Laten we eens kijken naar de functies van niet-histoneiwitten, hun belang voor het lichaam. Dit onderwerp is van bijzonder belang en verdient gedetailleerde studie.
Belangrijkste chromatine-eiwitten
Histone- en niet-histoneiwitten zijn direct gekoppeld aan DNA. Zijn rol in de samenstelling van interfase en mitotische chromosomen is vrij groot - de opslag en distributie van genetische informatie.
Bij het uitvoeren van dergelijke functies is het noodzakelijk om een duidelijke structurele basis te hebben waarmee lange DNA-moleculen in een duidelijke volgorde kunnen worden gerangschikt. Met deze actie kunt u de frequentie van RNA-synthese en DNA-replicatie regelen.
De concentratie in de interfasekern is 100 mg/ml. Eén zoogdierkern bevat ongeveer 2 m DNA, gelokaliseerd in een bolvormige kern met een diameter van ongeveer 10 micron.
Eiwitgroepen
Ondanks de diversiteit is het gebruikelijk om twee groepen te onderscheiden. De functies van histon- en niet-histoneiwitten hebben bepaalde verschillen. Ongeveer 80 procent van alle chromatine-eiwitten zijn histonen. Ze interageren met DNA via ionische en zoutbindingen.
Ondanks een aanzienlijke hoeveelheid histonen en niet-histoneiwitten van chromatinevertegenwoordigd door een onbeduidende verscheidenheid aan eiwitten, bevatten eukaryote cellen ongeveer vijf tot zeven soorten histonmoleculen.
Nonhistone-eiwitten in chromosomen zijn meestal specifiek. Ze hebben alleen interactie met bepaalde structuren van DNA-moleculen.
Histone-functies
Wat zijn de functies van histon- en niet-histoneiwitten in het chromosoom? Histonen binden in de vorm van een moleculair complex met DNA, het zijn subeenheden van zo'n systeem.
Histonen zijn eiwitten die alleen kenmerkend zijn voor chromatine. Ze hebben bepaalde eigenschappen die hen in staat stellen om specifieke functies in organismen uit te voeren. Dit zijn alkalische of basische eiwitten, gekenmerkt door een vrij hoog geh alte aan arginine en lysine. Door de positieve ladingen op de aminogroepen ontstaat er een elektrostatische of zoutbinding met tegengestelde ladingen op de fosfaatstructuren van DNA.
Deze binding is vrij labiel, wordt gemakkelijk vernietigd en dissociatie in histonen en DNA vindt plaats. Chromatine wordt beschouwd als een complex nucleïne-eiwitcomplex, waarbinnen zich zeer polymere lineaire DNA-moleculen bevinden, evenals een aanzienlijk aantal histonmoleculen.
Eigenschappen
Histonen zijn vrij kleine eiwitten in termen van molecuulgewicht. Ze hebben vergelijkbare eigenschappen in alle eukaryoten en worden gevonden door vergelijkbare klassen van histonen. De typen H3 en H4 worden bijvoorbeeld als rijk aan arginine beschouwd, omdat ze hier voldoende van bevattenaminozuren.
Rassen van histonen
Dergelijke histonen worden als conservatief beschouwd, omdat de aminozuursequentie erin vergelijkbaar is, zelfs bij verre soorten.
H2A en H2B worden beschouwd als matige lysine-eiwitten. Verschillende objecten binnen deze groepen hebben enkele variaties in de primaire structuur, evenals in de volgorde van aminozuurresiduen.
Histone H1 is een klasse van eiwitten waarin aminozuren in een vergelijkbare volgorde zijn gerangschikt.
Ze vertonen meer significante variaties tussen weefsels en soorten. Een aanzienlijke hoeveelheid lysine wordt als een algemene eigenschap beschouwd, waardoor deze eiwitten in verdunde zoutoplossingen van chromatine kunnen worden gescheiden.
Histonen van alle klassen worden gekenmerkt door een clusterverdeling van de belangrijkste aminozuren: arginine en lysine aan de uiteinden van de moleculen.
H1 heeft een variabele N-terminus die interageert met andere histonen, en de C-terminus is verrijkt met lysine, hij is het die interageert met DNA.
Histone-modificaties zijn mogelijk tijdens de levensduur van cellen:
- methylering;
- acetylering.
Dergelijke processen leiden tot een verandering in het aantal positieve ladingen, het zijn omkeerbare reacties. Wanneer serineresiduen worden gefosforyleerd, verschijnt een overmatige negatieve lading. Dergelijke modificaties beïnvloeden de eigenschappen van histonen en hun interactie met DNA. Wanneer histonen bijvoorbeeld worden geacetyleerd, wordt genactivering waargenomen en veroorzaakt defosforylering decondensatie en condensatiechromatine.
