Гистон емес белоктардың қызметін, олардың ағза үшін маңызын қарастырайық. Бұл тақырып ерекше қызығушылық тудырады және егжей-тегжейлі зерттеуге лайық.
Негізгі хроматин белоктары
Гистон және гистон емес ақуыздар ДНҚ-мен тікелей байланысты. Оның интерфазалық және митоздық хромосомалардың құрамындағы рөлі айтарлықтай үлкен – генетикалық ақпаратты сақтау және тарату.
Мұндай функцияларды орындаған кезде ұзын ДНҚ молекулаларын нақты ретпен орналастыруға мүмкіндік беретін айқын құрылымдық негіз болуы қажет. Бұл әрекет РНҚ синтезі мен ДНҚ репликациясының жиілігін басқаруға мүмкіндік береді.
Оның фазааралық ядродағы концентрациясы 100 мг/мл. Сүтқоректілердің бір ядросында диаметрі шамамен 10 микрон сфералық ядрода локализацияланған шамамен 2 м ДНҚ бар.
Белок топтары
Әртүрлілікке қарамастан, екі топты бөліп көрсету әдетке айналған. Гистон және гистон емес белоктардың қызметтерінде белгілі бір айырмашылықтар бар. Барлық хроматин белоктарының шамамен 80 пайызы гистондар. Олар ДНҚ-мен иондық және тұздық байланыстар арқылы әрекеттеседі.
Елеулі мөлшерге қарамастан хроматиннің гистондары мен гистонды емес ақуыздарыбелоктардың елеусіз әртүрлілігімен ұсынылған эукариоттық жасушаларда гистон молекулаларының шамамен бес-жеті түрі бар.
Хромосомалардағы гистонды емес ақуыздар негізінен ерекше. Олар ДНҚ молекулаларының белгілі бір құрылымдарымен ғана әрекеттеседі.
Гистон мүмкіндіктері
Хромосомадағы гистон және гистон емес белоктар қандай қызметтер атқарады? Гистондар ДНҚ-мен молекулалық кешен түрінде байланысады, олар осындай жүйенің бөлімшелері болып табылады.
Гистондар тек хроматинге тән белоктар. Олардың организмдерде белгілі бір функцияларды орындауға мүмкіндік беретін белгілі бір қасиеттері бар. Бұл аргинин мен лизиннің жеткілікті жоғары мөлшерімен сипатталатын сілтілі немесе негізгі белоктар. Амин топтарындағы оң зарядтардың арқасында ДНҚ фосфат құрылымдарында қарама-қарсы зарядтармен электростатикалық немесе тұздық байланыс пайда болады.
Бұл байланыс біршама тұрақсыз, ол оңай бұзылады және гистондар мен ДНҚ-ға диссоциацияланады. Хроматин күрделі нуклеинді-белоктық кешен болып саналады, оның ішінде жоғары полимерлі сызықты ДНҚ молекулалары, сондай-ақ гистон молекулаларының айтарлықтай саны бар.
Сипаттар
Гистондар молекулалық салмағы жағынан өте кішкентай белоктар. Олар барлық эукариоттарда ұқсас қасиеттерге ие және гистондардың ұқсас кластарында кездеседі. Мысалы, H3 және H4 түрлері аргининге бай болып саналады, өйткені оларда оның жеткілікті мөлшері барамин қышқылдары.
Гистондардың түрлері
Мұндай гистондар консервативті болып саналады, өйткені олардағы аминқышқылдарының тізбегі тіпті алыстағы түрлерде де ұқсас.
H2A және H2B қалыпты лизин ақуыздары болып саналады. Бұл топтардағы әртүрлі нысандардың бастапқы құрылымында, сондай-ақ аминқышқылдары қалдықтарының реттілігінде кейбір өзгерістер болады.
Гистон H1 - аминқышқылдары ұқсас реттілікпен орналасқан белоктар класы.
Олар анағұрлым маңызды ұлпааралық және түраралық вариацияларды көрсетеді. Лизиннің айтарлықтай мөлшері жалпы қасиет ретінде қарастырылады, нәтижесінде бұл ақуыздарды сұйылтылған тұз ерітінділерінде хроматиннен бөлуге болады.
Барлық кластардың гистондары негізгі аминқышқылдарының: молекулалардың ұштарында аргинин мен лизиннің кластерлік таралуымен сипатталады.
H1-де басқа гистондармен әрекеттесетін ауыспалы N-терминусы бар, ал С-терминусы лизинмен байытылған, ол ДНҚ-мен әрекеттеседі.
Гистонның модификациялары жасушалардың өмір сүру кезеңінде мүмкін:
- метилдену;
- ацетилдену.
