Դիտարկենք ոչ հիստոնային սպիտակուցների գործառույթները, դրանց նշանակությունը օրգանիզմի համար։ Այս թեման առանձնահատուկ հետաքրքրություն է ներկայացնում և արժանի է մանրամասն ուսումնասիրության:
Հիմնական քրոմատինային սպիտակուցներ
Հիստոն և ոչ-հիստոնային սպիտակուցները ուղղակիորեն կապված են ԴՆԹ-ի հետ: Նրա դերը ինտերֆազային և միտոտիկ քրոմոսոմների բաղադրության մեջ բավականին մեծ է՝ գենետիկական տեղեկատվության պահպանումն ու բաշխումը։
Նման գործառույթներ իրականացնելիս անհրաժեշտ է ունենալ հստակ կառուցվածքային հիմք, որը թույլ է տալիս երկար ԴՆԹ մոլեկուլները դասավորել հստակ հերթականությամբ։ Այս գործողությունը թույլ է տալիս վերահսկել ՌՆԹ-ի սինթեզի և ԴՆԹ-ի վերարտադրության հաճախականությունը:
Նրա կոնցենտրացիան միջֆազային միջուկում 100 մգ/մլ է։ Կաթնասունի մեկ միջուկը պարունակում է մոտ 2 մ ԴՆԹ՝ տեղայնացված գնդաձև միջուկում՝ մոտ 10 միկրոն տրամագծով:
Սպիտակուցային խմբեր
Չնայած բազմազանությանը, ընդունված է առանձնացնել երկու խումբ. Հիստոնային և ոչ հիստոնային սպիտակուցների գործառույթներն ունեն որոշակի տարբերություններ։ Բոլոր քրոմատինային սպիտակուցների մոտ 80 տոկոսը հիստոններ են: Նրանք փոխազդում են ԴՆԹ-ի հետ իոնային և աղային կապերի միջոցով։
Չնայած զգալի քանակին, քրոմատինի հիստոնները և ոչ հիստոնային սպիտակուցներըներկայացված սպիտակուցների աննշան բազմազանությամբ՝ էուկարիոտիկ բջիջները պարունակում են մոտ հինգից յոթ տեսակի հիստոնային մոլեկուլներ։
Ոչհիստոնային սպիտակուցները քրոմոսոմներում հիմնականում սպեցիֆիկ են: Նրանք փոխազդում են միայն ԴՆԹ-ի մոլեկուլների որոշակի կառուցվածքների հետ:
Histone հատկանիշներ
Որո՞նք են հիստոնային և ոչ հիստոնային սպիտակուցների գործառույթները քրոմոսոմում: Հիստոնները մոլեկուլային համալիրի տեսքով կապվում են ԴՆԹ-ի հետ, դրանք նման համակարգի ենթամիավորներ են։
Հիստոնները միայն քրոմատինին բնորոշ սպիտակուցներ են։ Նրանք ունեն որոշակի որակներ, որոնք թույլ են տալիս որոշակի գործառույթներ կատարել օրգանիզմներում։ Սրանք ալկալային կամ հիմնական սպիտակուցներ են, որոնք բնութագրվում են արգինինի և լիզինի բավականին բարձր պարունակությամբ: Ամինային խմբերի վրա դրական լիցքերի պատճառով առաջանում է էլեկտրաստատիկ կամ աղային կապ՝ հակառակ լիցքերով ԴՆԹ-ի ֆոսֆատային կառուցվածքների վրա։
Այս կապը բավականին անկայուն է, այն հեշտությամբ քայքայվում է, և տեղի է ունենում տարանջատում հիստոնների և ԴՆԹ-ի: Քրոմատինը համարվում է բարդ նուկլեին-սպիտակուցային համալիր, որի ներսում կան բարձր պոլիմերային գծային ԴՆԹ մոլեկուլներ, ինչպես նաև զգալի քանակությամբ հիստոնային մոլեկուլներ։
Հատկություններ
Հիստոնները մոլեկուլային քաշի առումով բավականին փոքր սպիտակուցներ են: Նրանք ունեն նմանատիպ հատկություններ բոլոր էուկարիոտներում և հանդիպում են հիստոնների նմանատիպ դասերի կողմից: Օրինակ, H3 և H4 տեսակները համարվում են հարուստ արգինինով, քանի որ դրանք պարունակում են դրա բավարար քանակությունամինաթթուներ.
