Consideriamo le funzioni delle proteine non istoniche, la loro importanza per l'organismo. Questo argomento è di particolare interesse e merita uno studio dettagliato.
Principali proteine della cromatina
Le proteine istoniche e non istoniche sono direttamente collegate al DNA. Il suo ruolo nella composizione dell'interfase e dei cromosomi mitotici è piuttosto ampio: l'immagazzinamento e la distribuzione delle informazioni genetiche.
Quando si svolgono tali funzioni, è necessario disporre di una base strutturale chiara che consenta di disporre le lunghe molecole di DNA in un ordine chiaro. Questa azione consente di controllare la frequenza della sintesi dell'RNA e della replicazione del DNA.
La sua concentrazione nel nucleo interfase è di 100 mg/ml. Un nucleo di mammifero contiene circa 2 m di DNA, localizzato in un nucleo sferico del diametro di circa 10 micron.
Gruppi proteici
Nonostante la diversità, è consuetudine distinguere due gruppi. Le funzioni delle proteine istoniche e non istoniche presentano alcune differenze. Circa l'80 percento di tutte le proteine della cromatina sono istoni. Interagiscono con il DNA attraverso legami ionici e salini.
Nonostante una quantità significativa, istoni e proteine non istoniche della cromatinarappresentate da una varietà insignificante di proteine, le cellule eucariotiche contengono da cinque a sette tipi di molecole di istoni.
Le proteine non istoniche nei cromosomi sono per lo più specifiche. Interagiscono solo con alcune strutture di molecole di DNA.
Caratteristiche Histone
Quali sono le funzioni degli istoni e delle proteine non istoniche nel cromosoma? Gli istoni si legano sotto forma di un complesso molecolare con il DNA, sono subunità di tale sistema.
Gli istoni sono proteine caratteristiche solo della cromatina. Hanno determinate qualità che consentono loro di svolgere funzioni specifiche negli organismi. Si tratta di proteine alcaline o basiche, caratterizzate da un contenuto abbastanza elevato di arginina e lisina. A causa delle cariche positive sui gruppi amminici, un legame elettrostatico o salino è causato con cariche opposte sulle strutture fosfatiche del DNA.
Questo legame è abbastanza labile, si distrugge facilmente e si verifica la dissociazione in istoni e DNA. La cromatina è considerata un complesso complesso proteico-nucleico, all'interno del quale sono presenti molecole di DNA lineare altamente polimeriche, nonché un numero significativo di molecole di istoni.
Proprietà
Gli istoni sono proteine abbastanza piccole in termini di peso molecolare. Hanno proprietà simili in tutti gli eucarioti e si trovano da classi simili di istoni. Ad esempio, i tipi H3 e H4 sono considerati ricchi di arginina, poiché ne contengono una quantità sufficienteamminoacidi.
Varietà di istoni
Tali istoni sono considerati conservativi, poiché la sequenza amminoacidica in essi contenuta è simile anche in specie lontane.
H2A e H2B sono considerate proteine di lisina moderate. Oggetti diversi all'interno di questi gruppi hanno alcune variazioni nella struttura primaria, così come nella sequenza dei residui di amminoacidi.
L'istone H1 è una classe di proteine in cui gli amminoacidi sono disposti in una sequenza simile.
Mostrano variazioni intertessutali e interspecie più significative. Una quantità significativa di lisina è considerata una proprietà generale, per cui queste proteine possono essere separate dalla cromatina in soluzioni saline diluite.
Gli istoni di tutte le classi sono caratterizzati da una distribuzione a grappolo dei principali amminoacidi: arginina e lisina alle estremità delle molecole.
H1 ha un N-terminale variabile che interagisce con altri istoni, e il C-terminale è arricchito con lisina, è lui che interagisce con il DNA.
Modifiche dell'istone sono possibili durante la vita delle cellule:
- metilazione;
- acetilazione.
Tali processi portano a un cambiamento nel numero di cariche positive, sono reazioni reversibili. Quando i residui di serina vengono fosforilati, appare una carica negativa in eccesso. Tali modifiche influenzano le proprietà degli istoni e la loro interazione con il DNA. Ad esempio, quando gli istoni sono acetilati, si osserva l'attivazione genica e la defosforilazione provoca decondensazione e condensazionecromatina.
