มาดูหน้าที่ของโปรตีนที่ไม่ใช่ฮิสโตน ความสำคัญต่อร่างกายกัน หัวข้อนี้น่าสนใจเป็นพิเศษและสมควรได้รับการศึกษาอย่างละเอียด
โปรตีนโครมาตินหลัก
โปรตีนฮิสโตนและที่ไม่ใช่ฮิสโตนเชื่อมโยงโดยตรงกับดีเอ็นเอ บทบาทในองค์ประกอบของโครโมโซมระหว่างเฟสและไมโทติคนั้นค่อนข้างใหญ่ - การจัดเก็บและการกระจายข้อมูลทางพันธุกรรม
เมื่อทำหน้าที่ดังกล่าว จำเป็นต้องมีฐานโครงสร้างที่ชัดเจนซึ่งช่วยให้สามารถจัดเรียงโมเลกุล DNA ที่ยาวได้อย่างชัดเจน การดำเนินการนี้ช่วยให้คุณควบคุมความถี่ของการสังเคราะห์อาร์เอ็นเอและการจำลองดีเอ็นเอ
ความเข้มข้นในนิวเคลียสระหว่างเฟสคือ 100 มก./มล. นิวเคลียสของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมหนึ่งตัวมี DNA ประมาณ 2 ม. ซึ่งแปลเป็นภาษาท้องถิ่นในนิวเคลียสทรงกลมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 10 ไมครอน
กลุ่มโปรตีน
แม้จะมีความหลากหลาย แต่ก็เป็นธรรมเนียมที่จะต้องแยกกลุ่มออกเป็นสองกลุ่ม หน้าที่ของโปรตีนฮิสโตนและไม่ใช่ฮิสโตนมีความแตกต่างบางประการ ประมาณ 80 เปอร์เซ็นต์ของโปรตีนโครมาตินทั้งหมดเป็นฮิสโตน พวกมันมีปฏิสัมพันธ์กับ DNA ผ่านพันธะไอออนิกและเกลือ
ทั้งๆ ที่ฮิสโตนและโปรตีนที่ไม่ใช่ฮิสโตนของโครมาตินจะมีปริมาณมากเป็นตัวแทนของโปรตีนหลากหลายชนิดที่ไม่มีนัยสำคัญ เซลล์ยูคาริโอตประกอบด้วยโมเลกุลฮิสโตนประมาณห้าถึงเจ็ดประเภท
โปรตีน nonhistone ในโครโมโซมส่วนใหญ่จะจำเพาะ พวกมันมีปฏิสัมพันธ์กับโครงสร้างบางอย่างของโมเลกุลดีเอ็นเอเท่านั้น
คุณลักษณะของฮิสโตน
โปรตีนฮิสโตนและโปรตีนที่ไม่ใช่ฮิสโตนในโครโมโซมมีหน้าที่อะไร? ฮิสโตนผูกมัดในรูปแบบของโมเลกุลเชิงซ้อนกับ DNA พวกมันเป็นหน่วยย่อยของระบบดังกล่าว
ฮิสโตนเป็นโปรตีนที่มีลักษณะเฉพาะของโครมาตินเท่านั้น พวกเขามีคุณสมบัติบางอย่างที่ทำให้พวกเขาทำหน้าที่เฉพาะในสิ่งมีชีวิต เหล่านี้เป็นโปรตีนอัลคาไลน์หรือพื้นฐานซึ่งมีปริมาณอาร์จินีนและไลซีนค่อนข้างสูง เนื่องจากประจุบวกในกลุ่มอะมิโน พันธะไฟฟ้าสถิตหรือพันธะเกลือจึงเกิดขึ้นโดยมีประจุตรงข้ามกับโครงสร้างฟอสเฟตของ DNA
พันธะนี้ค่อนข้างไม่เสถียร ถูกทำลายได้ง่าย และแยกตัวออกเป็นฮิสโตนและดีเอ็นเอเกิดขึ้น โครมาตินถือเป็นสารเชิงซ้อนของนิวคลีอิก-โปรตีนที่ซับซ้อน ซึ่งภายในมีโมเลกุลดีเอ็นเอเชิงเส้นที่มีโพลีเมอร์สูง รวมทั้งโมเลกุลฮิสโตนจำนวนมากด้วย
