obshaya_tsitologia (1120994), страница 22
Текст из файла (страница 22)
ниже).Как оказалось, фракция умеренно повторяющихся (от 102 до 105 раз)последовательностей принадлежит к пестрому классу участков ДНК, играющихважную роль в процессах создания аппарата белкового синтеза. В эту фракциювходят гены рибосомных ДНК, которые могут быть повторены у разных видовот 100 до 1000 раз. В эту фракцию входят многократно повторенные участки длясинтеза всех тРНК. Более того, некоторые структурные гены, ответственные засинтез определенных белков, также могут быть многократно повторены,представлены многими копиями.
Такими являются гены для белков хроматина гистонов, повторяющихся до 400 раз.Крометого,вэтуфракциювходятучасткиДНКсразнымипоследовательностями (по 100-400 нуклеотидных пар), также многократноповторенными, но рассеянными по всему геному.
Их роль еще не до конца ясна.Высказывается предположение, что такие участки ДНК могут представлятьсобой акцепторные или регуляторные участки разных генов.112Итак, ДНК эукариотических клеток гетерогенна по составу, содержитнесколько классов последовательностей нуклеотидов: часто повторяющиесяпоследовательности (> 106 раз), входящие во фракцию сателлитной ДНК и нетранскрибирующиеся; фракция умеренно повторяющихся последовательностей(102-105),представляющихблокиистинныхгенов,атакжекороткиепоследовательности, разбросанные по всему геному; фракция уникальныхпоследовательностей, несущая информацию для большинства белков клетки.Исходя из этих представлений становятся понятными те различия вколичестве ДНК, которые наблюдаются у разных организмов: они могут бытьсвязаны с неодинаковой долей тех или иных классов ДНК в геноме организмов.Так, например, у амфибии Amphiuma (у которой ДНК в 20 раз больше, чем учеловека) на долю повторяющихся последовательностей приходится до 80% отвсей ДНК, у луков - до 70, у лосося - до 60% и т.п.
Истинное же богатствогенетическойинформациипоследовательностей.Недолжнаотображатьнужнозабывать,фракциячтоуникальныхвнативной,нефрагментированной молекуле ДНК хромосомы все участки, включающиеуникальные, умеренно и часто повторяющиеся последовательности, связаны вединую гигантскую ковалентную цепь ДНК.Молекулы ДНК гетерогенны не только по участкам разной нуклеотиднойпоследовательности, но и различны в отношении их синтетической активности.Репликация эукариотических ДНКБактериальная хромосома реплицируется как одна структурная единица,имеющая одну стартовую точку репликации и одну точку терминации.
Такимобразом бактериальная циклическая ДНК является одним репликоном. Отстартовой точки репликация идет в двух противоположных направлениях, такчто по мере синтеза ДНК образуется так называемый глазок репликации,ограниченный с двух сторон репликационными вилками, что хорошо видн приэлектронномикроскопическомизучениивирусныхибактериальныхреплицирующихся хромосом.113У эукариотических клеток организация репликации иного характера –полирепликоннная.. Как уже говорилось, при импульсном включении 3НТмножественнаяметкапоявляетсяпрактическивовсехмитотическиххромосомах. Это означает, что одновременно в интерфазной хромосомесуществует множество мест репликации и множество автономных точек началарепликации.
Болееподробно это явление было изучено с помощьюрадиоавтографии меченых молекул, выделенных ДНК (рис. 55).Если клеткибыли импульсно мечены3НТ, то в световом микроскопе на автографахвыделенных ДНК можно видеть участки восстановленного серебра в видепунктирныхлиний.ЭтонебольшиеотрезкиДНК,которыеуспелиреплицироваться, а между ними расположены участки нереплицированнойДНК, которая не оставила радиоавтографа и поэтому остается невидимой. Помере увеличения времени контакта 3НТ с клеткой величина таких отрезковвозрастает, а расстояние между ними уменьшается.
Из этих экспериментвможно точно рассчитать скорость репликации ДНК у эукариотическихорганизмов. Скорость движения репликационной вилки оказалась равной 1-3т.п.н. в мин у млекопитающих, около 1 т.п.н. в мин у некоторых растений, чтонамного ниже скорости репликации ДНК у бактерий (50 т.п.н. в мин.). В этих жеэкспериментах была прямо доказана полирепликонная структура ДНК хромосомэукариот: по длине хромосомной ДНК, вдоль нее, располагается множествонезависимых участков репликации – репликонов. По расстоянию междусредними точками смежных метящихся репликонов, т.е.
по расстоянию междудвумя соседними стартовыми точками репликации, можно узнать величинуотдельных репликонов. В среднем величина репликонову высших животныхсоставляет около 30 мкм или 100 т.п.н. Следовательно, в гаплоидном наборемлекопитающих должно быть 20 000-30 000 репликонов. У низших эукариотвеличина репликонов меньше, около 40 т.п.н. Так у дрозофилы на геномприходится 3500 репликонов, а у дрожжей – 400. Как говорилось, синтез ДНК врепликоне идет в двух противоположных направлениях.
