Нуклеопротеиды

Нуклеопротеиды

Нуклеопротеиды

Нуклеопротеиды (или нуклеопротеиды) — сложные белки, комплексы нуклеиновых кислот (ДНК или РНК) с белками. В зависимости от типа нуклеиновой кислоты делятся на дезоксирибонуклеопротеин и рибонуклеопротеины.

К нуклеопротеинов относятся устойчивые комплексы нуклеиновых кислот с белками, длительное время существуют в клетке в составе органелл или структурных элементов клетки в отличие от различных короткоживущих промежуточных комплексов белок -нуклеинова кислота (комплексы нуклеиновых кислот с ферментами -синтетазамы и гидролазами — при синтезе и деградации нуклеиновых кислот, комплексы нуклеиновых кислот с регуляторными белками и т.д.).

Структура и устойчивость

В зависимости от типа составляющих нуклеопротеидных комплексов нуклеиновых кислот различают рибонуклеопротеины и дезоксирибонуклеопротеины.

Устойчивость нуклеопротеидных комплексов обеспечивается ковалентным взаимодействием. В разных нуклеопротеидов для обеспечения стабильности комплекса вносят вклад различные типы взаимодействий, при этом нуклеиново-белковые взаимодействия могут быть специфическими и неспецифическими.

В случае специфического взаимодействия определенный участок белка связана со специфической (комплементарной) нуклеотидной последовательностью, в этом случае вклад водородных связей, образующихся между нуклеотидными и аминокислотными остатками благодаря пространственной взаимном соответствии фрагментов, максимален. В случае неспецифической взаимодействия основной вклад в стабильность комплекса вносит электростатическое взаимодействие отрицательно заряженных фосфатных групп полианион нуклеиновой кислоты с положительно заряженными аминокислотными остатками белка.

Примером специфического взаимодействия могут служить нуклеопротеидные комплексы рРНК — субъединицы рибосом; неспецифическая электростатическое взаимодействие характерно для хромосомных комплексов ДНК — хроматина с гистонами и комплексов ДНК-протамины головок сперматозоидов некоторых животных.

Нуклеопротеиды диссоциируют на белки и нуклеиновые кислоты при действии агентов, разрушающих или ослабляют Нековалентные связи:

  • повышенные концентрации солей или мочевины, увеличивающие ионную силу раствора
  • ионогенные поверхностно-активные вещества
  • некоторые полярные органические соединения (формамид и диметилформамид, фенол и т.д.).

Некоторые нуклеопротеиды (рибосомные субчастицы, нуклеокапсиды вирусов) обладают способностью самосборки, то есть формирования, при соответствующих условиях, нуклеопротеидов in vitro без участия клеточных структур или агентов; такое самосборки возможно в случае специфических нуклеиново-белковых взаимодействий (нуклеиново-белковом распознавании). В любом случае, при образовании нуклеопротеидов происходят существенные конформационные изменения нуклеиновых кислот и, в некоторых случаях, белков, образующих Нуклеопротеидные комплекс.

Распространенность и биологическая роль

Сильнейших конформационных изменений при образовании нуклеопротеидов испытывают нуклеиновые кислоты, и эти изменения существенные в случае образования дезоксирибонуклеопротеидив.

В отличие от одноцепочечной РНК, способной образовывать вторичные и третичные структуры за счет антипараллельных комплементарной спаривания смежных отрезков цепи, двухцепочечная ДНК такой возможности нет и существует в растворах в виде значительного более «рыхлых», по сравнению с компактными глобулами РНК, клубков.

Однако связывание ДНК с сильноосновные белками (гистонами и Протамина) за счет электростатического взаимодействия приводит к значительно плотнее упакованных нуклеопротеидных комплексов — хроматина, обеспечивает компактное хранение ДНК и, соответственно, наследственной информации в составе хромосом эукариот.

С другой стороны, большая конформационная подвижность РНК и ее каталитические свойства приводят к большому разнообразию рибонуклеопротеидив, выполняющих различные функции.