คุณสมบัติ
ฮิสโตนเป็นโปรตีนที่ค่อนข้างเล็กในแง่ของน้ำหนักโมเลกุล พวกมันมีคุณสมบัติคล้ายคลึงกันในยูคาริโอตทั้งหมดและพบได้ในฮิสโตนคลาสที่คล้ายคลึงกัน ตัวอย่างเช่น ประเภท H3 และ H4 ถือว่าอุดมไปด้วยอาร์จินีน เนื่องจากมีปริมาณที่เพียงพอกรดอะมิโน
พันธุ์ฮิสโตน
ฮิสโตนดังกล่าวถือว่าเป็นแบบอนุรักษ์นิยม เนื่องจากลำดับกรดอะมิโนในพวกมันมีความคล้ายคลึงกันแม้ในสปีชีส์ที่อยู่ห่างไกล
H2A และ H2B ถือเป็นโปรตีนไลซีนระดับปานกลาง วัตถุต่างๆ ภายในกลุ่มเหล่านี้มีความแตกต่างกันในโครงสร้างหลัก เช่นเดียวกับลำดับของกรดอะมิโนที่ตกค้าง
Histone H1 เป็นโปรตีนประเภทหนึ่งซึ่งมีการจัดเรียงกรดอะมิโนในลำดับที่คล้ายคลึงกัน
พวกมันแสดงให้เห็นความแตกต่างที่สำคัญกว่าและความแตกต่างระหว่างสายพันธุ์ ไลซีนจำนวนมากถือเป็นคุณสมบัติทั่วไป อันเป็นผลมาจากการที่โปรตีนเหล่านี้สามารถแยกออกจากโครมาตินในสารละลายน้ำเกลือเจือจาง
ฮิสโตนของทุกคลาสมีลักษณะเฉพาะโดยการกระจายกลุ่มของกรดอะมิโนหลัก: อาร์จินีนและไลซีนที่ปลายโมเลกุล
H1 มีตัวแปร N-terminus ที่โต้ตอบกับ histones อื่น ๆ และ C-terminus นั้นอุดมไปด้วยไลซีน เป็นผู้ที่โต้ตอบกับ DNA
สามารถปรับเปลี่ยนฮิสโตนได้ตลอดอายุเซลล์:
- เมทิลเลชั่น;
- acetylation.
กระบวนการดังกล่าวทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในจำนวนของประจุบวก ซึ่งเป็นปฏิกิริยาย้อนกลับได้ เมื่อสารตกค้างจากซีรีนถูกฟอสโฟรีเลต ประจุลบส่วนเกินจะปรากฏขึ้น การปรับเปลี่ยนดังกล่าวส่งผลต่อคุณสมบัติของฮิสโตนและปฏิสัมพันธ์กับดีเอ็นเอ ตัวอย่างเช่น เมื่อฮิสโตนถูกอะซิติเลต จะสังเกตการกระตุ้นของยีน และดีฟอสโฟรีเลชันทำให้เกิดการควบแน่นและการควบแน่นโครมาติน
คุณสมบัติการสังเคราะห์
กระบวนการนี้เกิดขึ้นในไซโตพลาสซึม จากนั้นจึงถูกส่งไปยังนิวเคลียส จับกับ DNA ในระหว่างการจำลองแบบในช่วง S หลังจากการหยุดสังเคราะห์ดีเอ็นเอโดยเซลล์ ข้อมูลฮิสโตน RNA จะสลายตัวภายในไม่กี่นาที กระบวนการสังเคราะห์จะหยุดลง
แบ่งออกเป็นกลุ่ม
โปรตีนที่ไม่ใช่ฮิสโตนมีหลายประเภท การแบ่งของพวกเขาออกเป็นห้ากลุ่มนั้นมีเงื่อนไขโดยขึ้นอยู่กับความคล้ายคลึงกันภายใน มีการระบุคุณสมบัติที่โดดเด่นจำนวนมากในสิ่งมีชีวิตที่มียูคาริโอตสูงและต่ำ