Это легко доказывается114радиоавтографически: если клеткам после импульсной метки дать продолжитьсинтезировать ДНК некоторое время в среде без 3НТ, то произойдет падениевключения его в ДНК, будет происходить как бы разбавление метки, и нарадиоавтографеможнобудетвидетьсимметричное,сдвухсторонреплицируемого участка, уменьшение количества зерен восстановленногосеребра.Реплицирующиеся концы или вилки в репликоне прекращают движение,когда встретятся с вилками соседних репликонов (в терминальной точке, общейдля соседних репликонов). В этом месте реплицированные участки соседнихрепликоновобъединяютсявединыековалентныецепидвухновосинтезированных молекул ДНК. Функциональное подразделение ДНКхромосом на репликоны совпадает со структурным подразделением ДНК надомены или петли, основания которых, как уже упоминалось, скрепленыбелковыми связками.Таким образом весь синтез ДНК на отдельной хромосоме протекает за счетнезависимого синтеза на множестве отдельных репликонов, с последующимсоединением концов соседних отрезков ДНК.
Биологический смысл этогосвойства становится ясным при сравнении синтеза ДНК у бактерий и эукариот.Такбактериальнаямонорепликоннаяхромосомадлинойв1600мкмсинтезируется со скоростью около получаса. Если бы сантиметровая молекулаДНК хромосомы млекопитающих реплицировалась тоже как монорепликоннаяструктура, то на это ушло бы около недели (6 суток). Но если в такой хромосомерасположено несколько сот репликонов, то для полной ее репликациипонадобится всего около часа. На самом же деле время репликации ДНК умлекопитающих составляет 6-8 часов.
Это связано с тем, что не все репликоныотдельной хромосомы включаются одновременно.Внекоторыхслучаяхнаблюдаетсяодновременноевключениевсехрепликонов или же появление дополнительных точек начала репликации, чтодает возможность закончить синтез всех хромосом за минимально короткое115время. Это явление происходит на ранних этапах эмбриогенеза некоторыхживотных.
Так известно, что при дроблении яиц шпорцевых лягушек Xenopuslaevis синтез ДНК занимает всего 20 минут, тогда как в культуре соматическихклеток этот процесс продолжается около суток. Аналогичная картинанаблюдается у дрозофилы: на ранних эмбриональных стадиях весь синтез ДНКв ядре занимает 3,5 минуты, а в клетках культуры ткани – 600 минут. При этом вклетках культуры величина репликонов оказалась почти в 5 раз больше, чем уэмбрионов.Синтез ДНК по длине отдельной хромосомы происходит неравномерно. Былообнаружено, что в индивидуальной хромосоме активные репликоны собраны вгруппы, репликативные единицы, которые включают в себя 20-80 точек началарепликации.
Это следовало из анализа радиоавтографов ДНК, где наблюдаласьименно такая сблоченность реплицирующихся отрезков. Другим основаниемдля представления о существовании блоков или кластеров репликонов илирепликационных единиц были эксперименты с включением в ДНК аналогатимидина - 5’-бромдезоксиуридина (BrdU). Включение BrdU в интерфазныйхроматин приводит к тому, что во время митоза, участки с BrdU конденсируютсяв меньшей степени (недостаточная конденсация), чем те участки, где включалсятимидин. Поэтому те участки митотических хромосом в которые включилсяBrdU, будут слабо окрашиваться при дифференциальной окраске.
Это позволяетна синхронизированных культурах клеток выяснить последовательностьвключения BrdU, т.е. последовательность синтеза ДНК по длине одной взятойхромосомы. Оказалось, что происходит включение предшественника в большиеучасткихромосомы.Включениепоследовательно в течениеразныхучастковпроисходитстрогоS-периода. Каждая хромосома характеризуетсявысокой стабильностью порядка репликации по своей длине, имеет свойспецифический рисунок репликации.Кластеры репликонов, объединенные в репликационные единицы, связаны сбелками ядерного матрикса (см. ниже), которые вместе с ферментами116репликации образуют т.н. кластеросомы – зоны в интерфазном ядре, в которыхидет синтез ДНК.Порядок, в котором активируются репликационные единицы, может,вероятно, определяться структурой хроматина в этих участках.
Так, например,зоны конститутивного гетерохроматина (вблизи центромеры) реплицируютсяобычно в конце S-периода, также в конце S-периода удваивается частьфакультативногогетерохроматина(например,X-хромосомасамокмлекопитающих). Особенно четко во времени последовательность репликацииучастков хромосом коррелирует с рисунком дифференциальной окраскихромосом: R-сегменты относятся к ранореплицирующимся,G-сегментысоответствуют участкам хромосом с поздней репликацией. C-сегменты(центромера) – места самой поздней репликации.Таккаквразныххромосомахвеличинаичислоразныхгруппдифференциально окрашенных сегментов различно, то это создает картинуасинхронного начала и завершения репликации разных хромосом в целом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