Дезоксирибонуклеопротеиды

  • Хроматин — комплекс ДНК с гистонами в клетках эукариот. За счет электростатического взаимодействия нить ДНК осуществляет двойной оборот вокруг октамера гистонного комплекса H2a, H2b, H3 и H4, образуя нуклеосомы, соединенные нитью ДНК. При присоединении к комплексу гистона H1 шесть нуклеосом образуют кольцеобразный комплекс, в результате происходит конденсация хроматина с образованием фибрилярнои структуры, далее при присоединении топоизомеразы II и ряда вспомогательных белков способна конденсироваться в гетерохроматин. ДНК, связанная в таком Нуклеопротеидные комплексе, а не транскрибуется.
  • Отдельным важным классом дезоксирибонуклеопротеидив являются вирусные нуклеопротеиды. Для репликации генетического материала ДНК-содержащих вирусов необходимо переноса вирусной ДНК в ядро клетки, такой транспорт и проникновение в ядро осуществляются в виде нуклеопротеидных комплексов, белки которых несут специфические участки — сигналы ядерной локализации (Nuclear Localization Signal, NLS), обеспечивающие транспорт через ядерные поры.

Рибонуклеопротеины

В клетках в наибольших количествах содержатся два класса рибонуклеопротеидив:

  • Нуклеопротеидные комплексы рибосомных РНП (рРНП) — субъединицы рибосом — органелл, на которых происходит трансляция мРНК. Рибосомы являются агрегатами из двух разных рРНП-субъединиц.
  • Малые ядерные рибонуклеопротеины (мяРНП) — нуклеопротеидные комплексы малых ядерных РНК, является субъединицами сплайсосом (участников сплайсинга ядерных транскриптов — предшественников зрелых мРНК).
  • Нуклеопротеидные комплексы мРНК — матричные рибонуклеопротеины (МРНП), также известные как информосомы. Биологическая роль МРНП весьма разнообразна: они вероятно участвуют в транспорте мРНК, стабилизации (защиты от деградации при транспорте) и регуляции трансляции. МРНП также химически разнообразным классом нуклеопротеидов и их разнообразие определяется транскриптомом, то есть совокупностью мРНК, синтезируемых в клетке.

Нуклеокапсиды вирусов

Нуклеокапсиды вирусов достаточно плотно упакованными комплексами белков с нуклеиновой кислотой (ДНК или РНК в ретровирусов) и как функционально, так и структурно близки к хроматина, будучи компактной формой вирусного генома.

Существует два основных типа нуклеокапсидных структур: палочковидная (нитевидная) или сферическая («изометрическая»).

В первом случае связанные белковые субъединицы периодически располагаются вдоль нити нуклеиновой кислоты таким образом, что она сворачивается в спираль, образуя своего рода «инвертированную нуклеосому», в которой, в отличие от нуклеосом эукариот, белковая часть расположена не внутри, а снаружи структуры.

Такая структура нуклеокапсидов типична для вирусов растений (в частности, вируса табачной мозаики) и миксо-, парамиксо- и рабдовирусов, нуклеокапсиды которых имеют спиральную форму.

В изометрических структурах упаковка нуклеиновой кислоты вирусного генома сложнее: белки оболочки нуклеокапсида относительно слабо связаны с нуклеиновой кислотой или нуклеопротеидами, что накладывает минимум ограничений на способ упаковки нуклеиновой кислоты. Нуклеопротеиды «сердцевины» при этом могут быть весьма сложно организованы: так, в паповавирусов двланцюжкова кольцевая ДНК, связываясь с гистонами, образует структуры, очень похожие на нуклеосомы.

Источник: https://info-farm.ru/alphabet_index/n/nukleoproteidy.html

Практическая часть. Определение химического состава нуклеопротеидов

Нуклеопротеиды

Цель работы – научиться определять химический состав гидролизата нуклеопротеидов.

Нуклеопротеиды представляют собой сложные белки, содержащие в качестве простетической группы нуклеиновые кислоты. Из нуклеопротеидов состоит основная масса клеточного ядра, поэтому данные белки могут быть выделены из тканей, богатых ядерным веществом (щитовидной железы, семенников, сперматозоидов и др.).

Являясь структурными элементами органелл клетки (ядра и цитоплазмы) и выполняя важнейшие специфические функции в живом организме, нуклеопротеиды играют важную биологическую роль. Деление клеток, биосинтез белков, передача наследственной информации тесно связаны с нуклеопротеидами, в частности с входящими в их состав нуклеиновыми кислотами (ДНК и РНК).

