obshaya_tsitologia (1120994), страница 21
Текст из файла (страница 21)
У некоторых дрожжей на хромосомуприходится молекула ДНК с молекулярной массой 1 х 108-109, которая имеетразмеры около 0,5 мм.Такие длинные ДНК представляют собой одну молекулу, а не несколько болеекоротких, сшитых гуськом с помощью белковых связок, как считали некоторыеисследователи. К этому заключению пришли после того, как оказалось, чтодлинамолекулДНКнеизменяетсяпослеобработкипрепаратовпротеолитическими ферментами.Общее количество ДНК, входящее в ядерные структуры клеток, в геноморганизмов, колеблется от вида к виду, хотя у микроорганизмов количество ДНКна клетку значительно ниже, чем у беспозвоночных, высших растений иживотных.
Так, у мыши на ядро приходится почти в 600 раз больше ДНК, чем укишечной палочки. Сравнивая количество ДНК на клетку у эукариотическихорганизмов, трудно уловить какие-либо корреляции между степенью сложностиорганизма и количеством ДНК на ядро. Примерно одинаковое количество ДНК106имеют такие различные организмы как лен, морской еж, окунь (1,4-1,9 пг) илирыба голец и бык (6,4 и 7 пг).Значительны колебания количества ДНК в больших таксономическихгруппах.
Среди высших растений количество ДНК у разных видов можетотличаться в сотни раз, так же, как и среди рыб, в десятки раз отличаетсяколичество ДНК у амфибий.У некоторых амфибий в ядрах количество ДНК больше, чем в ядрах человекав 10-30 раз, хотя генетическая конституция человека несравненно сложнее, чему лягушек. Следовательно, можно предполагать, что «избыточное» количествоДНК у более низко организованных организмов либо не связано с выполнениемгенетической роли, либо число генов повторяется то или иное число раз.107Таблица 4.
Содержание ДНК в клетках некоторых объектов (пг, 10-12 г)ОбъектБактериофагиКоличество ДНК в пгКоличество ДНК на частицуТ10,000007Т40,000027Бактерииколичество ДНК на клеткукишечная палочкаГрибы0,009количестводрожжиДНКнагаплоиднуюклеткунейроспора0,027Высшие растениялен0,017количество ДНК на диплоиднуюкукурузаклеткулилия1,4Беспозвоночные15,4животные134,2дрозофиласверчок домашнийРыбы0,212,0осетрпротоптерус3,2Амфибии100,0тритонобыкновенный73,0амфиума108,0Пресмыкающиесячерепаха зеленая5,0Птицыкурица2,3108Млекопитающиемышь5,0человек6,0Разрешить эти вопросы оказалось возможным на основании изучениякинетикиреакцииренатурацииилигибридизацииДНК.Еслифрагментированные молекулы ДНК в растворах подвергнуть тепловойденатурации, а затем инкубировать их при температуре несколько более низкой,чем та, при которой происходит денатурация, то идет восстановление исходнойдвуспиральнойструктурыфрагментовДНКзасчетвоссоединениякомплементарных цепей – ренатурация.
Для ДНК вирусов и прокариотическихклеток было показано, что скорость такой ренатурации прямо зависит отвеличины генома; чем больше геном, чем больше количество ДНК на частицуиликлетку,тембольшенужновременидляслучайногосближениякомплементарных цепей и специфической реассоциации большего числа разныхпо нуклеотидной последовательности фрагментов ДНК (рис.
53). Характеркривой реассоциации ДНК прокариотических клеток указывает на отсутствиеповторяющихся последовательностей оснований в геноме прокариот; всеучастки их ДНК несут уникальные последовательности, число и разнообразиекоторых отражает степень сложности генетической композиции объектов и,следовательно, их общей биологической организации.Совсем другая картина реассоциации ДНК наблюдается у эукариотическихорганизмов.
Оказалось, что в состав их ДНК входят фракции, которыеренатурируют с гораздо более высокой скоростью, чем можно было быпредполагать на основании размера их генома, а также фракция ДНК,ренатурирующая медленно, подобно уникальным последовательностям ДНКпрокариот. Однако для эукариот требуется значительно большее время дляренатурации этой фракции, что связано с общим большим размером их генома ис большим числом различных уникальных генов.109В той части ДНК эукариотов, которая отличается высокой скоростьюренатурации, различают две подфракции: 1) фракцию с высоко или частоповторяющимися последовательностями, где сходные участки ДНК могут бытьповторены 106 раз; 2) фракцию умеренно повторяющихся последовательностей,встречающихся в геноме 102-103 раз. Так, у мыши во фракцию ДНК с частоповторяющимися последовательностями входит 10% от общего количества ДНКна геном и 15% приходится на фракцию с умеренно повторяющимисяпоследовательностями.