Мұндай процестер оң зарядтар санының өзгеруіне әкеледі, олар қайтымды реакциялар. Серин қалдықтары фосфорланған кезде артық теріс заряд пайда болады. Мұндай модификациялар гистондардың қасиеттеріне және олардың ДНҚ-мен әрекеттесуіне әсер етеді. Мысалы, гистондар ацетилденгенде геннің активтенуі байқалады, ал дефосфорлану деконденсация мен конденсацияны тудырады.хроматин.
Синтез мүмкіндіктері
Процесс цитоплазмада жүреді, содан кейін ол S-периодында репликация кезінде ДНҚ-мен байланысып, ядроға тасымалданады. Жасуша ДНҚ синтезін тоқтатқаннан кейін ақпараттық гистон РНҚ бірнеше минут ішінде ыдырайды, синтез процесі тоқтайды.
Топқа бөлу
Гистон емес ақуыздардың әртүрлі түрлері бар. Олардың бес топқа бөлінуі шартты, ол ішкі ұқсастыққа негізделген. Жоғары және төменгі эукариоттық организмдерде ерекше қасиеттердің айтарлықтай саны анықталды.
Мысалы, төменгі омыртқалы жануарлардың тіндеріне тән Н1 орнына, құрамында серин мен аргинин көбірек болатын H5 гистоны табылған.
Эукариоттарда гистон топтарының ішінара немесе толық болмауына байланысты жағдайлар да бар.
Функционалдық
Ұқсас ақуыздар бактерияларда, вирустарда, митохондрияларда табылған. Мысалы, E. coli-де жасушада аминқышқылдарының құрамы гистондарға ұқсас ақуыздар табылды.
Гистон емес хроматин белоктары тірі ағзаларда маңызды қызметтер атқарады. Нуклеосомаларды идентификациялаудан бұрын мұндай белоктардың функционалдық маңыздылығына, реттеуші және құрылымдық рөліне қатысты екі гипотеза пайдаланылды.
Оқшауланған хроматинге РНҚ-полимеразаны қосқанда транскрипция процесінің үлгісі алынатыны анықталды. Бірақ оның белсенділігі бағаланадытаза ДНҚ үшін оның 10 пайызы ғана. Ол гистон топтарының жойылуымен артады, ал олар болмаған кезде ол максималды мән болып табылады.
Бұл гистондардың жалпы мазмұны транскрипция процесін басқаруға мүмкіндік беретінін көрсетеді. Гистондардың сапалық және сандық өзгерістері хроматиннің белсенділігіне, оның тығыздық дәрежесіне әсер етеді.
Әртүрлі жасушалардағы спецификалық мРНҚ синтезі кезінде гистондардың реттеуші сипаттамаларының ерекшелігі туралы мәселе толық зерттелмеген.
Таза ДНҚ бар ерітінділерге гистон фракциясын бірте-бірте қосқанда, DNP кешені түрінде преципитация байқалады. Хроматин ерітіндісінен гистондар жойылғанда еритін негізге толық ауысу орын алады.
Гистонды емес белоктардың қызметі тек молекулалардың құрылысымен шектелмейді, олар әлдеқайда күрделі және көп қырлы.
Нуклеосомалардың құрылымдық маңызы
Алғашқы электромикроскопиялық және биохимиялық зерттеулерде ДПН препараттарында диаметрі 5-50 нм аралығында болатын жіп тәрізді құрылымдардың болатыны дәлелденді. Ақуыз молекулаларының құрылымы туралы идеялардың жетілдірілуімен хроматин фибрилінің диаметрі мен дәрілік заттарды бөліп алу әдісі арасында тікелей байланыс бар екенін анықтауға болады.
Митоздық хромосомалардың және интерфазалық ядролардың жіңішке кесінділерінде глутаральдегидпен анықталғаннан кейін қалыңдығы 30 нм болатын хромдалған фибрилдер табылды.
Фибрилдердің өлшемдері ұқсасхроматин олардың ядроларының физикалық фиксациясы кезінде: мұздату, чиптеу, ұқсас препараттардан көшірмелерді алу кезінде.
Хроматиннің гистонды емес белоктары хроматин бөлшектерінің нуклеосомалары арқылы екі түрлі жолмен табылған.
Зерттеу
Хроматинді препараттарды иондық күші шамалы сілтілі жағдайларда электронды микроскопияға арналған субстратқа салғанда түйіршіктерге ұқсас хроматин жіптері алынады. Олардың өлшемдері 10 нм-ден аспайды, ал глобулдар ұзындығы 20 нм-ден аспайтын ДНҚ сегменттері арқылы өзара байланысқан. Бақылаулар барысында ДНҚ құрылымы мен ыдырау өнімдері арасында байланыс орнатуға болады.
