Хистон и нехистонови протеини: видове, функции

Помислете за функциите на нехистоновите протеини, тяхното значение за организма. Тази тема е от особен интерес, заслужава подробно проучване.

Основни протеини на хроматина

Хистоновите и нехистоновите протеини са директно свързани с ДНК. Нейната роля в състава на интерфазните и митотичните хромозоми е доста висока - съхранението и разпространението на генетична информация.

При осъществяването на такива функции е необходимо да има ясна структурна база, която позволява дълги ДНК молекули да бъдат подредени в ясен ред. Такова действие прави възможно да се контролира периодичността на курса на РНК синтеза, ДНК редукция.

Неговата концентрация в интерфазното ядро ​​е 100 mg / ml. Едно ядро ​​на бозайник представлява около 2 m ДНК, локализирана в сферично ядро ​​с диаметър от порядъка на 10 цт.

Групи протеини

Въпреки разнообразието, обичайно е да се отделят две групи. Функциите на хистоновите и нехистоновите протеини имат някои разлики. Около 80% от всички хроматинови протеини са хистони. Те взаимодействат с ДНК поради йонни и солеви връзки.

Въпреки значителното количество хистони и нехистонови хроматинови протеини са представени от незначително разнообразие от протеини, еукариотните клетки съдържат около пет до седем вида хистонови молекули.

Нехистоновите протеини в хромозомите са най-вече специфични. Те взаимодействат само с определени структури на ДНК молекули.

Характеристики на хистоните

Какви са функциите на хистоновите и нехистоновите протеини в хромозомата? Хистоните се свързват като молекулен комплекс с ДНК, те са субединици на такава система.

Хистоните са протеини, които са 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 достатъчно високо съдържание на аргинин и лизин. Поради положителните заряди на аминогрупите се определя електростатична или солева връзка с противоположни заряди върху структурите на фосфатната ДНК.

Такава връзка е доста лабилна, лесно се разрушава, с дисоциация с хистони и ДНК. Предполага се хроматин комплексен нуклеинов протеин комплекс, в който има високи полимерни линейни ДНК молекули, както и значителен брой хистонови молекули.

свойства

Хистоните са доста малки протеини с молекулно тегло. Те притежават подобни свойства във всички еукариоти и се намират от подобни класове хистони. Например, видовете НЗ и Н4 се считат за богати на аргинин, тъй като съдържат достатъчно количество от тази аминокиселина.

Видове хистони

Такива хистони се считат за консервативни, тъй като аминокиселинната последователност в тях е подобна дори при отдалечени видове.

Н2А и Н2В се считат за протеини с умерено съдържание на лизин. Различните обекти в тези групи имат някои вариации в първичната структура, както и в последователността на аминокиселинните остатъци.

Хистон Н1 е клас протеини, в които аминокиселините са подредени в подобна последователност.

Те разкриват повече интертисални и интерспецифични вариации. Като общо свойство се има предвид значително количество лизин, в резултат на което тези протеини могат да бъдат отделени от хроматина в разредени солеви разтвори.

Хистоните от всички класове се характеризират с клъстерно разпределение на основните аминокиселини: аргинин и лизин в краищата на молекулите.

H1 се характеризира с променлив N-край, който взаимодейства с други хистони, а С-крайът е обогатен с лизин, който взаимодейства с ДНК.

В живота на клетките са възможни хистонни модификации:

• метилиране;
• ацетилиране.

Такива процеси водят до промяна в броя на положителните такси, те са обратими реакции. При фосфорилирането на серинови остатъци се появява прекомерно отрицателен заряд. Такива модификации засягат свойствата на хистоните, тяхното взаимодействие с ДНК. Например, когато хистоните се ацетилират, се наблюдава активиране на гени и дефосфорилирането предизвиква декондензация и кондензация на хроматина.

Характеристики на синтеза

Процесът се осъществява в цитоплазмата, след което се транспортира до ядрото, свързва се с ДНК, когато се репликира в S-периода. След спиране на синтеза на ДНК от ДНК, информацията за хистон РНК се разлага в рамките на няколко минути, процесът на синтез спира.

Подразделяне в групи

Разпределят се различни видове нехистонови протеини. Разделението в пет групи е условно, основава се на вътрешна прилика. Значителен брой отличителни свойства се откриват при висшите и долните еукариотни организми.

Например, вместо H1, характерна за тъканите на по-нисшите гръбначни организми, се установява хистон Н5, който съдържа повече серин и аргинин.

Съществуват и ситуации, свързани с частичното или пълно отсъствие на хистонови групи в еукариотите.

функционалност

Подобни протеини са открити в бактерии, вируси, митохондрии. Например, в Е. coli протеините се намират в клетката, чийто аминокиселинен състав е подобен на хистоните.

Нехистоновите хроматинови протеини изпълняват важни функции в живите организми. Преди откриването на нуклеозомите бяха използвани две хипотези за функционалната значимост, регулаторната, структурна роля на такива протеини.

Установено е, че когато РНК полимеразата се прибавя към изолирания хроматин, се получава матрица за транскрипционния процес. Но неговата активност се оценява само в 10 процента от подобен показател за чиста ДНК. Той се увеличава с отстраняването на групи от хистони и в отсъствието им е максималната стойност.

Това показва, че общото съдържание на хистоните ви позволява да контролирате процеса на транскрибиране. Качествените и количествените промени в хистоните влияят върху активността на хроматина, степента на неговата компактност.

Въпросът за спецификата на регулаторните характеристики на хистоните по време на синтеза на специфична i-РНК в различни клетки не е напълно изследван.

