प्रोटीन में अमीनो एसिड के पोस्ट-ट्रांसलेशनल संशोधन के प्रकार। गुणसूत्र प्रोटीन का संशोधन

(लेट लैटिन मॉडिफिकेशन-चेंज से) बायोजेनिक, पूरा होने के बाद होता है प्रसारण मैट्रिक्स राइबोन्यूक्लिक एसिड, या एमआरएनए, (एमआरएनए मैट्रिक्स पर प्रोटीन संश्लेषण) या इसके पूरा होने तक। पहले मामले में, एम.बी. बुलाया पोस्ट-अनुवाद, दूसरे में - सह-अनुवाद। यह विघटन की प्रतिक्रियाओं के कारण किया जाता है। कार्यात्मक समूह-एसिड अवशेष, साथ ही पेप्टाइड बांड, प्रोटीन अणु के अंतिम रूप, इसकी शारीरिक गतिविधि, स्थिरता और कोशिका के भीतर गति को निर्धारित करते हैं।

बाह्यकोशिकीय (स्रावित) प्रोटीन, साथ ही कई अन्य। साइटोप्लाज्मिक प्रोटीन झिल्ली और डीकॉम। इंट्रासेल्युलर डिब्बे (कोशिका के अलग-अलग क्षेत्र) ग्लाइकोसिलेशन से गुजरते हैं, जिसके परिणामस्वरूप उनका निर्माण होता है ग्लाइको-प्रोटीन।नायब. एन-ग्लाइकोसिडिक बांड द्वारा पॉलीपेप्टाइड्स से जुड़ी मैनोज युक्त श्रृंखलाएं जटिल रूप से व्यवस्थित होती हैं। ऐसी श्रृंखलाओं के निर्माण का प्रारंभिक चरण निम्नलिखित योजना के अनुसार सह-अनुवादात्मक रूप से आगे बढ़ता है:

डोल-डोलिचोल (पॉलीप्रेनोल), डोल-पीपी-डोलिचोल पायरोफॉस्फेट, जीएलसी-ग्लूकोज, जीएलसीएनएसी-एन-एसिटाइल-डी-ग्लूकोसामाइन, मैन-मैनोज

प्रसव के बाद. कई लोगों की भागीदारी के साथ अनुवाद के बाद के चरण पूरे किए जाते हैं। एंजाइम विभिन्न उपकोशिकीय डिब्बों में स्थानीयकृत होते हैं। इस प्रकार, वेसिकुलर स्टामाटाइटिस वायरस के जी-प्रोटीन के लिए, जिसकी ग्लाइकोसिडिक श्रृंखलाएं 15 कार्बोहाइड्रेट अवशेषों से निर्मित होती हैं, घटनाओं का निम्नलिखित क्रम स्थापित किया गया है। सबसे पहले एंडोप्लाज्मिक में. रेटिकुलम में, टर्मिनल ग्लूकोज अवशेषों को दो अलग-अलग ग्लूकोसिडेस की भागीदारी के साथ दो चरणों में अलग किया जाता है। फिर मैनोसिडेस (I और II) 6 मैननोज़ अवशेषों को हटा देते हैं, और N-एसिटाइल-डी-ग्लूकोसामाइन ट्रांसफ़ेज़ तीन GlcNAc अवशेषों को ग्लाइकोप्रोटीन के मैनोज़ अवशेषों से जोड़ देते हैं। अंत में, गोल्गी कॉम्प्लेक्स में, फ़्यूकोज़, गैलेक्टोज़ और सियालिक एसिड अवशेष संबंधित ट्रांसफ़रेस की भागीदारी के साथ इन अवशेषों से जुड़ते हैं। मोनोसैकेराइड अवशेष फॉस्फोराइलेशन, सल्फोनेशन और अन्य संशोधनों के अधीन हो सकते हैं।

स्रावित प्रोटीन का ग्लाइकोसिलेशन प्रोटियोलिटिक से पहले होता है। प्रसंस्करण - पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला के एन-टर्मिनस से अमीनो एसिड के "सिग्नल" अनुक्रम को अलग करना। यूकेरियोटिक में कोशिकाएं (बैक्टीरिया और नीले-हरे शैवाल को छोड़कर सभी जीवों की कोशिकाएं), प्रोकैरियोट्स में यह प्रक्रिया अनुवादात्मक रूप से की जाती है। कोशिकाओं (बैक्टीरिया और नीले-हरे शैवाल की कोशिकाएं) में यह अनुवाद के बाद हो सकता है। नायब. सामान्य सिग्नल अनुक्रमों में 23 अमीनो एसिड अवशेष शामिल हैं। इन अनुक्रमों की विशिष्ट विशेषताएं एक छोटे से सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए खंड के अंत में उपस्थिति हैं, इसके बाद 7 से 14 अमीनो एसिड अवशेषों वाले हाइड्रोफोबिक खंड की उपस्थिति होती है। सिग्नल अनुक्रम एक हाइड्रोफिलिक क्षेत्र के साथ समाप्त होता है जो लंबाई (5-7 अवशेष) में रूढ़िवादी होता है, जिसके सी-टर्मिनस पर अक्सर एलानिन, ग्लाइसिन, सेरीन, थ्रेओनीन, सिस्टीन या ग्लूटामाइन के अवशेष होते हैं।

लगभग सभी कार्य. बाह्य कोशिकीय प्रोटीन (एंजाइम, हार्मोन, इम्युनोग्लोबुलिन, आदि) के वर्गों में डाइसल्फ़ाइड बांड होते हैं। वे एंजाइम डाइसल्फ़ाइड आइसोमेरेज़ से जुड़ी एक मल्टीस्टेप प्रक्रिया में सिस्टीन एसएच समूहों से बनते हैं। शुरुआती दौर में ही ऐसा दिखता है. "गलत" डाइसल्फ़ाइड पुलों की संख्या, जो थायोल-डाइसल्फ़ाइड विनिमय के परिणामस्वरूप समाप्त हो जाती है, जिसमें सिस्टामाइन (एच 2 एनसीएच 2 सीएच 2 एस) 2 स्पष्ट रूप से भाग लेता है। यह माना जाता है कि कनेक्शन की ऐसी "गणना" सबसे अधिक तक होती है स्थिर तृतीयक संरचना, जिसमें डाइसल्फ़ाइड पुल "दबे हुए" होते हैं और, परिणामस्वरूप, अभिकर्मकों के लिए दुर्गम होते हैं।

अधिकतम तक। इंट्रासेल्युलर प्रोटीन के सामान्य संशोधनों में सेरीन, टायरोसिन और थ्रेओनीन अवशेषों के ओएच समूह में फॉस्फोराइलेशन और डीफॉस्फोराइलेशन शामिल हैं, जो योजना के अनुसार एंजाइम प्रोटीन किनेसेस और फॉस्फेटेस की भागीदारी के साथ किए जाते हैं:

एटीपी - एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट, एडीपी - एडेनोसिन डिफॉस्फेट, पी-फॉस्फोरिक एसिड या इसके अवशेष

उदाहरण के लिए, फॉस्फोराइलेशन एंजाइमों के सक्रियण या निष्क्रियता के साथ होता है। ग्लाइकोसिलट्रांसफेरेज़, साथ ही गैर-एंजाइमी प्रोटीन के भौतिक रासायनिक गुणों में परिवर्तन। उदाहरण के लिए, प्रतिवर्ती प्रोटीन फॉस्फोराइलेशन, प्रतिलेखन और अनुवाद, लिपिड चयापचय, ग्लूकोनियोजेनेसिस और मांसपेशी संकुचन जैसी महत्वपूर्ण प्रक्रियाओं को नियंत्रित करता है।

परमाणु डीएनए द्वारा एन्कोड किए गए माइटोकॉन्ड्रिया और क्लोरोप्लास्ट के प्रोटीन में एन-टर्मिनस पर अनावश्यक अमीनो एसिड अनुक्रम होते हैं, जो पॉलीपेप्टाइड श्रृंखलाओं को चुनिंदा रूप से ऑर्गेनेल के कुछ हिस्सों में निर्देशित करते हैं, जिसके बाद विशिष्ट प्रोटीन की भागीदारी के साथ प्रोटियोलिसिस के परिणामस्वरूप वे अलग हो जाते हैं। . एंडोपेप्टिडेज़। माइटोकॉन्ड्रियल प्रोटीन अग्रदूतों के अनावश्यक अनुक्रम अमीनो एसिड अवशेषों की संख्या में काफी भिन्न होते हैं; 22 से 80 तक हो सकते हैं। छोटे अनुक्रमों को सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए अमीनो एसिड अवशेषों की उच्च (20-25%) सामग्री की विशेषता होती है, जो पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला के साथ समान रूप से वितरित होती हैं। लंबे अनुक्रमों में अतिरिक्त रूप से हाइड्रोफोबिक अमीनो एसिड से युक्त एक क्षेत्र शामिल होता है, जो माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली के लिपिड बाईलेयर में अग्रदूत को "लंगर" करता है।

कई हार्मोनों के अग्रदूत ज्ञात हैं (उदाहरण के लिए, गैस्ट्रिन, ग्लूकागन और इंसुलिन के लिए), जो मूल अमीनो एसिड (आर्जिनिन और लाइसिन) के दो लगातार स्थित अवशेषों वाले क्षेत्रों में पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला के दरार द्वारा सक्रिय रूप में परिवर्तित हो जाते हैं। दरार विशिष्ट की भागीदारी से की जाती है। एंडोपेप्टिडेज़, कार्बोक्सीपेप्टिडेज़ गतिविधि वाले दूसरे एंजाइम के साथ मिलकर कार्य करता है। उत्तरार्द्ध परिवर्तन को पूरा करते हुए टर्मिनल मूल अमीनो एसिड के अवशेषों को हटा देता है। सक्रिय हार्मोन में पेप्टाइड। प्रोटियोलिटिक से गुजरने वाले प्रोटीन के लिए सक्रियण में प्रोटीनेस (पेप्सिन, ट्रिप्सिन, काइमोट्रिप्सिन), एल्ब्यूमिन, प्रोकोलेजन, रक्त जमावट प्रणाली के प्रोटीन आदि भी शामिल हैं। कुछ मामलों में, एंजाइमों के अस्थायी "संरक्षण" के लिए एंजाइमों के निष्क्रिय रूप (ज़ाइमोजेन) आवश्यक होते हैं। इस प्रकार, ज़ाइमोजेन्स ट्रिप्सिन और काइमोट्रिप्सिन (क्रमशः ट्रिप्सिनोजेन और काइमोट्रिप्सिनोजेन) अग्न्याशय में संश्लेषित होते हैं, छोटी आंत में स्रावित होते हैं और केवल एक विशिष्ट एंजाइम की कार्रवाई के तहत वहां होते हैं। एंजाइमों को परिवर्तित करना सक्रिय रूप में.

प्रोटीन की एक विस्तृत श्रृंखला (हिस्टोन, मायोसिन, एक्टिन, राइबोसोमल प्रोटीन, आदि) को लाइसिन, आर्जिनिन और हिस्टिडीन अवशेषों (एन-मिथाइलेशन) के साथ-साथ ग्लूटामिक और एसपारटिक एसिड अवशेषों (ओ-मिथाइलेशन) में अनुवाद के बाद मिथाइलेट किया जाता है। . आमतौर पर मिथाइलेटिंग एजेंट के रूप में कार्य करता है एस-एडेनोसिलमेथिओनिन.

कुछ यूकेरियोटिक में. कोशिकाओं में, आधे से अधिक β-रिम प्रोटीन एन-टर्मिनस पर एसिटिलेटेड होते हैं। इस प्रक्रिया को सह- और बाद-अनुवादात्मक रूप से किया जा सकता है (आरेख में संबंधित के.टी. और पी.टी. दर्शाए गए हैं), उदाहरण के लिए:

एचएससीओए-कोएंजाइम ए, एसीओए - एसिटाइल कोएंजाइम ए, मेट-मेथिओनिन, एएसपी - एसपारटिक एसिड

पेप्टाइड्स के लिए जिसमें 3 से 64 अमीनो एसिड अवशेष होते हैं और विभिन्न में स्रावित होते हैं। अनुवाद के बाद अंगों (गैस्ट्रिन, सेक्रेटिन, कोलेसीस्टोकिनिन, आदि) का पता चला। सी-टर्मिनल अमीनो एसिड अवशेषों का संशोधन (टर्मिनल आर्जिनिन और शतावरी अवशेषों के अपवाद के साथ)।

कुछ प्रकार के संशोधन व्यक्तिगत प्रोटीन या प्रोटीन के छोटे समूहों की विशेषता हैं। विशेष रूप से, कोलेजन और कई में। 4- और 3-हाइड्रॉक्सीप्रोलाइन, साथ ही 5-हाइड्रॉक्सीलिसिन, समान अमीनो एसिड अनुक्रम वाले अन्य प्रोटीन में पाए गए। प्रोलाइन और लाइसिन अवशेषों का हाइड्रॉक्सिलेशन सह-अनुवादात्मक रूप से होता है और कोलेजन की अनूठी संरचना के निर्माण के लिए महत्वपूर्ण है। हाइड्रॉक्सीलिसिन निम्नलिखित योजना के अनुसार कोलेजन पॉलीपेप्टाइड श्रृंखलाओं के बीच सहसंयोजक क्रॉस-लिंक के निर्माण में शामिल है:

परमाणु प्रोटीन (हिस्टोन, गैर-हिस्टोन प्रोटीन) एडेनोसिन डिफॉस्फेट राइबोसाइलेशन और पॉलीएडेनोसिन डिफॉस्फेट राइबोसाइलेशन से गुजरते हैं, जिसके दौरान एडेनोसिन डिफॉस्फेट राइबोसिल अवशेष कोएंजाइम निकोटिनमाइड एडेनिन डाइन्यूक्लियोटाइड (एनएडी) से स्वीकर्ता प्रोटीन में स्थानांतरित हो जाते हैं:

ये दोनों जिले बहुवचन में भिन्न हैं। पहलू। विशेष रूप से, पॉलीएडेनोसिन डाइफॉस्फेट राइबोसाइलेशन की उपस्थिति में होता है डीएनए. अधिकांश एडेनोसिन डाइफॉस्फेट राइबोसिल समूह राइबोस अवशेषों की स्थिति 5" पर ओएच समूह और पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला के अंदर स्थित सी-टर्मिनल अमीनो एसिड या ग्लूटामिक एसिड के सीओओएच समूह द्वारा गठित एस्टर बंधन के माध्यम से प्रोटीन से जुड़ते हैं।

प्रोथ्रोम्बिन अग्रदूत में जी-कार्बोक्सीग्लूटामाइन एसिड के गठन के साथ ग्लूटामिक एसिड अवशेषों का कार्बोक्सिलेशन बहुत महत्वपूर्ण है। यह प्रतिक्रिया एंडोप्लाज्मिक झिल्लियों में स्थानीयकृत विटामिन के-निर्भर कार्बोक्सिलेज द्वारा उत्प्रेरित होती है। जालिका इसी तरह की प्रतिक्रिया कुछ अन्य रक्त के थक्के जमने वाले कारकों की परिपक्वता के दौरान होती है।

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कई मामलों में, प्रोटीन को इस प्रकार संश्लेषित किया जाता है पूर्ववर्तियों- जैविक रूप से निष्क्रिय अणु। उनकी कार्यात्मक गतिविधि तथाकथित परिवर्तनों के परिणामस्वरूप प्रकट होती है पोस्टसिंथेटिकया अनुवादोत्तर संशोधन (प्रसंस्करण).

