NUKLEOPROTEINY: STRUKTURA, FUNKCE A PŘÍKLADY - BIOLOGIE - 2025

Nukleoprotein je jakýkoli typ proteinu, která je konstrukčně spojena s nukleovou kyselinou, - buď RNA (ribonukleová kyselina) nebo DNA (deoxyribonukleová kyselina). Nejvýznamnějšími příklady jsou ribosomy, nukleosomy a nukleokapsidy virů.

Avšak žádný protein, který se váže na DNA, nemůže být považován za nukleoprotein. Ty jsou charakterizovány tvorbou stabilních komplexů, a ne jednoduchým přechodným sdružením - jako proteiny, které zprostředkovávají syntézu a degradaci DNA, které na okamžik a krátce interagují.

Histony jsou typem prominentního nukleoproteinu. Zdroj: Asasia, z Wikimedia Commons

Funkce nukleoproteinů se velmi liší a závisí na studované skupině. Například hlavní funkcí histonů je zhutňování DNA do nukleosomů, zatímco ribosomy se podílejí na syntéze proteinů.

Struktura

Obecně jsou nukleoproteiny tvořeny vysokým procentem bazických aminokyselinových zbytků (lysin, arginin a histidin). Každý nukleoprotein má svou vlastní zvláštní strukturu, ale všechny konvergují k tomu, aby obsahovaly aminokyseliny tohoto typu.

Při fyziologickém pH jsou tyto aminokyseliny pozitivně nabity, což zvýhodňuje interakce s molekulami genetického materiálu. Dále uvidíme, jak k těmto interakcím dochází.

Povaha interakce

Nukleové kyseliny jsou tvořeny páteří cukrů a fosfátů, což jim dává záporný náboj. Tento faktor je klíčem k pochopení interakce nukleoproteinů s nukleovými kyselinami. Vazba mezi proteiny a genetickým materiálem je stabilizována nekovalentními vazbami.

Podobně, podle základních principů elektrostatiky (Coulombův zákon), zjišťujeme, že obvinění různých znaků (+ a -) se navzájem přitahují.

Přitažlivost mezi kladnými náboji proteinů a zápornými náboji genetického materiálu vede k nespecifickým interakcím. Naproti tomu se v určitých sekvencích, jako je ribozomální RNA, vyskytují specifické spoje.

Existují různé faktory, které jsou schopné změnit interakce mezi proteinem a genetickým materiálem. Mezi nejdůležitější patří koncentrace solí, které zvyšují iontovou sílu v roztoku; Ionogenní povrchově aktivní látky a jiné chemické sloučeniny polární povahy, jako je například fenol, formamid.

Klasifikace a funkce

Nukleoproteiny jsou klasifikovány podle nukleové kyseliny, ke které jsou připojeny. Můžeme tedy rozlišovat mezi dvěma dobře definovanými skupinami: deoxyribonukleoproteiny a ribonukleoproteiny. Logicky, první cílová DNA a druhá RNA.

Deoxyribonukleoproteiny

Nejvýznamnější funkcí deoxyribonukleoproteinů je zhutnění DNA. Buňka čelí výzvě, kterou je téměř nemožné překonat: řádné navinutí téměř dvou metrů DNA do mikroskopického jádra. Tento jev lze dosáhnout díky existenci nukleoproteinů, které organizují řetězec.

Tato skupina je mimo jiné spojena s regulačními funkcemi v procesech replikace, transkripce DNA, homologní rekombinace.

Ribonukleoproteiny

Ribonukleoproteiny naopak plní základní funkce, od replikace DNA po regulaci genové exprese a regulace centrálního metabolismu RNA.

Souvisejí také s ochrannými funkcemi, protože messengerová RNA není v buňce nikdy volná, protože je náchylná k degradaci. Aby se tomu zabránilo, sdružuje se s touto molekulou řada ribonukleoproteinů v ochranných komplexech.

Nacházíme stejný systém u virů, které chrání jejich molekuly RNA před působením enzymů, které by jej mohly degradovat.

Příklady

Histony

Histony odpovídají proteinové složce chromatinu. Jsou nejvýznamnější v této kategorii, ačkoli najdeme i jiné proteiny vázané na DNA, které nejsou histony, a jsou zahrnuty do velké skupiny zvané non-histonové proteiny.

Strukturálně jsou nejzákladnějšími proteiny v chromatinu. A z hlediska hojnosti jsou úměrné množství DNA.

Máme pět druhů histonů. Jeho klasifikace byla historicky založena na obsahu základních aminokyselin. Třídy histonu jsou mezi eukaryotickými skupinami prakticky neměnné.

Tato evoluční ochrana je přičítána nesmírné roli, kterou hrají histony v organických bytostech.

V případě, že se změní sekvence, která kóduje jakékoli histony, bude organismus čelit vážným důsledkům, protože jeho obal DNA bude vadný. Při eliminaci těchto nefunkčních variant je tedy odpovědný přirozený výběr.

Mezi různými skupinami jsou nejvíce konzervované histony H3 a H4. Ve skutečnosti jsou sekvence v organismech identické - fylogeneticky řečeno - jako kráva a hrášek.

DNA se vine do toho, co je známé jako histonový oktamer, a tato struktura je nukleosom - první úroveň zhutnění genetického materiálu.

Protaminy

Protaminy jsou malé jaderné proteiny (u savců jsou složeny z polypeptidu o téměř 50 aminokyselinách), vyznačující se tím, že mají vysoký obsah aminokyselinových zbytků argininu. Hlavní úlohou protaminů je nahradit histony v haploidní fázi spermatogeneze.

Bylo navrženo, že tyto typy základních proteinů jsou klíčové pro balení a stabilizaci DNA v mužské gametě. Liší se od histonů v tom, že umožňuje hustší balení.

U obratlovců bylo nalezeno 1 až 15 kódujících sekvencí pro proteiny, všechny seskupené na stejném chromozomu. Porovnání sekvencí naznačuje, že se vyvinuly z histonů. Nejstudovanější savci se nazývají P1 a P2.

Ribosomy

Nejviditelnějším příkladem proteinů, které se vážou na RNA, jsou ribozomy. Jsou to struktury, které se vyskytují prakticky ve všech živých věcech - od malých bakterií po velké savce.

Ribozomy mají hlavní funkci převádění RNA zprávy do aminokyselinové sekvence.

Jedná se o vysoce komplexní molekulární aparát složený z jedné nebo více ribozomálních RNA a sady proteinů. Můžeme je najít zdarma v buněčné cytoplazmě nebo jinak ukotvené v drsném endoplazmatickém retikulu (ve skutečnosti „drsný“ vzhled této komory je způsoben ribozomy).

Mezi eukaryotickými a prokaryotickými organismy existují rozdíly ve velikosti a struktuře ribozomů.

Reference

1. Baker, TA, Watson, JD, Bell, SP, Gann, A., Losick, MA, a Levine, R. (2003). Molekulární biologie genu. Nakladatelství Benjamin-Cummings.
2. Balhorn, R. (2007). Protaminová rodina spermatických jaderných proteinů. Biologie genomu, 8 (9), 227.
3. Darnell, JE, Lodish, HF, a Baltimore, D. (1990). Biologie molekulárních buněk. Vědecké americké knihy.
4. Jiménez García, LF (2003). Buněčná a molekulární biologie. Pearsonovo vzdělávání Mexika.
5. Lewin, B (2004). Geny VIII. Pearson Prentice Hall.
6. Teijón, JM (2006). Základy strukturální biochemie. Redakční Tébar.