ตัวอย่างเช่น แทนที่จะเป็น H1 ลักษณะของเนื้อเยื่อของสิ่งมีชีวิตที่มีกระดูกสันหลังตอนล่างจะพบว่าฮิสโตน H5 ซึ่งมีซีรีนและอาร์จินีนมากกว่า
นอกจากนี้ยังมีสถานการณ์ที่เกี่ยวข้องกับการขาดกลุ่มฮิสโตนบางส่วนหรือทั้งหมดในยูคาริโอต
ฟังก์ชั่น
พบโปรตีนที่คล้ายกันในแบคทีเรีย ไวรัส ไมโทคอนเดรีย ตัวอย่างเช่น ใน E. coli พบโปรตีนในเซลล์ ซึ่งมีองค์ประกอบของกรดอะมิโนคล้ายกับฮิสโตน
โปรตีนโครมาตินที่ไม่ใช่นิสโตนทำหน้าที่สำคัญในสิ่งมีชีวิต ก่อนที่จะระบุนิวคลีโอโซม มีการใช้สมมติฐานสองข้อเกี่ยวกับความสำคัญเชิงหน้าที่ กฎข้อบังคับ และบทบาทโครงสร้างของโปรตีนดังกล่าว
พบว่าเมื่อเติม RNA polymerase ลงในโครมาตินที่แยกได้ เทมเพลตสำหรับกระบวนการถอดรหัสจะได้รับ แต่กิจกรรมของเขาประมาณว่าเพียง 10 เปอร์เซ็นต์ของสิ่งนั้นสำหรับ DNA บริสุทธิ์ มันเพิ่มขึ้นด้วยการลบกลุ่มฮิสโตนและในกรณีที่ไม่มีจะเป็นค่าสูงสุด
นี่แสดงว่าเนื้อหาทั้งหมดของฮิสโตนช่วยให้คุณควบคุมกระบวนการถอดความได้ การเปลี่ยนแปลงเชิงคุณภาพและเชิงปริมาณในฮิสโตนส่งผลต่อการทำงานของโครมาติน ระดับความแน่นของมัน
คำถามเกี่ยวกับความจำเพาะของลักษณะการควบคุมของฮิสโตนในระหว่างการสังเคราะห์ mRNA จำเพาะในเซลล์ต่างๆ ยังไม่ได้รับการศึกษาอย่างครบถ้วน
ด้วยการเติมเศษส่วนของฮิสโตนลงในสารละลายที่มี DNA บริสุทธิ์ทีละน้อย การตกตะกอนจะสังเกตได้ในรูปของ DNP คอมเพล็กซ์ เมื่อฮิสโตนถูกกำจัดออกจากสารละลายโครมาติน จะเกิดการเปลี่ยนเป็นเบสที่ละลายน้ำได้อย่างสมบูรณ์
หน้าที่ของโปรตีนที่ไม่ใช่ฮิสโตนไม่ได้จำกัดแค่การสร้างโมเลกุล พวกมันซับซ้อนและมีหลายแง่มุมมากกว่ามาก
ความสำคัญเชิงโครงสร้างของนิวคลีโอโซม
ในการศึกษาด้วยกล้องจุลทรรศน์ไฟฟ้าและชีวเคมีครั้งแรก ได้รับการพิสูจน์ว่ามีโครงสร้างเส้นใยในการเตรียม DPN ซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางอยู่ในช่วง 5-50 นาโนเมตร ด้วยการปรับปรุงแนวคิดเกี่ยวกับโครงสร้างของโมเลกุลโปรตีน จึงเป็นไปได้ที่จะพบว่ามีความสัมพันธ์โดยตรงระหว่างเส้นผ่านศูนย์กลางของไฟบริลโครมาตินกับวิธีการแยกตัวยา
ในโครโมโซมไมโทติคบางๆ และนิวเคลียสระหว่างเฟส หลังจากตรวจพบกลูตาราลดีไฮด์ จะพบเส้นใยโครโมโซมซึ่งมีความหนา 30 นาโนเมตร
