НУКЛЕОПРОТЕЇНИ: СТРУКТУРА, ФУНКЦІЇ ТА ПРИКЛАДИ - БІОЛОГІЯ - 2025

Нуклеопротеїд будь-якого типу білка , який структурно пов'язаний з нуклеїнової кислотою - або РНК (рибонуклеїнової кислоти) або ДНК (дезоксирибонуклеїнової кислоти). Найвизначніші приклади - рибосоми, нуклеосоми та нуклеокапсиди у вірусах.

Однак будь-який білок, який зв'язується з ДНК, не може вважатися нуклеопротеїном. Вони характеризуються формуванням стійких комплексів, а не простої тимчасової асоціації - як білки, що опосередковують синтез та деградацію ДНК, які взаємодіють миттєво та коротко.

Гістони - це тип видатного нуклеопротеїну. Джерело: Asasia, з Wikimedia Commons

Функції нуклеопротеїнів сильно різняться і залежать від групи, що вивчається. Наприклад, основна функція гістонів - ущільнення ДНК у нуклеосоми, тоді як рибосоми беруть участь у синтезі білків.

Будова

Як правило, нуклеопротеїди складаються з високого відсотка основних залишків амінокислот (лізину, аргініну та гістидину). Кожен нуклеопротеїн має свою особливу структуру, але всі вони сходяться, щоб містити амінокислоти цього типу.

При фізіологічному рН ці амінокислоти позитивно заряджаються, що сприяє взаємодії з молекулами генетичного матеріалу. Далі ми побачимо, як відбуваються ці взаємодії.

Характер взаємодії

Нуклеїнові кислоти складаються з основи цукрів і фосфатів, які надають їм негативний заряд. Цей фактор є ключовим для розуміння того, як нуклеопротеїни взаємодіють з нуклеїновими кислотами. Зв'язок, який існує між білками та генетичним матеріалом, стабілізується нековалентними зв’язками.

Так само, дотримуючись основних принципів електростатики (закон Кулона), ми виявляємо, що заряди різних знаків (+ і -) притягують один одного.

Залучення між позитивними зарядами білків і негативними зарядами генетичного матеріалу породжує неспецифічні взаємодії. Навпаки, специфічні з'єднання відбуваються в певних послідовностях, таких як рибосомальна РНК.

Існують різні фактори, які здатні змінювати взаємодію білка з генетичним матеріалом. Серед найважливіших - концентрації солей, які підвищують іонну силу в розчині; Іоногенні ПАР та інші хімічні сполуки полярного характеру, такі як фенол, формамід, серед інших.

Класифікація та функції

Нуклеопротеїни класифікуються відповідно до нуклеїнової кислоти, до якої вони приєднані. Таким чином, ми можемо виділити дві чітко визначені групи: дезоксирибонуклеопротеїни та рибонуклеопротеїни. За логікою, перша ДНК-мішень, а друга РНК.

Деоксирибонуклеопротеїни

Найвизначнішою функцією дезоксирибонуклеопротеїнів є ущільнення ДНК. Клітина стоїть перед викликом, який здається майже неможливим: подолати майже два метри ДНК у мікроскопічне ядро. Цього явища можна досягти завдяки існуванню нуклеопротеїнів, які організовують нитку.

Ця група також пов'язана з регуляторними функціями в процесах реплікації, транскрипції ДНК, гомологічної рекомбінації, серед інших.

Рибонуклеопротеїни

Зі свого боку, рибонуклеопротеїни виконують найважливіші функції - від реплікації ДНК до регуляції експресії генів та регуляції центрального метаболізму РНК.

Вони також пов'язані із захисними функціями, оскільки месенджерна РНК ніколи не є вільною у клітині, оскільки вона схильна до деградації. Щоб уникнути цього, серія рибонуклеопротеїнів асоціюється з цією молекулою в захисних комплексах.

Ми знаходимо ту саму систему у вірусів, які захищають їх молекули РНК від дії ферментів, які могли б її погіршити.

Приклади

Гістони

Гістони відповідають білковому компоненту хроматину. Вони є найвидатнішими в цій категорії, хоча ми також знаходимо інші білки, пов'язані з ДНК, які не є гістонами, і входять до великої групи під назвою білки негістону.

Структурно вони є основними білками хроматину. І, з точки зору достатку, вони пропорційні кількості ДНК.

У нас є п'ять видів гістонів. Його класифікація ґрунтувалася, історично, на вмісті основних амінокислот. Класи гістонів практично незмінні серед еукаріотичних груп.

Це еволюційне збереження приписується величезній ролі, яку відіграють гістони в органічних істотах.

Якщо послідовність, що кодує будь-які гістони, зміниться, організм зіткнеться з серйозними наслідками, оскільки упаковка ДНК буде несправною. Таким чином, природний відбір відповідає за усунення цих нефункціональних варіантів.

Серед різних груп найбільш збереженими є гістони H3 та H4. Насправді послідовності в організмах однакові - філогенетично кажучи - як корова та горох.

ДНК обертається навколо того, що відомо як октамер гістону, і ця структура є нуклеосомою - першим рівнем ущільнення генетичного матеріалу.

Протаміни

Протаміни - це невеликі ядерні білки (у ссавців вони складаються з поліпептиду майже 50 амінокислот), що характеризується високим вмістом залишку амінокислоти аргініну. Основна роль протамінів полягає в заміні гістонів у гаплоїдній фазі сперматогенезу.

Було запропоновано, що ці типи основних білків мають вирішальне значення для упаковки та стабілізації ДНК у чоловічій гаметі. Вони відрізняються від гістонів тим, що це дозволяє щільніше упакувати.

У хребетних виявлено від 1 до 15 кодуючих послідовностей для білків, всі згруповані в одній хромосомі. Порівняння послідовностей говорить про те, що вони розвинулися з гістонів. Найбільш вивчені у ссавців називаються P1 і P2.

Рибосоми

Найбільш помітний приклад білків, які зв'язуються з РНК, є в рибосомах. Вони є структурами, присутніми практично у всіх живих істотах - від дрібних бактерій до великих ссавців.

Рибосоми виконують основну функцію перетворення повідомлення РНК в послідовність амінокислот.

Вони являють собою дуже складну молекулярну техніку, що складається з однієї або декількох рибосомних РНК та набору білків. Ми можемо знайти їх вільними всередині клітинної цитоплазми, або ж закріпленими в грубому ендоплазматичному ретикулумі (насправді «шорсткий» вигляд цього відділення зумовлений рибосомами).

Існують відмінності у розмірі та структурі рибосом між еукаріотичними та прокаріотичними організмами.

Список літератури

1. Бейкер, Т.А., Ватсон, Дж. Д., Белл, С.П., Ганн, А., Лосік, штат Массачусетс, і Левін, Р. (2003). Молекулярна біологія гена. Видавнича компанія "Бенджамін-Каммінгс".
2. Balhorn, R. (2007). Протаміновий сімейство ядерних білків сперми. Біологія геному, 8 (9), 227.
3. Darnell, JE, Lodish, HF, & Baltimore, D. (1990). Молекулярна клітинна біологія. Наукові американські книги.
4. Хіменес Гарсія, LF (2003). Клітинна та молекулярна біологія. Пірсон Освіта Мексики.
5. Левін, Б. (2004). Гени VIII. Pearson Prentice Hall.
6. Teijón, JM (2006). Основи структурної біохімії. Редакція Тебар.