בואו נבחן את הפונקציות של חלבונים שאינם היסטונים, את חשיבותם עבור הגוף. נושא זה מעניין במיוחד וראוי למחקר מפורט.
חלבוני כרומטין ראשיים
חלבוני היסטון וחלבונים שאינם היסטונים מקושרים ישירות ל-DNA. תפקידו בהרכב הכרומוזומים הבין-פאזיים והמיטוטיים הוא די גדול - אחסון והפצה של מידע גנטי.
כאשר מבצעים פונקציות כאלה, יש צורך בבסיס מבני ברור המאפשר לסדר מולקולות DNA ארוכות בסדר ברור. פעולה זו מאפשרת לך לשלוט בתדירות של סינתזת RNA ושכפול DNA.
ריכוזו בגרעין הבין-פאזי הוא 100 מ"ג/מ"ל. גרעין יונק אחד מכיל כ-2 מ' של DNA, הממוקם בגרעין כדורי בקוטר של כ-10 מיקרון.
קבוצות חלבון
למרות הגיוון, נהוג לייחד שתי קבוצות. לתפקודים של חלבוני היסטון וחלבונים שאינם היסטונים יש הבדלים מסוימים. כ-80 אחוז מכל חלבוני הכרומטין הם היסטונים. הם מקיימים אינטראקציה עם DNA באמצעות קשרים יוניים ומלחים.
למרות כמות משמעותית, היסטונים וחלבונים שאינם היסטונים של כרומטיןמיוצגים על ידי מגוון לא משמעותי של חלבונים, תאים אאוקריוטיים מכילים כחמישה עד שבעה סוגים של מולקולות היסטון.
חלבונים לא-היסטונים בכרומוזומים הם בעיקר ספציפיים. הם מקיימים אינטראקציה רק עם מבנים מסוימים של מולקולות DNA.
תכונות של היסטון
מהם התפקידים של חלבוני היסטון ושאינם היסטונים בכרומוזום? היסטונים נקשרים בצורה של קומפלקס מולקולרי עם DNA, הם יחידות משנה של מערכת כזו.
היסטונים הם חלבונים האופייניים רק לכרומטין. יש להם תכונות מסוימות המאפשרות להם לבצע פונקציות ספציפיות באורגניזמים. אלו חלבונים בסיסיים או בסיסיים, המאופיינים בתכולה גבוהה למדי של ארגינין וליזין. עקב המטענים החיוביים על קבוצות האמינו, נגרם קשר אלקטרוסטטי או מלח עם מטענים הפוכים על מבני הפוספט של ה-DNA.
הקשר הזה הוא די לאבילי, הוא נהרס בקלות ומתרחש ניתוק להיסטונים ול-DNA. הכרומטין נחשב לקומפלקס גרעיני-חלבון מורכב, שבתוכו יש מולקולות DNA ליניאריות פולימריות ביותר, וכן מספר לא מבוטל של מולקולות היסטון.
Properties
היסטונים הם חלבונים קטנים למדי במונחים של משקל מולקולרי. יש להם תכונות דומות בכל האיקריוטים והם נמצאים על ידי מחלקות דומות של היסטונים. לדוגמה, סוגי H3 ו-H4 נחשבים לעשירים בארגינין, מכיוון שהם מכילים כמות מספקת של זהחומצות אמינו.
זנים של היסטונים
היסטונים כאלה נחשבים שמרניים, שכן רצף חומצות האמינו בהם דומה אפילו במינים מרוחקים.
H2A ו-H2B נחשבים לחלבוני ליזין בינוניים. לאובייקטים שונים בתוך קבוצות אלה יש כמה וריאציות במבנה הראשוני, כמו גם ברצף של שיירי חומצות אמינו.
Histone H1 הוא מחלקה של חלבונים שבהם חומצות אמינו מסודרות ברצף דומה.
הם מראים וריאציות בין רקמות ובין מינים משמעותיות יותר. כמות משמעותית של ליזין נחשבת כמאפיין כללי, וכתוצאה מכך ניתן להפריד חלבונים אלו מהכרומטין בתמיסות מלוחות מדוללות.
היסטונים מכל המחלקות מאופיינות בהתפלגות מקבץ של חומצות האמינו העיקריות: ארגינין וליזין בקצות המולקולות.
ל-
H1 יש N-terminus משתנה שמקיים אינטראקציה עם היסטונים אחרים, ו-C-terminus מועשר בליזין, הוא זה שמקיים אינטראקציה עם DNA.
שינויים בהיסטונים אפשריים במהלך חיי התאים:
- מתילציה;
- אצטילציה.