เส้นใยมีขนาดใกล้เคียงกันโครมาตินในกรณีของการตรึงทางกายภาพของนิวเคลียส: ในระหว่างการแช่แข็ง การบิ่น การลอกเลียนแบบจากการเตรียมการที่คล้ายกัน
โปรตีนที่ไม่ใช่ฮิสโตนของโครมาตินถูกค้นพบโดยนิวคลีโอโซมของอนุภาคโครมาตินในสองวิธีที่แตกต่างกัน
วิจัย
เมื่อเตรียมโครมาตินวางบนซับสเตรตสำหรับกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนภายใต้สภาวะที่เป็นด่างที่มีความแรงของไอออนิกน้อย จะได้เส้นโครมาตินที่คล้ายกับเม็ดบีด ขนาดของพวกมันไม่เกิน 10 นาโนเมตรและทรงกลมเชื่อมต่อกันด้วยส่วน DNA ซึ่งมีความยาวไม่เกิน 20 นาโนเมตร ในระหว่างการสังเกต เป็นไปได้ที่จะสร้างความเชื่อมโยงระหว่างโครงสร้างของ DNA กับผลิตภัณฑ์ที่สลายตัว
ข้อมูลที่น่าสนใจ
โปรตีนที่ไม่ใช่ฮิสโตนประกอบด้วยโปรตีนโครมาตินประมาณยี่สิบเปอร์เซ็นต์ พวกมันคือโปรตีน (ยกเว้นโปรตีนที่โครโมโซมหลั่งออกมา) โปรตีนที่ไม่ใช่ฮิสโตนเป็นกลุ่มโปรตีนที่รวมกันซึ่งแตกต่างกัน ไม่เพียงแต่ในด้านคุณสมบัติ แต่ยังมีความสำคัญในการทำงานด้วย
ส่วนใหญ่หมายถึงโปรตีนเมทริกซ์นิวเคลียร์ ซึ่งพบทั้งในองค์ประกอบของนิวเคลียสระหว่างเฟสและในโครโมโซมไมโทติค
โปรตีนที่ไม่ใช่ฮิสโตนสามารถรวมพอลิเมอร์แต่ละตัวได้ประมาณ 450 ชนิดโดยมีน้ำหนักโมเลกุลต่างกัน บางชนิดสามารถละลายได้ในน้ำในขณะที่บางชนิดสามารถละลายได้ในสารละลายที่เป็นกรด เนื่องจากความเปราะบางของการเชื่อมต่อกับโครมาตินของการแตกตัวอย่างต่อเนื่องต่อหน้าสารทำให้เสียสภาพ มีปัญหาสำคัญกับการจำแนกประเภทและคำอธิบายของโมเลกุลโปรตีนเหล่านี้
โปรตีน nonhistone เป็นโพลีเมอร์ควบคุมการกระตุ้นการถอดความ นอกจากนี้ยังมีตัวยับยั้งกระบวนการนี้ที่ผูกมัดในลำดับเฉพาะบน DNA
โปรตีน nonhistone ยังรวมถึงเอ็นไซม์ที่เกี่ยวข้องกับการเผาผลาญกรดนิวคลีอิก: RNA และ DNA methylases, DNases, polymerases, chromatin proteins
สภาพแวดล้อมของสารประกอบโพลีเมอร์ที่คล้ายกันจำนวนมากถือเป็นโปรตีนที่ไม่ใช่ฮิสโตนที่มีการศึกษามากที่สุดและมีความคล่องตัวสูง พวกมันมีลักษณะเฉพาะด้วยการเคลื่อนที่แบบอิเล็กโตรโฟรีติกที่ดี การสกัดในสารละลายเกลือทั่วไป
โปรตีน HMG มีสี่ประเภท:
- HMG-2 (m.w.=26,000),
- HMG-1 (m.w.=25,500),
- HMG-17 (m.w.=9247),
- HMG-14 (m.w.=100,000).
