بیایید عملکرد پروتئین های غیر هیستونی، اهمیت آنها برای بدن را در نظر بگیریم. این موضوع مورد توجه خاص است و شایسته مطالعه دقیق است.
پروتئین های اصلی کروماتین
پروتئین های هیستونی و غیرهیستونی مستقیماً با DNA مرتبط هستند. نقش آن در ترکیب کروموزوم های اینترفاز و میتوزی بسیار بزرگ است - ذخیره و توزیع اطلاعات ژنتیکی.
هنگام انجام چنین عملکردهایی، داشتن یک پایه ساختاری شفاف ضروری است که به مولکول های طولانی DNA اجازه می دهد تا به ترتیب واضحی مرتب شوند. این عمل به شما امکان می دهد فرکانس سنتز RNA و همانندسازی DNA را کنترل کنید.
غلظت آن در هسته اینترفاز 100 میلی گرم در میلی لیتر است. یک هسته پستانداران حاوی حدود 2 متر DNA است که در یک هسته کروی با قطر حدود 10 میکرون قرار دارد.
گروه های پروتئین
با وجود تنوع، مرسوم است که دو گروه را جدا کنید. عملکرد پروتئین های هیستونی و غیر هیستونی تفاوت های خاصی دارند. حدود 80 درصد از تمام پروتئین های کروماتین هیستون هستند. آنها از طریق پیوندهای یونی و نمکی با DNA تعامل دارند.
علی رغم مقدار قابل توجهی، هیستون ها و پروتئین های غیرهیستونی کروماتینسلول‌های یوکاریوتی که با تنوع ناچیزی از پروتئین‌ها نشان داده می‌شوند، حاوی حدود پنج تا هفت نوع مولکول هیستون هستند.
پروتئین های غیرهیستونی در کروموزوم ها عمدتاً اختصاصی هستند. آنها فقط با ساختارهای خاصی از مولکول های DNA تعامل دارند.
ویژگی های هیستون
وظیفه پروتئین های هیستونی و غیرهیستونی در کروموزوم چیست؟ هیستون ها به شکل یک کمپلکس مولکولی با DNA متصل می شوند، آنها زیرواحدهای چنین سیستمی هستند.
هیستون ها پروتئین هایی هستند که فقط برای کروماتین مشخص می شوند. آنها دارای ویژگی های خاصی هستند که به آنها امکان می دهد عملکردهای خاصی را در موجودات زنده انجام دهند. اینها پروتئین های قلیایی یا پایه هستند که با محتوای نسبتاً بالایی از آرژنین و لیزین مشخص می شوند. به دلیل بارهای مثبت بر روی گروه های آمینه، یک پیوند الکترواستاتیک یا نمک با بارهای مخالف بر روی ساختارهای فسفات DNA ایجاد می شود.
این پیوند کاملاً ناپایدار است، به راحتی از بین می رود و تجزیه به هیستون ها و DNA رخ می دهد. کروماتین به عنوان یک کمپلکس نوکلئیک-پروتئین پیچیده در نظر گرفته می شود که در داخل آن مولکول های DNA خطی بسیار پلیمری و همچنین تعداد قابل توجهی مولکول هیستون وجود دارد.
خواص
هیستون ها پروتئین های نسبتاً کوچکی از نظر وزن مولکولی هستند. آنها در تمام یوکاریوت ها دارای خواص مشابه هستند و توسط کلاس های مشابهی از هیستون ها یافت می شوند. به عنوان مثال، انواع H3 و H4 غنی از آرژنین در نظر گرفته می شوند، زیرا حاوی مقدار کافی از آن هستنداسیدهای آمینه.
انواع هیستون
این گونه هیستون ها محافظه کارانه در نظر گرفته می شوند، زیرا توالی اسید آمینه در آنها حتی در گونه های دور مشابه است.