Нуклеиновые кислоты – это высокомолекулярные соединения, построенные из большого числа нуклеопротеидов, которые состоят из гетероциклического основания (пуринового и пиримидинового) и углеводной компоненты (рибозы или 2 – дезоксирибозы), а также фосфорной кислоты.

3.7.1. Изучение состава нуклеопротеидов

При проведении частичного гидролиза нуклеопротеиды распадаются на составные части: белки, преимущественно основного характера (протамины и гистоны), и нуклеиновые кислоты.

Более полный гидролиз приводит к распаду белков и нуклеиновых кислот:

Исследование химического состава нуклеопротеидов проводят на примере дрожжей, которые подвергают гидролизу с последующим изучением его продуктов (полипептидов, пуриновых оснований, углеводных компонентов и фосфорной кислоты).

Гидролиз осуществляют следующим образом. В круглодонную колбу объемом 100 мл помещают 1 г свежих или 0,2 г сухих пекарских дрожжей, приливают 20 мл 10 % раствора серной кислоты (Н2SO4) и 20 мл дистиллированной воды.

Колбу закрывают пробкой с воздушным холодильником, закрепляют с небольшим наклоном и кипятят под тягой 1 час. Охлаждают, доводят объем до первоначального дистиллированной водой, отфильтровывают через складчатый фильтр.

С фильтратом проводят указанные ниже реакции.

3.7.1.1. Реакции на полипептиды

Опыт 1. Биуретовая реакция на полипептиды

К 5 каплям гидролизата дрожжей добавляют 10 капель 10 % раствора гидроокиси натрия (NаОН) и 1 – 2 капли 5 % раствора сульфата меди (II) – СиSO4 до появления сине-фиолетовой или красно-фиолетовой окраски раствора.

В отчете следует отметить наблюдения, сделать вывод о наличии в нуклеопротеиде полипептидов.

3.7.1.2. Реакции на пуриновые основания

Опыт 2. Серебряная проба на пуриновые основания

Метод основан на способности пуриновых оснований образовывать с аммиачным раствором нитрата серебра (АgNO3) осадок серебряных солей пуриновых оснований (аденина, гуанина), окрашенных в светло-коричневый цвет:

В пробирку вносят 10 капель гидролизата дрожжей, добавляют по каплям концентрированный раствор аммиака (NН4ОН) до щелочной реакции по универсальной индикаторной бумаге (1 – 10 капель) и 10 капель аммиачного раствора нитрата серебра (АgNO3), который готовят добавлением концентрированного раствора аммиака к 2 – 3 % раствору нитрата серебра до растворения осадка. Через 3-5 минут образуется рыхлый бурый осадок серебряных соединений пуриновых оснований.

В отчете следует указать свои наблюдения и сделать вывод о наличии пуриновых оснований в нуклеопротеидах. Какие пуриновые основания в них могут содержаться?

3.7.1.3. Качественные реакции на пентозы

Опыт 3. Дифениламиновая проба (реакция Дише)

Метод основан на способности дезоксирибозы ДНК образовывать в реакции с дифениламином соединения синего цвета при нагревании в среде, содержащей смесь ледяной уксусной кислоты и концентрированной серной кислоты. С рибозой РНК аналогичная реакция дает зеленое окрашивание.

Для приготовления дифениламинового реактива 1 г дифениланилина растворяют в 100 мл ледяной уксусной кислоты (СН3СO2Н) и к полученному раствору добавляют 2,75 мл концентрированной серной кислоты (Н2SO4).

К 10 каплям гидролизата нуклеопротеидов дрожжей приливают 0,5 – 1 мл дифениламинового реактива. Содержимое пробирки перемешивают и нагревают на водяной бане в течение 15 – 20 минут. Отмечают характерное окрашивание раствора.

В отчете следует указать свои наблюдения и сделать вывод о наличии в нуклеопротеидах пентоз. Какие пентозы в них могут содержаться?

Опыт 4. Проба Троммера

Эта проба, как и две последующие, основана на способности рибозы и 2-дезоксирибозы, имеющих свободный гликозидный гидроксил, восстанавливать в щелочной среде окисные формы металлов (Сu, Fе, Вi) до закисных, а закисные – до свободного состояния. Сахара же в этих условиях дают различные продукты окисления.