תהליכים כאלה מובילים לשינוי במספר המטענים החיוביים, הם תגובות הפיכות. כאשר שרידי סרין עוברים זרחון, מופיע מטען שלילי עודף. שינויים כאלה משפיעים על תכונות ההיסטונים והאינטראקציה שלהם עם DNA. לדוגמה, כאשר ההיסטונים עוברים אצטילציה, נצפית הפעלת גנים, ודה-פוספורילציה גורמת לדיקוננסציה ועיבויכרומטין.
תכונות סינתזה
התהליך מתרחש בציטופלזמה, ואז הוא מועבר לגרעין, נקשר ל-DNA במהלך שכפולו בתקופת S. לאחר הפסקת סינתזת ה-DNA על ידי התא, מידע היסטון RNA מתפרק תוך מספר דקות, תהליך הסינתזה מפסיק.
חלוקה לקבוצות
ישנם סוגים שונים של חלבונים שאינם היסטונים. החלוקה שלהם לחמש קבוצות מותנית, היא מבוססת על דמיון פנימי. מספר לא מבוטל של תכונות ייחודיות זוהו באורגניזמים איקריוטיים גבוהים ונמוכים יותר.
לדוגמה, במקום H1, האופייני לרקמות של אורגניזמים בעלי חוליות תחתונות, נמצא היסטון H5, המכיל יותר סרין וארגינין.
ישנם גם מצבים הקשורים להיעדר חלקי או מלא של קבוצות היסטונים באיקריוטים.
פונקציונליות
חלבונים דומים נמצאו בחיידקים, וירוסים, מיטוכונדריה. לדוגמה, ב-E. coli נמצאו חלבונים בתא, שהרכב חומצות האמינו שלהם דומה להיסטונים.
חלבוני כרומטין לא-היסטונים מבצעים פונקציות חשובות באורגניזמים חיים. לפני זיהוי הנוקלאוזומים, נעשה שימוש בשתי השערות לגבי המשמעות התפקודית, הרגולטורית והתפקיד המבני של חלבונים כאלה.
נמצא שכאשר מוסיפים RNA פולימראז לכרומטין המבודד, מתקבלת תבנית לתהליך השעתוק. אבל פעילותו מוערכתרק 10 אחוז מזה עבור DNA טהור. זה עולה עם הסרת קבוצות היסטונים, ובהיעדרן זה הערך המקסימלי.
זה מציין שהתוכן הכולל של ההיסטונים מאפשר לך לשלוט בתהליך התמלול. שינויים איכותיים וכמותיים בהיסטונים משפיעים על פעילות הכרומטין, על מידת הדחיסות שלו.
שאלת הספציפיות של המאפיינים הרגולטוריים של היסטונים במהלך סינתזה של mRNAs ספציפיים בתאים שונים לא נחקרה במלואה.
עם הוספה הדרגתית של שבריר היסטון לתמיסות המכילות DNA טהור, נצפים משקעים בצורה של קומפלקס DNP. כאשר היסטונים מוסרים מתמיסת הכרומטין, מתרחש מעבר מלא לבסיס מסיס.
הפונקציות של חלבונים שאינם היסטונים אינם מוגבלים לבניית מולקולות, הם הרבה יותר מורכבים ורב-פנים.
המשמעות המבנית של נוקלאוזומים
במחקרים האלקטרו-מיקרוסקופיים והביוכימיים הראשונים, הוכח שיש מבנים חוטיים בתכשירי DPN, שקוטרם הוא בטווח של 5-50 ננומטר. עם שיפור הרעיונות לגבי מבנה מולקולות החלבון, ניתן היה לגלות שיש קשר ישיר בין קוטר פיבריל הכרומטין לשיטת בידוד התרופה.
בחלקים דקים של כרומוזומים מיטוטיים וגרעינים בין-פאזיים, לאחר זיהוי עם גלוטאראלדהיד, נמצאו סיבים כרומוטים, שעובים הוא 30 ננומטר.
לסיבים יש גדלים דומיםכרומטין במקרה של קיבוע פיזי של הגרעינים שלהם: בזמן הקפאה, סתתים, נטילת העתקים מתכשירים דומים.
החלבונים שאינם היסטונים של כרומטין התגלו בשתי דרכים שונות על ידי נוקלאוזומי חלקיקי כרומטין.
Research
כאשר תכשירי כרומטין מופקדים על מצע למיקרוסקופ אלקטרונים בתנאים אלקליים עם חוזק יוני לא משמעותי, מתקבלים גדילי כרומטין הדומים לחרוזים. גודלם אינו עולה על 10 ננומטר, והכדוריות מחוברות זו לזו באמצעות מקטעי DNA, שאורכם אינו עולה על 20 ננומטר. במהלך התצפיות ניתן היה לקבוע קשר בין מבנה ה-DNA לבין תוצרי ריקבון.
