NUKLEOPROTEÍNY: ŠTRUKTÚRA, FUNKCIE A PRÍKLADY - BIOLÓGIE - 2026

Nukleoproteín je akýkoľvek typ proteínu, ktorá je konštrukčne spojená s nukleovú kyselinou, - buď RNA (ribonukleová kyselina) alebo DNA (deoxyribonukleová kyselina). Najvýznamnejšie príklady sú ribozómy, nukleozómy a nukleokapsidy vírusov.

Akýkoľvek proteín, ktorý sa viaže na DNA, však nemožno považovať za nukleoproteín. Tieto sa vyznačujú tvorbou stabilných komplexov a nie jednoduchou prechodnou asociáciou - ako proteíny, ktoré sprostredkúvajú syntézu a degradáciu DNA, ktoré na chvíľu a krátko interagujú.

Históny sú typom prominentného nukleoproteínu. Zdroj: Asasia, z Wikimedia Commons

Funkcie nukleoproteínov sa značne líšia a závisia od študovanej skupiny. Napríklad hlavnou funkciou histónov je zhutňovanie DNA do nukleozómov, zatiaľ čo ribozómy sa podieľajú na syntéze proteínov.

štruktúra

Všeobecne sú nukleoproteíny tvorené vysokým percentom bázických aminokyselinových zvyškov (lyzín, arginín a histidín). Každý nukleoproteín má svoju špecifickú štruktúru, ale všetky konvergujú, aby obsahovali aminokyseliny tohto typu.

Pri fyziologickom pH sú tieto aminokyseliny pozitívne nabité, čo uprednostňuje interakcie s molekulami genetického materiálu. Ďalej uvidíme, ako sa tieto interakcie vyskytujú.

Povaha interakcie

Nukleové kyseliny sa skladajú z hlavného reťazca cukrov a fosfátov, čo im dodáva záporný náboj. Tento faktor je kľúčom k pochopeniu interakcie nukleoproteínov s nukleovými kyselinami. Väzba medzi proteínmi a genetickým materiálom je stabilizovaná nekovalentnými väzbami.

Podobne, podľa základných princípov elektrostatiky (Coulombov zákon), zisťujeme, že obvinenia z rôznych znakov (+ a -) sa navzájom priťahujú.

Priťahovanie medzi pozitívnymi nábojmi proteínov a negatívnymi nábojmi genetického materiálu vedie k nešpecifickým interakciám. Naopak, v určitých sekvenciách, ako je ribozomálna RNA, sa vyskytujú špecifické spojenia.

Existujú rôzne faktory, ktoré sú schopné zmeniť interakcie medzi proteínom a genetickým materiálom. Medzi najdôležitejšie patria koncentrácie solí, ktoré zvyšujú iónovú silu v roztoku; Ionogénne povrchovo aktívne látky a iné chemické zlúčeniny polárnej povahy, ako je napríklad fenol, formamid.

Klasifikácia a funkcie

Nukleoproteíny sú klasifikované podľa nukleovej kyseliny, ku ktorej sú pripojené. Môžeme teda rozlíšiť dve dobre definované skupiny: deoxyribonukleoproteíny a ribonukleoproteíny. Logicky, prvá cieľová DNA a druhá RNA.

Deoxyribonucleoproteins

Najvýznamnejšou funkciou deoxyribonukleoproteínov je zhutnenie DNA. Bunka čelí výzve, ktorú je takmer nemožné prekonať: správne navinutie takmer dvoch metrov DNA do mikroskopického jadra. Tento jav sa dá dosiahnuť vďaka existencii nukleoproteínov, ktoré organizujú vlákno.

Táto skupina je okrem iného spojená s regulačnými funkciami v procesoch replikácie, transkripcie DNA, homológnej rekombinácie.

ribonukleoproteiny

Ribonukleoproteíny plnia základné funkcie, ktoré siahajú od replikácie DNA po reguláciu génovej expresie a reguláciu centrálneho metabolizmu RNA.

Súvisia tiež s ochrannými funkciami, pretože messengerová RNA nie je v bunke nikdy voľná, pretože je náchylná k degradácii. Aby sa tomu zabránilo, s touto molekulou sa v ochranných komplexoch asociuje séria ribonukleoproteínov.