प्रोटीन के अनुवादोत्तर संशोधन के उदाहरण:

एन-टर्मिनल फॉर्माइलमेथिओनिन या मेथियोनीन का प्रोटियोलिटिक दरार;

सिग्नल पेप्टाइड्स का विखंडन;

आंशिक प्रोटियोलिसिस;

- अमीनो एसिड रेडिकल्स द्वारा प्रोटीन का पोस्ट-ट्रांसलेशनल संशोधन: एक कृत्रिम समूह का सहसंयोजक जोड़, लाइसिन और आर्जिनिन रेडिकल का मिथाइलेशन, एन-टर्मिनल एमिनो एसिड का एसिटिलेशन, हिस्टोन और गैर-हिस्टोन क्रोमैटिन प्रोटीन का फॉस्फोराइलेशन, प्रोलाइन रेडिकल का हाइड्रॉक्सिलेशन; शतावरी, सेरीन और थ्रेओनीन रेडिकल्स आदि में ऑलिगोसेकेराइड अंशों (ग्लाइकोसिलेशन) का योग।

सही प्रोटीन संरचना का चयन प्रोटीन की भागीदारी से होता है संरक्षक. चैपरोन-70 ग्लोब्यूल की सतह पर हाइड्रोफोबिक क्षेत्र संश्लेषित श्रृंखला के हाइड्रोफोबिक क्षेत्रों के साथ बातचीत करते हैं, इसे अन्य साइटोसोलिक प्रोटीन के साथ अनुचित बातचीत से बचाते हैं। चैपरोन-60 गलत मुड़ी हुई या क्षतिग्रस्त जंजीरों की स्थानिक संरचना को ठीक करने में शामिल हैं।

एक चैपरोन में उत्परिवर्तन जो आंख के लेंस का हिस्सा है, प्रोटीन एकत्रीकरण और मोतियाबिंद के विकास के कारण लेंस में बादल छा जाता है।

झिल्लियों में संश्लेषित प्रोटीन का परिवहन

संश्लेषित प्रोटीन राइबोसोम से साइटोसोल में प्रवेश करता है। यदि इसका उपयोग स्वयं कोशिका की आवश्यकताओं के लिए नहीं किया जाता है, अर्थात। का अर्थ है निर्यातित (स्रावित) प्रोटीन, फिर इसे हाइड्रोफोबिक रेडिकल युक्त कम आणविक भार पेप्टाइड्स (15-30 अमीनो एसिड अवशेष) का उपयोग करके झिल्ली के माध्यम से ले जाया जाता है। यह सिग्नल पेप्टाइड्स. झिल्ली में एक चैनल बनता है जिसके माध्यम से सिग्नल पेप्टाइड एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम टैंक में प्रवेश करता है और संश्लेषित प्रोटीन अणु के साथ खींचता है। प्रभाव में सिग्नल पेप्टिडेज़एन-टर्मिनल सिग्नल अनुक्रम बंद हो जाता है, और प्रोटीन एक स्रावी पुटिका के रूप में गोल्गी तंत्र के माध्यम से कोशिका से बाहर निकल जाता है।

प्रोटीन संश्लेषण का विनियमन

कोशिका में कई प्रोटीनों की सांद्रता स्थिर नहीं होती है और कोशिका की स्थिति और बाहरी स्थितियों के आधार पर बदलती रहती है। यह प्रोटीन संश्लेषण और टूटने की दर के नियमन के परिणामस्वरूप होता है।

स्तनधारी कोशिकाओं मेंअस्तित्व प्रोटीन जैवसंश्लेषण के दो प्रकार के नियमन:

- लघु अवधि, पर्यावरणीय परिवर्तनों के प्रति शरीर का अनुकूलन सुनिश्चित करना;

- दीर्घकालिक, स्थिर, जो कोशिका विभेदन और अंगों और ऊतकों की विभिन्न प्रोटीन संरचना को निर्धारित करता है।

प्रोटीन संश्लेषण को विनियमित करने के लिए सबसे आम तंत्र है प्रतिलेखन स्तर पर विनियमन(प्राथमिक प्रतिलेख का गठन)।

आधारभूत अवस्था में संश्लेषण कहलाता है रचनात्मक संश्लेषण.

अंतर करना विनियमन के दो रूप – संश्लेषण का प्रेरण(सकारात्मक विनियमन) और संश्लेषण का दमन(नकारात्मक विनियमन)। प्रेरण और दमन की अवधारणाएँके सापेक्ष प्रोटीन संश्लेषण की दर में बदलाव का सुझाव दें प्रारंभिक (बेसल) स्तर. यदि संवैधानिक प्रोटीन संश्लेषण की दर अधिक है, तो प्रोटीन को संश्लेषण दमन के तंत्र द्वारा नियंत्रित किया जाता है, और, इसके विपरीत, कम बेसल दर पर, संश्लेषण की प्रेरण देखी जाती है।

एफ. जैकब और जे. मोनेट के सिद्धांत के अनुसार, एक जीवाणु कोशिका के आनुवंशिक तंत्र में होते हैं ऑपेरॉन- कुछ प्रोटीनों के लिए संरचनात्मक जीन युक्त डीएनए खंड ( cistrons), और नियामक क्षेत्र।

जेनेटिक कोड को पढ़ना यहीं से शुरू होता है प्रमोटरके बगल में स्थित है ऑपरेटर जीनोम. ऑपरेटर जीन संरचनात्मक जीन के चरम खंड पर स्थित होता है। यह डीएनए पर एमआरएनए की प्रतिकृति को या तो प्रतिबंधित करता है या इसकी अनुमति देता है।

ऑपेरॉन की गतिविधि नियंत्रित होती है जीन नियामक. दमनकारी प्रोटीनऑपेरॉन और जीन-नियामक के बीच संचार करता है। रेप्रेसर नियामक जीन में संश्लेषित एमआरएनए पर परमाणु राइबोसोम में बनता है। यह ऑपरेटर जीन के साथ एक कॉम्प्लेक्स बनाता है और एमआरएनए और, परिणामस्वरूप, प्रोटीन के संश्लेषण को अवरुद्ध करता है। दमनकारी कम आणविक भार वाले पदार्थों - प्रेरक या प्रभावक - से बंध सकता है। इसके बाद, यह ऑपरेटर जीन से जुड़ने की क्षमता खो देता है, ऑपरेटर जीन नियामक जीन का नियंत्रण छोड़ देता है, और एमआरएनए संश्लेषण शुरू हो जाता है। यह संश्लेषण का प्रेरण है (चित्र 14)।

यू यूकैर्योसाइटोंप्रोटीन संश्लेषण को नियंत्रित करने वाले तंत्र अधिक जटिल हैं। सकारात्मक नियामक तंत्र प्रबल होते हैं। मुख्य नियामक बिंदु प्रतिलेखन दीक्षा चरण है। प्रतिलेखन को प्रोत्साहित करने वाले नियामक तत्व कहलाते हैं वर्धक, और जो इसे दबा रहे हैं - साइलेंसर. वे या तो प्रमोटर के करीब या उससे कुछ दूरी पर स्थित हो सकते हैं, और चुनिंदा रूप से बंधे हो सकते हैं प्रोटीन नियामक: बढ़ाने वाले - साथ में प्रेरक प्रोटीन, साइलेंसर - के साथ दमनकारी प्रोटीन. नियामक प्रोटीन के साथ नियामक तत्वों की बातचीत की प्रक्रिया सिग्नलिंग अणुओं - हार्मोन, कुछ मेटाबोलाइट्स द्वारा नियंत्रित होती है।

प्रोकैरियोट्स और यूकेरियोट्स में राइबोसोम की संरचना और कार्यप्रणाली के ज्ञान ने नए प्रकार के एंटीबायोटिक्स विकसित करना संभव बना दिया है। न्यूक्लिक एसिड और प्रोटीन का संश्लेषण कोशिका जीवन को बनाए रखने के लिए आवश्यक एक महत्वपूर्ण प्रक्रिया है। यदि इसे किसी भी तरह से बंद कर दिया जाए तो कोशिका मर जाएगी। अस्तित्व दवाएं, प्यूरीन बेस और अमीनो एसिड के संश्लेषण को बाधित करना, न्यूक्लिक एसिड का संश्लेषण (चित्र 16), केवल जीवाणु कोशिकाओं में विभिन्न स्तरों पर प्रोटीन संश्लेषण (तालिका 4)।

चित्र 16. दवाएं जो न्यूक्लिक एसिड के संश्लेषण को बाधित करती हैं

तालिका 4

एजेंट जो जीवाणु कोशिका प्रोटीन के संश्लेषण को रोकते हैं

जेनेटिक इंजीनियरिंग

जेनेटिक इंजीनियरिंग- प्रायोगिक तकनीकों की एक प्रणाली जो तथाकथित पुनः संयोजक या हाइब्रिड डीएनए अणुओं के रूप में प्रयोगशाला में (इन विट्रो में) कृत्रिम आनुवंशिक संरचनाओं का निर्माण करना संभव बनाती है।

पुनः संयोजक डीएनए प्रौद्योगिकीनिम्नलिखित विधियों का उपयोग करता है:

1. प्रतिबंध एंजाइमों के साथ डीएनए का विशिष्ट दरार।प्रतिबंध एंजाइमों का लक्ष्य अक्सर 4-6 आधार जोड़े के पैलिंड्रोम होते हैं - प्रतिबंध स्थल। कुछ प्रतिबंध एंजाइम समरूपता की धुरी के साथ टूटने लगते हैं, जिससे तथाकथित "कुंद" सिरे बनते हैं। दूसरों को स्थानांतरित कर दिया जाता है; "चिपचिपे" सिरे बनते हैं, यानी, टुकड़ों के सिरों पर चार न्यूक्लियोटाइड लंबे एकल-फंसे परस्पर पूरक खंड होते हैं। ऐसे टुकड़े पुनः संयोजक डीएनए बनाने के लिए विशेष रूप से सुविधाजनक होते हैं।

2. न्यूक्लियोटाइड अनुक्रमण।इलेक्ट्रोफोरेसिस का उपयोग करके, आकार में भिन्न डीएनए टुकड़ों को अलग किया जा सकता है, और फिर प्रत्येक टुकड़े की अलग से जांच की जा सकती है। यह आपको निर्माण करने की अनुमति देता है प्रतिबंध मानचित्र, जो अन्य साइटों के सापेक्ष प्रत्येक प्रतिबंध साइट की स्थिति को इंगित करता है।

3. पुनः संयोजक डीएनए का निर्माण:

पुनः संयोजक डीएनए प्राप्त करने के लिए, प्लास्मिड को ई. कोली से अलग किया जाता है और एक प्रतिबंध एंजाइम का उपयोग करके गोलाकार डीएनए अणु का हिस्सा उनमें से हटा दिया जाता है। डीएनए अणु के पूरक स्ट्रैंड को अलग-अलग स्थानों पर काटा जाता है, जिसके परिणामस्वरूप "चिपचिपा" सिरा बनता है। उसी प्रतिबंध एंजाइम का उपयोग करके प्रत्यारोपण के लिए चयनित डीएनए टुकड़े पर चिपचिपे सिरे बनाए जाते हैं। यदि आप एक डीएनए टुकड़ा (जीन) और एक प्लास्मिड मिलाते हैं, तो वे "चिपचिपे" सिरों से जुड़े होते हैं। फिर, लिगेज का उपयोग करके, एक गोलाकार डीएनए अणु फिर से प्राप्त किया जाता है, लेकिन अब इसमें प्लास्मिड डीएनए के साथ, प्रत्यारोपण के लिए चयनित जीन शामिल होता है। यह वही है पुनः संयोजक डीएनए.

संभव:

- समान "चिपचिपे" सिरों के साथ क्रॉस-लिंकिंग (प्रतिबंध एंजाइम लिगेज विधि)।जो क्षेत्र एक-दूसरे के पूरक हैं वे बेस पेयरिंग के माध्यम से जुड़ते हैं। टूट-फूट की मरम्मत के लिए एंजाइम डीएनए लिगेज का उपयोग किया जाता है।

- "कुंद" सिरों के साथ सिलाई (कनेक्टर विधि)।कुंद सिरों को डीएनए लिगेज द्वारा जोड़ा जा सकता है। चिपचिपे सिरों पर क्रॉस-लिंकिंग की तुलना में प्रतिक्रिया दक्षता कम होती है।

- विपरीत चिपचिपे सिरों वाले टुकड़ों को एक साथ सिलना।आवेदन करना लिंकर्स- रासायनिक रूप से संश्लेषित ऑलिगोन्यूक्लियोटाइड्स जो प्रतिबंध स्थलों या उसके संयोजन का प्रतिनिधित्व करते हैं। कुंद अंत-चिपचिपा अंत लिंकर हैं।

ऊपर वर्णित प्रक्रिया जटिल है और बहुत कम मात्रा में पुनः संयोजक डीएनए उत्पन्न करती है।

4. पुनः संयोजक डीएनए का क्लोनिंग (प्रजनन):

- विवो डीएनए क्लोनिंग में.

यदि पुनः संयोजक प्लास्मिड को ई. कोली कल्चर में जोड़ा जाता है, तो उन्हें जीवाणु कोशिकाओं में शामिल किया जा सकता है - पुनः संयोजक बैक्टीरिया प्राप्त होते हैं। कोशिका में प्लास्मिड प्रतिकृति बनाने लगते हैं। जब जीवाणु बहुगुणित होते हैं, तो नवगठित जीवाणु कोशिकाओं में भी ये प्लास्मिड होते हैं। क्लोन किए गए पुनः संयोजक प्लास्मिड को पुनः संयोजक बैक्टीरिया से अलग किया जा सकता है, और उनसे अध्ययन के तहत डीएनए टुकड़े को अलग किया जा सकता है। इस तरह, एक जीन या किसी अन्य डीएनए टुकड़े को अनुसंधान उद्देश्यों के लिए पर्याप्त मात्रा में अलग किया जा सकता है।

- प्रवर्धन(प्रतियों की संख्या बढ़ाएँ) इन विट्रो में डीएनए.