H2A و H2B به عنوان پروتئین های لیزین متوسط در نظر گرفته می شوند. اشیاء مختلف در این گروه ها دارای تغییراتی در ساختار اولیه و همچنین در توالی باقی مانده اسیدهای آمینه هستند.
هیستون H1 کلاسی از پروتئین ها است که در آن اسیدهای آمینه به ترتیب مشابهی مرتب شده اند.
آنها تغییرات بین بافتی و بین گونه ای قابل توجهی را نشان می دهند. مقدار قابل توجهی لیزین به عنوان یک خاصیت عمومی در نظر گرفته می شود که در نتیجه می توان این پروتئین ها را از کروماتین در محلول های نمکی رقیق جدا کرد.
هیستون‌های همه طبقات با توزیع خوشه‌ای از اسیدهای آمینه اصلی: آرژنین و لیزین در انتهای مولکول‌ها مشخص می‌شوند.
H1 دارای یک پایانه N متغیر است که با هیستون های دیگر برهمکنش می کند، و C-پایانه با لیزین غنی شده است، این اوست که با DNA تعامل دارد.
تغییرات هیستون در طول زندگی سلول ها امکان پذیر است:
- متیلاسیون؛
- استیلاسیون.
چنین فرآیندهایی منجر به تغییر در تعداد بارهای مثبت می شود، آنها واکنش های برگشت پذیر هستند. هنگامی که باقی مانده های سرین فسفریله می شوند، بار منفی اضافی ظاهر می شود. چنین تغییراتی بر خواص هیستون ها و برهمکنش آنها با DNA تأثیر می گذارد. به عنوان مثال، هنگامی که هیستون ها استیله می شوند، فعال شدن ژن مشاهده می شود و دفسفوریلاسیون باعث تراکم زدایی و تراکم می شود.کروماتین.
ویژگی های سنتز
این فرآیند در سیتوپلاسم اتفاق می افتد، سپس به هسته منتقل می شود و در طول همانندسازی آن در دوره S به DNA متصل می شود. پس از توقف سنتز DNA توسط سلول، RNA هیستون اطلاعات در عرض چند دقیقه تجزیه می شود، فرآیند سنتز متوقف می شود.
تقسیم به گروهها
انواع مختلفی از پروتئین های غیر هیستونی وجود دارد. تقسیم آنها به پنج گروه مشروط است، بر اساس شباهت درونی است. تعداد قابل توجهی از خواص متمایز در موجودات یوکاریوتی بالاتر و پایین تر شناسایی شده است.
به عنوان مثال، به جای H1، مشخصه بافت موجودات مهره داران تحتانی، هیستون H5 یافت می شود که حاوی سرین و آرژنین بیشتری است.
همچنین شرایطی وجود دارد که با فقدان جزئی یا کامل گروه های هیستون در یوکاریوت ها مرتبط است.
کارکرد
پروتئین های مشابه در باکتری ها، ویروس ها، میتوکندری ها یافت شده است. به عنوان مثال، در E.coli، پروتئین هایی در سلول یافت شد که ترکیب اسید آمینه آنها شبیه هیستون ها است.
پروتئین های کروماتین غیرهیستونی عملکردهای مهمی را در موجودات زنده انجام می دهند. قبل از شناسایی نوکلئوزومها، دو فرضیه در رابطه با اهمیت عملکردی، نقش تنظیمی و ساختاری این پروتئین‌ها مورد استفاده قرار گرفت.
مشخص شد که وقتی RNA پلیمراز به کروماتین جدا شده اضافه می شود، الگویی برای فرآیند رونویسی به دست می آید. اما فعالیت او تخمین زده می شودتنها 10 درصد آن برای DNA خالص است. با حذف گروه های هیستون افزایش می یابد و در غیاب آنها حداکثر مقدار است.
این نشان می دهد که محتوای کل هیستون ها به شما امکان می دهد روند رونویسی را کنترل کنید. تغییرات کمی و کیفی در هیستون ها بر فعالیت کروماتین و میزان فشردگی آن تأثیر می گذارد.
مسئله اختصاصی بودن ویژگی های تنظیمی هیستون ها در طول سنتز mRNA های خاص در سلول های مختلف به طور کامل مورد مطالعه قرار نگرفته است.
با افزودن تدریجی یک کسر هیستونی به محلول های حاوی DNA خالص، رسوب به شکل کمپلکس DNP مشاهده می شود. هنگامی که هیستون ها از محلول کروماتین حذف می شوند، یک انتقال کامل به یک باز محلول رخ می دهد.
عملکرد پروتئین های غیر هیستونی به ساخت مولکول ها محدود نمی شود، آنها بسیار پیچیده تر و چندوجهی هستند.
اهمیت ساختاری نوکلئوزومها
در اولین مطالعات الکترومیکروسکوپی و بیوشیمیایی، وجود ساختارهای رشته ای در فرآورده های DPN ثابت شد که قطر آنها در محدوده 50-5 نانومتر است. با بهبود ایده ها در مورد ساختار مولکول های پروتئین، می توان دریافت که رابطه مستقیمی بین قطر فیبریل کروماتین و روش جداسازی دارو وجود دارد.
روی برش های نازک کروموزوم های میتوزی و هسته های اینترفاز، پس از شناسایی با گلوتارآلدئید، فیبریل های کرومیته یافت شد که ضخامت آنها 30 نانومتر است.
فیبریل ها اندازه های مشابهی دارندکروماتین در مورد تثبیت فیزیکی هسته آنها: در هنگام انجماد، خرد کردن، گرفتن ماکت از آماده سازی مشابه.
پروتئین های غیر هیستونی کروماتین به دو روش مختلف توسط نوکلئوزوم های ذرات کروماتین کشف شده اند.
تحقیق
هنگامی که آماده‌سازی کروماتین بر روی بستری برای میکروسکوپ الکترونی در شرایط قلیایی با قدرت یونی ناچیز قرار می‌گیرد، رشته‌های کروماتین مشابه دانه‌ها به‌دست می‌آیند. اندازه آنها از 10 نانومتر تجاوز نمی کند و گلبول ها توسط بخش های DNA به هم متصل می شوند که طول آنها از 20 نانومتر تجاوز نمی کند. در طول مشاهدات، امکان برقراری ارتباط بین ساختار DNA و محصولات پوسیدگی وجود داشت.
اطلاعات جالب
پروتئین های غیر هیستونی حدود بیست درصد از پروتئین های کروماتین را تشکیل می دهند. آنها پروتئین هستند (به جز آنهایی که توسط کروموزوم ها ترشح می شوند). پروتئین های غیر هیستونی گروه ترکیبی از پروتئین ها هستند که نه تنها از نظر خواص، بلکه از نظر اهمیت عملکردی نیز با یکدیگر متفاوت هستند.
بیشتر آنها به پروتئین های ماتریکس هسته ای اشاره دارند که هم در ترکیب هسته های بین فازی و هم در کروموزوم های میتوز یافت می شوند.
پروتئین های غیر هیستونی می توانند شامل حدود 450 پلیمر مجزا با وزن های مولکولی متفاوت باشند. برخی از آنها در آب محلول هستند، در حالی که برخی دیگر در محلول های اسیدی محلول هستند. با توجه به شکنندگی اتصال با کروماتین تجزیه مداوم در حضور عوامل دناتوره کننده، مشکلات قابل توجهی در طبقه بندی و توصیف این مولکول های پروتئین وجود دارد.
پروتئین های غیرهیستونی پلیمرهای تنظیم کننده هستند،رونویسی تحریک کننده همچنین مهارکننده‌هایی برای این فرآیند وجود دارد که در یک توالی خاص روی DNA متصل می‌شوند.
پروتئین های غیرهیستونی همچنین می توانند شامل آنزیم های دخیل در متابولیسم اسیدهای نوکلئیک باشند: RNA و DNA متیلازها، DNase ها، پلیمرازها، پروتئین های کروماتین.
محیط بسیاری از ترکیبات پلیمری مشابه به عنوان پروتئین های غیرهیستونی با تحرک بالا مورد مطالعه قرار گرفته است. آنها با تحرک الکتروفورتیک خوب، استخراج در محلول نمک معمولی مشخص می شوند.
پروتئین HMG در چهار نوع وجود دارد:
- HMG-2 (m.w.=26,000)،
- HMG-1 (m.w.=25500)،
- HMG-17 (m.w.=9247)،
- HMG-14 (m.w.=100,000).
یک سلول زنده از چنین ساختارهایی حاوی بیش از 5٪ از مقدار کل هیستون نیست. آنها به ویژه در کروماتین فعال رایج هستند.
HMG-2 و پروتئین های HMG-1 در نوکلئوزوم ها گنجانده نمی شوند، آنها فقط به قطعات پیوند دهنده DNA متصل می شوند.
پروتئین های HMG-14 و HMG-17 می توانند به پلیمرهای قلب مانند نوکلئوزوم ها متصل شوند و در نتیجه سطح مونتاژ فیبرهای DNP تغییر می کند و برای واکنش با RNA پلیمراز در دسترس تر خواهند بود. در چنین شرایطی، پروتئین های HMG نقش تنظیم کننده فعالیت رونویسی را ایفا می کنند. مشخص شد که بخش کروماتین، که حساسیت بیشتری به DNase I دارد، با پروتئین های HMG اشباع شده است.
نتیجه گیری
سومین سطح سازماندهی ساختاری کروماتین، حوزه های حلقه DNA است. در جریان تحقیق مشخص شد که تنهابا رمزگشایی از اصل اجزای اولیه کروموزومی، بدست آوردن یک تصویر کامل از کروموزوم ها در میتوز، در فاز بینابینی مشکل است.
تراکم DNA به میزان ۴۰ برابر به دلیل حداکثر مارپیچ شدن به دست می آید. این برای دریافت ایده واقعی از اندازه و ویژگی های کروموزوم ها کافی نیست. به طور منطقی می توان نتیجه گرفت که حتی سطوح بالاتری از مجموعه DNA وجود دارد که با کمک آن می توان کروموزوم ها را به طور واضح مشخص کرد.
دانشمندان توانسته اند سطوح مشابهی از سازماندهی کروماتین را در نتیجه تراکم زدایی مصنوعی آن تشخیص دهند. در چنین شرایطی، پروتئین‌های خاصی به بخش‌های خاصی از DNA که دارای دامنه‌هایی در مکان‌های ارتباط هستند، متصل می‌شوند.
اصل بسته بندی حلقه DNA در سلول های یوکاریوتی نیز کشف شد.
به عنوان مثال، اگر هسته های جدا شده با محلول نمک خوراکی درمان شوند، یکپارچگی هسته حفظ می شود. این ساختار به نوکلئوتید معروف شد. حاشیه آن شامل تعداد قابل توجهی حلقه DNA بسته است که اندازه متوسط آنها 60 کیلوبایت است.
با جداسازی مقدماتی کرومرها، و به دنبال آن استخراج هیستون از آنها، ساختارهای حلقه مانند روزت در زیر میکروسکوپ الکترونی قابل مشاهده خواهند بود. تعداد حلقه ها در یک سوکت از 15 تا 80 است، طول کل DNA به 50 میکرون می رسد.
ایده‌هایی درباره ساختار و ویژگی‌های عملکردی اصلی مولکول‌های پروتئین، که در جریان فعالیت‌های تجربی به‌دست می‌آیند، به دانشمندان اجازه می‌دهد تا داروها را توسعه دهند، خلاقانه ایجاد کنند.روش های مبارزه موثر با بیماری های ژنتیکی.
