С.Г. Инге-Вечтомов - Генетика с основами селекции (1117682), страница 25
Текст из файла (страница 25)
рис. б.17) был открыт в клетках мутантов Е. со(й не способных выщеплять тимнновые димеры. В таких клетках после ультрафиолетового облучения происходит 137 репликация ДНК, хотя и медленнее, чем в клетках дикого типа. У. Рапп и П. Говард-Фландерс показали, что в клетках мутантов игг А после действия ультрафиолетового света синтезируется ДНК с однонитевыми пробелами, или брешами, причем длина вновь синтезированных фрагментов соответствует среднему расстоянию между возникшими в родительской ДНК тиминовыми димерамн.
Таким образом, после репликации нерепарированной ДНК против тиминовых димеров образуются бреши, которые, как оказалось, исчезают при последующей инкубации клеток в питательной среде. Этот тип репарации не происходит в клетках тес-мутантов, дефектных по рекомбинации (см. гл. 7). Поэтому пострепликативную репарацию называют также рекомбинационной релара- ~)ней. Механизм пострепликативной репарации наименее специфичен, так как здесь отсутствует этап узнавания повреждения.
Представления об этом типе репарации связаны со знанием механизма рекомбинации (см. гл. 7). Рекомбинационная пострепликативная репарация — это быстрый способ восстановления нативной структуры по крайней мере части дочерних молекул ДНК. При этом тиминовые днмеры остаются в исходных родительских нитях. Эта репарация происходит уже в первые минуты после облучения. Существует и другая разновидность — медлешшя цостреплика тивная репарация, для осуществления которой требуется несколь ко часов.
Ее проводит система ферментов, которых нет в необл,. ченных клетках и которую индуцирует облучение. Этот мехвниз получил наименование 5ОЯ-реллрациш Его характерная чер та — неточность восстановления первичной структуры ДНК, связи с чем он получил также название реларации, склонно» к ошибкам. Прн этом, по мнению ряда авторов, возможен рсоа ративный синтез ДНК»в обход» тиминовых димеров, или, и чнс~ за счет использования в качестве матрицы цепи ДНК, содержа щей димеры.
Пострепликативная репарация существует не только у бактерий, ио и в клетках эукариот. Она обнаружена и у млекопитающих, для которых получены данные о том, что пострепликативные бреши могут заполняться не за счет рекомбинации, а за счет синтеза ДНК де пото. Уже упоминалось о том, что один из типов пигментной ксеродермы у человека (ХР ° ) связан с блоком пострепликативной репарации.
Ограничимся рассмотрением репарации ДНК только на примере восстановления структуры молекул, облученных ультрафиолетовым светом. ДНК, поврежденная ионизирующим излучением, также может быть восстановлена системами репарации. При этом устраняются однонитевые и двунитевые разрывы.
Многие этапы восстановления ДНК после действия ультрафиолетового света и ионизирующих излучений одинаковы, однако есть и существенные различия, как, например, при устранении двуннтевых разрывов. 6.5. Компактизация ДНК и структура хроматина Очень длинные молекулы ДНК упакованы в клетке в небольшом объеме. Например, у Е. соя в клетке диаметром в несколько микрометров находится молекула ДНК длиной около 1 мм (4 10 п. н.). Общая длина ДНК хромосом человека (около 1,8 м) упакована в ядре диаметром меньше одного микрометра. Это означает, что в клетке ДНК компактизована.
У бактерий ДНК уложена в несколько десятков петель или доменов, удерживаемых молекулами РНК. В пределах каждого домена ДНК суперспирализована (рис. 6.19) . Так образуется компактный нуклеоид, фиксированный на мембране. Бактериальная «хромосома» практически не содержит белков в качестве структурных компонентов. Значительно сложнее организованы хромосомы зукарнот. Основная структурная единица хроматина — нукаеосома. Ядрр нуклеосомы составляют четыре типа гистонов: Н2А, Н2В, НЗ и Н4. аНК Скпадывание РНК Суперспирапизацип Частичное переваривание Разрыв Части«ное переваривание РН Казей Рас, б.!9, Скопа укээаакн дНК а нукаеоиве и.