Հիստոնների տարատեսակներ
Նման հիստոնները համարվում են պահպանողական, քանի որ դրանցում ամինաթթուների հաջորդականությունը նման է նույնիսկ հեռավոր տեսակների համար:
H2A և H2B համարվում են չափավոր լիզինային սպիտակուցներ: Այս խմբերի տարբեր առարկաներ ունեն որոշ տատանումներ առաջնային կառուցվածքում, ինչպես նաև ամինաթթուների մնացորդների հաջորդականության մեջ:
Հիստոն H1-ը սպիտակուցների դաս է, որտեղ ամինաթթուները դասավորված են նմանատիպ հաջորդականությամբ:
Նրանք ցույց են տալիս ավելի նշանակալի միջհյուսվածքային և միջտեսակային տատանումներ: Լիզինի զգալի քանակությունը համարվում է ընդհանուր հատկություն, որի արդյունքում այդ սպիտակուցները կարող են առանձնացվել քրոմատինից նոսր աղի լուծույթներում։
Բոլոր դասերի հիստոնները բնութագրվում են հիմնական ամինաթթուների՝ արգինինի և լիզինի կլաստերային բաշխմամբ մոլեկուլների ծայրերում:
H1-ն ունի փոփոխական N-վերջին, որը փոխազդում է այլ հիստոնների հետ, իսկ C-վերջը հարստացված է լիզինով, հենց նա է փոխազդում ԴՆԹ-ի հետ:
Հիստոնային փոփոխություններ հնարավոր են բջիջների կյանքի ընթացքում.
- մեթիլացում;
- ացետիլացում.
Նման գործընթացները հանգեցնում են դրական լիցքերի քանակի փոփոխության, դրանք շրջելի ռեակցիաներ են։ Երբ սերինի մնացորդները ֆոսֆորիլացվում են, ավելորդ բացասական լիցք է առաջանում։ Նման փոփոխությունները ազդում են հիստոնների հատկությունների և ԴՆԹ-ի հետ փոխազդեցության վրա։ Օրինակ, երբ հիստոնները ացետիլացվում են, նկատվում է գենի ակտիվացում, իսկ դեֆոսֆորիլացումը առաջացնում է խտացում և խտացում։քրոմատին.
Սինթեզի առանձնահատկություններ
Գործընթացը տեղի է ունենում ցիտոպլազմում, այնուհետև այն տեղափոխվում է միջուկ՝ կապվելով ԴՆԹ-ի հետ S-շրջանում դրա վերարտադրության ժամանակ։ Բջջի կողմից ԴՆԹ-ի սինթեզի դադարեցումից հետո տեղեկատվական հիստոնային ՌՆԹ-ն քայքայվում է մի քանի րոպեի ընթացքում, սինթեզի գործընթացը դադարում է:
Բաժանում խմբերի
Գոյություն ունեն տարբեր տեսակի ոչ հիստոնային սպիտակուցներ: Նրանց բաժանումը հինգ խմբի պայմանական է, հիմնված է ներքին նմանության վրա։ Զգալի թվով տարբերակիչ հատկություններ են հայտնաբերվել բարձր և ցածր էուկարիոտիկ օրգանիզմներում:
Օրինակ՝ ստորին ողնաշարավոր օրգանիզմների հյուսվածքներին բնորոշ H1-ի փոխարեն հայտնաբերվում է հիստոն H5, որն ավելի շատ սերին և արգինին է պարունակում։
Կան նաև իրավիճակներ, որոնք կապված են էուկարիոտներում հիստոնային խմբերի մասնակի կամ ամբողջական բացակայության հետ:
Ֆունկցիոնալություն
Նման սպիտակուցներ են հայտնաբերվել բակտերիաների, վիրուսների, միտոքոնդրիումներում: Օրինակ, E. coli-ում բջիջում հայտնաբերվել են սպիտակուցներ, որոնց ամինաթթուների բաղադրությունը նման է հիստոններին:
Ոչհիստոնային քրոմատինային սպիտակուցները կարևոր գործառույթներ են կատարում կենդանի օրգանիզմներում: Մինչև նուկլեոսոմների նույնականացումը, երկու վարկած է օգտագործվել՝ կապված նման սպիտակուցների ֆունկցիոնալ նշանակության, կարգավորիչ և կառուցվածքային դերի հետ:
Հայտնաբերվել է, որ երբ մեկուսացված քրոմատինին ավելացվում է ՌՆԹ պոլիմերազ, ստացվում է տառադարձման գործընթացի կաղապար։ Բայց նրա գործունեությունը գնահատվում էդրա միայն 10 տոկոսը մաքուր ԴՆԹ-ի համար: Այն մեծանում է հիստոնային խմբերի հեռացման հետ, իսկ դրանց բացակայության դեպքում դա առավելագույն արժեք է։
Սա ցույց է տալիս, որ հիստոնների ընդհանուր պարունակությունը թույլ է տալիս վերահսկել տառադարձման գործընթացը: Հիստոնների որակական և քանակական փոփոխություններն ազդում են քրոմատինի ակտիվության, կոմպակտության աստիճանի վրա։
Հիստոնների կարգավորիչ բնութագրերի սպեցիֆիկության հարցը տարբեր բջիջներում հատուկ mRNA-ների սինթեզի ժամանակ ամբողջությամբ ուսումնասիրված չէ։