Caratteristiche di sintesi
Il processo avviene nel citoplasma, quindi viene trasportato nel nucleo, legandosi al DNA durante la sua replicazione nel periodo S. Dopo la cessazione della sintesi del DNA da parte della cellula, l'RNA dell'istone informativo decade in pochi minuti, il processo di sintesi si interrompe.
Divisione in gruppi
Ci sono diversi tipi di proteine non istoniche. La loro divisione in cinque gruppi è condizionale, si basa sulla somiglianza interna. Un numero significativo di proprietà distintive è stato identificato negli organismi eucariotici superiori e inferiori.
Ad esempio, al posto dell'H1, caratteristico dei tessuti degli organismi vertebrati inferiori, si trova l'istone H5, che contiene più serina e arginina.
Ci sono anche situazioni associate all'assenza parziale o completa di gruppi istonici negli eucarioti.
Funzionalità
Proteine simili sono state trovate in batteri, virus, mitocondri. Ad esempio, in E. coli sono state trovate proteine nella cellula, la cui composizione aminoacidica è simile agli istoni.
Le proteine della cromatina non istoniche svolgono importanti funzioni negli organismi viventi. Prima dell'identificazione dei nucleosomi, sono state utilizzate due ipotesi riguardanti il significato funzionale, il ruolo regolatorio e strutturale di tali proteine.
È stato riscontrato che quando l'RNA polimerasi viene aggiunta alla cromatina isolata, si ottiene uno stampo per il processo di trascrizione. Ma la sua attività è stimatasolo il 10 percento di quello per il DNA puro. Aumenta con la rimozione dei gruppi istonici e in loro assenza è il valore massimo.
Questo indica che il contenuto totale degli istoni ti consente di controllare il processo di trascrizione. I cambiamenti qualitativi e quantitativi negli istoni influenzano l'attività della cromatina, il grado della sua compattezza.
La questione della specificità delle caratteristiche regolatorie degli istoni durante la sintesi di specifici mRNA in diverse cellule non è stata completamente studiata.
Con l'aggiunta graduale di una frazione istonica a soluzioni contenenti DNA puro, si osserva la precipitazione sotto forma di un complesso DNP. Quando gli istoni vengono rimossi dalla soluzione di cromatina, si verifica una transizione completa in una base solubile.
Le funzioni delle proteine non istoniche non si limitano alla costruzione di molecole, sono molto più complesse e sfaccettate.
Il significato strutturale dei nucleosomi
Nei primi studi elettromicroscopici e biochimici, è stato dimostrato che nelle preparazioni DPN sono presenti strutture filamentose, il cui diametro è compreso tra 5 e 50 nm. Con il miglioramento delle idee sulla struttura delle molecole proteiche, è stato possibile scoprire che esiste una relazione diretta tra il diametro della fibrilla della cromatina e il metodo di isolamento del farmaco.
Su sezioni sottili di cromosomi mitotici e nuclei interfase, dopo il rilevamento con glutaraldeide, sono state trovate fibrille cromate, il cui spessore è di 30 nm.
Le fibrille hanno dimensioni similicromatina in caso di fissazione fisica dei loro nuclei: durante il congelamento, la scheggiatura, il prelievo di repliche da preparazioni simili.
Le proteine non istoniche della cromatina sono state scoperte in due modi diversi dai nucleosomi delle particelle di cromatina.
Ricerca
Quando i preparati di cromatina vengono depositati su un substrato per la microscopia elettronica in condizioni alcaline con forza ionica insignificante, si ottengono filamenti di cromatina simili alle perline. La loro dimensione non supera i 10 nm e i globuli sono interconnessi da segmenti di DNA, la cui lunghezza non supera i 20 nm. Nel corso delle osservazioni è stato possibile stabilire una connessione tra la struttura del DNA ei prodotti di decadimento.
Informazioni interessanti
Le proteine non istoniche costituiscono circa il venti percento delle proteine della cromatina. Sono proteine (tranne quelle secrete dai cromosomi). Le proteine non istoniche sono un gruppo combinato di proteine che differiscono l'una dall' altra non solo per le proprietà, ma anche per l'importanza funzionale.