Synthesekenmerken
Het proces vindt plaats in het cytoplasma, waarna het naar de kern wordt getransporteerd en aan DNA bindt tijdens de replicatie ervan in de S-periode. Na de stopzetting van de DNA-synthese door de cel, verv alt informatie histon-RNA binnen een paar minuten, het syntheseproces stopt.
Verdeling in groepen
Er zijn verschillende soorten niet-histoneiwitten. Hun verdeling in vijf groepen is voorwaardelijk, het is gebaseerd op interne gelijkenis. Er is een aanzienlijk aantal onderscheidende eigenschappen geïdentificeerd in hogere en lagere eukaryote organismen.
In plaats van H1, kenmerkend voor weefsels van lagere gewervelde organismen, wordt bijvoorbeeld histon H5 gevonden, dat meer serine en arginine bevat.
Er zijn ook situaties die verband houden met de gedeeltelijke of volledige afwezigheid van histongroepen in eukaryoten.
Functionaliteit
Vergelijkbare eiwitten zijn gevonden in bacteriën, virussen en mitochondriën. In E. coli werden bijvoorbeeld eiwitten in de cel gevonden waarvan de aminozuursamenstelling vergelijkbaar is met die van histonen.
Nonhistone-chromatine-eiwitten vervullen belangrijke functies in levende organismen. Voorafgaand aan de identificatie van nucleosomen werden twee hypothesen gebruikt met betrekking tot de functionele betekenis, regulerende en structurele rol van dergelijke eiwitten.
Er werd gevonden dat wanneer RNA-polymerase wordt toegevoegd aan het geïsoleerde chromatine, een sjabloon voor het transcriptieproces wordt verkregen. Maar zijn activiteit wordt geschatslechts 10 procent daarvan voor puur DNA. Het neemt toe met de verwijdering van histongroepen, en bij afwezigheid is het de maximale waarde.
Dit geeft aan dat u met de totale inhoud van histonen het transcriptieproces kunt regelen. Kwalitatieve en kwantitatieve veranderingen in histonen beïnvloeden de activiteit van chromatine, de mate van compactheid.
De vraag naar de specificiteit van de regulerende kenmerken van histonen tijdens de synthese van specifieke mRNA's in verschillende cellen is niet volledig onderzocht.
Met de geleidelijke toevoeging van een histonfractie aan oplossingen die puur DNA bevatten, wordt precipitatie waargenomen in de vorm van een DNP-complex. Wanneer histonen uit de chromatine-oplossing worden verwijderd, vindt een volledige overgang naar een oplosbare base plaats.
De functies van niet-histoneiwitten zijn niet beperkt tot de constructie van moleculen, ze zijn veel complexer en veelzijdiger.
De structurele betekenis van nucleosomen
In de eerste elektromicroscopische en biochemische onderzoeken werd bewezen dat er filamenteuze structuren zijn in DPN-preparaten, waarvan de diameter in het bereik van 5-50 nm ligt. Met de verbetering van ideeën over de structuur van eiwitmoleculen, was het mogelijk om erachter te komen dat er een directe relatie is tussen de diameter van de chromatinefibril en de methode van medicijnisolatie.
Op dunne coupes van mitotische chromosomen en interfase-kernen werden na detectie met glutaaraldehyde gechromateerde fibrillen gevonden met een dikte van 30 nm.
Fibrils hebben vergelijkbare matenchromatine in het geval van fysieke fixatie van hun kernen: tijdens het invriezen, chippen, het nemen van replica's van soortgelijke preparaten.
De niet-histoneiwitten van chromatine zijn op twee verschillende manieren ontdekt door nucleosomen van chromatinedeeltjes.
Onderzoek
Wanneer chromatinepreparaten worden afgezet op een substraat voor elektronenmicroscopie onder alkalische omstandigheden met een onbeduidende ionsterkte, worden chromatinestrengen verkregen die lijken op kralen. Hun grootte is niet groter dan 10 nm en de bolletjes zijn onderling verbonden door DNA-segmenten waarvan de lengte niet groter is dan 20 nm. Tijdens de observaties was het mogelijk om een verband te leggen tussen de structuur van DNA en vervalproducten.
