NUKLEOPROTEINI: STRUKTURA, FUNKCIJE IN PRIMERI - BIOLOGIJA - 2026

Nukleoprotein je vsaka vrsta beljakovine, ki je strukturno povezan z nukleinsko kislino, - bodisi RNA (ribonukleinska kislina) ali DNK (deoksiribonukleinska kislina). Najbolj vidni primeri so ribosomi, nukleozomi in nukleokapsidi v virusih.

Vendar se noben protein, ki se veže na DNK, ne more šteti za nukleoprotein. Za njih je značilno, da tvorijo stabilne komplekse in ne preprosta prehodna povezava - kot beljakovine, ki posredujejo pri sintezi in razgradnji DNK, ki se medsebojno in kratko povežejo.

Histoni so vrsta izrazitega nukleoproteina. Vir: Asasia, iz Wikimedia Commons

Funkcije nukleoproteinov se zelo razlikujejo in so odvisne od skupine, ki se preučuje. Na primer, glavna funkcija histonov je zbijanje DNK v nukleosome, ribosomi pa sodelujejo pri sintezi beljakovin.

Struktura

Na splošno nukleoproteini sestavljajo visok odstotek bazičnih aminokislinskih ostankov (lizin, arginin in histidin). Vsak nukleoprotein ima svojo posebno strukturo, vendar se vsi zbližajo, da vsebujejo aminokisline te vrste.

Pri fiziološkem pH so te aminokisline pozitivno nabite, kar daje prednost interakciji z molekulami genskega materiala. Nato bomo videli, kako pride do teh interakcij.

Narava interakcije

Nukleinske kisline so sestavljene iz hrbtenice sladkorjev in fosfatov, ki jim dajejo negativen naboj. Ta dejavnik je ključen za razumevanje, kako nukleoproteini vplivajo na nukleinske kisline. Vezo med beljakovinami in genskim materialom stabiliziramo s nekovalentnimi vezmi.

Prav tako po osnovnih načelih elektrostatike (Coulombov zakon) ugotovimo, da se naboji različnih znakov (+ in -) med seboj privlačijo.

Privlačnost med pozitivnimi naboji proteinov in negativnimi naboji genskega materiala povzroči nespecifične interakcije. V nasprotju s tem se v določenih zaporedjih pojavijo specifični stičišči, kot je ribosomalna RNA.

Obstajajo različni dejavniki, ki lahko spremenijo interakcije med beljakovinami in genskim materialom. Med najpomembnejše so koncentracije soli, ki povečajo ionsko trdnost v raztopini; Ionogena površinsko aktivna sredstva in druge kemične spojine polarne narave, kot so fenol, formamid, med drugim.

Razvrstitev in funkcije

Nukleoproteini so razvrščeni glede na nukleinsko kislino, na katero so vezani. Tako lahko ločimo dve dobro opredeljeni skupini: deoksiribonukleoproteini in ribonukleoproteini. Logično je, da prvi ciljno DNA, zadnji pa RNA.

Deoksiribonukleoproteini

Najbolj izrazita funkcija deoksiribonukleoproteinov je zbijanje DNK. Celica se sooča z izzivom, ki ga je skoraj nemogoče premagati: pravilno navijanje skoraj dveh metrov DNK v mikroskopsko jedro. Ta pojav je mogoče doseči zahvaljujoč obstoju nukleoproteinov, ki organizirajo struno.

Ta skupina je med drugim povezana tudi z regulativnimi funkcijami v procesih podvajanja, prepisovanja DNK, homologne rekombinacije.

Ribonukleoproteini

Ribonukleoproteini pa izpolnjujejo bistvene funkcije, od podvajanja DNK do regulacije izražanja genov in uravnavanja centralnega metabolizma RNA.

Povezani so tudi z zaščitnimi funkcijami, saj se v celici nikoli ne sprosti messenger RNA, ker je nagnjen k razpadu. Da bi se temu izognili, se vrsta ribonukleoproteinov povezuje s to molekulo v zaščitnih kompleksih.