Основана проба Троммера на указанных ниже реакциях.

1. При добавлении водного раствора гидроксида натрия (NаОН) к раствору сульфата меди (II) – СuSO4 образуется осадок гидроксида меди (II) – Сu(ОН)2 синего цвета:

2. При нагревании в присутствии восстанавливающих сахаров (рибозы, 2-дезоксирибозы) гидроксид меди (II) – Сu(ОН)2 восстанавливается до гидроксида меди (I) – СuОН (желтый осадок), затем до Сu2O – оксида меди (I), и в конечном результате образуется кирпично-красный осадок.

Избыток сульфата меди (II) – СuSO4 мешает реакции, так как ведет к образованию большого количества Сu(ОН)2 – гидроксида меди (II), который при нагревании распадается с образованием черного осадка СuО – оксида меди:

К 5 каплям гидролизата дрожжей добавляют 5 капель 30 % раствора гидроксида натрия (NаОН) и несколько капель 7 % раствора сульфата меди (II) – СuSO4 до появления неисчезающей мути Сu(OН)2 – гидроксида меди (II). При нагревании до кипения выпадает желтый осадок гидроксида меди (I) – СuОН ИЛИ кирппчно- красный осадок оксида меди (I) – Сu2O.

В отчете следует записать свои наблюдения, сделать вывод о наличии в нуклеопротеидах пентоз и об их восстанавливающих свойствах и указать, какой особенностью строения обусловлены эти свойства (при затруднении см. в части 1 данного пособия раздел 3).

Опыт 5. Проба Феллинга

Проба Феллинга является модификацией пробы Троммера.

В ней используется реактив Феллинга, для приготовления которого в пробирке смешивают 5 капель 7 % раствора сульфата меди (II) – СUSO4 И 5 капель раствора сегнетовой соли (345 г KNaC4H4O6 • 4Н2O – тетрагидрата двойной натриевой-калиевой соли винной кислоты растворяют в дистиллированной воде), добавляют 140 г гидроксида натрия (NаОН) и доводят водой в мерной колбе до 1 л.

К реактиву Феллинга добавляют 5 – 7 капель гидролизата дрожжей, перемешивают и нагревают до кипения. Наблюдают выпадение окрашенного осадка.

В отчете следует указать цвет осадка, как изменяется окраска раствора, сделать вывод о наличии в нуклеопротеидах пентоз.

Опыт 6. Реакция Толленса

В отличие от двух предыдущих реакций реакция Толленса является специфичной для пентоз. Она обусловлена взаимодействием флороглюцина с фурфуролом, образующимся из пентозы при нагревании с соляной кислотой (НСI). При этом получается продукт конденсации красного цвета.

В пробирку вносят 5 – 7 капель гидролизата дрожжей, 2 – 3 капли 0,5 % раствора флороглюцина в концентрированной соляной кислоте (НСI) и кипятят в течение 1 минуты. Наблюдают за изменением окраски раствора.

В отчете следует отметить, как изменяется окраска раствора, сделать вывод о наличии в нуклеопротеидах пентоз.

Опыт 7. Реакция Молиша

В пробирку вносят 10 капель гидролизата дрожжей, добавляют 3 капли 1 % раствора тимола, затем по стенке пробирки (осторожно!) добавляют 20 капель концентрированной соляной кислоты (НСI) и кипятят в течение 1 минуты. Наблюдают за изменением окраски раствора.

В отчете следует отметить, как изменяется окраска раствора, сделать вывод о наличии в нуклеопротеидах пентоз.

3.7.1.4. Качественные реакции на фосфорную кислоту

Опыт 8. Молибденовая проба на фосфорную кислоту

Для приготовления молибденового реактива в 100 мл дистиллированной воды растворяют 7,5 г молибдата аммония – (NН4)2МоO4 и добавляют 100 мл 32 % раствора азотной кислоты (НNО3) плотностью 1,2 г/см3.

В пробирку вносят 5 капель гидролизата дрожжей, добавляют 10-20 капель молибденового реактива и кипятят в течение нескольких минут. При охлаждении пробирки под струей холодной воды выпадает кристаллический осадок фосфорной соли молибдата аммония лимонно-желтого цвета:

3.7.1.5. Качественные реакции на лекарственные препараты нуклеотидной природы

В качестве лекарственного препарата нуклеотидной природы используют раствор аденозинтрифосфата (АТФ, средства улучшающего метаболизм и энергообеспечение тканей).

