvaa mitoosissa olevista kromosomeista interfaasissa.
DNA:n tiivistyminen 40-kertaiseksi saavutetaan maksimaalisen spiralisoinnin ansiosta. Tämä ei riitä todellisen käsityksen saamiseksi kromosomien koosta ja ominaisuuksista. Voidaan loogisesti päätellä, että DNA:n kokoamisen täytyy olla vielä korkeampia, joiden avulla kromosomeja voitaisiin karakterisoida yksiselitteisesti.
Tutkijat ovat pystyneet havaitsemaan samanlaisia kromatiinin organisoitumistasoja sen keinotekoisen dekondensoinnin seurauksena. Tällaisessa tilanteessa tietyt proteiinit sitoutuvat tiettyihin DNA:n osiin, joissa on domeeneja liittymispaikoissa.
DNA-silmukan pakkaamisen periaate löydettiin myös eukaryoottisoluista.
Esimerkiksi jos eristettyjä ytimiä käsitellään ruokasuolaliuoksella, ytimen eheys säilyy. Tämä rakenne tuli tunnetuksi nukleotidina. Sen reuna-alue sisältää huomattavan määrän suljettuja DNA-silmukoita, joiden keskikoko on 60 kb.
Kromomeerien preparatiivisella eristämisellä, jonka jälkeen niistä poistetaan histonit, elektronimikroskoopissa näkyy silmukkamaisia ruusukkeen k altaisia rakenteita. Yhdessä kantassa olevien silmukoiden määrä on 15-80, DNA:n kokonaispituus on 50 mikronia.
Kokeellisen toiminnan aikana saadut ideat proteiinimolekyylien rakenteesta ja tärkeimmistä toiminnallisista ominaisuuksista antavat tutkijoille mahdollisuuden kehittää lääkkeitä, luoda innovatiivisiamenetelmät tehokkaaseen taisteluun geneettisiä sairauksia vastaan.