С постепенното добавяне на фракция от хистони към разтвори, съдържащи чиста ДНК, се наблюдава утаяване като комплекс от DNP. Когато хистонният хроматин се отстранява от разтвора, се осъществява пълен преход към разтворимата основа.

Функциите на нехистоновите протеини не се ограничават до изграждането на молекули, те са много по-сложни и многообразни.

Структурно значение на нуклеозомите

В първите електромикроскопски и биохимични изследвания е доказано, че препаратите с DPN имат влакнести структури с диаметър в диапазона от 5-50 nm. Тъй като концепцията за структурата на протеина молекули беше възможно да се установи, че съществува пряка връзка между диаметъра на хроматиновия фибрил и начина, по който лекарството е изолирано.

На тънки участъци от митотични хромозоми и интерфазни ядра след откриване глутаралдехид бяха намерени хромирани фибрили с дебелина 30 nm.

Хроматинните фибрили имат подобни размери в случай на физическо фиксиране на техните ядра: по време на замразяване, отрязване, вземане на реплики от подобни препарати.

Нехистоновите хроматинови протеини бяха открити чрез два различни метода на нуклеозомни частици на хроматина.

изследване

Когато хроматинови препарати се утаяват върху субстрат за електронна микроскопия при алкални условия, с неесенциална йонна сила, се получават хроматинови нишки, подобни на перлите. Размерът им не надвишава 10 nm и глобулите се свързват чрез сегменти от ДНК, дължината на която не надвишава 20 nm. По време на наблюденията е възможно да се установи връзка между структурата на ДНК и продуктите на гниене.

Интересна информация

Нехистоновите протеини съставляват около двадесет процента хроматинови протеини. Те са протеини (с изключение на тези, които се отличават с хромозоми). Нехистоновите протеини са комбинирана група от протеини, които се различават не само от свойствата, но и от функционално значение.

Повечето от тях се отнасят до ядрени матрични протеини, които се намират в двете интерфазни ядра и митотични хромозоми.

Нехистоновите протеини могат да включват около 450 отделни полимера с различни молекулни тегла. Някои от тях са разтворими във вода, има и такива, които са разтворими в кисели разтвори. Поради крехкостта на връзката с хроматина на продължаващата дисоциация в присъствието на денатуриращи агенти, съществуват значителни проблеми с класификацията и описанието на тези протеинови молекули.

Нехистоновите протеини са регулаторни полимери, които стимулират транскрипцията. Има инхибитори на този процес, които се свързват в специфична последователност с ДНК.

Нехистонови протеини могат да включват ензими, които участват в метаболизма на нуклеинови киселини: РНК метилаза и ДНК, ДНК-а, полимераза и хроматинови протеини.

Околната среда на множеството от такива полимерни съединения се счита за най-изследваните нехистонови протеини с висока мобилност. Те се характеризират с добра електрофоретична подвижност, екстракция в разтвор на яйчна маса.

HMG протеините са представени в четири форми:

• HMG-2 (mv = 26,000),
• HMG-1 (mv = 25 500),
• HMG-17 (mc = 9247),
• HMG-14 (mv = 100,000).

В живите клетки на тези структури не съдържа повече от 5% от общия брой на хистоните. Те са особено често срещани при активния хроматин.

Протеините HMG-2 и HMG-1 не са включени в нуклеозомата, те се свързват само с линкерните фрагменти на ДНК.

Протеини HMG-14 и HMG-17 може да се свързва serdtsepodobnymi полимери нуклеозоми, в резултат на изменението на ниво сглобяване DNP фибрилите, те ще бъдат по-достъпен за реакция с полимераза на РНК. В подобна ситуация, протеините на HMG действат като регулатори на транскрипционната активност. Възможно е да се разкрие, че фракцията на хроматина, която има повишена чувствителност към ДНаза I, е наситена с HMG протеини.

заключение

Третото ниво на структурната организация на хроматина е верижните ДНК домени. По време на изследването беше установено, че е трудно да се получи пълна картина на хромозомите в митозата, в интерфазата, само когато се дешифрира принципът на елементарните компоненти на хромозомата.

ДНК уплътняването се получава 40 пъти поради максимална спиралация. Това не е достатъчно, за да се получи истинска представа за размера и характеристиките на хромозомите. Може да се направи логично заключение, че трябва да има дори по-високи нива на ДНК монтаж, с помощта на които би било възможно да се даде недвусмислено обща характеристика на хромозомите.

Учените успяват да намерят подобни нива на организация на хроматина в резултат на изкуствената си декондензация. В подобна ситуация, специфични протеини ще се свържат с някои части от ДНК, които имат домейни в кръстовището.

Принципът на опаковане на ДНК в бримката също е намерен в еукариотните клетки.

Например, ако извършвате обработка на изолираните ядра с разтвор на обикновена сол, целостта на сърцевината ще бъде запазена. Подобна структура започва да се нарича нуклеотид. Периферията му включва значителен брой затворени вериги на ДНК, чийто среден размер е 60 kb.

При подготвителната изолация на хромомерите, последващата екстракция на хистони от тях, под електронен микроскоп, ще се наблюдава структури, подобни на розетки. Броят на бримките в една гнездо е от 15 до 80, общата дължина на ДНК достига 50 микрона.

Представите на структурата и основните функционални характеристики на протеиновите молекули, получени по време на експерименталната дейност, позволяват на учените да разработват наркотици, да създават новаторски методи за ефективен контрол на генетичните заболявания.