Опыт 9. Обнаружение рибозы в аденозинтрифосфате

Метод основан на обнаружении рибозы с помощью дифенил – аминовой реакции.

В пробирку вносят 5 капель раствора аденозинтрифосфата натрия, прибавляют 10 капель дифениламинового реактива и нагревают 10 минут на кипящей водяной бане.

В отчете отмечают результат реакции, делают вывод о присутствии рибозы в структуре аденозинтрифосфата.

3.7.2. Практическое значение работы

Реакции на компоненты нуклеиновых кислот могут применяться для их идентификации и количественного анализа в биохимических исследованиях, а в фармации – для контроля качества препаратов нуклеотидной природы.

Источник: https://lifelib.info/biochemistry/biochemistry_1/34.html

Структура, функции и примеры нуклеопротеинов / биология

Нуклеопротеиды

нуклеопротеид это любой тип белка, который структурно связан с нуклеиновой кислотой – РНК (рибонуклеиновая кислота) или ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота). Наиболее яркими примерами являются рибосомы, нуклеосомы и нуклеокапсиды в вирусах..

Однако любой белок, который связывается с ДНК в качестве нуклеопротеина, не может рассматриваться. Они характеризуются образованием устойчивых комплексов, а не простой переходной ассоциацией – как белки, которые обеспечивают синтез и деградацию ДНК, которые мгновенно и кратко взаимодействуют.

Функции нуклеопротеинов широко варьируются и зависят от группы, которая будет изучаться. Например, основной функцией гистонов является уплотнение ДНК в нуклеосомы, в то время как рибосомы участвуют в синтезе белков..

индекс

  • 1 структура
  • 2 Характер взаимодействия
  • 3 Классификация и функции
    • 3.1 Дезоксирибонуклеопротеины
    • 3.2 Рибонуклеопротеины
  • 4 примера
    • 4.1 Гистоны
    • 4.2 Протамины
    • 4.3 Рибосомы
  • 5 ссылок

структура

Как правило, нуклеопротеины состоят из высокого процента основных аминокислотных остатков (лизина, аргинина и гистидина). Каждый нуклеопротеин имеет свою особую структуру, но все сходятся, чтобы содержать аминокислоты этого типа.

При физиологическом pH эти аминокислоты заряжены положительно, что способствует взаимодействию с молекулами генетического материала. Далее мы увидим, как происходят эти взаимодействия.

Природа взаимодействия

Нуклеиновые кислоты образованы скелетом сахаров и фосфатов, которые придают ему отрицательный заряд. Этот фактор является ключевым для понимания того, как нуклеопротеины взаимодействуют с нуклеиновыми кислотами. Союз, существующий между белками и генетическим материалом, стабилизируется нековалентными связями..

Также, следуя основным принципам электростатики (закон Кулона), мы обнаруживаем, что притягиваются заряды разных знаков (+ и -).

Притяжение между положительными зарядами белков и отрицательными зарядами генетического материала приводит к взаимодействию неспецифического типа. Напротив, специфические соединения происходят в определенных последовательностях, таких как рибосомная РНК.

Существуют различные факторы, способные изменить взаимодействие между белком и генетическим материалом. К числу наиболее важных относятся концентрации солей, которые увеличивают ионную силу в растворе; ионогенные поверхностно-активные вещества и другие химические соединения полярной природы, такие как фенол, формамид, среди других.

Классификация и функции

Нуклеопротеины классифицируются в соответствии с нуклеиновой кислотой, с которой они связаны. Таким образом, мы можем различить две четко определенные группы: дезоксирибонуклеопротеины и рибонуклеопротеины. Логично, что первые нацелены на ДНК, а вторые на РНК..

Desoxirribonucleoproteínas

Наиболее заметной функцией дезоксирибонуклеопротеинов является уплотнение ДНК. Клетка сталкивается с проблемой, которую, кажется, почти невозможно преодолеть: правильно намотать почти два метра ДНК в микроскопическое ядро. Это явление может быть достигнуто благодаря существованию нуклеопротеинов, которые организуют нить.