Остальные 75% от всей ДНК мыши представленыуникальными участками, соответствующими большому числу различныхнеповторяющихся генов.Фракции с часто повторяющимися последовательностями могут обладатьиной плавучей плотностью, чем основная масса ДНК, и поэтому могут бытьвыделены в чистом виде, как так называемые фракции сателлитной ДНК. Умыши эта фракция имеет плотность, равную 1,691 г/мл, а основная часть ДНК 1,700 г/мл. Эти различия плотности определяются различиями в нуклеотидномсоставе. Например, у мыши в этой фракции имеется 35% Г и Ц пар, а восновном пике ДНК - 42%.Как оказалось, сателлитная ДНК, или фракция ДНК с часто повторяющимисяпоследовательностями, не участвует в синтезе основных типов РНК в клетке, несвязана с процессом синтеза белка.
Этот вывод сделан был на основании того,что ни один из типов РНК клетки (тРНК, иРНК, рРНК) не гибридизируется ссателлитными ДНК. Следовательно, на этих ДНК нет последовательностей,отвечающих за синтез клеточных РНК, т.е. сателлитные ДНК не являютсяматрицами для синтеза РНК, не участвуют в транскрипции.Существует гипотеза о том, что высокоповторяющиеся последовательности,не участвующие непосредственно в синтезе белков, могут нести информацию,играющую важную структурную роль в сохранении и функционированиихромосом.
К ним могут быть отнесены многочисленные участки ДНК,связанные с белками остова интерфазного ядра (см. ниже), участки начала110репликации или транскрипции, а также участки ДНК, регулирующие этипроцессы.Методом гибридизации нуклеиновых кислот прямо на хромосомах (in situ)была изучена локализация этой фракции. Для этого на изолированнойсателлитной ДНК с помощью бактериальных ферментов синтезировалимеченую 3Н-уридином РНК. Затем цитологический препарат с хромосомамиподвергали такой обработке, при которой происходит денатурация ДНК(повышенная температура, щелочная среда и др.). После этого на препаратпомещали меченную 3Н РНК и добивались гибридизации между ДНК и РНК.Радиоавтографически было обнаружено, что большая часть метки локализуетсяв зоне первичных перетяжек хромосом, в зоне их центромерных участков.Метка обнаруживалась также и в других участках хромосом, но очень слабо(рис.
54).За последние 10 лет сделаны большие успехи в изучении центромерныхДНК, особенно у дрожжевых клеток. Так у S. cerevisiae центромерная ДНКсостоит из повторяющихся участков по 110 п.н. Она состоит из двухконсервативных участков (I и III) и центрального элемента (II), обогащенногоАТ-парами оснований. Сходное строение ДНК центромеры имеют хромосомыдрозофилы. Центромерная ДНК человека (альфоидная сателлитная ДНК)состоит из тандема мономеров по 170 п.н., организованных в группы димеровили пентамеров, которые в свою очередь образуют большие последовательностипо 1-6 х 103 п.н.
Такая самая большая единица повторена 100-1000 раз. С этойспецифической центромерной ДНК комплексируются особые центромерныебелки, участвующие в образовании кинетохора, структуры, обеспечивающейсвязь хромосом с микротрубочками веретена и в движении хромосом в анафазе(см. ниже).ДНК с высокоповторяющимися последовательностями обнаружена также втеломерных участках хромосом многих эукариотических организмов (отдрожжей до человека).
Здесь чаще всего встречаются повторы, в которые входят1113-4 гуаниновых нуклеотида. У человека теломеры содержат 500-3000 повторовTTAGGG. Эти участки ДНК выполняют особую роль - ограничивать хромосомус концов и предотвращать ее укорачивание в процессе многократнойрепликации.Недавно было найдено, что высокоповторяющиеся последовательности ДНКинтерфазных хромосом связываются специфически с белками - ламинами,подстилающими ядерную оболочку, и участвуют в заякоревании растянутыхдеконденсированных интерфазных хромосом, тем самым определяют порядок влокализации хромосом в объеме интерфазного ядра.Сделано предположение, что сателлитная ДНК может участвовать вузнаваниигомологичныхрайоновхромосомпримейозе.Подругимпредположениям, участки с часто повторяющимися последовательностямииграют роль разделителей (спейсеров) между различными функциональнымиединицами хромосомной ДНК, например между репликонами (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