1985 में, के. मुलिस और उनके सहयोगियों ने इन विट्रो में डीएनए अनुक्रमों की क्लोनिंग के लिए एक विधि विकसित की, जिसे कहा जाता था पोलीमरेज़ चेन रिएक्शन (पीसीआर)।विश्लेषण किए जा रहे डीएनए नमूने में 2 सिंथेटिक प्राइमर की अधिकता जोड़ी जाती है। प्राइमर इस तरह से उन्मुख होते हैं कि पोलीमरेज़ द्वारा संश्लेषण केवल उनके बीच होता है, जिससे उस डीएनए अनुभाग की प्रतियों की संख्या दोगुनी हो जाती है। प्रवर्धित क्षेत्र कहलाता है amplicon. प्रवर्धन में बार-बार चक्र शामिल होते हैं, जो तीन चरणों वाली प्रक्रिया है: मैं- 95 डिग्री सेल्सियस पर डीएनए विकृतीकरण; द्वितीय- पूरक अनुक्रमों (40-60 डिग्री सेल्सियस) के साथ प्राइमरों की एनीलिंग; तृतीय- 70-75 डिग्री सेल्सियस (चित्र 17) के तापमान पर डीएनए पोलीमरेज़ का उपयोग करके प्राइमरों से पॉलीन्यूक्लियोटाइड श्रृंखलाओं का बाद में पूरा होना।

एक चक्र की अवधि 3 मिनट से कम होती है। इस प्रकार, 2 घंटों में, पता लगाने योग्य डीएनए अनुक्रम की लगभग एक अरब प्रतियां प्राप्त की जा सकती हैं। इन विट्रो में प्रसारित टुकड़ा इसके प्रत्यक्ष अनुक्रमण के लिए पर्याप्त मात्रा में प्राप्त होता है। पीसीआर को कोशिका-मुक्त आणविक क्लोनिंग कहा जाता है।

पीसीआर का उपयोग करके आनुवंशिक और संक्रामक रोगों के लिए नए नैदानिक ​​परीक्षण विकसित किए गए हैं। इस पद्धति का उपयोग शरीर में मानव इम्यूनोडिफीसिअन्सी वायरस (एचआईवी) की उपस्थिति के शीघ्र निदान के लिए किया जाता है। व्यक्तिगत शुक्राणु के विश्लेषण की विधि को फोरेंसिक चिकित्सा में व्यावहारिक अनुप्रयोग मिला है। पीसीआर का उपयोग करके, 7,000 साल पुराने मानव मस्तिष्क के जीवाश्म अवशेषों से माइटोकॉन्ड्रियल डीएनए के टुकड़ों को बढ़ाना और क्लोन करना संभव था।

5. कोशिका में जीन का परिचय।जीन को कोशिका में इस तरह से पेश किया जाना चाहिए कि यह सेलुलर न्यूक्लियस द्वारा नष्ट न हो, बल्कि कोशिका जीनोम के साथ एकीकृत हो जाए। उपयोग 2 तरीके.

पारगमन.

वेक्टर- एक डीएनए या आरएनए अणु जिसमें दो घटक होते हैं: एक वेक्टर भाग (वाहक) और एक क्लोन विदेशी जीन। वेक्टर का कार्य चयनित डीएनए को प्राप्तकर्ता कोशिका तक पहुंचाना और इसे जीनोम में एकीकृत करना है।

वेक्टर में शामिल होना चाहिए मार्कर जीन, परिवर्तित कोशिकाओं के चयन की अनुमति देता है। मार्कर जीन के दो समूहों को प्रतिष्ठित किया जा सकता है:

- चयनात्मक जीन,एंटीबायोटिक्स या शाकनाशियों के प्रतिरोध के लिए जिम्मेदार;

- रिपोर्टर जीन, कोशिका-तटस्थ प्रोटीन को एन्कोड करना, जिसकी ऊतकों में उपस्थिति का आसानी से परीक्षण किया जा सकता है।

व्यक्त करने की जीन की क्षमता के लिए जिम्मेदार नियामक अनुक्रम, जिसे वेक्टर अणु में एकीकृत करने की भी आवश्यकता है।

वेक्टर प्रकार:

- बैक्टीरियल प्लास्मिड.सबसे अधिक उपयोग किए जाने वाले क्लोनिंग प्लास्मिड में से एक, पीबीआर 322, ई. कोली से पृथक प्लास्मिड पर आधारित है;

- वायरस.ऐसे वायरस हैं जो कोशिका मृत्यु का कारण नहीं बनते हैं, लेकिन मेजबान कोशिका के जीनोम में एकीकृत होते हैं और इसके साथ मिलकर गुणा करते हैं, या इसके अनियंत्रित विकास का कारण बनते हैं, यानी। कैंसर में बदल जाता है;

- हाइब्रिड वैक्टरफ़ेज़ डीएनए और प्लास्मिड युक्त - कॉस्मिड्स और फास्मिड्स।

2. कोशिका में जीन का सीधा परिचय - परिवर्तन।इसके प्रकार:

अभिकर्मक।डीएनए कैल्शियम फॉस्फेट क्रिस्टल पर अधिशोषित होता है। इन्हें फागोसाइटोसिस द्वारा कोशिका द्वारा ग्रहण किया जाता है।

डीएनए माइक्रोइंजेक्शन 0.1-0.5 माइक्रोन के व्यास वाले माइक्रोपिपेट और एक माइक्रोमैनिपुलेटर का उपयोग करना।

इलेक्ट्रोपोरेशनइस तथ्य पर आधारित है कि उच्च वोल्टेज पल्स बायोमेम्ब्रेन की पारगम्यता को विपरीत रूप से बढ़ाते हैं।

"मिनी सेल"माइटोसिस में दाता कोशिकाओं को अवरुद्ध करके प्राप्त किया जाता है कोलसेमिड. प्रत्येक गुणसूत्र के चारों ओर एक नई केन्द्रक झिल्ली बनती है। फिर उन्हें प्रोसेस किया जाता है साइटोकैलासिन बीऔर अपकेंद्रित्र. मिनी-कोशिकाएँ बनती हैं - माइक्रोन्यूक्लि, साइटोप्लाज्मिक झिल्ली में समाहित होती हैं। उनके संलयन के लिए विशेष हल्की परिस्थितियों का चयन किया जाता है।

लिपोसोम्स में पैकेजिंगप्रतिबंध एंजाइमों की विनाशकारी कार्रवाई से बहिर्जात आनुवंशिक सामग्री की रक्षा के लिए उपयोग किया जाता है।

जैविक बैलिस्टिक विधिआज पौधों में परिवर्तन के सबसे प्रभावी तरीकों में से एक है। वेक्टर डीएनए को टंगस्टन के छोटे कणों पर छिड़का जाता है। उन्हें एक बायोलिस्टिक गन के अंदर रखा जाता है, जहां से वे जबरदस्त गति से बाहर निकलते हैं और कोशिका की दीवारों को फाड़ते हुए कोशिकाओं के साइटोप्लाज्म और केंद्रक में प्रवेश करते हैं।

आनुवंशिक इंजीनियरिंग के विकास के साथ, सूक्ष्मजीवों को उन पदार्थों को संश्लेषित करने के लिए मजबूर करना संभव हो गया जो अन्य तरीकों से प्राप्त करना मुश्किल है - इंटरफेरॉन, इंसुलिन, सोमाटोस्टैटिन, सोमाटोट्रोपिन, एंजाइम यूरोकाइनेज, कुछ रक्त के थक्के कारक, आदि। इन सभी प्रोटीनों का उपयोग किया जाता है बीमारियों का इलाज करें.

प्लास्मिड को यूकेरियोटिक कोशिकाओं में भी पेश किया जा सकता है। स्तनधारियों की दैहिक कोशिकाओं का आनुवंशिक परिवर्तन जीन अभिव्यक्ति के नियमन के सूक्ष्म तंत्र का अध्ययन करना और कोशिका के आनुवंशिक तंत्र को उद्देश्यपूर्ण रूप से संशोधित करना संभव बनाता है, जो चिकित्सा आनुवंशिकी के लिए बहुत महत्वपूर्ण है।

इस स्तर पर, तृतीयक संरचना का निर्माण और पॉलीपेप्टाइड अणु का प्रसंस्करण होता है।

राइबोसोम पर संश्लेषित एक पॉलीपेप्टाइड प्रोटीन अणु जानकारी रखता है और कहलाता है गठनात्मक , अर्थात। वह परिवर्तन से गुजरती है ( प्रसंस्करण ) एक कड़ाई से परिभाषित त्रि-आयामी निकाय में जो पहले से ही कार्यात्मक जानकारी रखता है।

यह संरचनात्मक कार्य वाले प्रोटीन के लिए सच है, लेकिन जैविक रूप से निष्क्रिय अणुओं - प्रोटीन अग्रदूतों के लिए नहीं। उनकी कार्यात्मक गतिविधि नामक परिवर्तनों के परिणामस्वरूप स्वयं प्रकट होती है पोस्टसिंथेटिक या अनुवाद के बाद का संशोधन . संश्लेषण प्रक्रिया के दौरान, इसकी संरचना में 20 अमीनो एसिड शामिल किए जा सकते हैं। अनुवाद के बाद, पोस्ट-ट्रांसलेशनल संशोधन प्रोटीन की कार्यात्मक संरचना का विस्तार करता है:

फॉर्माइलमेथिओनिन या मेथियोनीन के एन-टर्मिनस का दरार;

सिग्नल पेप्टाइड्स का विखंडन;

एक कृत्रिम समूह का जोड़;

हिस्टोन और गैर-हिस्टोन क्रोमैटिन प्रोटीन का फास्फोराइलेशन;

लाइसिन और आर्जिनिन रेडिकल का मिथाइलेशन;

शतावरी और सेरीन रेडिकल्स में ऑलिगोसेकेराइड अंशों का योग;

सही प्रोटीन संरचना का चयन प्रोटीन की भागीदारी से होता है - संरक्षक . चैपरोन-70 ग्लोब्यूल की सतह पर हाइड्रोफोबिक क्षेत्र संश्लेषित श्रृंखला के हाइड्रोफोबिक क्षेत्रों के साथ बातचीत करते हैं, इसे अन्य साइटोसोलिक प्रोटीन के साथ अनुचित बातचीत से बचाते हैं। चैपरोन-60 गलत मुड़ी हुई या क्षतिग्रस्त जंजीरों की स्थानिक संरचना को ठीक करने में शामिल हैं।

झिल्लियों में संश्लेषित प्रोटीन का परिवहन

यूकेरियोट्स में, एमआरएनए नाभिक में निर्मित होता है और कोशिका के साइटोसोल में स्थित राइबोसोम में प्रवेश करता है। संश्लेषित प्रोटीन राइबोसोम से साइटोसोल में प्रवेश करता है। यदि इसका उपयोग स्वयं कोशिका की आवश्यकताओं के लिए नहीं किया जाता है, अर्थात। का अर्थ है निर्यातित (स्रावित) प्रोटीन , फिर इसे हाइड्रोफोबिक रेडिकल युक्त कम आणविक भार पेप्टाइड्स (15-30 अमीनो एसिड अवशेष) का उपयोग करके कोशिका झिल्ली में ले जाया जाता है। यह अग्रणी या सिग्नल पेप्टाइड्स . सिग्नल पेप्टाइड अनुक्रम एन-टर्मिनस से राइबोसोम में प्रोटीन संश्लेषण के दौरान दीक्षा कोडन के तुरंत बाद स्थित सिग्नल कोडन पर बनते हैं और एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम के रिसेप्टर साइटों द्वारा पहचाने जाते हैं। झिल्ली में एक चैनल बनता है जिसके माध्यम से सिग्नल पेप्टाइड एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम टैंक में प्रवेश करता है और संश्लेषित प्रोटीन अणु के साथ खींचता है। प्रभाव में सिग्नल पेप्टिडेज़ एन-टर्मिनल सिग्नल अनुक्रम बंद हो जाता है, और प्रोटीन एक स्रावी पुटिका के रूप में गोल्गी तंत्र के माध्यम से कोशिका से बाहर निकल जाता है।

प्रोटीन संश्लेषण का विनियमन

कोशिका में कई प्रोटीनों की सांद्रता स्थिर नहीं होती है और कोशिका की स्थिति और बाहरी स्थितियों के आधार पर बदलती रहती है। यह प्रोटीन संश्लेषण और टूटने की दर के नियमन के परिणामस्वरूप होता है।

जीन- डीएनए अनुभाग टीआरएनए, आरआरएनए, एमआरएनए के संश्लेषण को एन्कोडिंग करते हैं।

एमआरएनए के संश्लेषण के लिए कोड करने वाले जीन कहलाते हैं प्रोटीन जीन .

ट्रांस्क्रिप्शनल स्तर पर विनियमन(प्राथमिक प्रतिलेख का निर्माण) प्रोटीन संश्लेषण को विनियमित करने के लिए सबसे आम तंत्र है।

अंतर करना विनियमन के दो रूप – संश्लेषण का प्रेरण (सकारात्मक विनियमन) और संश्लेषण का दमन (नकारात्मक विनियमन)।

प्रेरण और दमन की अवधारणाएँके सापेक्ष प्रोटीन संश्लेषण की दर में बदलाव का सुझाव दें प्रारंभिक (बेसल) स्तर .

आधारभूत अवस्था में संश्लेषण - रचनात्मक संश्लेषण .

यदि संवैधानिक प्रोटीन संश्लेषण की दर अधिक है, तो प्रोटीन को संश्लेषण दमन के तंत्र द्वारा नियंत्रित किया जाता है, और, इसके विपरीत, कम बेसल दर पर, संश्लेषण प्रेरण होता है।

कोशिकाएँ आनुवंशिक तंत्र में मौजूद होती हैं ऑपेरॉन - डीएनए खंड जिसमें कुछ प्रोटीन और नियामक क्षेत्रों के संरचनात्मक जीन होते हैं।

आनुवंशिक कोड को पढ़ना ऑपरेटर जीन के बगल में स्थित प्रमोटर से शुरू होता है।

जीन ऑपरेटरसंरचनात्मक जीन के चरम खंड पर स्थित है। यह डीएनए पर एमआरएनए की प्रतिकृति को या तो प्रतिबंधित करता है या इसकी अनुमति देता है।

यू यूकैर्योसाइटों सकारात्मक नियामक तंत्र प्रबल होते हैं। मुख्य नियामक बिंदु प्रतिलेखन दीक्षा चरण है। प्रतिलेखन को प्रोत्साहित करने वाले नियामक तत्व कहलाते हैं वर्धक , और जो इसे दबा रहे हैं - साइलेंसर (साइलेंसर) . वे चुनिंदा रूप से बंध सकते हैं प्रोटीन नियामक : बढ़ाने वाले - साथ में प्रेरक प्रोटीन , साइलेंसर - के साथ दमनकारी प्रोटीन .

