Vaatleme mittehistoonvalkude funktsioone, nende tähtsust organismile. See teema pakub erilist huvi ja väärib üksikasjalikku uurimist.
Peamised kromatiinivalgud
Histooni ja mittehistooni valgud on otseselt seotud DNA-ga. Tema roll faasidevaheliste ja mitootiliste kromosoomide koostises on üsna suur – geneetilise informatsiooni talletamisel ja levitamisel.
Selliste funktsioonide täitmisel on vajalik selge struktuurne alus, mis võimaldab pikki DNA molekule järjestada selgesse järjekorda. See toiming võimaldab teil kontrollida RNA sünteesi ja DNA replikatsiooni sagedust.
Selle kontsentratsioon faasidevahelises tuumas on 100 mg/ml. Üks imetaja tuum sisaldab umbes 2 m DNA-d, mis paikneb sfäärilises tuumas, mille läbimõõt on umbes 10 mikronit.
Valgurühmad
Hoolimata mitmekesisusest on tavaks välja tuua kaks rühma. Histooni ja mittehistooni valkude funktsioonidel on teatud erinevused. Umbes 80 protsenti kõigist kromatiini valkudest on histoonid. Nad interakteeruvad DNA-ga ioon- ja soolasidemete kaudu.
Hoolimata olulisest kogusest kromatiini histoonidest ja mittehistoonilistest valkudestEukarüootsed rakud, mida esindab ebaoluline valik valke, sisaldavad umbes viit kuni seitset tüüpi histooni molekule.
Mittehistoonvalgud kromosoomides on enamasti spetsiifilised. Nad interakteeruvad ainult teatud DNA molekulide struktuuridega.
Histone'i funktsioonid
Millised on histooni ja mittehistooni valkude funktsioonid kromosoomis? Histoonid seonduvad DNA-ga molekulaarse kompleksi kujul, nad on sellise süsteemi allüksused.
Histoonid on ainult kromatiinile iseloomulikud valgud. Neil on teatud omadused, mis võimaldavad neil organismides teatud funktsioone täita. Need on aluselised või aluselised valgud, mida iseloomustab üsna kõrge arginiini ja lüsiini sisaldus. Aminorühmade positiivsete laengute tõttu tekib elektrostaatiline või soolaside DNA fosfaatstruktuurides vastupidiste laengutega.
See side on üsna labiilne, see hävib kergesti ning toimub dissotsiatsioon histoonideks ja DNA-ks. Kromatiini peetakse keeruliseks nukleiin-valgu kompleksiks, mille sees on väga polümeersed lineaarsed DNA molekulid, aga ka märkimisväärne hulk histooni molekule.
Atribuudid
Histoonid on molekulmassi poolest üsna väikesed valgud. Neil on sarnased omadused kõigis eukarüootides ja neid leidub sarnaste histoonide klasside poolt. Näiteks tüüpe H3 ja H4 peetakse arginiinirikkaks, kuna need sisaldavad seda piisavas kogusesaminohapped.
Histoonide sordid
Selliseid histoone peetakse konservatiivseteks, kuna nende aminohappejärjestus on sarnane isegi kaugetel liikidel.
H2A ja H2B peetakse mõõdukateks lüsiinivalkudeks. Nendes rühmades olevate erinevate objektide primaarstruktuuris ja aminohappejääkide järjestuses on mõningaid erinevusi.
Histone H1 on valkude klass, milles aminohapped paiknevad sarnases järjestuses.
Neil on märgatavamad kudedevahelised ja liikidevahelised variatsioonid. Märkimisväärset kogust lüsiini peetakse üldiseks omaduseks, mille tulemusena saab neid valke lahjendatud soolalahustes kromatiinist eraldada.
Kõigi klasside histoone iseloomustab peamiste aminohapete klastrijaotus: arginiin ja lüsiin molekulide otstes.
H1-l on muutuv N-ots, mis interakteerub teiste histoonidega, ja C-ots on rikastatud lüsiiniga, see on tema, kes suhtleb DNA-ga.
Histooni modifikatsioonid on võimalikud rakkude eluea jooksul:
- metüülimine;
- atsetüülimine.
Sellised protsessid toovad kaasa positiivsete laengute arvu muutumise, need on pöörduvad reaktsioonid. Kui seriinijäägid fosforüülitakse, tekib liigne negatiivne laeng. Sellised modifikatsioonid mõjutavad histoonide omadusi ja nende koostoimet DNA-ga. Näiteks kui histoonid on atsetüülitud, täheldatakse geenide aktiveerimist ja defosforüülimine põhjustab dekondenseerumist ja kondenseerumistkromatiin.