Մաքուր ԴՆԹ պարունակող լուծույթներին հիստոնային ֆրակցիայի աստիճանական ավելացումով նկատվում է տեղումներ DNP համալիրի տեսքով: Երբ հիստոնները հեռացվում են քրոմատինի լուծույթից, տեղի է ունենում ամբողջական անցում դեպի լուծելի հիմք:
Ոչ հիստոնային սպիտակուցների գործառույթները չեն սահմանափակվում միայն մոլեկուլների կառուցմամբ, դրանք շատ ավելի բարդ են և բազմակողմանի:
Նուկլեոսոմների կառուցվածքային նշանակությունը
Առաջին էլեկտրամիկրոսկոպիկ և կենսաքիմիական ուսումնասիրություններում ապացուցվել է, որ DPN պատրաստուկներում առկա են թելային կառուցվածքներ, որոնց տրամագիծը 5-50 նմ միջակայքում է։ Սպիտակուցի մոլեկուլների կառուցվածքի մասին պատկերացումների բարելավմամբ հնարավոր եղավ պարզել, որ ուղղակի կապ կա քրոմատինային ֆիբրիլի տրամագծի և դեղամիջոցի մեկուսացման մեթոդի միջև։
Միտոտիկ քրոմոսոմների և միջֆազային միջուկների բարակ հատվածներում գլյուտարալդեհիդով հայտնաբերումից հետո հայտնաբերվել են քրոմատացված մանրաթելեր, որոնց հաստությունը 30 նմ է։
Ֆիբրիլներն ունեն նման չափսերքրոմատին իրենց միջուկների ֆիզիկական ամրագրման դեպքում՝ սառեցման, մանրացման, նմանատիպ պատրաստուկներից կրկնօրինակներ վերցնելու ժամանակ։
Քրոմատինի ոչ հիստոնային սպիտակուցները հայտնաբերվել են երկու տարբեր եղանակներով քրոմատինի մասնիկների նուկլեոսոմների կողմից:
Հետազոտություն
Երբ քրոմատինային պատրաստուկները տեղադրվում են աննշան իոնային ուժ ունեցող ալկալային պայմաններում էլեկտրոնային մանրադիտակի համար նախատեսված սուբստրատի վրա, ստացվում են բշտիկների նման քրոմատինային թելեր: Դրանց չափը չի գերազանցում 10 նմ-ը, իսկ գնդիկները փոխկապակցված են ԴՆԹ հատվածներով, որոնց երկարությունը չի գերազանցում 20 նմ։ Դիտարկումների ընթացքում հնարավոր եղավ կապ հաստատել ԴՆԹ-ի կառուցվածքի և քայքայման արգասիքների միջև։
Հետաքրքիր տեղեկություն
Ոչ հիստոնային սպիտակուցները կազմում են քրոմատինային սպիտակուցների մոտ քսան տոկոսը: Դրանք սպիտակուցներ են (բացառությամբ նրանց, որոնք արտազատվում են քրոմոսոմներով): Ոչ հիստոնային սպիտակուցները սպիտակուցների համակցված խումբ են, որոնք միմյանցից տարբերվում են ոչ միայն հատկություններով, այլև գործառական նշանակությամբ։
Դրանց մեծ մասը վերաբերում է միջուկային մատրիցային սպիտակուցներին, որոնք հանդիպում են ինչպես միջֆազային միջուկների բաղադրության մեջ, այնպես էլ միտոտիկ քրոմոսոմներում։
Ոչ հիստոնային սպիտակուցները կարող են ներառել մոտ 450 առանձին պոլիմերներ՝ տարբեր մոլեկուլային քաշով: Նրանցից մի քանիսը լուծելի են ջրում, իսկ մյուսները՝ թթվային լուծույթներում։ Դենատուրացնող նյութերի առկայության դեպքում շարունակվող դիսոցիացիայի քրոմատինի հետ կապի փխրունության պատճառով այս սպիտակուցային մոլեկուլների դասակարգման և նկարագրության հետ կապված զգալի խնդիրներ կան:
Nonhistone սպիտակուցները կարգավորող պոլիմերներ են,խթանող տառադարձում. Կան նաև այս գործընթացի արգելակիչներ, որոնք կապվում են ԴՆԹ-ի վրա որոշակի հաջորդականությամբ:
Ոչհիստոնային սպիտակուցները կարող են ներառել նաև նուկլեինաթթուների նյութափոխանակության մեջ ներգրավված ֆերմենտներ՝ ՌՆԹ և ԴՆԹ մեթիլազներ, ԴՆազներ, պոլիմերազներ, քրոմատինային սպիտակուցներ:
Բազմաթիվ նմանատիպ պոլիմերային միացությունների միջավայրը համարվում է ամենաշատ ուսումնասիրված ոչ հիստոնային սպիտակուցները՝ բարձր շարժունակությամբ: Դրանք բնութագրվում են լավ էլեկտրաֆորետիկ շարժունակությամբ, արդյունահանմամբ սովորական աղի լուծույթով։
HMG սպիտակուցները լինում են չորս տեսակի՝
- HMG-2 (մ.վ.=26000),
- HMG-1 (մ.վ.=25,500),
- HMG-17 (մ.վ.=9247),
- HMG-14 (մ.վ.=100,000).