दमनकारी प्रोटीनऑपेरॉन और जीन-नियामक के बीच संचार करता है। रेप्रेसर नियामक जीन में संश्लेषित एमआरएनए पर परमाणु राइबोसोम में बनता है। यह ऑपरेटर जीन और एमआरएनए के संश्लेषण के साथ एक कॉम्प्लेक्स बनाता है और, परिणामस्वरूप, प्रोटीन अवरुद्ध हो जाता है। दमनकारी कम आणविक भार वाले पदार्थों - प्रेरक या प्रभावक - से बंध सकता है। इसके बाद, यह ऑपरेटर जीन से जुड़ने की क्षमता खो देता है, ऑपरेटर जीन नियामक जीन का नियंत्रण छोड़ देता है, और एमआरएनए संश्लेषण शुरू हो जाता है।

स्तनधारी कोशिकाओं मेंअस्तित्व प्रोटीन जैवसंश्लेषण के दो प्रकार के नियमन :

- लघु अवधि , पर्यावरणीय परिवर्तनों के प्रति शरीर का अनुकूलन सुनिश्चित करना;

- दीर्घकालिक, स्थिर , जो कोशिका विभेदन और अंगों और ऊतकों की विभिन्न प्रोटीन संरचना को निर्धारित करता है।

जेरोन्टोलॉजी के क्षेत्र में एक प्रसिद्ध भारतीय विशेषज्ञ द्वारा एक मोनोग्राफ, जो क्रोमेटिन की संरचना और कार्यों, एंजाइम गतिविधि, कोलेजन संरचना और इसके संश्लेषण, और प्रतिरक्षा और अंतःस्रावी प्रणालियों की गतिविधि में उम्र बढ़ने के साथ होने वाले परिवर्तनों के लिए समर्पित है। कोशिका उम्र बढ़ने और उम्र बढ़ने के आधुनिक सिद्धांतों पर भी विचार किया जाता है।

जीवविज्ञानी, जैव रसायनज्ञ, जेरोन्टोलॉजिस्ट और जराचिकित्सकों के लिए अभिप्रेत है।

किताब:

पोस्ट-ट्रांसलेशनल सहसंयोजक संशोधन कई प्रोटीनों के अमीनो एसिड अवशेषों के पार्श्व समूहों में होता है। क्रोमोसोमल प्रोटीन - हिस्टोन और एनजीबी दोनों - साइटोप्लाज्म में संश्लेषित होते हैं और फिर नाभिक में चले जाते हैं, जहां वे डीएनए से जुड़ जाते हैं। ये प्रोटीन, विशेष रूप से हिस्टोन, विभिन्न प्रकार के पोस्ट-ट्रांसलेशनल सहसंयोजक संशोधनों से गुजरते हैं: फॉस्फोराइलेशन, एसिटिलेशन, मिथाइलेशन और एडीप्रिबोसाइलेशन। हिस्टोन एच1, एच2ए और एच4 के एनएच2-टर्मिनल सेरीन अवशेषों का एसिटिलीकरण अनुवाद के दौरान होता है और यह एक स्थिर संशोधन है। साइटोप्लाज्म में हिस्टोन एच3 और एच4 के आंतरिक लाइसिन अवशेषों का एसिटिलीकरण और आंतरिक सेरीन अवशेषों का फॉस्फोराइलेशन होता है। ये हिस्टोन फिर नाभिक में चले जाते हैं और डीएनए से जुड़ जाते हैं। आंतरिक लाइसिन का एसिटिलीकरण प्रतिवर्ती है। इसके अलावा, हिस्टोन के डीएनए से बंधने के बाद लाइसिन अवशेषों का प्रतिवर्ती संशोधन होता है। चार प्रकार के सहसंयोजक संशोधनों के माध्यम से, हिस्टोन की आयनिक संरचना और उनके स्टेरिक गुण, और परिणामस्वरूप, डीएनए के साथ बातचीत, बदल जाती है (चित्र 2.4)।

चावल। 2.4. क्रोमैटिन संरचना डीएनए के साथ हिस्टोन और एनजीबी के बंधन स्थलों को दर्शाती है। हिस्टोन के सहसंयोजक संशोधन प्रस्तुत किए जाते हैं, जिसके परिणामस्वरूप डीएनए के साथ उनका बंधन बदल जाता है

फॉस्फोराइलेशन और एडीप्राइबोसाइलेशन जैसे संशोधनों से हिस्टोन पर नकारात्मक चार्ज की संख्या बढ़ जाती है और वे डीएनए से अलग हो सकते हैं, जिससे प्रतिलेखन या प्रतिकृति हो सकती है। जब एसिटिलीकरण होता है, तो हिस्टोन पर समग्र सकारात्मक चार्ज कम हो जाता है। इससे उनका डीएनए से अलगाव भी हो सकता है। हालांकि, मिथाइलेशन के दौरान, हिस्टोन अणुओं पर सकारात्मक चार्ज बढ़ सकता है, जिससे डीएनए के साथ मजबूत जुड़ाव होता है और परिणामस्वरूप, जीन गतिविधि का दमन होता है। विशिष्ट अमीनो एसिड विशिष्ट संशोधनों के अधीन हैं। कुछ निश्चित हिस्टोन में और इसके अलावा, कोशिका चक्र और कोशिका वृद्धि के विशिष्ट चरणों में कुछ संशोधन अधिमानतः होते हैं। इस प्रकार, यह संभव है कि क्रोमोसोमल प्रोटीन के साइड समूहों का संशोधन जीन अभिव्यक्ति के ठीक विनियमन के लिए एक तंत्र है। तालिका में 2.3 इन संशोधनों की कुछ विशेषताओं को दर्शाता है।

तालिका 2.3.हिस्टोन श्रृंखलाओं के सहसंयोजक संशोधनों के पैरामीटर

फास्फारिलीकरण

क्रोमोसोमल प्रोटीन का फॉस्फोराइलेशन एक ऊर्जा-निर्भर पोस्टसिंथेटिक संशोधन है। यह कोशिका द्रव्य और केन्द्रक दोनों में होता है। ऑर्ड और स्टॉकन ने विवो में हिस्टोन्स में 32पी समावेशन का प्रदर्शन किया। बाद में यह दिखाया गया कि हिस्टोन एच1 अन्य हिस्टोन की तुलना में अधिक हद तक फॉस्फोराइलेट होता है। एएमपी-विशिष्ट प्रोटीन किनेसेस द्वारा फॉस्फोराइलेशन की मुख्य साइटें हिस्टोन और एनएचबी के सेरीन और थ्रेओनीन अवशेषों के पार्श्व समूह हैं। लाइसिन, हिस्टिडीन और आर्जिनिन अवशेष कुछ हद तक फॉस्फोराइलेट होते हैं। क्रोमैटिन के एनजीबी अंश में किनेसेस मौजूद होते हैं। ऐसा प्रतीत होता है कि विशिष्ट हिस्टोन किनेसेस विशिष्ट साइटों के फॉस्फोराइलेशन में शामिल होते हैं। गोजातीय थाइमस क्रोमैटिन से एएमपी-निर्भर किनेज़ को अलग करना संभव था, जो हिस्टोन एच 3 में एक केंद्र को फॉस्फोराइलेट करता है। इन अवशेषों का डिफॉस्फोराइलेशन फॉस्फेटेस द्वारा किया जाता है, जो एनजीबी अंश में भी मौजूद होते हैं। यह विश्वसनीय रूप से स्थापित किया गया है कि एंजाइमों का फॉस्फोराइलेशन और डीफॉस्फोराइलेशन उनकी गतिविधि को विनियमित करने के लिए मुख्य तंत्रों में से एक है, क्योंकि ये संशोधन, गठनात्मक परिवर्तन का कारण बनते हैं, एंजाइमों को सक्रिय से निष्क्रिय अवस्था में स्थानांतरित करते हैं, और इसके विपरीत। ऐसे संशोधनों के साथ, क्रोमोसोमल प्रोटीन अणुओं में संरचनात्मक परिवर्तन होते हैं, जिससे क्रोमैटिन में कार्यात्मक परिवर्तन हो सकते हैं। हिस्टोन फॉस्फोराइलेशन-डीफॉस्फोराइलेशन प्रतिक्रिया नीचे दिखाई गई है:

क्रोमोसोमल प्रोटीन अणुओं में फॉस्फेट समूहों का दो प्रकार का जुड़ाव पाया जाता है। उनमें से एक, पी-ओ बांड सहित, सेरीन और थ्रेओनीन अवशेषों की विशेषता है, और यह बंधन एसिड के संबंध में स्थिर है। दूसरे प्रकार में शामिल हैं पी-एन कनेक्शन, जो लाइसिन, हिस्टिडीन और आर्जिनिन अवशेषों में बनता है। अम्लीय वातावरण में यह बंधन अस्थिर होता है।

हिस्टोन फास्फारिलीकरण

फॉस्फोराइलेशन की प्रक्रिया - क्रोमोसोमल प्रोटीन के आंतरिक अवशेषों का डीफॉस्फोराइलेशन उच्च गति से होता है। तीव्र फास्फारिलीकरण न केवल विभाजित होने में, बल्कि विभिन्न प्रभावकों द्वारा उत्तेजना के बाद गैर-विभाजित कोशिकाओं में भी देखा जाता है। हिस्टोन एच1 मुख्य रूप से फॉस्फोराइलेशन के अधीन है, यानी, हिस्टोन का फॉस्फोराइलेशन स्पष्ट रूप से क्रोमैटिन की ट्रांसक्रिप्शनल गतिविधि को प्रभावित नहीं करता है।

कोशिका चक्र के विभिन्न चरणों में हिस्टोन एच1 के फॉस्फोराइलेशन साइट अलग-अलग होते हैं। सर्-37 को जी1 चरण में, सर्-114 को एस और जी2 चरणों में, सर्-180 को एम चरण में फॉस्फोराइलेट किया जाता है। जाहिरा तौर पर, इसे H1-किनेसेस की बहुलता द्वारा समझाया गया है, जिनमें से प्रत्येक विशिष्ट है। यह दिखाया गया है कि तेजी से बढ़ने वाली कोशिकाओं में एक विशिष्ट हिस्टोन काइनेज होता है जो थ्रेओनीन अवशेषों के फॉस्फोराइलेशन को उत्प्रेरित करता है, लेकिन सेर-37 और सेर-105 को नहीं। जब सेर-37 और सेर-105 अवशेषों में से एक या दोनों को फॉस्फोराइलेट किया जाता है, तो हिस्टोन एच1 के डीएनए से जुड़ने की डिग्री काफी कम हो जाती है। विभिन्न फॉस्फोराइलेशन साइटों के गुणों में ऐसे अंतर क्रोमैटिन संघनन में हिस्टोन एच1 की कार्यात्मक भूमिका को समझा सकते हैं। जब विभिन्न साइटों को फॉस्फोराइलेट किया जाता है, तो क्रोमैटिन अलग-अलग तरीकों से विघटित होता है, जिससे डीएनए के विभिन्न खंड उजागर होते हैं।

हिस्टोन फॉस्फोराइलेशन को विशेष रूप से माइटोसिस के दौरान क्रोमैटिन संरचना में परिवर्तन के साथ जुड़ा हुआ दिखाया गया है। चीनी हैम्स्टर अंडाशय कोशिकाओं के समसूत्रण के दौरान फॉस्फोराइलेशन की उच्च दर देखी जाती है। वही संशोधन हेला कोशिकाओं में देखे गए हैं। माइटोसिस (हिम) के दौरान हिस्टोन एच1 फॉस्फोराइलेशन के केंद्र इंटरफेज़ (आईपी) के दौरान भिन्न होते हैं। यह परिकल्पना की गई है कि क्रोमोसोम में इंटरफेज़ क्रोमैटिन के संघनन के लिए हिस्टोन एच1 फॉस्फोराइलेशन आवश्यक है। यह उस डेटा से मेल खाता है जिसके अनुसार ट्रिपली फॉस्फोराइलेटेड हिस्टोन एच1 डीएनए को डीफॉस्फोराइलेटेड हिस्टोन की तुलना में अधिक मजबूती से बांधता है। एक चिपचिपी कवक में प्रिसारम पॉलीसेफालमहिस्टोन H1 का फॉस्फोराइलेशन G2 चरण के मध्य में बढ़ता है और प्रोफ़ेज़ तक तेजी से बढ़ता है। डीफॉस्फोराइलेशन माइटोसिस के अंतिम चरण में होता है।

हिस्टोन H3 में विभिन्न केंद्रों का फॉस्फोराइलेशन भी देखा जाता है, लेकिन यह हिस्टोन H2A, H2B और H4 में नहीं पाया जाता है। माइटोसिस के दौरान चीनी हैम्स्टर अंडाशय से हिस्टोन एच 1 और एच 3 के फॉस्फोराइलेशन के विस्तृत अध्ययन में, यह दिखाया गया कि अधिकांश यूकेरियोटिक कोशिकाओं में हिस्टोन एच 1 में 2-4 केंद्र एस चरण में फॉस्फोराइलेटेड होते हैं और माइटोसिस (एम) के दौरान अतिरिक्त केंद्र होते हैं। एस और एम चरणों में फॉस्फोराइलेशन केंद्र स्वतंत्र प्रतीत होते हैं। इसके अलावा, ये केंद्र हार्मोन की क्रिया की प्रतिक्रिया में शामिल केंद्रों से भिन्न होते हैं। प्रीप्रोफ़ेज़ के शुरुआती चरणों में, जब क्रोमैटिन एकत्रीकरण शुरू होता है, हिस्टोन एच1 में प्रति अणु 1-3 फॉस्फेट समूह होते हैं, और हिस्टोन एच3 फॉस्फोराइलेटेड नहीं होता है। प्रोमेटा- और एनाफेज के दौरान, जब क्रोमैटिन एकत्रित होता है, तो सभी हिस्टोन एच1 और साथ ही एच3 अणु सुपरफॉस्फोराइलेटेड होते हैं और प्रति अणु 3-6 फॉस्फेट समूह होते हैं। यह माइटोटिक कोशिकाओं में विशिष्ट एटीपी हिस्टोन फॉस्फोट्रांसफेरेज की सामग्री में 6-10 गुना वृद्धि के कारण हो सकता है। सुपरफॉस्फोराइलेशन के लिए धन्यवाद, क्रोमैटिन फाइब्रिल सुपरहेलिस में बदलने में सक्षम हैं। टेलोफ़ेज़ के दौरान, जब क्रोमैटिन अलग हो जाता है, तो दोनों हिस्टोन H1 और H3 डीफॉस्फोराइलेट हो जाते हैं। जब कोशिकाएं जी 1 चरण में प्रवेश करती हैं, तो हिस्टोन एच 1 पूरी तरह से डिफॉस्फोराइलेटेड हो जाता है। इस प्रकार, हिस्टोन एच1एम का सुपरफॉस्फोराइलेशन और हिस्टोन एच3 का फॉस्फोराइलेशन माइटोटिक घटनाएं हैं जो केवल तब होती हैं जब गुणसूत्र पूरी तरह से संघनित होते हैं। इसलिए, माइटोसिस के दौरान क्रोमेटिन संघनन के लिए हिस्टोन एच1 और एच3 के उच्च स्तर के फॉस्फोराइलेशन की आवश्यकता होती है, जबकि डीफॉस्फोराइलेशन इस प्रक्रिया को इंटरफेज़ में सीमित करता है। हालाँकि, आश्चर्य की बात यह है कि फॉस्फोराइलेशन की उच्च डिग्री पर, जब ऐसा लगता है कि डीएनए के साथ हिस्टोन एच 1 और एच 3 कॉम्प्लेक्स का पृथक्करण उन पर नकारात्मक चार्ज में वृद्धि के कारण होना चाहिए, तो संक्षेपण में वृद्धि देखी गई है . उस मूलभूत तंत्र को स्पष्ट करने के लिए और अधिक शोध की आवश्यकता है जिसके द्वारा गुणसूत्र संघनन और विसंघनन होता है। विकास के दौरान चूहे के जिगर में, हिस्टोन एच1 का फॉस्फोराइलेशन महत्वपूर्ण होता है, लेकिन वयस्क जानवरों के जिगर में यह नगण्य होता है। हालाँकि, जब आंशिक हेपेटेक्टॉमी के बाद यकृत कोशिकाएं विभाजित होती हैं तो फॉस्फोराइलेशन बढ़ जाता है। यह दिखाया गया है कि इन परिस्थितियों में लीवर में पी-ओ से पी-एन बांड की संख्या का अनुपात बदल जाता है। पी-एन बांड मुख्य रूप से हिस्टोन एच1 और एच4 में पाए जाते हैं। Hl-kinase की सामग्री पूरे कोशिका चक्र में नहीं बदलती है, लेकिन DNA संश्लेषण के दौरान H4-kinase की मात्रा बढ़ जाती है। हिस्टोन एच4 भी एस चरण में अधिकतम फॉस्फोराइलेट होता है; मान लें कि हमले के केंद्र हिस्टिडीन अवशेष हैं। इस प्रकार, फॉस्फोराइलेशन के परिणामस्वरूप, हिस्टोन एच4 को डीएनए से अलग किया जा सकता है, जो इसकी प्रतिकृति को बढ़ावा देता है। इससे हम स्पष्ट रूप से यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि कोशिका विभाजन के बाद डीएनए प्रतिकृति के लिए हिस्टोन फॉस्फोराइलेशन आवश्यक है। यह दिखाया गया है कि फॉस्फोराइलेशन के बाद पृथक चूहे के लीवर न्यूक्लियोसोम का प्रतिलेखन बढ़ाया जाता है। फॉस्फोराइलेटेड और गैर-फॉस्फोराइलेटेड हिस्टोन एच1 क्रोमैटिन मैट्रिक्स गतिविधि को दबाने की क्षमता में एक दूसरे से भिन्न होते हैं। वृत्ताकार द्वैतवाद विधि का उपयोग करते हुए, फॉस्फोराइलेटेड हिस्टोन में एक परिवर्तित संरचना पाई गई। यह इस तथ्य को स्पष्ट कर सकता है कि संशोधित हिस्टोन क्रोमैटिन डीरेप्रेशन का कारण बनते हैं।