Sünteesi funktsioonid
Protsess toimub tsütoplasmas, seejärel transporditakse see tuuma, seondudes DNA-ga replikatsiooni käigus S-perioodil. Pärast DNA sünteesi lõpetamist raku poolt laguneb infohistooni RNA mõne minuti jooksul, sünteesiprotsess peatub.
Jaota rühmadesse
Mittehistooni valke on erinevat tüüpi. Nende jagunemine viide rühma on tinglik, see põhineb sisemisel sarnasusel. Kõrgematel ja madalamatel eukarüootsetel organismidel on tuvastatud märkimisväärne hulk eristavaid omadusi.
Näiteks madalamate selgroogsete organismide kudedele iseloomuliku H1 asemel leitakse histoon H5, mis sisaldab rohkem seriini ja arginiini.
Eukarüootides on ka olukordi, mis on seotud histoonirühmade osalise või täieliku puudumisega.
Funktsionaalsus
Sarnaseid valke on leitud bakteritest, viirustest, mitokondritest. Näiteks E. coli puhul leiti rakust valke, mille aminohappeline koostis on sarnane histoonidega.
Mittehistooni kromatiini valgud täidavad elusorganismides olulisi funktsioone. Enne nukleosoomide tuvastamist kasutati selliste valkude funktsionaalse tähtsuse, regulatoorse ja struktuurse rolli kohta kahte hüpoteesi.
Leiti, et kui eraldatud kromatiinile lisatakse RNA polümeraas, saadakse transkriptsiooniprotsessi matriit. Kuid tema tegevust hinnatakseainult 10 protsenti sellest puhta DNA puhul. See suureneb histoonirühmade eemaldamisel ja nende puudumisel on see maksimaalne väärtus.
See näitab, et histoonide kogusisaldus võimaldab teil kontrollida transkriptsiooniprotsessi. Kvalitatiivsed ja kvantitatiivsed muutused histoonides mõjutavad kromatiini aktiivsust, selle kompaktsuse astet.
Küsimus histoonide regulatiivsete omaduste spetsiifilisusest spetsiifiliste mRNA-de sünteesi ajal erinevates rakkudes ei ole täielikult uuritud.
Histooni fraktsiooni järkjärgulise lisamisega puhast DNA-d sisaldavatele lahustele täheldatakse sadenemist DNP-kompleksi kujul. Kui histoonid eemaldatakse kromatiini lahusest, toimub täielik üleminek lahustuvaks aluseks.
Mittehistooni valkude funktsioonid ei piirdu molekulide ehitamisega, need on palju keerukamad ja mitmetahulisemad.
Nukleosoomide struktuurne tähtsus
Esimeste elektromikroskoopiliste ja biokeemiliste uuringute käigus tõestati, et DPN preparaatides on filamentsed struktuurid, mille läbimõõt jääb vahemikku 5-50 nm. Valgumolekulide struktuuri käsitlevate ideede täiustamisega oli võimalik välja selgitada, et kromatiini fibrillide läbimõõdu ja ravimi eraldamise meetodi vahel on otsene seos.
Mitootiliste kromosoomide ja faasidevaheliste tuumade õhukestel lõikudel leiti pärast glutaaraldehüüdiga tuvastamist kroomitud fibrillid, mille paksus on 30 nm.
Fibrillid on sarnase suurusegakromatiin nende tuumade füüsilise fikseerimise korral: külmutamisel, hakkimisel, sarnastest preparaatidest koopiate võtmisel.
Kromatiini mittehistoonvalgud on kromatiini osakeste nukleosoomide abil avastatud kahel erineval viisil.
Uuring
Kui kromatiinipreparaadid sadestatakse elektronmikroskoopia jaoks substraadile ebaolulise ioontugevusega leeliselistes tingimustes, saadakse helmestega sarnased kromatiini kiud. Nende suurus ei ületa 10 nm ja gloobulid on omavahel ühendatud DNA segmentidega, mille pikkus ei ületa 20 nm. Vaatluste käigus õnnestus tuvastada seos DNA struktuuri ja lagunemissaaduste vahel.