Նման կառուցվածքների կենդանի բջիջը պարունակում է հիստոնների ընդհանուր քանակի 5%-ից ոչ ավելին: Դրանք հատկապես տարածված են ակտիվ քրոմատինում։
HMG-2 և HMG-1 սպիտակուցները ներառված չեն նուկլեոսոմներում, դրանք կապվում են միայն կապող ԴՆԹ բեկորների հետ:
Սպիտակուցներ HMG-14-ը և HMG-17-ը կարող են կապվել նուկլեոսոմների սրտանման պոլիմերներին, ինչը հանգեցնում է DNP մանրաթելերի հավաքման մակարդակի փոփոխության, և դրանք ավելի հասանելի կլինեն ՌՆԹ պոլիմերազի հետ ռեակցիայի համար: Նման իրավիճակում HMG սպիտակուցները կատարում են տրանսկրիպցիոն գործունեության կարգավորիչների դերը։ Պարզվել է, որ քրոմատինային ֆրակցիան, որն ունի բարձր զգայունություն DNase I-ի նկատմամբ, հագեցած է HMG սպիտակուցներով։
Եզրակացություն
Քրոմատինի կառուցվածքային կազմակերպման երրորդ մակարդակը ԴՆԹ-ի օղակային տիրույթներն են: Հետազոտության ընթացքում պարզվել է, որ միայնվերծանելով քրոմոսոմային տարրական բաղադրիչների սկզբունքը՝ դժվար է ստանալ քրոմոսոմների ամբողջական պատկերը միտոզում՝ ինտերֆազում։
ԴՆԹ-ի խտացում 40 անգամ ստացվում է առավելագույն պարույրացման շնորհիվ: Սա բավարար չէ քրոմոսոմների չափի և բնութագրերի մասին իրական պատկերացում կազմելու համար։ Կարելի է տրամաբանորեն եզրակացնել, որ պետք է լինի ԴՆԹ-ի հավաքման էլ ավելի բարձր մակարդակ, որի օգնությամբ հնարավոր կլինի միանշանակ բնութագրել քրոմոսոմները։
Գիտնականները կարողացել են հայտնաբերել քրոմատինի կազմակերպման նմանատիպ մակարդակներ՝ դրա արհեստական դեխտացման արդյունքում: Նման իրավիճակում հատուկ սպիտակուցները կկապվեն ԴՆԹ-ի որոշ հատվածների հետ, որոնք ունեն տիրույթներ ասոցիացիայի վայրերում:
ԴՆԹ հանգույցի փաթեթավորման սկզբունքը հայտնաբերվել է նաև էուկարիոտիկ բջիջներում:
Օրինակ, եթե մեկուսացված միջուկները մշակվեն կերակրի աղի լուծույթով, ապա միջուկի ամբողջականությունը կպահպանվի։ Այս կառուցվածքը հայտնի դարձավ որպես նուկլեոտիդ։ Նրա ծայրամասը ներառում է զգալի թվով փակ ԴՆԹ հանգույցներ, որոնց միջին չափը 60 կբ է։
Քրոոմերների նախապատրաստական մեկուսացման դեպքում, որին հաջորդում է դրանցից հիստոնների արդյունահանումը, էլեկտրոնային մանրադիտակի տակ տեսանելի կլինեն օղակաձև վարդանման կառուցվածքներ: Մեկ վարդակում օղակների թիվը 15-ից 80 է, ԴՆԹ-ի ընդհանուր երկարությունը հասնում է 50 միկրոնի։
Սպիտակուցային մոլեկուլների կառուցվածքի և հիմնական ֆունկցիոնալ բնութագրերի մասին պատկերացումները, որոնք ստացվել են փորձարարական գործունեության ընթացքում, թույլ են տալիս գիտնականներին մշակել դեղամիջոցներ, ստեղծել նորարարականգենետիկ հիվանդությունների դեմ արդյունավետ պայքարի մեթոդներ.