हिस्टोन H5 भी फॉस्फोराइलेशन के अधीन है। एवियन एरिथ्रोसाइट्स में, हिस्टोन H5 को इसके संश्लेषण के तुरंत बाद फॉस्फोराइलेट किया जाता है और फिर कोशिका के परिपक्व होने पर डीफॉस्फोराइलेट किया जाता है। अन्य हिस्टोन के विपरीत, हिस्टोन H5 जीनोम निष्क्रियता और गुणसूत्र संघनन की अवधि के दौरान डिफॉस्फोराइलेट होता है। फॉस्फोराइलेटेड हिस्टोन H5 डीएनए संरचना में परिवर्तन लाने में उतना प्रभावी नहीं है जितना कि इसका डीफॉस्फोराइलेटेड रूप। फॉस्फोराइलेटेड अवशेष (श्रृंखला) हिस्टोन H5 के क्षेत्रों में पाए जाते हैं जो अत्यधिक क्षारीय होते हैं और डीएनए से जुड़े होते हैं। 50% फॉस्फेट 1-28 क्षेत्र में हैं, और बाकी 100-200 क्षेत्र में हैं। कुछ स्तनधारी प्रजातियों में शुक्राणुजनन के दौरान, प्रोटामाइन फॉस्फोराइलेशन-डीफॉस्फोराइलेशन से गुजरते हैं, जो डीएनए पैकेजिंग के लिए आवश्यक प्रतीत होता है।

एनजीबी का फास्फोराइलेशन

एनएचबी अत्यधिक फॉस्फोराइलेटेड होते हैं और इनमें पी-ओ और पी-एन दोनों बांड होते हैं। ऐसा माना जाता है कि उनका फॉस्फोराइलेशन हिस्टोन फॉस्फोराइलेशन को उत्प्रेरित करने वाले किनेसेस से भिन्न किनेसेस द्वारा उत्प्रेरित होता है। फॉस्फोराइलेशन के लिए आवश्यक प्रोटीन किनेसेस और सीएमपी की सामग्री है। कैल्सीटोनिन संस्कृति में एनजीबी हड्डी कोशिकाओं के फॉस्फोराइलेशन को उत्तेजित करता है, विशेष रूप से कम प्रोटीन के साथ आणविक वजन(10000-45000), लेकिन उच्च आणविक भार NHB के फॉस्फोराइलेशन को दबा देता है। साथ ही, पैराथाइरॉइड हार्मोन उच्च आणविक भार एनजीबी के फॉस्फोराइलेशन को उत्तेजित करता है। इस प्रकार, दो पेप्टाइड हार्मोन जो कैल्शियम चयापचय पर विपरीत प्रभाव डालते हैं, फॉस्फोराइलेटेड एनएचबी के माध्यम से अपनी कार्रवाई कर सकते हैं। स्टेरॉयड हार्मोन एनजीबी के फॉस्फोराइलेशन को भी प्रेरित करते हैं।

एनजीबी का फास्फोराइलेशन कोशिका प्रकार और उनकी शारीरिक स्थिति पर निर्भर करता है। इस प्रक्रिया की दर इन विट्रो में सिंक्रनाइज़ हेला कोशिकाओं में भिन्न होती है, जी 1 और एस चरणों में सबसे तेज़ दर देखी जाती है। जब निष्क्रिय एलसी कोशिकाएं तेजी से बढ़ने लगती हैं, तो सबसे शुरुआती घटनाओं में से एक एनएचबी का फॉस्फोराइलेशन होता है। जब चूहे के जिगर की कोशिकाओं के नाभिक में पॉलीमाइन, स्पर्मिन और स्पर्मिडीन मिलाए जाते हैं, तो परमाणु प्रोटीन काइनेज की गतिविधि 2-3 गुना बढ़ जाती है, और एनएचबी के फॉस्फोराइलेशन की दर कई गुना बढ़ जाती है। यू Physarlumपॉलीमाइन्स कई अद्वितीय एनएचबी के फॉस्फोराइलेशन को उत्तेजित करते हैं।

फॉस्फोराइलेटेड हिस्टोन के विपरीत, जो क्रोमैटिन संरचना को प्रभावित करते हैं, फॉस्फोराइलेटेड एनएचबी जीन अभिव्यक्ति में शामिल होते हैं। जी 1 चरण में हेला कोशिकाओं के फॉस्फोराइलेटेड एनएचबी जी 1 चरण में हिस्टोन जीन के प्रतिलेखन को उत्तेजित करते हैं, हालांकि ये जीन इस चरण में सक्रिय नहीं हैं। फॉस्फोराइलेटेड एनएचबी प्रतिलेखन को बढ़ाते हैं, जबकि डीफॉस्फोराइलेटेड इसे कम करते हैं। इस प्रभाव का तंत्र संभवतः डीएनए के साथ प्रोटीन की सीधी बातचीत में निहित है। यह निष्कर्ष निम्नलिखित अवलोकनों से निकलता है: एनजीबी में फॉस्फोराइलेट करने की अलग-अलग क्षमताएं होती हैं, उनके फॉस्फोराइलेशन की विधि ऊतक के प्रकार पर निर्भर करती है; उनके फॉस्फोराइलेशन में परिवर्तन के साथ, क्रोमेटिन संरचना और जीन गतिविधि में परिवर्तन होता है, और फॉस्फोराइलेटेड एनजीबी विशेष रूप से डीएनए से जुड़ जाते हैं। स्तन कार्सिनोमा कोशिकाओं के एनजीबी को वृद्धि हार्मोन-निर्भर चरण के दौरान और प्रतिगमन के दौरान अलग-अलग फॉस्फोराइलेट किया जाता है। जब मानव W1-38 फ़ाइब्रोब्लास्ट के क्रोमैटिन को डीएनए और अनफॉस्फोराइलेटेड या फॉस्फोराइलेटेड एनजीबी से पुनर्गठित किया जाता है, तो बाद के मामले में प्रतिलेखन की डिग्री बहुत अधिक होती है।

एसिटिलेशन

हिस्टोन पर एसिटाइल समूहों की उपस्थिति के बारे में एक रिपोर्ट है। पृथक नाभिक में हिस्टोन एसिटिलेशन का वर्णन सबसे पहले ऑलफ्रे और सहकर्मियों द्वारा किया गया था। हिस्टोन में दो प्रकार के एसिटिलेटेड अमीनो एसिड अवशेष पाए जाते हैं: ए) हिस्टोन एच 1, एच 2 ए और एच 4 की एनएच 2-टर्मिनल श्रृंखला एन-एसिटिलसेरिन में एसिटिलेटेड होती है; यह साइटोसोल में निहित एक एंजाइम द्वारा उत्प्रेरित एक अपरिवर्तनीय पोस्टसिंथेटिक संशोधन है; बी) एसिटिलेटेड आंतरिक लाइसिन अवशेष एक पोस्टसिंथेटिक प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप बनते हैं जो साइटोसोल और न्यूक्लियस में होता है जब हिस्टोन साइटोसोल से न्यूक्लियस में चले जाते हैं और डीएनए से जुड़ जाते हैं। हिस्टोन H1 में आंतरिक अवशेषों का एसिटिलीकरण या तो नगण्य है या अनुपस्थित है। हिस्टोन H2A में एक केंद्र और प्रत्येक हिस्टोन H2B, H3 और H4 में चार केंद्र एसिटिलेटेड हैं। लाइसिन अवशेषों का एसिटिलीकरण एसिटाइलट्रांसफेरेज़ द्वारा उत्प्रेरित होता है, जो एनजीबी का एक घटक है। आधे हिस्टोन के NH 2 सिरों पर स्थित आंतरिक लाइसिन अवशेषों के ?-NH 2 समूहों को ?-N-एसिटाइलिसिन बनाने के लिए एसिटिलीकृत किया जाता है, और एक अणु में अधिकतम चार एसिटाइल समूह हो सकते हैं। यह एक ऊर्जा-निर्भर प्रतिक्रिया है जिसमें एसिटाइल समूह का स्रोत एसिटाइल-सीओए है। डीएसेटाइलेशन डीएसेटाइलेज़ द्वारा उत्प्रेरित होता है, जो क्रोमैटिन में भी मौजूद होता है। प्रतिक्रिया योजना नीचे दिखाई गई है:

हिस्टोन H3 के आंतरिक लाइसिन अवशेष 9, 14, 18 और 23 और हिस्टोन H4 के 5, 8, 12 और 16 एसिटिलेटेड हैं। ये अवशेष पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला के एनएच 2-टर्मिनल क्षेत्र में स्थित हैं, जो अत्यधिक क्षारीय है और डीएनए के अम्लीय समूहों के साथ परस्पर क्रिया करता है। एसिटिलेटेड हिस्टोन, डीएसिटिलेटेड हिस्टोन की तुलना में डीएनए को कम कुशलता से बांधते हैं। आंतरिक लाइसिन अवशेषों का एसिटिलेशन एक प्रतिवर्ती प्रक्रिया है और विभिन्न परिस्थितियों में बहुत तेज़ी से होता है। एसिटिलेशन प्रतिक्रिया का आधा जीवन बहुत छोटा है और केवल 3 मिनट का है। विभिन्न पीएच ऑप्टिमा के साथ दो हिस्टोन एसिटाइलट्रांसफेरेज़ को अलग किया गया था। एमएन 2+ आयनों द्वारा एसिटिलीकरण बाधित होता है। यह तथ्य महत्वपूर्ण प्रतीत होता है, क्योंकि डीएनए-निर्भर आरएनए पोलीमरेज़ के कामकाज के लिए द्विसंयोजक धनायन आवश्यक हैं। सीएमपी, जो फॉस्फोराइलेशन को प्रभावित करता है, एसिटिलेशन को प्रभावित नहीं करता है। एसिटिलीकरण की अधिकतम दर इंटरफेज़ में हासिल की जाती है; जैसे-जैसे कोशिकाएं माइटोसिस में प्रवेश करती हैं, यह कम हो जाती है। न्यूनतम प्रतिक्रिया दर प्रोफ़ेज़ और मेटाफ़ेज़ में देखी जाती है, जब गुणसूत्र सबसे अधिक संघनित होते हैं। जैसे-जैसे कोशिकाएं टेलोफ़ेज़ में प्रवेश करती हैं और गुणसूत्र आकार में बढ़ते हैं, हिस्टोन एच4 एसिटिलेशन की दर बढ़ जाती है। प्रोफ़ेज़ और मेटाफ़ेज़ में न्यूनतम आरएनए संश्लेषण देखा जाता है, जब गुणसूत्र अत्यधिक संघनित होते हैं। यह महत्वपूर्ण है कि कोशिका चक्र के इन दो चरणों में हिस्टोन एच4 का एसिटिलीकरण भी न्यूनतम है। एवियन एरिथ्रोब्लास्ट में हिस्टोन एच3 और एच4 का एसिटिलेशन कम हो जाता है क्योंकि वे परिपक्व एरिथ्रोसाइट्स में परिपक्व हो जाते हैं, जिसमें क्रोमैटिन प्रतिलेखन या प्रतिकृति में अत्यधिक संघनित और निष्क्रिय होता है। इस प्रकार, हिस्टोन डीएसेटिलेशन प्रतिलेखन के निषेध के साथ संबंध रखता है, और इसके विपरीत, एसिटिलीकरण प्रतिलेखन को उत्तेजित करता है। चूंकि न्यूक्लियोसोमल हिस्टोन का एसिटिलेशन उनके सकारात्मक चार्ज को कम कर देता है, इसलिए उन्हें डीएनए से अलग किया जा सकता है, जिससे डीएनए प्रतिलेखन के लिए उपलब्ध हो जाता है।

यदि क्रोमैटिन को डीप्रोटीनाइज़ किया जाता है, तो इसका प्रतिलेखन बढ़ाया जाता है। यह दिखाया गया है कि जब आरएनए संश्लेषण लिम्फोसाइटों में माइटोजेन द्वारा, लक्ष्य ऊतकों में हार्मोन द्वारा और आंशिक हेपेटेक्टोमी के बाद यकृत में उत्तेजित होता है, तो सबसे पहले हिस्टोन एसिटिलेशन होता है। न्यूक्लियोसोमल हिस्टोन के एसिटिलीकरण के परिणामस्वरूप, बछड़ा थाइमस क्रोमैटिन का प्रतिलेखन बढ़ाया जाता है। यदि हिस्टोन H2A और H2B को क्रोमैटिन की कमी वाले डीएनए में जोड़ा जाता है, तो प्रतिलेखन बाधित हो जाता है। हालाँकि, यदि इन दो हिस्टोन को एसिटिलेटेड किया जाता है, तो दमन बंद हो जाता है। हिस्टोन H3 और H4 का एसिटिलीकरण भी प्रतिलेखन को उत्तेजित करता है। एसिटिलेशन को आरएनए संश्लेषण में वृद्धि से पहले दिखाया गया है। हिस्टोन एसिटिलेशन न केवल विभाजित कोशिकाओं में होता है, बल्कि गैर-विभाजित कोशिकाओं में भी होता है, जिसमें क्रोमैटिन का एक महत्वपूर्ण हिस्सा ट्रांसक्रिप्शनल रूप से निष्क्रिय होता है। हिस्टोन एसिटिलीकरण प्रतिलेखन के दौरान श्रृंखला बढ़ाव को उत्तेजित करता है। यह संभव है कि प्रभावकों द्वारा विशेष रूप से "चालू" किए गए जीन का प्रतिलेखन हिस्टोन एसिटिलेशन और/या एनजीबी की डिग्री द्वारा नियंत्रित किया जाता है।