Huvitav teave
Mittehistooni valgud moodustavad umbes kakskümmend protsenti kromatiini valkudest. Need on valgud (välja arvatud need, mida eritavad kromosoomid). Mittehistoonvalgud on kombineeritud rühm valke, mis erinevad üksteisest mitte ainult omaduste, vaid ka funktsionaalse tähtsuse poolest.
Enamik neist viitab tuumamaatriksi valkudele, mida leidub nii interfaasiliste tuumade koostises kui ka mitootilistes kromosoomides.
Mittehistoonvalgud võivad sisaldada umbes 450 erineva molekulmassiga individuaalset polümeeri. Mõned neist lahustuvad vees, teised aga happelistes lahustes. Denatureerivate ainete juuresolekul toimuva dissotsiatsiooni kromatiiniga seotud seose hapruse tõttu on nende valgumolekulide klassifitseerimisel ja kirjeldamisel olulisi probleeme.
Mittehistooni valgud on reguleerivad polümeerid,stimuleerides transkriptsiooni. Sellel protsessil on ka inhibiitoreid, mis seonduvad DNA-s kindla järjestusega.
Mittehistoonvalgud võivad hõlmata ka ensüüme, mis osalevad nukleiinhapete metabolismis: RNA ja DNA metülaasid, DNaasid, polümeraasid, kromatiini valgud.
Paljude sarnaste polümeersete ühendite keskkonda peetakse kõige enam uuritud suure liikuvusega mittehistoonvalkudeks. Neid iseloomustab hea elektroforeetiline liikuvus, ekstraheerimine keedusoola lahuses.
HMG valke on nelja tüüpi:
- HMG-2 (m.w.=26 000),
- HMG-1 (m.w.=25 500),
- HMG-17 (m.w.=9247),
- HMG-14 (m.w.=100 000).
Selliste struktuuride elusrakk ei sisalda rohkem kui 5% histoonide koguhulgast. Need on eriti levinud aktiivses kromatiinis.
HMG-2 ja HMG-1 valgud ei sisaldu nukleosoomides, nad seostuvad ainult linker-DNA fragmentidega.
Valgud HMG-14 ja HMG-17 on võimelised seonduma nukleosoomide südametaoliste polümeeridega, mille tulemuseks on DNP fibrillide kogunemistaseme muutus, need on RNA polümeraasiga reageerimiseks paremini ligipääsetavad. Sellises olukorras mängivad HMG valgud transkriptsiooni aktiivsuse regulaatori rolli. Leiti, et kromatiini fraktsioon, millel on suurem tundlikkus DNaasi I suhtes, on küllastunud HMG valkudega.
Järeldus
Kromatiini struktuurse korralduse kolmas tase on DNA silmusdomeenid. Uurimise käigus selgus, et ainultkromosoomi elementaarkomponentide põhimõtet dešifreerides on keeruline saada terviklikku pilti mitoosis, interfaasis olevatest kromosoomidest.
DNA tihendamine 40 korda saavutatakse tänu maksimaalsele spiraliseerumisele. Sellest ei piisa, et saada tõelist ettekujutust kromosoomide suurusest ja omadustest. Loogiliselt võib järeldada, et peab olema veelgi kõrgem DNA kokkupanemise tase, mille abil oleks võimalik kromosoome üheselt iseloomustada.
Teadlased on suutnud tuvastada sarnase kromatiini organiseerituse taseme selle kunstliku dekondensatsiooni tulemusena. Sellises olukorras seostuvad spetsiifilised valgud teatud DNA osadega, mille seostumiskohtades on domeenid.
DNA ahela pakkimise põhimõte avastati ka eukarüootsetes rakkudes.
Näiteks kui isoleeritud tuumasid töödeldakse lauasoola lahusega, siis tuuma terviklikkus säilib. Seda struktuuri hakati nimetama nukleotiidiks. Selle perifeeria sisaldab märkimisväärsel hulgal suletud DNA ahelaid, mille keskmine suurus on 60 kb.
Kromeeride preparatiivse isoleerimisega, millele järgneb nendest histoonide ekstraheerimine, on elektronmikroskoobi all nähtavad silmustega rosetitaolised struktuurid. Silmuste arv ühes pesas on 15 kuni 80, DNA kogupikkus ulatub 50 mikronini.
Katsetegevuse käigus saadud ideed valgumolekulide struktuuri ja peamiste funktsionaalsete omaduste kohta võimaldavad teadlastel välja töötada ravimeid, luua uuenduslikkemeetodid tõhusaks võitluseks geneetiliste haiguste vastu.