מידע מעניין
חלבונים שאינם היסטונים מהווים כעשרים אחוז מחלבוני הכרומטין. הם חלבונים (חוץ מאלה שמופרשים על ידי כרומוזומים). חלבונים שאינם היסטונים הם קבוצה משולבת של חלבונים הנבדלים זה מזה לא רק בתכונות, אלא גם בחשיבות התפקודית.
רובם מתייחסים לחלבוני מטריקס גרעיניים, שנמצאים הן בהרכב של גרעינים בין-פאזיים והן בכרומוזומים מיטוטיים.
חלבונים שאינם היסטונים יכולים לכלול כ-450 פולימרים בודדים בעלי משקל מולקולרי שונה. חלקם מסיסים במים, בעוד שאחרים מסיסים בתמיסות חומציות. בשל שבריריות הקשר עם הכרומטין של הדיסוציאציה המתמשכת בנוכחות חומרים דנטורטיביים, קיימות בעיות משמעותיות בסיווג ובתיאור של מולקולות חלבון אלו.
חלבונים שאינם היסטונים הם פולימרים מווסתים,תעתיק מגרה. ישנם גם מעכבים של תהליך זה הנקשרים ברצף ספציפי על DNA.
חלבונים לא-היסטונים יכולים לכלול גם אנזימים המעורבים בחילוף החומרים של חומצות גרעין: RNA ו-DNA מתילאזות, DNases, פולימראזות, חלבוני כרומטין.
הסביבה של תרכובות פולימריות דומות רבות נחשבת לחלבונים הלא-היסטונים הנחקרים ביותר עם ניידות גבוהה. הם מאופיינים בניידות אלקטרופורטית טובה, מיצוי בתמיסת מלח רגיל.
חלבוני HMG מגיעים בארבעה סוגים:
- HMG-2 (m.w.=26,000),
- HMG-1 (m.w.=25,500),
- HMG-17 (m.w.=9247),
- HMG-14 (m.w.=100,000).
תא חי של מבנים כאלה מכיל לא יותר מ-5% מכמות ההיסטונים הכוללת. הם נפוצים במיוחד בכרומטין פעיל.
חלבוני HMG-2 ו-HMG-1 אינם כלולים בנוקלאוזומים, הם נקשרים רק לשברי DNA מקשר.
חלבונים HMG-14 ו-HMG-17 מסוגלים להיקשר לפולימרים דמויי לב של נוקלאוזומים, וכתוצאה מכך שינוי ברמת ההרכבה של סיבים DNP, הם יהיו נגישים יותר לתגובה עם RNA פולימראז. במצב כזה, חלבוני HMG ממלאים את התפקיד של מווסתים של פעילות התעתיק. נמצא שחלק הכרומטין, בעל רגישות מוגברת ל-DNase I, רווי בחלבוני HMG.
מסקנה
הרמה השלישית של הארגון המבני של כרומטין היא תחומי הלולאה של ה-DNA. במהלך המחקר נמצא שרקבפענוח העיקרון של רכיבים יסודיים כרומוזומליים, קשה לקבל תמונה מלאה של כרומוזומים במיטוזה, ב-interphase.
צפיפות DNA פי 40 מתקבלת עקב ספירליזציה מקסימלית. זה לא מספיק כדי לקבל מושג אמיתי על הגודל והמאפיינים של הכרומוזומים. ניתן להסיק באופן הגיוני שחייבות להיות רמות גבוהות אף יותר של הרכבת DNA, בעזרתה ניתן יהיה לאפיין כרומוזומים באופן חד משמעי.
מדענים הצליחו לזהות רמות דומות של ארגון הכרומטין כתוצאה מההתעבות המלאכותית שלו. במצב כזה, חלבונים ספציפיים ייקשרו לקטעים מסוימים של DNA שיש להם תחומים במקומות ההתאגדות.
עקרון אריזת לולאות ה-DNA התגלה גם בתאים איקריוטיים.
לדוגמה, אם הגרעינים המבודדים מטופלים בתמיסה של מלח שולחן, שלמות הגרעין תישמר. מבנה זה נודע בשם נוקלאוטיד. הפריפריה שלו כוללת מספר לא מבוטל של לולאות DNA סגורות, שגודלן הממוצע הוא 60 kb.
עם בידוד הכנה של כרומומרים, ואחריו חילוץ של היסטונים מהם, מבנים דמויי רוזטה בלולאה יהיו גלויים תחת מיקרוסקופ אלקטרונים. מספר הלולאות בשקע אחד הוא מ-15 עד 80, האורך הכולל של ה-DNA מגיע ל-50 מיקרון.
הרעיונות לגבי המבנה והמאפיינים התפקודיים העיקריים של מולקולות חלבון, שהושגו במהלך פעילויות ניסוי, מאפשרים למדענים לפתח תרופות, ליצור חדשניותשיטות להילחם יעיל במחלות גנטיות.