उपरोक्त निष्कर्षों की पुष्टि निम्नलिखित तथ्यों से होती है। ट्रांसक्रिप्शनल रूप से निष्क्रिय सिलिअट हेटरोक्रोमैटिन में एसिटिलीकरण की कम डिग्री होती है, जबकि यूक्रोमैटिन ट्रांसक्रिप्शनल रूप से सक्रिय और अत्यधिक एसिटिलेटेड होता है। ट्रांसक्रिप्शनल रूप से सक्रिय मैक्रोन्यूक्लि टेट्राहिमेना पाइरीफोर्मिसइनमें एसिटिलेटेड हिस्टोन होते हैं, जबकि वे दमित माइक्रोन्यूक्लि में मौजूद नहीं होते हैं। माइलबग के सक्रिय मातृ गुणसूत्रों में निष्क्रिय पैतृक गुणसूत्रों की तुलना में काफी अधिक एसिटाइल समूह होते हैं। कोशिकाओं पर किए गए अध्ययनों में ड्रोसोफिलासंस्कृति में, यह दिखाया गया है कि 14 सी-एसीटेट मुख्य रूप से हिस्टोन एच3, एच4 और एच2बी में शामिल है, और 32 पी-फॉस्फेट हिस्टोन एच1, एच3 और एच4 में शामिल है। 14 सी-एसीटेट और 32 पी दोनों की उच्चतम सामग्री हिस्टोन एच3 में देखी गई है। जब DNase II के साथ पाचन के बाद क्रोमेटिन के टेम्पलेट-सक्रिय और टेम्पलेट-निष्क्रिय क्षेत्रों को अलग किया गया, तो पहले वाले में दोनों निशान (14 सी और 32 पी) की अधिक मात्रा पाई गई। ये डेटा इस प्रस्ताव का समर्थन करते हैं कि क्रोमैटिन के लिखित और गैर-अनुलेखित क्षेत्रों के बीच अंतर को कुछ लोकी में विशिष्ट हिस्टोन संशोधनों द्वारा आंशिक रूप से समझाया गया है।

ट्राउट वृषण कोशिकाओं से हिस्टोन एसिटिलेशन की डिग्री का अध्ययन उन्हें 14 सी-एसीटेट के साथ इनक्यूबेट करके किया गया था। हिस्टोन H2A, H2B और H3 एक स्थान पर एसिटिलेटेड होते हैं, जबकि हिस्टोन H4 एक, दो, तीन और चार स्थानों पर एसिटिलेटेड होते हैं। जब एसिटिलेशन के बाद प्राप्त न्यूक्लियोसोम को ट्रिप्सिन के साथ इलाज किया गया, तो लाइसिन अवशेषों वाले और डीएनए से जुड़े चार हिस्टोन के एनएच 2-टर्मिनल क्षेत्रों को हटा दिया गया। ये लाइसिन अवशेष सटीक रूप से एसिटिलेटेड थे। यदि न्यूक्लियोसोम को न्यूक्लियस के साथ पचाया जाता था, तो डीएनए टुकड़े जारी किए जाते थे, आमतौर पर एनएच 2-टर्मिनल क्षेत्रों के साथ जो न्यूक्लियस-प्रतिरोधी होते थे। एसिटिलीकरण से DNase I द्वारा क्रोमैटिन पाचन की दर में वृद्धि होती है। अत्यधिक एसिटिलेटेड हिस्टोन युक्त क्रोमैटिन DNase I द्वारा अधिक आसानी से पच जाता है, लेकिन माइक्रोकोकल न्यूक्लीज द्वारा नहीं। जब ट्राउट वृषण से क्रोमैटिन को DNase II के साथ पचाया गया, तो अत्यधिक एसिटिलेटेड हिस्टोन H4 युक्त एक ट्रांसक्रिप्शनल रूप से सक्रिय अंश प्राप्त हुआ। ब्यूटायरेट में उगाए जाने पर हेला कोशिकाओं के हिस्टोन एच3 और एच4 अत्यधिक एसिटिलेटेड होते हैं। ऐसी कोशिकाओं के न्यूक्लियोसोमल डीएनए को DNase I द्वारा 5-10 गुना तेजी से हाइड्रोलाइज किया जाता है। इस मामले में, डीएनए को विशेष रूप से उस स्थान पर विभाजित किया जाता है जहां सामान्य परिस्थितियों में टूटना नहीं होता है। यह भी दिखाया गया है कि DNase I क्रोमैटिन के उन क्षेत्रों में डीएनए को प्राथमिकता से साफ़ करता है जो अत्यधिक एसिटिलेटेड होते हैं। जाहिरा तौर पर, इन क्षेत्रों में न्यूक्लियोसोम एसिटिलीकरण के बाद गठनात्मक परिवर्तन से गुजरते हैं। चूंकि डीएनए को टेम्पलेट के रूप में उपयोग करने के लिए आरएनए और डीएनए पोलीमरेज़ के लिए ऐसे परिवर्तन आवश्यक हैं, इसलिए यह संभव है कि एसिटिलेशन उनमें से एक है। वे विधियाँ जिनके द्वारा हिस्टोन को डीएनए से आंशिक रूप से अलग किया जाता है, जिससे डीएनए एंजाइमों के लिए सुलभ हो जाता है। इस प्रकार, एसिटिलीकरण क्रोमैटिन फ़ंक्शन और इसकी संरचना और संरचना दोनों के लिए महत्वपूर्ण है। यह सुझाव दिया गया है कि हिस्टोन एच4 एक तंत्र द्वारा डीएनए से बंधता है जिसमें पहले चरण में एसिटिलीकरण होता है। इसके बाद डीएसिटाइलेशन हो सकता है, जिससे इलेक्ट्रोस्टैटिक इंटरैक्शन हो सकता है जो संरचना में लॉक हो जाता है। शुक्राणु में समुद्री अर्चिन, जो आरएनए को संश्लेषित नहीं करता है, हिस्टोन एच4 पूरी तरह से डीएसिटिलेटेड होता है, जबकि भ्रूण में, जहां उच्च जीन गतिविधि देखी जाती है, यह एसिटिलेटेड होता है। इस प्रकार, हिस्टोन एच4 एसिटिलेशन और क्रोमैटिन गतिविधि के बीच सीधा संबंध है।

क्रोमैटिन के कामकाज में हिस्टोन एसिटिलीकरण की भूमिका का अध्ययन इस तथ्य की खोज से सुगम हुआ कि ब्यूटायरेट की उपस्थिति में यह संशोधन बढ़ जाता है और हिस्टोन एच3 और एच4 विशेष रूप से हाइपरएसिटिलेटेड होते हैं, क्योंकि ब्यूटायरेट हिस्टोन डीएसेटाइलेज़ को रोकता है। ब्यूटायरेट एसिटिलीकरण की दर को प्रभावित किए बिना अंतर्जात हिस्टोन एच3 और एच4 डीएसेटाइलेज़ को अधिमानतः रोकता है। ऐसा प्रतीत होता है कि हिस्टोन डीएसेटाइलेज़ एसिटिलीकरण के चयापचय नियंत्रण में महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकता है। जब हिस्टोन हाइपरएसिटिलेटेड होते हैं, तो हेला कोशिकाओं में उनसे जुड़ा डीएनए DNase I के लिए अधिक सुलभ हो जाता है, लेकिन स्टेफिलोकोकल न्यूक्लीज के लिए नहीं। DNase I कॉम्प्लेक्स से हिस्टोन H3 और H4 को हटाने को भी बढ़ावा देता है। साथ ही, डीएनए संश्लेषण बाधित होता है। यह माना जा सकता है कि हिस्टोन एसिटिलीकरण प्रतिलेखन के लिए विशेष रूप से आवश्यक है और प्रतिकृति के लिए आवश्यक नहीं है। फॉस्फोराइलेशन के विपरीत, जो हिस्टोन एच 1 और केवल विभाजित कोशिकाओं की विशेषता है, एसिटलेशन मुख्य रूप से हिस्टोन एच 3 और एच 4 में होता है और विभाजित और गैर-विभाजित कोशिकाओं में होता है जो चयापचय रूप से सक्रिय होते हैं। यह इस प्रस्ताव का समर्थन करता है कि न्यूक्लियोसोमल हिस्टोन का एसिटिलीकरण प्रतिलेखन में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। एनजीबी एसिटिलेशन के बारे में बहुत कम जानकारी है; एक अध्ययन में बताया गया है कि बछड़े के थाइमस नाभिक और बत्तख एरिथ्रोसाइट्स से एचएमजी प्रोटीन एसिटिलेटेड होते हैं।

मेथिलिकरण

हिस्टोन मिथाइलेशन एक पोस्टसिंथेटिक अपरिवर्तनीय संशोधन है जो क्रोमैटिन के एनजीबी अंश में मौजूद हिस्टोन मिथाइलट्रांसफेरेज़ III द्वारा उत्प्रेरित होता है। इस संशोधन की खोज सबसे पहले ऑलफ्रे और सहकर्मियों द्वारा की गई थी। हिस्टोन मिथाइलट्रांसफेरेज़ III एस-एडेनोसिलमेथिओनिन से लाइसिन अवशेषों के α-NH 2 समूह में सीएच 3 समूह के संक्रमण को उत्प्रेरित करता है, जैसा कि नीचे दिखाया गया है:

हिस्टोन का यह संशोधन डीएनए से जुड़ने के बाद होता है। फॉस्फोरिल और एसिटाइल समूहों के विपरीत, हिस्टोन के मिथाइल समूह आगे की प्रतिक्रियाओं में प्रवेश नहीं करते हैं। परिणामस्वरूप, मिथाइलेशन एक स्थिर प्रक्रिया है। हिस्टोन के नाभिक में प्रवेश करने से पहले साइटोप्लाज्मिक एंजाइम मिथाइलेज़ I आर्जिनिन को मिथाइलेट करता है। एनजीबी को एक विशेष एंजाइम द्वारा मिथाइलेट किया जाता है। एक, दो या तीन मिथाइल समूह α-N-लाइसिन अवशेषों के परमाणु से जुड़े हो सकते हैं, जो क्रमिक रूप से एक ही एंजाइम द्वारा पेश किए जाते हैं। इसलिए, मिथाइलीसिन अवशेष मोनो-, डी- या ट्राइमिथाइलीसिन हो सकते हैं। हिस्टोन्स H3 और H4 मुख्य रूप से मिथाइलेटेड होते हैं। हिस्टोन H3 में मोनो-, di- और ट्राइमेथिलिलीन का अनुपात 1.8: 1.0: 0.45 है। हिस्टोन H4 में, मोनो- से डाइमिथाइलिसिन का अनुपात 0.7:1.0 है। इस प्रकार, हिस्टोन H3, हिस्टोन H4 की तुलना में अधिक मिथाइलेटेड है। शुद्ध हिस्टोन, क्रोमैटिन-बाउंड हिस्टोन के विपरीत, मिथाइलेशन के लिए अनुपयुक्त सब्सट्रेट हैं। मिथाइलेटेड हिस्टोन H3 और H4, पृथक्करण के बाद, उन केंद्रों से भिन्न केंद्रों पर मिथाइलेटेड किया जा सकता है, जहां क्रोमैटिन से जुड़े हिस्टोन के लिए प्रतिक्रिया होती है। जाहिरा तौर पर, क्रोमैटिन में एक विशिष्ट संरचना के कारण ये अतिरिक्त केंद्र मिथाइलेशन के लिए पहुंच योग्य नहीं हैं। मिथाइलिसिन एसिटिलेटेड लाइसिन के पास स्थित होते हैं।

हिस्टोन H3 और H4 का मिथाइलेशन केवल NH 2-टर्मिनल क्षेत्र में होता है। बछड़े के थाइमस से हिस्टोन H3 को Lys-9 और Lys-27 में और हिस्टोन H4 को Lys-20 में मिथाइलेट किया जाता है। हिस्टोन H3 में दोनों लाइसिन मोनो-, di- और ट्राइमेथिलेटेड हो सकते हैं, लेकिन हिस्टोन H4 में ट्राइमेथिलिसिन नहीं बनता है। हिस्टोन H3 में एक अतिरिक्त मिथाइलेशन केंद्र है - Lys-4। हिस्टोन एच3 और एच4 के मिथाइलेशन केंद्र, साथ ही उनके अमीनो एसिड अनुक्रम, अत्यधिक संरक्षित हैं। हिस्टोन H3 और H4 के मिथाइलेशन के लिए K m और V अधिकतम भिन्न हैं। एस-एडेनोसिलहोमोसिस्टीन, मिथाइलट्रांसफेरेज़ III द्वारा उत्प्रेरित प्रतिक्रिया का एक उत्पाद, एक प्रतिस्पर्धी सब्सट्रेट अवरोधक है।