Қызықты ақпарат
Гистонды емес ақуыздар хроматин белоктарының шамамен жиырма пайызын құрайды. Олар белоктар (хромосомалармен бөлінетіндерден басқа). Гистонды емес ақуыздар бір-бірінен қасиеттері бойынша ғана емес, сонымен қатар функционалдық маңыздылығы бойынша да ерекшеленетін ақуыздардың біріктірілген тобы болып табылады.
Олардың көпшілігі фазааралық ядролардың құрамында да, митоздық хромосомаларда да кездесетін ядролық матрицалық ақуыздарға жатады.
Гистонды емес ақуыздар әртүрлі молекулалық массасы бар 450-ге жуық жеке полимерлерді қамтуы мүмкін. Олардың кейбіреулері суда ериді, ал басқалары қышқыл ерітінділерде ериді. Денатурациялаушы агенттердің қатысуымен жүріп жатқан диссоциацияның хроматинімен байланысының нәзіктігіне байланысты бұл белок молекулаларының жіктелуі мен сипаттамасында елеулі мәселелер туындайды.
Гистонды емес ақуыздар реттеуші полимерлер,транскрипцияны ынталандыру. Сондай-ақ бұл процестің ДНҚ-да белгілі бір ретпен байланысатын ингибиторлары бар.
Гистонды емес ақуыздар нуклеин қышқылдарының метаболизміне қатысатын ферменттерді де қамтуы мүмкін: РНҚ және ДНҚ метилазалары, ДНаздар, полимеразалар, хроматин белоктары.
Көптеген ұқсас полимерлі қосылыстардың ортасы қозғалғыштығы жоғары гистонды емес ақуыздар ең көп зерттелген болып саналады. Олар жақсы электрофоретикалық қозғалғыштығымен, ас тұзының ерітіндісіндегі экстракциямен сипатталады.
HMG ақуыздары төрт түрлі болады:
- HMG-2 (м.ж.=26 000),
- HMG-1 (м.ж.=25500),
- HMG-17 (м.ж.=9247),
- HMG-14 (м.ж.=100 000).
Мұндай құрылымдардың тірі жасушасы гистондардың жалпы санының 5%-дан аспайды. Олар әсіресе белсенді хроматинде жиі кездеседі.
HMG-2 және HMG-1 белоктары нуклеосомаларға кірмейді, олар тек байланыстырушы ДНҚ фрагменттерімен байланысады.
Белоктар HMG-14 және HMG-17 нуклеосомалардың жүрек тәрізді полимерлерімен байланысуға қабілетті, нәтижесінде DNP фибрилдерінің жиналу деңгейі өзгереді, олар РНҚ-полимеразамен реакцияға қол жетімді болады. Мұндай жағдайда HMG ақуыздары транскрипциялық белсенділіктің реттеушісі рөлін атқарады. DNase I-ге сезімталдығы жоғары хроматин фракциясының HMG ақуыздарымен қаныққандығы анықталды.
Қорытынды
Хроматиннің құрылымдық ұйымдасуының үшінші деңгейі – ДНҚ-ның ілмектік домендері. Зерттеу барысында бұл тек қана анықталдыхромосомалық элементар компоненттер принципін шеше отырып, митоздағы, интерфазадағы хромосомалардың толық бейнесін алу қиын.
ДНҚ-ның 40 есе тығыздалуы максималды спиральданудың арқасында алынды. Бұл хромосомалардың мөлшері мен сипаттамалары туралы нақты түсінік алу үшін жеткіліксіз. ДНҚ жинағының одан да жоғары деңгейлері болуы керек деген логикалық қорытынды жасауға болады, оның көмегімен хромосомаларды біржақты сипаттауға болады.
Ғалымдар хроматинді жасанды деконденсациялау нәтижесінде ұқсас деңгейлерді анықтай алды. Мұндай жағдайда арнайы белоктар біріктіру орындарында домендері бар ДНҚ-ның белгілі бөліктерімен байланысады.
ДНҚ ілмегін орау принципі эукариоттық жасушаларда да ашылды.
Мысалы, оқшауланған ядроларды ас тұзының ерітіндісімен өңдесе, ядроның тұтастығы сақталады. Бұл құрылым нуклеотид ретінде белгілі болды. Оның перифериясында орташа өлшемі 60 кб болатын жабық ДНҚ ілмектерінің айтарлықтай саны бар.
Хромомерлерді препараттық оқшаулау, содан кейін олардан гистондарды алу кезінде электронды микроскопта ілмек тәрізді розетка тәрізді құрылымдар көрінеді. Бір ұяшықтағы ілмектер саны 15-тен 80-ге дейін, ДНҚ-ның жалпы ұзындығы 50 микронға жетеді.
Тәжірибелік іс-әрекет барысында алынған белок молекулаларының құрылымы мен негізгі функционалдық сипаттамалары туралы идеялар ғалымдарға дәрілік заттарды жасауға, инновациялықгенетикалық аурулармен тиімді күресу әдістері.