Isti sistem najdemo tudi pri virusih, ki svoje molekule RNA ščitijo pred delovanjem encimov, ki bi ga lahko razgradili.

Primeri

Histoni

Histoni ustrezajo beljakovinski komponenti kromatina. Najpomembnejši so v tej kategoriji, čeprav najdemo tudi druge beljakovine, vezane na DNK, ki niso histoni, in so vključene v veliko skupino, imenovano nehistonski proteini.

Strukturno so najosnovnejši beljakovine v kromatinu. In z vidika številčnosti so sorazmerne s količino DNK.

Imamo pet vrst histonov. Njegova zgodovinska razvrstitev je temeljila na vsebnosti osnovnih aminokislin. Razredi histonov so med evkariontskimi skupinami praktično nespremenljivi.

Temu evolucijskemu ohranjanju gre pripisati ogromno vlogo, ki jo pri organskih bitjih igrajo histoni.

V primeru, da se zaporedje, ki kodira kakršen koli histon, spremeni, se bo organizem spopadel z resnimi posledicami, saj bo embalaža DNK pokvarjena. Tako je za odpravo teh nefunkcionalnih variant odgovorna naravna selekcija.

Med različnimi skupinami sta najbolj ohranjena histona H3 in H4. Pravzaprav so sekvence v organizmih enako - filogenetsko gledano - kot krava in grah.

DNK se navita v tisto, kar je znano kot histonski oktamer, in ta struktura je nukleosom - prva stopnja zbijanja genskega materiala.

Protamin

Protamini so majhni jedrski proteini (pri sesalcih so sestavljeni iz polipeptida s skoraj 50 aminokislinami), za katerega je značilna visoka vsebnost aminokislinskega ostanka arginina. Glavna vloga protaminov je nadomeščanje histonov v haploidni fazi spermatogeneze.

Predlagano je, da so te vrste osnovnih beljakovin ključne za pakiranje in stabilizacijo DNK v moški gameti. Od histonov se razlikujejo po tem, da omogoča gostejše pakiranje.

Pri vretenčarjih so našli od 1 do 15 kodirnih zaporedij za beljakovine, ki so vse razvrščene na isti kromosom. Primerjava zaporedja kaže, da so se razvili iz histonov. Najbolj raziskane pri sesalcih se imenujejo P1 in P2.

Ribosomi

Najbolj opazen primer beljakovin, ki se vežejo na RNA, je v ribosomih. So strukture, prisotne v skoraj vseh živih bitjih - od majhnih bakterij do velikih sesalcev.

Ribosomi imajo glavno funkcijo prevajanja RNA sporočila v zaporedje aminokislin.

So zelo zapletena molekularna mehanizacija, sestavljena iz ene ali več ribosomskih RNK ​​in nabora beljakovin. Lahko jih najdemo v celični citoplazmi ali drugače zasidrani v grobem endoplazmatskem retikulu (pravzaprav je "grobi" videz tega predela posledica ribosomov).

Razlike v velikosti in zgradbi ribosomov med evkariontskimi in prokariotskimi organizmi obstajajo.

Reference

1. Baker, TA, Watson, JD, Bell, SP, Gann, A., Losick, MA, & Levine, R. (2003). Molekularna biologija gena. Založba Benjamin-Cummings.
2. Balhorn, R. (2007). Družina protaminskih jedrskih beljakovin. Biologija gena, 8 (9), 227.
3. Darnell, JE, Lodish, HF, & Baltimore, D. (1990). Molekularna celična biologija. Znanstvene ameriške knjige.
4. Jiménez García, LF (2003). Celična in molekularna biologija. Pearson Mehika.
5. Lewin, B (2004). Geni VIII. Dvorana Pearson Prentice.
6. Teijón, JM (2006). Osnove strukturne biokemije. Uredništvo Tébar.