हेला कोशिकाओं का हिस्टोन मिथाइलेशन मुख्य रूप से एस चरण में होता है। टिशू कल्चर में, मिथाइलेशन पूरे कोशिका चक्र में होता है, लेकिन अधिकतम दर माइटोसिस की शुरुआत से पहले एस और जी 2 चरणों के बीच देखी जाती है। यह संभव है कि माइटोसिस के लिए क्रोमैटिन तैयार करने के लिए मिथाइलेशन आवश्यक है। आंशिक हेपेटेक्टॉमी के बाद, एस चरण के बाद कोशिका के लिए एक महत्वपूर्ण अवधि के दौरान हिस्टोन मिथाइलेशन होता है। हिस्टोन एच3 और एच4 के मिथाइलेशन की डिग्री सभी अंगों में समान प्रतीत होती है, लेकिन उम्र के साथ बदलती रहती है। दस दिन पुराने चूहों में, हिस्टोन H3 में मोनो-, di- और ट्राइमेथिलिलीन का दाढ़ अनुपात 0.55: 1.0: 0.35 है। एक ही उम्र में हिस्टोन H4 में मोनो- और डाइमिथाइलिसिन का मोलर अनुपात 0.1:0.9 है। बढ़ती उम्र के साथ, धीरे-धीरे अधिक मिथाइलेटेड रूपों की ओर बदलाव होता है। वयस्क चूहों के मस्तिष्क में हिस्टोन एच3 और एच4 का नवीनीकरण नहीं होता है, जैसे कि पॉलीपेप्टाइड श्रृंखलाओं की परवाह किए बिना, उनके मिथाइल समूहों का नवीनीकरण नहीं होता है। होंडा एट अल ने दिखाया कि हिस्टोन मिथाइलेशन अन्य ऊतकों में अपरिवर्तनीय है। जब युवा चूहों को लेबल वाले लाइसिन और मेथियोनीन का इंजेक्शन लगाया गया, तो मस्तिष्क हिस्टोन में प्रत्येक ट्रेसर की महत्वपूर्ण मात्रा पाई गई। हालाँकि, इन निशानों के निशान केवल वयस्क व्यक्तियों में पाए गए। यदि वयस्क चूहे के मस्तिष्क की कोशिकाओं के नाभिक को एस-एडेनोसिलमेथिओनिन के साथ ऊष्मायन किया जाता है, तो हिस्टोन एच3 और एच4 में एक भी मिथाइल समूह शामिल नहीं होता है। इन परिणामों से पता चलता है कि हिस्टोन मिथाइलेशन वयस्कता से पहले समाप्त हो जाता है। मिथाइलेटेड हिस्टोन के कई कार्य हो सकते हैं। 1) जब लाइसिन अवशेषों को मिथाइलेट किया जाता है, विशेष रूप से ट्राइफेनिल लाइसिन के निर्माण के दौरान, लाइसिन के α-NH2 समूह का पीके बढ़ जाता है और हिस्टोन की बुनियादीता बढ़ जाती है। यह डीएनए के साथ हिस्टोन के बंधन को बढ़ा सकता है। 2) हिस्टोन H3 और H4 का मिथाइलेशन न्यूक्लियोसोम की संरचना में महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकता है। 3) मिथाइलेटेड हिस्टोन अपरिवर्तनीय रूप से डीएनए को "लॉक" कर सकते हैं और प्रतिकृति को रोक सकते हैं। यह कोशिकाओं के पोस्टमाइटोटिक अवस्था में संक्रमण की व्याख्या कर सकता है। 4) मिथाइलेटेड हिस्टोन प्रतिलेखन को बाधित कर सकते हैं। क्रोमैटिन संरचना और कार्य में हिस्टोन मिथाइलेशन की भूमिका का मूल्यांकन करने के लिए आगे के अध्ययन की आवश्यकता है।

ADPribosylation

ऐसी रिपोर्टें हैं कि पॉली-एडीपी राइबोज सहसंयोजक रूप से परमाणु प्रोटीन से बंधता है। इस प्रतिक्रिया को क्रोमैटिन से जुड़े पॉली-एडीपी राइबोस पोलीमरेज़ द्वारा उत्प्रेरित दिखाया गया है। गोजातीय थाइमस के एंजाइम अणु में एक मोल के साथ एक पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला होती है। वजन 130,000; यह एंजाइम केवल डीएनए की उपस्थिति में ही पूर्ण रूप से सक्रिय होता है। यह क्रोमैटिन के इंटरन्यूक्लियोसोमल क्षेत्र से जुड़ा हुआ है और उच्च क्रम क्रोमैटिन संरचनाओं के निर्माण को बढ़ावा देता प्रतीत होता है। इस प्रतिक्रिया में सब्सट्रेट NAD+ है। एंजाइम निकोटिनमाइड, थाइमिडीन, साइटोकिनिन और मिथाइलक्सैन्थिन द्वारा बाधित होता है। हिस्टोन H1 और, कुछ हद तक, हिस्टोन H2B मुख्य रूप से विवो और इन विट्रो दोनों में ADPribosylation के अधीन हैं। चूहे के जिगर में अन्य न्यूक्लियोसोमल हिस्टोन बेहद कमजोर रूप से संशोधित होते हैं (यदि होते हैं तो)। हिस्टोन H1 में ADPribosylation साइट की अभी तक निश्चित रूप से पहचान नहीं की गई है। यह सुझाव दिया गया है कि यह एस्टर बंधन द्वारा ग्लूटामेट से जुड़ा हुआ है। एक एंजाइम की सहायता से, ADPribose के दो से ग्यारह अणुओं को क्रमिक रूप से हिस्टोन में पेश किया जाता है। चूहे के जिगर की कोशिकाओं के नाभिक में ADPribose की शाखित श्रृंखलाओं की उपस्थिति, जिसमें 65 अवशेष शामिल हैं, की सूचना मिली है। ऐसा प्रतीत होता है कि संशोधन इस प्रकार है:

सेरीन का फॉस्फोराइलेशन ADPribosylation में हस्तक्षेप करता है। श्रृंखला ADPribosylated भी हो सकती है। हिस्टोन एच 6 (ट्राउट स्पर्म एचएमजी प्रोटीन), प्रोटामाइन्स और एनजीबी के कुछ घटक भी एडीप्रीबोसिलेटेड हैं। ADPribose के साथ बंधन क्षारीय वातावरण में अस्थिर है। पॉली (एडीप्राइबोस) ग्लाइकोहाइड्रोलेज़ हिस्टोन से पॉलिमर को अलग करता है। ADPribosylated हिस्टोन अन्य संशोधित हिस्टोन की तुलना में क्रोमैटिन से अधिक आसानी से अलग हो जाते हैं। जाहिरा तौर पर, ADPribosylation के बाद, हिस्टोन का डीएनए से बंधन कमजोर हो जाता है। यह हिस्टोन के नकारात्मक आवेशों में वृद्धि के कारण है और इसके अलावा, अणु के बड़े आकार के कारण है, जो क्रोमैटिन संरचना को विकृत करने में सक्षम है। ADPribose पॉलिमर का कार्य, जो सहसंयोजक रूप से न केवल हिस्टोन से बल्कि NHB से भी जुड़ता है, अभी तक स्थापित नहीं किया गया है। यह माना जाता है कि वे डीएनए संश्लेषण और मरम्मत, गुणसूत्र संरचना के निर्माण और कोशिका विभेदन में शामिल हैं। ADPribose पोलीमरेज़ की सामग्री G 1 चरण में और माउस एरिथ्रोलेयुकेमिया कोशिकाओं के विभेदन के दौरान 3-4 गुना बढ़ जाती है। हेला कोशिकाओं में, सबसे तीव्र पॉली-एडीप्राइबोसाइलेशन जी1 चरण में देखा जाता है, और सबसे कमजोर एस चरण में। परमाणु प्रोटीन के एडीप्रीबोसाइलेशन के परिणामस्वरूप, उन्हें डीएनए से अलग किया जा सकता है, जो एस चरण में इसकी प्रतिकृति को बढ़ावा देता है। इस प्रकार, डीएनए प्रतिकृति के लिए प्रश्न में संशोधन आवश्यक हो सकता है। यह इस तथ्य से समर्थित है कि ADPribosylation के बाद चिकन भ्रूण के जिगर से पृथक नाभिक में डीएनए संश्लेषण बढ़ जाता है।

पॉलीमाइन्स स्पर्माइन, स्पर्मिडीन और पुट्रेसिन उल्लिखित क्रम में परमाणु प्रोटीन के ADPribosylation को उत्तेजित करते हैं। एमएन 2+ का भी उत्तेजक प्रभाव होता है। हेला कोशिकाओं में हिस्टोन एच1 का एडीप्राइबोसाइलेशन पॉलीमाइन्स की उपस्थिति में लगभग 3 गुना बढ़ जाता है। स्पर्मिन संस्कृति में एनजीबी कोशिकाओं के ADPribosylation को उत्तेजित करता है, और Mn 2+ हिस्टोन के ADPribosylation को उत्तेजित करता है। यदि शुक्राणु और एमएन 2+ दोनों ऊष्मायन माध्यम में मौजूद हैं, तो एनजीबी को हिस्टोन की तुलना में अधिक हद तक संशोधित किया जाता है। इस प्रकार, पॉलीमाइन और धातु आयन परमाणु प्रोटीन के ADPribosylation पर एक नियामक प्रभाव डालते हैं।

संक्षेप में, क्रोमोसोमल प्रोटीन, विशेष रूप से हिस्टोन के सहसंयोजक संशोधन, क्रोमैटिन संरचना और कार्य पर महत्वपूर्ण प्रभाव डाल सकते हैं। संशोधित प्रतिक्रियाओं की मुख्य विशेषताएं चित्र में दिखाई गई हैं। 2.4 और इस प्रकार हैं. 1) फॉस्फोराइलेशन और एडीप्राइबोसाइलेशन मुख्य रूप से हिस्टोन एच1 में होता है, और एसिटिलेशन और मिथाइलेशन न्यूक्लियोसोमल हिस्टोन में होता है। 2) फॉस्फोराइलेशन, एडीप्राइबोसाइलेशन और एसिटिलेशन से हिस्टोन के समग्र सकारात्मक चार्ज में कमी आती है और डीएनए से उनका अलगाव होता है, जबकि मिथाइलेशन से सकारात्मक चार्ज में वृद्धि होती है, जिससे डीएनए के साथ बंधन मजबूत हो जाता है। 3) हिस्टोन इन सभी परिवर्तनों से एक साथ गुजर सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप उनकी आयनिक संरचना में महत्वपूर्ण परिवर्तन होते हैं। 4) फॉस्फोराइलेशन स्पष्ट रूप से एक सामान्य घटना है: यह अन्य संशोधनों की तुलना में कम विशिष्ट है और पूरे कोशिका चक्र में कोशिकाओं को विभाजित करने में होता है। डीएनए प्रतिकृति और कोशिका विभाजन के लिए फॉस्फोराइलेशन आवश्यक प्रतीत होता है। अन्य तीन संशोधन संभवतः अधिक विशिष्ट हैं। एसिटिलेशन मुख्य रूप से चयापचय रूप से सक्रिय कोशिकाओं में होता है और प्रतिलेखन प्रक्रिया में शामिल होता प्रतीत होता है। मिथाइलेशन, एक अपरिवर्तनीय प्रक्रिया होने के कारण, जीन गतिविधि और भेदभाव के दमन के लिए महत्वपूर्ण हो सकता है। 5) ये सभी संशोधन विशेष रूप से हार्मोन सहित विशेष अंतर्जात प्रभावकों द्वारा नियंत्रित होते हैं। गुणसूत्र प्रोटीन के विशिष्ट और विभेदक संशोधन जीवन के विभिन्न अवधियों में हो सकते हैं और चयनात्मक जीन अभिव्यक्ति को जन्म दे सकते हैं।

जबकि हिस्टोन के सहसंयोजक संशोधनों पर बड़ी मात्रा में डेटा जमा हुआ है, एनजीबी के ऐसे संशोधनों के बारे में अपेक्षाकृत कम जानकारी है। डिफॉस्फोराइलेशन, डीएसिटाइलेशन और डी-एडीप्रिबोसाइलेशन की दर और अनुक्रम पर जानकारी भी दुर्लभ है।

प्रोटीन का रासायनिक संशोधन एसिड या क्षारीय हाइड्रोलिसिस का उपयोग करके किया जाता है, नमक निर्माण, एसाइलेशन और प्लास्टिन प्रतिक्रिया के माध्यम से प्रोटीन का स्थिरीकरण किया जाता है।

क्षारीय और एसिड हाइड्रोलिसिस।मछली प्रोटीन सांद्र प्राप्त करने की प्रक्रिया में मछली प्रोटीन को घुलनशील बनाने के लिए प्रोटीन संशोधन की इन विधियों का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप प्रोटीन की घुलनशीलता, पायसीकारी और झाग बनाने की क्षमता बढ़ जाती है।

हाइड्रोलिसिस की गहराई क्षार या एसिड के प्रकार और एकाग्रता, सब्सट्रेट और अभिकर्मक के अनुपात, तापमान और उपचार की अवधि पर निर्भर करती है। एक निश्चित परिणाम प्राप्त करने के लिए, प्रक्रिया को एक विशिष्ट कच्चे माल के विशिष्ट प्रोटीन के लिए अनुकूलित किया जाना चाहिए।

जब प्रोटीन पूरी तरह से जल-अपघटित हो जाता है, तो अमीनो एसिड का मिश्रण बनता है। इसका उपयोग नवीनतम तकनीकों में किया जाता है। हाइड्रोलिसिस की डिग्री को नियंत्रित और समायोजित किया जा सकता है। लेकिन यह अवश्य ध्यान में रखना चाहिए कि हाइड्रोलिसिस के सकारात्मक परिणामों के साथ-साथ नकारात्मक परिणाम भी सामने आते हैं। उदाहरण के लिए, एसिड के रेसमेट्स का निर्माण - कड़वे स्वाद वाले पेप्टाइड्स।

ऐसे संशोधन का एक उदाहरण किसी विशेषता का नष्ट होना है फलियां, विशेष रूप से सोयाबीन में, 11-एस-ग्लोबुलिन, जिसका गोलाकार अणु आकार होता है। इसके अलावा, इसकी चतुर्धातुक संरचना की विशेषता इस तथ्य से है कि कई उपइकाइयाँ अंतर-आणविक बंधों का उपयोग करके एक ग्लोब्यूल में संयोजित होती हैं। ऐसी संरचनाएं जमने में सक्षम नहीं हैं, न ही वे मांस जैसी प्रणालियों का अनुकरण करने में सक्षम हैं। नियंत्रित हाइड्रोलिसिस से गेलिंग गुणों वाला प्रोटीन प्राप्त करना संभव हो जाता है, जो कई फाइब्रिलर प्रोटीन के लिए अधिक विशिष्ट है, उदाहरण के लिए, जिलेटिन।

प्रोटीन गुणों को संशोधित करने के इस सिद्धांत को कताई द्वारा संरचित उत्पाद प्राप्त करने की तकनीकी प्रक्रिया में व्यापक अनुप्रयोग मिला है।

इसी तरह, आप गर्मी का उपयोग करके प्रोटीन की संरचना को बदल सकते हैं। प्रोटीन का उपइकाइयों में टूटना, उनका आंशिक विनाश और एकत्रीकरण से प्रोटीन जेली का निर्माण होता है। परिणामी जैल की स्थिरता पॉलीपेप्टाइड श्रृंखलाओं के बीच डाइसल्फ़ाइड पुलों के निर्माण पर निर्भर करती है।

नमक निर्माण द्वारा प्रोटीन का घुलनशीलीकरण।इस तरह के संशोधन की संभावना पॉलिमर एम्फोलाइट्स के रूप में प्रोटीन की मुख्य संपत्ति से उत्पन्न होती है जो धनायन और आयन दोनों के साथ बातचीत करने में सक्षम है। दो प्रकार की अंतःक्रिया संभव है: नमक पुलों का निर्माण और प्रोटीन सतह पर आयनों का विशिष्ट अवशोषण। इस मामले में, प्रोटीनेट बनते हैं, जो देशी प्रोटीन की तुलना में अधिक घुलनशील होते हैं।

प्रोटीनेट के निर्माण का व्यापक रूप से सोयाबीन (सोया प्रोटीनेट) और दूध (सोडियम कैसिनेट और कोप्रेसीपिटेट) से प्रोटीन के अलगाव में उपयोग किया जाता है।

सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले संशोधक लवण सोडियम क्लोराइड और अकार्बनिक फॉस्फेट हैं। इस प्रकार, पानी बनाए रखने के लिए मांस नुस्खा रचनाओं की क्षमता को विनियमित करते हुए, सोडियम क्लोराइड, सोडियम पायरो- या सोडियम ट्रिपोलीफॉस्फेट का उपयोग किया जाता है, जो मायोफिब्रिलर प्रोटीन की घुलनशीलता को बढ़ाता है। साथ ही, यह ज्ञात है कि प्रोटीन के संबंध में पॉलीफॉस्फेट में एंटीडिनेट्रेशन, एंटीसेप्टिक और एंटीऑक्सीडेंट गुण होते हैं।

हर साल खाद्य उद्योग और सार्वजनिक खानपान में प्रोटीनेट का उपयोग बढ़ रहा है।

एसाइलेशन।प्रोटीन के रासायनिक संशोधन के लिए एसिटिक या स्यूसिनिक एनहाइड्राइड के साथ एसाइलेशन व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली विधियों में से एक है। इस संशोधन का परिणाम प्रोटीन के आइसोइलेक्ट्रिक बिंदु में अधिक अम्लीय क्षेत्र में बदलाव है। स्यूसिनिक एनहाइड्राइड के प्रभाव में यह प्रक्रिया काफी हद तक होती है। इससे कम मात्रा में संशोधन के साथ भी, घुलनशीलता, पायसीकारी और फोमिंग क्षमताओं जैसी तकनीकी विशेषताओं में उल्लेखनीय सुधार करना संभव हो जाता है।

एसाइल अवशेषों (जैसे कि आर-सीओओ-) का परिचय प्रोटीन ग्लोब्यूल के प्रकटीकरण और अंततः विनाश को बढ़ावा देता है, जिससे ग्लोब्युलिन में सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए अमीनो समूहों को अवरुद्ध करके और मूल प्रोटीन की इलेक्ट्रोस्टैटिक संतुलन विशेषता में बदलाव होता है। समान आवेशित समूहों के इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण की भूमिका। इसका परिणाम प्रोटीन संरचना और उसके पृथक्करण में परिवर्तन है। साथ ही, जिलेटिन बनाने की क्षमता जैसे तकनीकी प्रभाव भी प्राप्त होते हैं।

व्यवहार में, यह सिद्ध हो चुका है कि एसाइलेशन द्वारा बेहतर गेलिंग क्षमता के साथ संशोधित पादप प्रोटीन प्राप्त करना संभव है, और यह क्षमता और परिणामी जैल की संरचनात्मक और यांत्रिक विशेषताएं एसाइलेशन की डिग्री पर निर्भर करती हैं। इस प्रकार, बहुत उच्च स्तर पर, इसके नकारात्मक आवेशों की अधिकता पॉलीपेप्टाइड श्रृंखलाओं के इतने मजबूत प्रतिकर्षण का कारण बनती है कि जमाव के लिए आवश्यक एकत्रीकरण असंभव हो जाएगा। अर्थात्, एसाइलेशन की डिग्री प्रोटीन के कार्यात्मक गुणों के संकेतक के रूप में कार्य करती है, और एसाइलेशन स्वयं इन गुणों को विनियमित करने की एक विधि है।

एसाइलेटेड मिल्क कैसिइन का उपयोग इमल्सीफायर और इमल्शन के लिए स्टेबलाइजर, पेय, सॉस, फल और सब्जी प्यूरी के लिए गाढ़ा करने वाले पदार्थ के रूप में किया जाता है। मछली के प्रोटीन का उपयोग इमल्सीफायर, बाइंडर्स और गर्मी उपचार के दौरान जेली बनाने वाले पदार्थों के रूप में किया जाता है।

प्रोटीन का एंजाइमेटिक संशोधन।एंजाइमों का उपयोग करके, विभिन्न दिशाओं में प्रोटीन की संरचना को जानबूझकर बदलना संभव है। प्रोटीन के आंशिक हाइड्रोलिसिस के लिए धन्यवाद, घुलनशीलता, पायसीकारी गतिविधि, फोमिंग क्षमता, फोम और इमल्शन के स्थिरीकरण को बढ़ाना संभव है। एंजाइमों की विशिष्टता उन्हें प्रोटीन अणु के केवल कुछ क्षेत्रों या समूहों पर कार्य करने की अनुमति देती है। यह भी महत्वपूर्ण है कि अधिकांश एंजाइमेटिक प्रक्रियाएं जलीय वातावरण में होती हैं और, एक नियम के रूप में, शारीरिक के करीब की स्थितियों में होती हैं। हालाँकि, प्रोटीन में सभी एंजाइमेटिक परिवर्तन खाद्य प्रौद्योगिकी के लिए महत्वपूर्ण नहीं हैं।

इस प्रकार, हाल ही में प्रोटीज द्वारा संयोजी ऊतक प्रोटीन के आंशिक हाइड्रोलिसिस और मांस के कोमलीकरण का उपयोग इसके गुणवत्ता संकेतकों में सुधार के लिए किया गया है। मछली के प्रोटीन में, पीएच 6.5-7.0 और लगभग 30 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर माइक्रोबियल एंजाइम एमाइलोसुबटिलिन, प्रोटोसुबटिलिन, ब्रोमेलैन के प्रभाव में, पायसीकारी गतिविधि 1.5 गुना बढ़ जाती है, घुलनशीलता 20% बढ़ जाती है।

एक एंजाइमेटिक प्रक्रिया और रासायनिक संशोधन के संयोजन से एक विशेष प्रभाव प्राप्त किया जाता है, उदाहरण के लिए। succination.इस प्रकार, मछली प्रोटीन के एंजाइमेटिक हाइड्रोलिसिस के उत्पाद, जो उच्च फोमिंग क्षमता की विशेषता रखते हैं, सक्सिनेशन के परिणामस्वरूप अपना विशिष्ट मछली जैसा स्वाद खो देते हैं, जो उन्हें कन्फेक्शनरी उत्पादों, आइसक्रीम और पेय के उत्पादन में उपयोग करने की अनुमति देता है।

हाल ही में खोला गया प्लास्टीन प्रतिक्रिया- एंजाइमी दरार के विपरीत एक प्रक्रिया, जब एंजाइमों की कार्रवाई के तहत पेप्टाइड बांड फिर से बनते हैं। इस प्रतिक्रिया का उपयोग करके, प्रोटीन हाइड्रोलिसिस के उत्पादों से लगभग 3,000 डाल्टन के आणविक भार के साथ पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला बनाना संभव है। इस तथ्य के कारण कि व्यक्तिगत अमीनो एसिड, आवश्यक अमीनो एसिड सहित, एस्टर के रूप में प्रतिक्रिया करने में सक्षम हैं, उन्हें विशेष रूप से पॉलीपेप्टाइड और प्रोटीन में शामिल किया जा सकता है। कॉर्न ज़ीन में ट्रिप्टोफैन, लाइसिन और मेथिओनिन को शामिल करके, अच्छे जैविक मूल्य के साथ प्लास्टिन प्राप्त करना संभव था।

सल्फर युक्त अमीनो एसिड की कम सामग्री के कारण सोयाबीन प्रोटीन का जैविक मूल्य कम है। सोया प्रोटीन को पेप्सिन के साथ आंशिक रूप से हाइड्रोलाइज करके, इसे ऊनी केराटिन के समान हाइड्रोलाइजेट के साथ मिलाकर, जिसमें कई सल्फर युक्त अमीनो एसिड होते हैं, और बाद में नागारेज़ (बैसिलस सबटिलिस प्रोटीज़) की कार्रवाई के तहत प्लास्टिन प्रतिक्रिया होती है, प्लास्टिन को पोषण मूल्य के करीब प्राप्त किया जाता है कैसिइन

सोया प्रोटीन से प्राप्त ग्लूटामिक एसिड को प्रोटीन में शामिल करने से प्राप्त प्लास्टीन में बहुत अच्छे गुण होते हैं। सबसे पहले, ये ग्लूटामिक एसिड किसी भी पीएच मान पर घुलनशील होते हैं और थर्मल जमावट के प्रतिरोधी होते हैं। दूसरे, उनके पास पके हुए मांस का एक अलग स्वाद है।

प्लास्टिन प्रतिक्रिया में प्रोटीन से अवांछित अमीनो एसिड निकालने की काफी संभावनाएं हैं। उत्तरार्द्ध में फेनिलएलनिन शामिल है, जिसकी उपस्थिति फेनिलओकेटोनुरिया के रोगियों में गंभीर परिणाम का कारण बनती है। पेप्सिन के साथ आंशिक एंजाइमैटिक हाइड्रोलिसिस, जेल निस्पंदन द्वारा फेनिलएलनिन पेप्टाइड्स का निष्कर्षण और बाद में इसकी उपस्थिति में प्लास्टिन संश्लेषण इथाइल ईथरपौधे प्रोटीज पपेन की क्रिया के तहत टायरोसिन और ट्रिप्टोफैन प्लास्टिन के उत्पादन की ओर ले जाते हैं, जो फेनिलएलनिन से मुक्त होते हैं, लेकिन अन्य अमीनो एसिड में संतुलित होते हैं।

संशोधन की भौतिक-रासायनिक विधियाँ।प्रोटीन प्रणालियों को प्रभावित करने के भौतिक-रासायनिक तरीके निम्नलिखित तकनीकों को जोड़ते हैं: प्राकृतिक पॉलिमर (प्रोटीन, पॉलीसेकेराइड, आदि) के साथ-साथ मोनोमर्स (कार्बोहाइड्रेट, वसा), विभिन्न प्रकार के यांत्रिक प्रभाव, गर्मी उपचार, आदि के साथ संयोजन।

प्रकार के अनुसार जटिलता प्रोटीन-प्रोटीन अंतःक्रियापहले भी व्यावहारिक अनुप्रयोग मिला था, लेकिन अब इस घटना की वैज्ञानिक व्याख्या सामने आई है। इस प्रकार, यह पाया गया कि विभिन्न प्रकृति के प्रोटीन - मछली और अनाज - के संयुक्त सुखाने से न केवल मूल्यवान प्रोटीन मिश्रण का उत्पादन होता है, बल्कि मूल प्रोटीन के कार्यात्मक गुणों को भी संरक्षित किया जाता है। गेहूं, चावल या अन्य आटे का उपयोग 10% से 30% की मात्रा में कीमा बनाया हुआ मछली के लिए अनाज योजक के रूप में किया जा सकता है।

अर्ध-तैयार मांस उत्पादों में वनस्पति प्रोटीन को शामिल करने से, जटिल गठन के कारण, गर्मी उपचार के दौरान नमी धारण क्षमता में न्यूनतम कमी सुनिश्चित होती है।

प्रोटीन और कार्बोहाइड्रेट के संयुग्मों को उच्च कार्यात्मक गुणों की विशेषता होती है, जो पारंपरिक रूप से तकनीकी प्रक्रियाओं में उपयोग किए जाते हैं। इस प्रकार, अंडे की सफेदी के जमावट तापमान को बढ़ाने के लिए सुक्रोज की क्षमता का व्यापक रूप से मीठे व्यंजन और कन्फेक्शनरी उत्पादों की तकनीक में उपयोग किया जाता है। निम्न और उच्च तापमान विकृतीकरण की क्रिया के लिए पशु मूल के प्रोटीन को स्थिर करने की कार्बोहाइड्रेट की क्षमता ज्ञात है।

जब मछली के प्रोटीन को मोनोसैकेराइड के साथ सुखाया जाता है, तो अत्यधिक घुलनशील कॉम्प्लेक्स बनते हैं, जिनकी घुलनशीलता शर्करा की प्रकृति और कीमा बनाया हुआ मछली में उनकी एकाग्रता पर निर्भर करती है। परिणामी उत्पाद की घुलनशीलता पर प्रभाव के संदर्भ में, ग्लूकोज को सबसे बड़ी प्रभावशीलता की विशेषता है, जबकि सुक्रोज और फ्रुक्टोज कम प्रभावी हैं। ग्लिसरीन और संशोधित स्टार्च इसी तरह से मछली के प्रोटीन को स्थिर करते हैं। लेकिन यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि इस मामले में माइलार्ड प्रतिक्रिया होने की स्थितियाँ बनती हैं, जिससे कमी आएगी पोषण का महत्वप्रोटीन.

ग्लूकोनो-डेल्टा-लैक्टोन मिलाने से कीमा बनाया हुआ मांस स्थिर हो जाता है।

अम्लीय पॉलीसेकेराइड, जैसे पेक्टिन डेरिवेटिव, के साथ-साथ 0.1-0.5% की मात्रा में माइक्रोबियल पॉलीसेकेराइड ज़ैंथन की उपस्थिति के साथ इसके कॉम्प्लेक्स बनाकर आटे के ग्लूटेन को "मजबूत" करने के तरीके भी ज्ञात हैं।

लिपिड, जो पूर्व के साथ कॉम्प्लेक्स बनाने में भी सक्षम हैं, प्रोटीन के विकृतीकरण के प्रतिरोध को भी बढ़ाते हैं। इस घटना की प्रकृति को अच्छी तरह से समझा नहीं गया है, लेकिन इसका उपयोग अभी भी कीमा बनाया हुआ सॉसेज के उत्पादन में किया जाता है, जिसका अर्ध-तैयार उत्पाद प्रोटीन-वसा इमल्शन है।

प्रभाव के भौतिक तरीके भी प्रोटीन पदार्थों के गुणों को संशोधित करने में एक निश्चित भूमिका निभाते हैं। इस प्रकार, गेहूं के आटे की गुणवत्ता को आकार देने में तीव्रता, विधि और पीसने की डिग्री महत्वपूर्ण हैं, अन्य सभी चीजें समान हैं। निश्चित करके तापमान की स्थिति, मांस प्रणालियों की नमी धारण क्षमता, कोमलता और रस को नियंत्रित करें। प्रसंस्करण का तापमान और अवधि दूध दही के गुणवत्ता संकेतकों को नियंत्रित करती है। द्रव्यमान के एक साथ यांत्रिक मिश्रण से "कैसिइन अनाज" का निर्माण होता है, जो थर्मल एसिड जमाव द्वारा प्राप्त पनीर से ऑर्गेनोलेप्टिक विशेषताओं में काफी भिन्न होता है, लेकिन मिश्रण के बिना।

कीमा बनाया हुआ मांस और मछली को पीसने की उच्च डिग्री, विशेष रूप से कोलाइड मिलों में, मायोफाइब्रिल्स के सार्कोमेरेस के यांत्रिक क्षरण की ओर ले जाती है, जिसके परिणामस्वरूप जल-धारण क्षमता और प्रोटीन घुलनशीलता में वृद्धि होती है।

मछली के प्रोटीन का आंशिक थर्मल जमाव या आटे का पकना, जिसके परिणामस्वरूप ग्लूटेन प्रोटीन का विकृतीकरण होता है, सामंजस्य में परिवर्तन होता है, जिससे आप सिस्टम की मोल्डेबिलिटी और ऑर्गेनोलेप्टिक गुणों को समायोजित कर सकते हैं।