دعونا ننظر في وظائف البروتينات غير هيستون ، وأهميتها بالنسبة للجسم. هذا الموضوع ذو أهمية خاصة ويستحق دراسة مفصلة.
بروتينات الكروماتين الرئيسية
ترتبط بروتينات هيستون وغير هيستون ارتباطًا مباشرًا بالحمض النووي. دورها في تكوين الطور البيني والكروموسومات الانقسامية كبير جدًا - تخزين المعلومات الوراثية وتوزيعها.
عند تنفيذ مثل هذه الوظائف ، من الضروري أن يكون لديك قاعدة هيكلية واضحة تسمح بترتيب جزيئات الحمض النووي الطويلة بترتيب واضح. يسمح لك هذا الإجراء بالتحكم في وتيرة تخليق الحمض النووي الريبي وتكرار الحمض النووي.
تركيزه في نواة الطور البيني 100 مجم / مل. تحتوي نواة أحد الثدييات على حوالي 2 متر من الحمض النووي ، المترجمة في نواة كروية يبلغ قطرها حوالي 10 ميكرون.
مجموعات البروتين
على الرغم من التنوع ، فمن المعتاد تحديد مجموعتين. وظائف هيستون وبروتينات غير هيستون لها اختلافات معينة. حوالي 80 في المائة من جميع بروتينات الكروماتين هي هيستونات. يتفاعلون مع الحمض النووي من خلال الروابط الأيونية والملحية.
على الرغم من وجود كمية كبيرة ، هيستون والبروتينات غير هيستون من الكروماتينتمثلها مجموعة غير مهمة من البروتينات ، تحتوي الخلايا حقيقية النواة على حوالي خمسة إلى سبعة أنواع من جزيئات هيستون.
البروتينات غير الهيستونية في الكروموسومات محددة في الغالب. تتفاعل فقط مع هياكل معينة من جزيئات الحمض النووي.
ميزات هيستون
ما هي وظائف هيستون وبروتينات غير هيستون في الكروموسوم؟ ترتبط الهستونات في شكل مركب جزيئي مع الحمض النووي ، فهي وحدات فرعية لهذا النظام.
الهستونات هي بروتينات مميزة للكروماتين فقط. لديهم صفات معينة تسمح لهم بأداء وظائف محددة في الكائنات الحية. هذه هي البروتينات القلوية أو الأساسية ، وتتميز بمحتوى مرتفع إلى حد ما من الأرجينين والليسين. بسبب الشحنات الموجبة على المجموعات الأمينية ، ينتج عن الرابطة الكهروستاتيكية أو الملحية شحنة معاكسة على هياكل الفوسفات في الحمض النووي.
هذه الرابطة قابلة للتحلل تمامًا ، ويمكن تدميرها بسهولة ، ويحدث التفكك في الهيستونات والحمض النووي. يعتبر الكروماتين مركب بروتين نووي معقد ، يوجد بداخله جزيئات DNA خطية بوليمرية عالية ، بالإضافة إلى عدد كبير من جزيئات هيستون.
خصائص
الهستونات هي بروتينات صغيرة إلى حد ما من حيث الوزن الجزيئي. لديهم خصائص مماثلة في جميع حقيقيات النوى وتوجد في فئات مماثلة من الهيستونات. على سبيل المثال ، تعتبر الأنواع H3 و H4 غنية بالأرجينين ، لأنها تحتوي على كمية كافية من هذاالأحماض الأمينية.
أنواع مختلفة من الهستونات
تعتبر هذه الهستونات متحفظة ، لأن تسلسل الأحماض الأمينية فيها متشابه حتى في الأنواع البعيدة.
H2A و H2B تعتبر بروتينات ليسين معتدلة. الكائنات المختلفة داخل هذه المجموعات لها بعض الاختلافات في البنية الأولية ، وكذلك في تسلسل بقايا الأحماض الأمينية.
هيستون H1 هي فئة من البروتينات يتم فيها ترتيب الأحماض الأمينية في تسلسل مماثل.
تظهر اختلافات أكثر أهمية في الأنسجة بين الأنواع. تعتبر كمية كبيرة من اللايسين خاصية عامة ، ونتيجة لذلك يمكن فصل هذه البروتينات عن الكروماتين في المحاليل الملحية المخففة.
تتميز الهستونات من جميع الفئات بتوزيع عنقودي للأحماض الأمينية الرئيسية: أرجينين ولايسين في نهايات الجزيئات.
H1 له طرف N متغير يتفاعل مع الهيستونات الأخرى ، والطرف C غني باللايسين ، وهو الذي يتفاعل مع الحمض النووي.
تعديلات هيستون ممكنة خلال حياة الخلايا:
- مثيلة ؛
- أستلة.