Эта группа также связана с регуляторными функциями в процессах репликации, транскрипции ДНК, гомологичной рекомбинации и др..

рибонуклеопротеиновый

С другой стороны, рибонуклеопротеины выполняют важные функции, от репликации ДНК до регуляции экспрессии генов и регуляции метаболизма центральной РНК..

Они также связаны с защитными функциями, поскольку РНК-мессенджер никогда не свободна в клетке, потому что она склонна к деградации. Чтобы избежать этого, ряд рибонуклеопротеинов связан с этой молекулой в защитных комплексах.

Та же самая система обнаружена в вирусах, которые защищают молекулы РНК от действия ферментов, которые могут ее разлагать..

гистоны

Гистоны соответствуют белковой составляющей хроматина. Они являются наиболее заметными в этой категории, хотя мы также находим другие белки, связанные с ДНК, которые не являются гистонами и входят в широкую группу, называемую негистоновыми белками..

Структурно они являются основными белками хроматина. И, с точки зрения изобилия, они пропорциональны количеству ДНК.

У нас есть пять видов гистонов. Его классификация основывалась исторически на содержании основных аминокислот. Классы гистонов практически неизменны среди групп эукариот.

Это эволюционное сохранение объясняется огромной ролью, которую играют гистоны в органических существах..

В случае изменения последовательности, кодирующей некоторые гистоны, организм столкнется с серьезными последствиями, поскольку его упаковка ДНК будет дефектной. Таким образом, естественный отбор отвечает за устранение этих нефункциональных вариантов..

Среди различных групп наиболее консервативными гистонами являются H3 и H4. Фактически, последовательности у организмов идентичны так далеко – филогенетически – как корова и горох.

ДНК заворачивается в так называемый гистоновый октамер, и эта структура является нуклеосомой: первый уровень уплотнения генетического материала.

протамины

Протамины представляют собой небольшие ядерные белки (млекопитающие состоят из полипептида почти из 50 аминокислот), характеризующиеся высоким содержанием аминокислотного остатка аргинина. Основная роль протаминов заключается в замене гистонов в гаплоидной фазе сперматогенеза.

Было высказано предположение, что этот тип основных белков имеет решающее значение для упаковки и стабилизации ДНК в мужской гамете. Они отличаются от гистонов, так как они позволяют более плотную упаковку.

У позвоночных было обнаружено от 1 до 15 кодирующих последовательностей белков, все они сгруппированы в одной хромосоме. Сравнение последовательностей показывает, что они произошли от гистонов. Наиболее изученные у млекопитающих называются P1 и P2.

рибосомы

Наиболее ярким примером белков, которые связываются с РНК, являются рибосомы. Это структуры, присутствующие практически во всех живых существах – от мелких бактерий до крупных млекопитающих.

Основная функция рибосом заключается в переводе сообщения РНК в аминокислотную последовательность.

Они представляют собой очень сложный молекулярный механизм, образованный одной или несколькими рибосомными РНК и набором белков. Мы можем найти их свободными в клеточной цитоплазме или заякоренными в грубой эндоплазматической сети (на самом деле «грубый» аспект этого компартмента обусловлен рибосомами).

Существуют различия в размере и структуре рибосом между эукариотическими и прокариотическими организмами..

ссылки

  1. Бейкер Т. А., Уотсон Д.Д., Белл С.П., Ганн А., Лосик М.А. и Левин Р. (2003). Молекулярная биология гена. Бенджамин-Каммингс, издательская компания.
  2. Balhorn, R. (2007). Протаминовое семейство ядерных белков спермы. Геномная биология, 8(9), 227.
  3. Darnell, J.E., Lodish, H.F, & Baltimore, D. (1990). Молекулярно-клеточная биология. Научные Американские Книги.
  4. Хименес Гарсия, Л. Ф. (2003). Клеточная и молекулярная биология. Пирсон Образование Мексики.
  5. Левин Б. (2004). Гены VIII. Пирсон Прентис Хол.
  6. Тейон, Дж. М. (2006). Основы структурной биохимии. Редакция Tébar.

Источник: https://ru.thpanorama.com/articles/biologa/nucleoprotenas-estructura-funciones-y-ejemplos.html

Ваш педагог
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: