Panagrinėkime nehistoninių b altymų funkcijas, jų svarbą organizmui. Ši tema ypač domina ir nusipelno išsamaus tyrimo.
Pagrindiniai chromatino b altymai
Histono ir nehistono b altymai yra tiesiogiai susieti su DNR. Jo vaidmuo tarpfazių ir mitozinių chromosomų sudėtyje yra gana didelis - genetinės informacijos saugojimas ir platinimas.
Atliekant tokias funkcijas, būtina turėti aiškią struktūrinę bazę, leidžiančią ilgas DNR molekules išsidėstyti aiškia tvarka. Šis veiksmas leidžia valdyti RNR sintezės ir DNR replikacijos dažnį.
Jo koncentracija tarpfaziniame branduolyje yra 100 mg/ml. Viename žinduolių branduolyje yra apie 2 m DNR, lokalizuotos maždaug 10 mikronų skersmens sferiniame branduolyje.
B altymų grupės
Nepaisant įvairovės, įprasta išskirti dvi grupes. Histono ir ne histono b altymų funkcijos turi tam tikrų skirtumų. Apie 80 procentų visų chromatino b altymų yra histonai. Jie sąveikauja su DNR per joninius ir druskos ryšius.
Nepaisant didelio kiekio chromatino histonų ir nehistoninių b altymųeukariotinėse ląstelėse, kurias sudaro nereikšminga b altymų įvairovė, yra maždaug nuo penkių iki septynių tipų histono molekulių.
Chromosomose esantys nehistoniniai b altymai dažniausiai yra specifiniai. Jie sąveikauja tik su tam tikromis DNR molekulių struktūromis.
Histone funkcijos
Kokias histoninių ir nehistoninių b altymų funkcijas chromosomoje? Histonai jungiasi su DNR molekulinio komplekso pavidalu, jie yra tokios sistemos subvienetai.
Histonai yra b altymai, būdingi tik chromatinui. Jie turi tam tikrų savybių, leidžiančių atlikti tam tikras organizmų funkcijas. Tai šarminiai arba baziniai b altymai, pasižymintys gana dideliu arginino ir lizino kiekiu. Dėl teigiamų amino grupių krūvių DNR fosfatinėse struktūrose susidaro elektrostatinis arba druskos ryšys su priešingais krūviais.
Šis ryšys yra gana labilus, jis lengvai sunaikinamas, įvyksta disociacija į histonus ir DNR. Chromatinas laikomas sudėtingu nukleino ir b altymų kompleksu, kurio viduje yra labai polimerinių linijinių DNR molekulių, taip pat daug histono molekulių.
Ypatybės
Histonai yra gana maži b altymai pagal molekulinę masę. Jie turi panašias savybes visuose eukariotuose ir yra randami panašiose histonų klasėse. Pavyzdžiui, H3 ir H4 tipai laikomi turtingais arginino, nes juose jo yra pakankamaiaminorūgštys.
Histonų veislės
Tokie histonai laikomi konservatyviais, nes aminorūgščių seka juose yra panaši net tolimose rūšyse.
H2A ir H2B laikomi vidutinio stiprumo lizino b altymais. Skirtingų šių grupių objektų pirminė struktūra, taip pat aminorūgščių liekanų seka skiriasi.
Histone H1 yra b altymų klasė, kurioje aminorūgštys yra išsidėsčiusios panašia seka.
Jie rodo reikšmingesnius audinių ir rūšių skirtumus. Didelis lizino kiekis laikomas bendra savybe, dėl to šie b altymai gali būti atskirti nuo chromatino praskiestuose druskos tirpaluose.
Visų klasių histonams būdingas pagrindinių aminorūgščių: arginino ir lizino pasiskirstymas molekulių galuose.
H1 turi kintamą N galą, kuris sąveikauja su kitais histonais, o C galas yra praturtintas lizinu, būtent jis sąveikauja su DNR.
Histono modifikacijos galimos ląstelių gyvavimo metu:
- metilinimas;
- acetilinimas.
Tokie procesai lemia teigiamų krūvių skaičiaus pasikeitimą, tai yra grįžtamos reakcijos. Kai serino likučiai fosforilinami, atsiranda neigiamo krūvio perteklius. Tokios modifikacijos turi įtakos histonų savybėms ir jų sąveikai su DNR. Pavyzdžiui, kai histonai acetilinami, stebimas genų aktyvavimas, o defosforilinimas sukelia dekondensaciją ir kondensaciją.chromatin.
Sintezės funkcijos
Procesas vyksta citoplazmoje, tada jis pernešamas į branduolį, prisijungdamas prie DNR replikacijos S periodu metu. Ląstelėje nutraukus DNR sintezę, informacinis histono RNR suyra per kelias minutes, sintezės procesas sustoja.
Paskirstymas į grupes
Yra įvairių tipų nehistoninių b altymų. Jų skirstymas į penkias grupes yra sąlyginis, pagrįstas vidiniu panašumu. Aukštesniems ir žemesniems eukariotų organizmams buvo nustatyta daug išskirtinių savybių.
Pavyzdžiui, vietoj H1, būdingo žemesniųjų stuburinių organizmų audiniams, randamas histonas H5, kuriame yra daugiau serino ir arginino.
Taip pat yra situacijų, susijusių su daliniu arba visišku histonų grupių nebuvimu eukariotuose.
Funkcionalumas
Panašių b altymų rasta bakterijose, virusuose, mitochondrijose. Pavyzdžiui, E. coli ląstelėje buvo rasta b altymų, kurių aminorūgščių sudėtis yra panaši į histonų.
Nehistoniniai chromatino b altymai atlieka svarbias funkcijas gyvuose organizmuose. Prieš identifikuojant nukleosomas, buvo iškeltos dvi hipotezės dėl tokių b altymų funkcinės reikšmės, reguliavimo ir struktūrinio vaidmens.
Nustatyta, kad į išskirtą chromatiną pridėjus RNR polimerazės, gaunamas transkripcijos proceso šablonas. Tačiau jo veikla įvertintatik 10 procentų grynai DNR. Jis didėja pašalinus histonų grupes, o jei jų nėra, tai yra didžiausia vertė.
Tai rodo, kad bendras histonų kiekis leidžia valdyti transkripcijos procesą. Kokybiniai ir kiekybiniai histonų pokyčiai turi įtakos chromatino aktyvumui, jo kompaktiškumo laipsniui.
Klausimas dėl histonų reguliavimo charakteristikų specifiškumo specifinių mRNR sintezės metu skirtingose ląstelėse nebuvo iki galo ištirtas.
Palaipsniui pridedant histono frakciją į tirpalus, kuriuose yra grynos DNR, stebimas nuosėdų susidarymas DNP komplekso pavidalu. Kai histonai pašalinami iš chromatino tirpalo, įvyksta visiškas perėjimas į tirpią bazę.
Ne histoninių b altymų funkcijos neapsiriboja molekulių konstravimu, jos yra daug sudėtingesnės ir daugialypesnės.
Struktūrinė nukleozomų reikšmė
Pirmaisiais elektromikroskopiniais ir biocheminiais tyrimais buvo įrodyta, kad DPN preparatuose yra gijinių struktūrų, kurių skersmuo yra 5-50 nm diapazone. Tobulėjus idėjoms apie b altymų molekulių struktūrą, pavyko išsiaiškinti, kad tarp chromatino fibrilės skersmens ir vaisto išskyrimo metodo yra tiesioginis ryšys.
Plonose mitozinių chromosomų pjūviuose ir tarpfaziniuose branduoliuose po aptikimo glutaraldehidu buvo aptiktos chromuotos fibrilės, kurių storis 30 nm.
Fibrilės yra panašaus dydžiochromatinas jų branduolių fizinės fiksacijos atveju: šaldant, skaldant, darant kopijas iš panašių preparatų.
Ne histoninius chromatino b altymus chromatino dalelių nukleosomos aptiko dviem skirtingais būdais.
Tyrimai
Kai chromatino preparatai nusodinami ant elektroninės mikroskopijos pagrindo šarminėmis sąlygomis, kurių jonų stiprumas yra nereikšmingas, gaunamos chromatino gijos, panašios į granules. Jų dydis neviršija 10 nm, o rutuliukai tarpusavyje sujungti DNR segmentais, kurių ilgis neviršija 20 nm. Stebėjimų metu pavyko nustatyti ryšį tarp DNR struktūros ir skilimo produktų.
Įdomi informacija
Ne histoniniai b altymai sudaro apie dvidešimt procentų chromatino b altymų. Jie yra b altymai (išskyrus tuos, kuriuos išskiria chromosomos). Ne histoniniai b altymai yra kombinuota b altymų grupė, kuri skiriasi ne tik savybėmis, bet ir funkcine svarba.
Dauguma jų yra susiję su branduolio matricos b altymais, kurie randami tiek tarpfazių branduolių sudėtyje, tiek mitozinėse chromosomose.
Ne histoniniai b altymai gali apimti apie 450 atskirų polimerų, turinčių skirtingą molekulinę masę. Vieni jų tirpsta vandenyje, kiti – rūgštiniuose tirpaluose. Dėl vykstančios disociacijos, esant denatūruojančioms medžiagoms, ryšys su chromatinu yra trapus, kyla didelių problemų klasifikuojant ir aprašant šias b altymų molekules.
Nehistono b altymai yra reguliuojantys polimerai,stimuliuojanti transkripciją. Taip pat yra šio proceso inhibitorių, kurie jungiasi tam tikra seka prie DNR.
Nehistoniniai b altymai taip pat gali apimti fermentus, dalyvaujančius nukleorūgščių metabolizme: RNR ir DNR metilazes, DNazes, polimerazes, chromatino b altymus.
Daugelio panašių polimerinių junginių aplinka laikoma labiausiai ištirtais didelio mobilumo nehistoniniais b altymais. Jiems būdingas geras elektroforezinis mobilumas, ekstrahavimas paprastosios druskos tirpale.
HMG b altymai būna keturių tipų:
- HMG-2 (m.w.=26 000),
- HMG-1 (m.w.=25 500),
- HMG-17 (m.w.=9247),
- HMG-14 (m.w.=100 000).
Gyvoje tokių struktūrų ląstelėje yra ne daugiau kaip 5% viso histonų kiekio. Jie ypač paplitę aktyviame chromatine.
HMG-2 ir HMG-1 b altymai nėra įtraukti į nukleosomas, jie jungiasi tik prie jungiamųjų DNR fragmentų.
B altymai HMG-14 ir HMG-17 gali prisijungti prie į širdį panašių nukleozomų polimerų, todėl pasikeičia DNP fibrilių surinkimo lygis, jie bus lengviau prieinami reakcijai su RNR polimeraze. Tokioje situacijoje HMG b altymai atlieka transkripcijos aktyvumo reguliatorių vaidmenį. Nustatyta, kad chromatino frakcija, kurios jautrumas DNazei I yra padidėjęs, yra prisotinta HMG b altymų.
Išvada
Trečiasis chromatino struktūros organizavimo lygis yra DNR kilpos domenai. Tyrimo metu buvo nustatyta, kad tikiššifruojant chromosomų elementarių komponentų principą, sunku gauti išsamų chromosomų vaizdą mitozėje, tarpfazėje.
DNR tankinimas 40 kartų gaunamas dėl maksimalios spiralizacijos. To nepakanka norint susidaryti tikrą idėją apie chromosomų dydį ir savybes. Galima daryti logišką išvadą, kad turi būti dar aukštesni DNR surinkimo lygiai, kurių pagalba būtų galima vienareikšmiškai charakterizuoti chromosomas.
Mokslininkams pavyko aptikti panašų chromatino organizavimo lygį dėl dirbtinio jo dekondensacijos. Esant tokiai situacijai, specifiniai b altymai prisijungs prie tam tikrų DNR sekcijų, kurių asociacijos vietose yra domenai.
DNR kilpos pakavimo principas taip pat buvo atrastas eukariotinėse ląstelėse.
Pavyzdžiui, jei izoliuoti branduoliai apdorojami valgomosios druskos tirpalu, branduolio vientisumas bus išsaugotas. Ši struktūra tapo žinoma kaip nukleotidas. Jo periferijoje yra daug uždarų DNR kilpų, kurių vidutinis dydis yra 60 kb.
Preparatyviai išskyrus chromomerus ir iš jų išimant histonus, elektroniniu mikroskopu bus matomos kilpinės rozetės formos struktūros. Kilpų skaičius viename lizde yra nuo 15 iki 80, bendras DNR ilgis siekia 50 mikronų.
Idėjos apie b altymų molekulių struktūrą ir pagrindines funkcines charakteristikas, gautos atliekant eksperimentinę veiklą, leidžia mokslininkams kurti vaistus, kurti naujoviškusveiksmingos kovos su genetinėmis ligomis metodai.