مثل هذه العمليات تؤدي إلى تغيير في عدد الشحنات الموجبة ، فهي ردود فعل قابلة للعكس. عندما يتم فسفرة بقايا السيرين ، تظهر شحنة سالبة زائدة. تؤثر هذه التعديلات على خصائص الهيستونات وتفاعلها مع الحمض النووي. على سبيل المثال ، عندما يتم أسيتلة الهيستونات ، يتم ملاحظة تنشيط الجين ، وتؤدي إزالة الفسفرة إلى إزالة التكثيف والتكثيفكروماتين
ميزات التوليف
تحدث العملية في السيتوبلازم ، ثم يتم نقلها إلى النواة ، وترتبط بالحمض النووي أثناء تكرارها في فترة S. بعد توقف الخلية عن تخليق الحمض النووي ، تتحلل معلومات هيستون RNA في غضون بضع دقائق ، وتتوقف عملية التوليف.
تقسيم إلى مجموعات
هناك أنواع مختلفة من البروتينات غير هيستون. تقسيمهم إلى خمس مجموعات مشروط ، ويستند إلى التشابه الداخلي. تم تحديد عدد كبير من الخصائص المميزة في الكائنات حقيقية النواة الأعلى والأدنى.
على سبيل المثال ، بدلاً من H1 ، وهي سمة من سمات أنسجة الكائنات الفقارية السفلية ، تم العثور على هيستون H5 ، والذي يحتوي على المزيد من السيرين والأرجينين.
هناك أيضًا مواقف مرتبطة بالغياب الجزئي أو الكامل لمجموعات هيستون في حقيقيات النوى.
الوظيفة
تم العثور على بروتينات مماثلة في البكتيريا والفيروسات والميتوكوندريا. على سبيل المثال ، في الإشريكية القولونية ، تم العثور على البروتينات في الخلية ، والتي تشبه تكوين الأحماض الأمينية الهستونات.
تؤدي بروتينات الكروماتين غير الهيستونية وظائف مهمة في الكائنات الحية. قبل تحديد النيوكليوسومات ، تم استخدام فرضيتين فيما يتعلق بالأهمية الوظيفية والتنظيمية والهيكلية لهذه البروتينات.
وجد أنه عند إضافة RNA polymerase إلى الكروماتين المعزول ، يتم الحصول على قالب لعملية النسخ. لكن نشاطه يقدرفقط 10 بالمائة من ذلك للحمض النووي النقي. تزداد مع إزالة مجموعات هيستون ، وفي حالة عدم وجودها تكون القيمة القصوى.
يشير هذا إلى أن المحتوى الكلي للهستونات يسمح لك بالتحكم في عملية النسخ. تؤثر التغيرات النوعية والكمية في الهستونات على نشاط الكروماتين ودرجة انضغاطه.
مسألة خصوصية الخصائص التنظيمية للهيستونات أثناء تخليق mRNAs معينة في خلايا مختلفة لم تتم دراستها بشكل كامل.
مع الإضافة التدريجية لكسر هيستون إلى المحاليل التي تحتوي على DNA نقي ، لوحظ هطول الأمطار في شكل معقد DNP. عندما تتم إزالة الهستونات من محلول الكروماتين ، يحدث انتقال كامل إلى قاعدة قابلة للذوبان.
لا تقتصر وظائف البروتينات غير الهيستون على تكوين الجزيئات ، فهي أكثر تعقيدًا ومتعددة الأوجه.
الأهمية الهيكلية للنيوكليوسومات
في الدراسات الكهروميكروسكوبية والكيميائية الحيوية الأولى ، ثبت أن هناك تراكيب خيطية في مستحضرات DPN ، قطرها في حدود 5-50 نانومتر. مع تحسين الأفكار حول بنية جزيئات البروتين ، كان من الممكن معرفة أن هناك علاقة مباشرة بين قطر ليفي الكروماتين وطريقة عزل الدواء.
على أقسام رقيقة من الكروموسومات الانقسامية ونواة الطور البيني ، بعد الكشف باستخدام الجلوتارالدهيد ، تم العثور على ليفات كرومية ، سمكها 30 نانومتر.
الألياف لها أحجام مماثلةالكروماتين في حالة التثبيت المادي لنواتها: أثناء التجميد ، التقطيع ، أخذ نسخ طبق الأصل من مستحضرات مماثلة.
تم اكتشاف بروتينات الكروماتين غير هيستون بطريقتين مختلفتين بواسطة نيوكليوسومات جسيمات الكروماتين.
بحث
عندما يتم ترسيب مستحضرات الكروماتين على ركيزة للفحص المجهري الإلكتروني تحت ظروف قلوية ذات قوة أيونية ضئيلة ، يتم الحصول على خيوط كروماتين مماثلة للخرز. لا يتجاوز حجمها 10 نانومتر ، وتترابط الكريات بواسطة مقاطع DNA ، لا يتجاوز طولها 20 نانومتر. في سياق الملاحظات ، كان من الممكن إنشاء علاقة بين بنية الحمض النووي ومنتجات الاضمحلال.
معلومات مثيرة للاهتمام
تشكل البروتينات غير هيستون حوالي عشرين بالمائة من بروتينات الكروماتين. إنها بروتينات (باستثناء تلك التي تفرزها الكروموسومات). البروتينات غير هيستون هي مجموعة مجمعة من البروتينات تختلف عن بعضها البعض ليس فقط في الخصائص ، ولكن أيضًا في الأهمية الوظيفية.