La maggior parte si riferisce a proteine della matrice nucleare, che si trovano sia nella composizione dei nuclei interfase che nei cromosomi mitotici.
Le proteine non istoniche possono includere circa 450 singoli polimeri con diversi pesi molecolari. Alcuni di loro sono solubili in acqua, mentre altri sono solubili in soluzioni acide. A causa della fragilità della connessione con la cromatina della dissociazione in corso in presenza di agenti denaturanti, esistono notevoli problemi nella classificazione e descrizione di queste molecole proteiche.
Le proteine non istoniche sono polimeri regolatori,trascrizione stimolante. Esistono anche inibitori di questo processo che si legano in una sequenza specifica sul DNA.
Le proteine non istoniche possono includere anche enzimi coinvolti nel metabolismo degli acidi nucleici: RNA e DNA metilasi, DNasi, polimerasi, proteine della cromatina.
L'ambiente di molti composti polimerici simili è considerato la proteina non istonica più studiata con elevata mobilità. Sono caratterizzati da buona mobilità elettroforetica, estrazione in soluzione di sale comune.
Le proteine HMG sono di quattro tipi:
- HMG-2 (m.w.=26.000),
- HMG-1 (m.w.=25.500),
- HMG-17 (m.w.=9247),
- HMG-14 (m.w.=100.000).
Una cellula vivente di tali strutture contiene non più del 5% della quantità totale di istoni. Sono particolarmente comuni nella cromatina attiva.
Le proteine HMG-2 e HMG-1 non sono incluse nei nucleosomi, si legano solo ai frammenti di DNA del linker.
Le proteine HMG-14 e HMG-17 sono in grado di legarsi ai polimeri simili a cuore dei nucleosomi, determinando un cambiamento nel livello di assemblaggio delle fibrille DNP, saranno più accessibili per la reazione con l'RNA polimerasi. In tale situazione, le proteine HMG svolgono il ruolo di regolatori dell'attività trascrizionale. È stato riscontrato che la frazione della cromatina, che ha una maggiore sensibilità alla DNasi I, è satura di proteine HMG.
Conclusione
Il terzo livello di organizzazione strutturale della cromatina sono i domini ad anello del DNA. Nel corso della ricerca, è stato riscontrato solo quellodecifrando il principio delle componenti elementari cromosomiche, è difficile ottenere un quadro completo dei cromosomi in mitosi, in interfase.
La densificazione del DNA di 40 volte si ottiene grazie alla massima spiralizzazione. Questo non è sufficiente per avere un'idea reale delle dimensioni e delle caratteristiche dei cromosomi. Si può logicamente concludere che devono esserci livelli ancora più elevati di assemblaggio del DNA, con l'aiuto del quale sarebbe possibile caratterizzare inequivocabilmente i cromosomi.
Gli scienziati sono stati in grado di rilevare livelli simili di organizzazione della cromatina come risultato della sua decondensazione artificiale. In una situazione del genere, proteine specifiche si legheranno a determinate sezioni del DNA che hanno domini nei luoghi di associazione.
Il principio del riempimento del ciclo del DNA è stato scoperto anche nelle cellule eucariotiche.
Ad esempio, se i nuclei isolati vengono trattati con una soluzione di sale da cucina, l'integrità del nucleo sarà preservata. Questa struttura divenne nota come nucleotide. La sua periferia comprende un numero significativo di anelli di DNA chiusi, la cui dimensione media è di 60 kb.
Con l'isolamento preparativo dei cromomeri, seguito dall'estrazione degli istoni da essi, le strutture simili a rosette ad anello saranno visibili al microscopio elettronico. Il numero di loop in una presa va da 15 a 80, la lunghezza totale del DNA raggiunge i 50 micron.
Le idee sulla struttura e le principali caratteristiche funzionali delle molecole proteiche, ottenute nel corso di attività sperimentali, consentono agli scienziati di sviluppare farmaci, creare prodotti innovativimetodi di lotta efficace contro le malattie genetiche.