соа тпо Р. П. Реэ- т11ээьп, 1974) 139 Рис. Едо. Схема строения нуклеосом и их укладки в структуру солеНоида Молекула каждого из них в общем октамере повторена дважды. Участок ДНК длиной в 140 п. н. вокруг гистонового октамера делает 1,75 витка. Диаметр нуклеосомы около 10 нм. Еще одна молекула гистона Н1 ассоциирована с комплексом; гистоновое ядро — ДНК и служит для стабилизации спиральной наднуклеосомной структуры — соленоида диаметром около 300 — 500 нм (рис.
6.20). В интерфазном ядре соленоидная структура в свою очередь уложена в спираль диаметром около 2000 нм. Переход от интерфазного хроматина к метафазным хромосомам, по-видимому, сопровождается возникновением еще одного уровня спирализации с образованием структур диаметром около 6000 нм. При этом следует помнить, что укладка хроматина в разных участках хромосом (эухроматин, гетерохроматин, зоны первичной и вторичной перетяжек и т. д.) может варьировать. Таким образом, нуклеосомная и наднуклеосомная структуры хроматина способствуют компактизации ДНК. б.б.
Уникальнь!е и повторяющиеся последовательности в ДНК Как уже упоминалось, двойную спираль ДНК можно расплавить (денатурировать), нагревая раствор ДНК до температуры 100'С. При этом комплементарные цепи вследствие разрыва водородных связей расходятся. Прн постепенном охлаждении раствора комплементарные цепи могут вновь ассоциировать, восстанавливая структуру двойной спирали. Этот подход используют для выяснения присутствия в ДНК повторяющихся нуклеотидных последовательностей.
Если таковые имеются, то некоторая фракция ДНК будет ренатурировать быстрее, поскольку соответствующим одноцепочечным участкам легче найти партнера. Участки ДНК, представленные уникальными последовательностями, ренатурируют медленнее. ДНК бактерий почти не содержит повторов, в то время как в ДНК эукариот повторы многочисленны. Так, около 70% ДНК мыши представлены уникальными последовательностями, около 10% содержат очень часто повторяющиеся (до 1О раз) участки. Остальные 20% ДНК вЂ” это нуклеотидные последовательности, повторяющиеся умеренно — от 10 до 10' раз на геном (табл. 6.3). Таблица блх Уникальные н поаториюн(неся ооследоаательностн (доля) а миоме нскоторык эукарнот (по Р.
Ауа!а, Х К)йет, !ойО) Приме»а и не. * 20 "50 копий, '«250 -ОООО копий, «»» до 1О' копий, Принято считать, что подавляющее большинство функционирующих генов является уникальными последовательностями. Из этого правила есть исключения. Это, в частности, гены, кодирующие структуру гистонов и рРНК, которые располагаются в виде тандемных повторов.
Большинство умеренно повторяющихся последовательностей не функционирует в качестве матриц, т. е. не транскрибируется. У дрозофилы и мыши повторяющиеся последо- !41 вательности очень часто представлены короткими участками— около 10 п. н. Большая часть повторов, по-видимому, играет структурную или регуляторную роль.
Они локализованы преимущественно в прицентромерном гетерохроматине. 6.7. Искусственные хромосомы С помощью методов генной инженерии (см. гл. 11) синтезированы искусственные хромосомы по крайней мере для одного эукариотического организма — дрожжей эасс)<агол<усеа сегер<х<ае. Эти хромосомы включают следующие необходимые компоненты. 1. Участок начала репликации ДНК вЂ” релликатор или АКБ (от англ.