Interessante informatie
Niet-histoneiwitten vormen ongeveer twintig procent van de chromatine-eiwitten. Het zijn eiwitten (behalve die welke worden uitgescheiden door chromosomen). Niet-histoneiwitten zijn een gecombineerde groep eiwitten die niet alleen van elkaar verschillen in eigenschappen, maar ook in functioneel belang.
De meeste verwijzen naar nucleaire matrix-eiwitten, die zowel in de samenstelling van interfase-kernen als in mitotische chromosomen worden aangetroffen.
Niet-histoneiwitten kunnen ongeveer 450 afzonderlijke polymeren met verschillende molecuulgewichten bevatten. Sommige zijn oplosbaar in water, andere zijn oplosbaar in zure oplossingen. Vanwege de kwetsbaarheid van de verbinding met het chromatine van de voortdurende dissociatie in aanwezigheid van denaturerende middelen, zijn er aanzienlijke problemen met de classificatie en beschrijving van deze eiwitmoleculen.
Nonhistone-eiwitten zijn regulerende polymeren,transcriptie stimuleren. Er zijn ook remmers van dit proces die in een specifieke volgorde op DNA binden.
Nonhistone-eiwitten kunnen ook enzymen omvatten die betrokken zijn bij het metabolisme van nucleïnezuren: RNA- en DNA-methylasen, DNasen, polymerasen, chromatine-eiwitten.
De omgeving van veel vergelijkbare polymere verbindingen wordt beschouwd als de meest bestudeerde niet-histoneiwitten met een hoge mobiliteit. Ze worden gekenmerkt door een goede elektroforetische mobiliteit, extractie in een oplossing van keukenzout.
HMG-eiwitten zijn er in vier soorten:
- HMG-2 (mw=26.000),
- HMG-1 (mw=25.500),
- HMG-17 (mw=9247),
- HMG-14 (mw=100.000).
Een levende cel van dergelijke structuren bevat niet meer dan 5% van de totale hoeveelheid histonen. Ze komen vooral veel voor in actief chromatine.
HMG-2- en HMG-1-eiwitten zijn niet opgenomen in nucleosomen, ze binden alleen aan linker-DNA-fragmenten.
Eiwitten HMG-14 en HMG-17 kunnen binden aan hartachtige polymeren van nucleosomen, wat resulteert in een verandering in het assemblageniveau van DNP-fibrillen, ze zullen beter toegankelijk zijn voor reactie met RNA-polymerase. In een dergelijke situatie spelen HMG-eiwitten de rol van regulatoren van transcriptionele activiteit. Het bleek dat de chromatinefractie, die een verhoogde gevoeligheid heeft voor DNase I, verzadigd is met HMG-eiwitten.
Conclusie
Het derde niveau van structurele organisatie van chromatine zijn de lusdomeinen van DNA. Tijdens het onderzoek bleek dat alleendoor het principe van chromosomale elementaire componenten te ontcijferen, is het moeilijk om een volledig beeld te krijgen van chromosomen in mitose, in interfase.
DNA-verdichting met 40 keer wordt verkregen dankzij maximale spiralisatie. Dit is niet genoeg om een echt idee te krijgen van de grootte en kenmerken van chromosomen. Logischerwijs kan worden geconcludeerd dat er nog hogere niveaus van DNA-assemblage moeten zijn, met behulp waarvan het mogelijk zou zijn om chromosomen ondubbelzinnig te karakteriseren.
Wetenschappers hebben vergelijkbare niveaus van chromatine-organisatie kunnen detecteren als gevolg van de kunstmatige decondensatie. In een dergelijke situatie zullen specifieke eiwitten binden aan bepaalde delen van het DNA die domeinen hebben op de associatieplaatsen.
Het principe van DNA-luspakking werd ook ontdekt in eukaryote cellen.
Als de geïsoleerde kernen bijvoorbeeld worden behandeld met een oplossing van keukenzout, blijft de integriteit van de kern behouden. Deze structuur werd bekend als een nucleotide. De periferie omvat een aanzienlijk aantal gesloten DNA-lussen, waarvan de gemiddelde grootte 60 kb is.
Met preparatieve isolatie van chromomeren, gevolgd door extractie van histonen, zullen lusvormige rozetachtige structuren zichtbaar worden onder een elektronenmicroscoop. Het aantal lussen in één socket is van 15 tot 80, de totale lengte van DNA bereikt 50 micron.
De ideeën over de structuur en belangrijkste functionele kenmerken van eiwitmoleculen, verkregen tijdens experimentele activiteiten, stellen wetenschappers in staat medicijnen te ontwikkelen, innovatievemethoden voor een effectieve bestrijding van genetische ziekten.