เซลล์ที่มีชีวิตของโครงสร้างดังกล่าวมีไม่เกิน 5% ของจำนวนฮิสโตนทั้งหมด โดยเฉพาะอย่างยิ่งในโครมาตินที่ใช้งานอยู่
โปรตีน HMG-2 และ HMG-1 ไม่รวมอยู่ในนิวคลีโอโซม พวกมันจับกับชิ้นส่วนดีเอ็นเอของตัวเชื่อมโยงเท่านั้น
โปรตีน HMG-14 และ HMG-17 สามารถจับกับพอลิเมอร์คล้ายหัวใจของนิวคลีโอโซม ส่งผลให้ระดับการประกอบของเส้นใย DNP เปลี่ยนไป พวกมันจะเข้าถึงปฏิกิริยากับ RNA polymerase ได้มากขึ้น ในสถานการณ์เช่นนี้ โปรตีน HMG จะทำหน้าที่ควบคุมกิจกรรมการถอดรหัส พบว่าเศษโครมาตินซึ่งมีความไวต่อ DNase I เพิ่มขึ้นนั้นอิ่มตัวด้วยโปรตีน HMG
สรุป
ระดับที่สามของการจัดระเบียบโครงสร้างของโครมาตินคือโดเมนลูปของ DNA ในระหว่างการวิจัยพบว่าเท่านั้นการถอดรหัสหลักการขององค์ประกอบพื้นฐานของโครโมโซมจึงเป็นเรื่องยากที่จะได้ภาพที่สมบูรณ์ของโครโมโซมในเซลล์แบบไมโทซิสในเฟสต่างๆ
DNA ถูกทำให้หนาแน่นขึ้น 40 เท่า ได้จากการทำให้เป็นเกลียวสูงสุด นี้ไม่เพียงพอที่จะได้รับความคิดที่แท้จริงของขนาดและลักษณะของโครโมโซม สามารถสรุปได้อย่างมีตรรกะว่าต้องมีการประกอบ DNA ในระดับที่สูงขึ้นไปอีก ด้วยความช่วยเหลือจากสิ่งนี้จึงทำให้สามารถระบุลักษณะของโครโมโซมได้อย่างไม่น่าสงสัย
นักวิทยาศาสตร์สามารถตรวจพบระดับโครมาตินในระดับใกล้เคียงกัน อันเป็นผลมาจากการกลั่นตัวเป็นหยดน้ำ ในสถานการณ์เช่นนี้ โปรตีนจำเพาะจะจับกับบางส่วนของ DNA ที่มีโดเมนอยู่ในตำแหน่งที่เชื่อมโยง
หลักการของการบรรจุแบบวนรอบ DNA ก็ถูกค้นพบในเซลล์ยูคาริโอตเช่นกัน
ตัวอย่างเช่น หากนิวเคลียสที่แยกออกมาได้รับการบำบัดด้วยสารละลายของเกลือแกง ความสมบูรณ์ของนิวเคลียสจะยังคงอยู่ โครงสร้างนี้กลายเป็นที่รู้จักในฐานะนิวคลีโอไทด์ รอบนอกประกอบด้วยลูป DNA ปิดจำนวนมาก โดยขนาดเฉลี่ยอยู่ที่ 60 kb
ด้วยการแยกโครโมโซมแบบเตรียมการ ตามด้วยการแยกฮิสโตนออกจากพวกมัน โครงสร้างคล้ายดอกกุหลาบที่วนเป็นวงจะมองเห็นได้ภายใต้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน จำนวนลูปในหนึ่งซ็อกเก็ตคือ 15 ถึง 80 ความยาวรวมของ DNA ถึง 50 ไมครอน
แนวคิดเกี่ยวกับโครงสร้างและลักษณะการทำงานหลักของโมเลกุลโปรตีนที่ได้จากกิจกรรมการทดลองทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถพัฒนายาสร้างนวัตกรรมได้วิธีการต่อสู้กับโรคทางพันธุกรรมอย่างมีประสิทธิภาพ