يشير معظمها إلى بروتينات المصفوفة النووية ، والتي توجد في تكوين نوى الطور البيني وفي الكروموسومات الانقسامية.
يمكن أن تشتمل البروتينات غير الهيستون على حوالي 450 بوليمرًا فرديًا بأوزان جزيئية مختلفة. بعضها قابل للذوبان في الماء ، والبعض الآخر قابل للذوبان في المحاليل الحمضية. بسبب هشاشة الاتصال بالكروماتين من التفكك المستمر في وجود عوامل تغيير طبيعة ، هناك مشاكل كبيرة في تصنيف ووصف جزيئات البروتين.
البروتينات غير الهيستونية هي بوليمرات تنظيمية ،تحفيز النسخ. هناك أيضًا مثبطات لهذه العملية ترتبط بتسلسل معين على الحمض النووي.
يمكن أن تشمل البروتينات غير الهيستونية أيضًا الإنزيمات المشاركة في عملية التمثيل الغذائي للأحماض النووية: RNA و DNA methylases ، DNases ، البوليميرات ، بروتينات الكروماتين.
تعتبر بيئة العديد من المركبات البوليمرية المتشابهة أكثر البروتينات غير الهيستون التي تمت دراستها وذات قدرة عالية على الحركة. وهي تتميز بحركة جيدة للكهرباء ، واستخراجها في محلول ملح شائع.
بروتينات HMG تأتي في أربعة أنواع:
- HMG-2 (ميغاواط=26000) ،
- HMG-1 (ميغاواط=25500) ،
- HMG-17 (ميغاواط=9247) ،
- HMG-14 (ميغاواط=100000).
لا تحتوي الخلية الحية لهذه الهياكل على أكثر من 5 ٪ من إجمالي كمية الهيستونات. وهي شائعة بشكل خاص في الكروماتين النشط.
لا يتم تضمين بروتينات
HMG-2 و HMG-1 في النيوكليوسومات ، فهي ترتبط فقط بشظايا الحمض النووي الرابط.
البروتينات HMG-14 و HMG-17 قادرة على الارتباط ببوليمرات تشبه القلب من النيوكليوزومات ، مما يؤدي إلى تغيير في مستوى تجميع ألياف DNP ، وسيكون الوصول إليها أكثر سهولة للتفاعل مع بوليميريز RNA. في مثل هذه الحالة ، تلعب بروتينات HMG دور منظمات نشاط النسخ. وجد أن جزء الكروماتين ، الذي لديه حساسية متزايدة لـ DNase I ، مشبع ببروتينات HMG.
الخلاصة
المستوى الثالث من التنظيم الهيكلي للكروماتين هو المجالات الحلقية للحمض النووي. في سياق البحث ، وجد أن فقطبفك تشفير مبدأ المكونات الأولية للكروموسومات ، من الصعب الحصول على صورة كاملة للكروموسومات في الانقسام ، في الطور البيني.
يتم الحصول على تكثيف الحمض النووي بمقدار 40 مرة بسبب الحد الأقصى من التصاعد. هذا لا يكفي للحصول على فكرة حقيقية عن حجم وخصائص الكروموسومات. يمكن الاستنتاج منطقيًا أنه يجب أن تكون هناك مستويات أعلى من تجميع الحمض النووي ، والتي من خلالها سيكون من الممكن وصف الكروموسومات بشكل لا لبس فيه.
تمكن العلماء من اكتشاف مستويات مماثلة من تنظيم الكروماتين نتيجة لتفكيكه الاصطناعي. في مثل هذه الحالة ، سوف ترتبط بروتينات معينة بأقسام معينة من الحمض النووي التي لها مجالات في أماكن الارتباط.
تم اكتشاف مبدأ تغليف حلقة الحمض النووي أيضًا في الخلايا حقيقية النواة.
على سبيل المثال ، إذا تمت معالجة النوى المعزولة بمحلول ملح الطعام ، فسيتم الحفاظ على سلامة النواة. أصبح هذا الهيكل معروفًا باسم النيوكليوتيدات. يشتمل محيطه على عدد كبير من حلقات DNA المغلقة ، يبلغ متوسط حجمها 60 كيلو بايت.
مع العزل التحضيري للكروميرات ، متبوعًا باستخراج الهيستونات منها ، ستكون الهياكل الحلقية الشبيهة بالورد مرئية تحت المجهر الإلكتروني. عدد الحلقات في مقبس واحد من 15 إلى 80 ، ويصل الطول الإجمالي للحمض النووي إلى 50 ميكرون.
تتيح الأفكار المتعلقة بالبنية والخصائص الوظيفية الرئيسية لجزيئات البروتين ، التي تم الحصول عليها في سياق الأنشطة التجريبية ، للعلماء تطوير الأدوية ، وخلق ابتكاراتطرق المكافحة الفعالة ضد الأمراض الوراثية.