аи1опотох(у гер(<сат<п8 еевиелсе). Приблизительно 400 таких участков рассеяны по хромосомам дролсжей, содержащим около 17,5Х10 п. н. Эти АК8-последовательности обеспечивают воспроизведение различных реиликонов. Первичная структура репликаторов (при сравнении нескольких из них) включает общую последовательность в 11 п. н.: АТТТАТАТТТА т о т Здесь представлена только одна цепочка ДНК, а под ней— обнаруженные варианты этой последовательности. Реиликаторы видоспецифичны. 2. Нуклеотидную последовательность одной из 17 центромер дрожжей.
Дрожжевые центромеры (их исследовано более 10) имеют ряд общих характеристик, как это показана для центромер хромосом 3, 4, б и 11 (рис. 6.21). Все они представлены отрезком ДНК длиной около 1000 и. н. и содержат район, обогащенный парами АТ (93 — 94 о) размером 82 — 89 и. н. Этот район ограничивают: справа консервативный (мало варьирующим) участок в 11 и. н., слева — менее консервативный в 14 п. н.
Структура правого участка очень существенна для функционирования центро- меры. Его потеря или даже отдельные замены пар нуклеотидов препятствуют нормальному распределению соответствующей хромосомы. По-видимому, все эти три участка вместе составляют структуру, «опознаваемую» белками нитей веретена. Центромеры дрож- СЕИЗ ЯтддаТСЯСЯТадт -99 .н.<ЕЗВЯ+Т1- Тадтттееадд СЕМ11 ЯТЯЯЕТСЯСЯТ6ЯТ е — 99ен.<94%Я»Т) — ь Т6ЯТТТ ССадд СЕМ4 ЯЯЯ66ТСЯСЯТ6СТ е — Взпн,<вэкд+Т1 — ь Т6ЯТТЯСССЯЯ СЕИЕ ТТТСЯТСЯССТ6СТ» — взпн,<94%Я+Т1 — ь Т6ТТТТСССЯЯ Рис. 6.2!, Последовательность злементов общих дтя четырех цептромер дрожжей Еасс<ь сееееснае <из и Соеьоп, 19941. Представлена только одна из двух комплементарных цепей ДНК.
Общие последовательности нуклеотидоа подчеркнуты 142 жей Басс)гаготусет секет(з(ае видоспецифичны. Они не функционируют в других дрожжах (Бс)>1зозасс)>аготусез ротйе, К(иугегг>- т))сел 1асг!у), в плесени (А>еигозрога сгазза) и в культивируемых клетках животных. 3. Нуклеотидную последовательность теломеры, существенную часть которой — самый конец хромосомы — составляет несколько десятков раз повторенный тетрануклеотид СССА (показана только одна цепь ДНК).
Конец хромосомы замкнут наподобие шпильки и образует Х-форму (левозакрученную) ДНК. В искусственные хромосомы, имеющие эти три необходимых компонента, обычно включают ген (нормальную, или доминантную аллель), контролирующий какой-нибудь этап метаболизма. Этот ген служит маркером при трансформации штамма дрожжей, мутантного по этому же гену. Подобные искусственные хромосомы, введенные в клетку при помощи трансформации, судя по данным гибридологического анализа, содержатся в ней в виде одной копии, имеют линейную структуру, реплицируются и распределяются в митозе и мейозе преимущественно подобно обычным хромосомам, если они представляют собой молекулы ДНК длиной около 50000 п. н. Стабильность таких искусственных минихромосом все же значительно уступает стабильности естественных хромосом.
Синтетические минихромосомы теряются с частотой 1)(10 ', в то время как хромосомы дрожжей утрачиваются с частотой около 1 Х 10 '. При меньших, чем 50 000 п. н.. размерах искусственные хромосомы теряются с частотой 1)( 10'" и более. Таким образом, присутствие р«пликатора. центромеры и тело- меры при определенном минимальном размере молекулы ДНК— необходимое и достаточное усл»ви«вг>зиик>)овгпии «гэбилы й г>юмосомы. Вопросы к главе 6 ). Каковы доказательства >еиетическои роли пуклеииоаых кисют> Х Схематически изобразите матрицу и затравку при синтезе ДНК в реакции А, Кориберга. 3. Что служит затравкой при репликации ДНК в клетке? 4.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