Rovnaký systém nachádzame vo vírusoch, ktoré chránia ich molekuly RNA pred pôsobením enzýmov, ktoré by ho mohli degradovať.

Príklady

históny

Históny zodpovedajú proteínovej zložke chromatínu. Sú najvýznamnejšie v tejto kategórii, hoci nájdeme aj iné proteíny viazané na DNA, ktoré nie sú histónmi, a sú zahrnuté vo veľkej skupine nazývanej non-histónové proteíny.

Štrukturálne sú to najzákladnejšie proteíny v chromatíne. A z hľadiska hojnosti sú úmerné množstvu DNA.

Máme päť druhov histónov. Jeho klasifikácia bola historicky založená na obsahu bázických aminokyselín. Triedy histónov sú medzi eukaryotickými skupinami prakticky nemenné.

Táto evolučná ochrana sa pripisuje obrovskej úlohe, ktorú históny hrajú v organických bytostiach.

V prípade, že sa zmení sekvencia, ktorá kóduje akékoľvek históny, bude mať organizmus vážne následky, pretože jeho obal DNA bude chybný. Prírodný výber je teda zodpovedný za elimináciu týchto nefunkčných variantov.

Z rôznych skupín sú najviac konzervované históny H3 a H4. V skutočnosti sú sekvencie v organizmoch rovnaké - fylogeneticky povedané - ako krava a hrach.

DNA sa navíja do tzv. Histónového oktaméru a táto štruktúra je nukleozóm - prvá úroveň zhutnenia genetického materiálu.

odvracajú

Protamíny sú malé jadrové proteíny (u cicavcov sú zložené z polypeptidu s takmer 50 aminokyselinami), vyznačujúce sa vysokým obsahom aminokyselinového zvyšku arginínu. Hlavnou úlohou protamínov je nahradiť históny v haploidnej fáze spermatogenézy.

Bolo navrhnuté, že tieto typy základných proteínov sú rozhodujúce pre balenie a stabilizáciu DNA v mužskej gamete. Líšia sa od histónov v tom, že umožňuje hustejšie balenie.

Na stavovcoch bolo nájdených 1 až 15 kódujúcich sekvencií pre proteíny, všetky zoskupené na rovnakom chromozóme. Porovnanie sekvencií naznačuje, že sa vyvinuli z histónov. Najviac študované u cicavcov sa nazývajú P1 a P2.

ribozómy

Najviditeľnejším príkladom proteínov, ktoré sa viažu na RNA, sú ribozómy. Sú to štruktúry prítomné prakticky vo všetkých živých veciach - od malých baktérií po veľké cicavce.

Ribozómy majú hlavnú funkciu pri translácii správy RNA do aminokyselinovej sekvencie.

Sú to vysoko komplexné molekulárne mechanizmy, ktoré sa skladajú z jednej alebo viacerých ribozomálnych RNA a sady proteínov. Nájdeme ich zadarmo v bunkovej cytoplazme alebo zakotvené v drsnom endoplazmatickom retikule (v skutočnosti „drsný“ vzhľad tohto oddelenia je spôsobený ribozómami).

Medzi eukaryotickými a prokaryotickými organizmami existujú rozdiely vo veľkosti a štruktúre ribozómov.

Referencie

1. Baker, TA, Watson, JD, Bell, SP, Gann, A., Losick, MA, a Levine, R. (2003). Molekulárna biológia génu. Vydavateľstvo Benjamin-Cummings.
2. Balhorn, R. (2007). Protamínová rodina spermatických jadrových proteínov. Genómová biológia, 8 (9), 227.
3. Darnell, JE, Lodish, HF, a Baltimore, D. (1990). Molekulárna bunková biológia. Scientific American Books.
4. Jiménez García, LF (2003). Bunková a molekulárna biológia. Pearsonovo vzdelávanie v Mexiku.
5. Lewin, B (2004). Gény VIII. Pearsonova Prentice Hall.
6. Teijón, JM (2006). Základy štruktúrnej biochémie. Editorial Tébar.