Biokhimia_cheloveka_Marri_tom_2 (1123307), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Этн, так называемые гиперчувстввтельиые сайты, по-видимому, возникают в результате конформационных изменений, которые создают особенно благоприятные условия для действия нуклеазы на ДНК. Такие участки обычно локализованы непосредственно перед активным геном и могут быть обусловлены наличием так называемых эихаисериых элементов, усиливающих транскрипцию (см. гл. 39 и 41). Есть основания считать, что во многих случаях транскрипционная активность гена связана с наличием в хроматине гиперчувствительного к ДНКазе сайта, непосредственно прилегающего к началу гена.
Вероятно, такие сайты обе- спечивают доступность кодивующей цепи для белков, участвующих в процессе транскрипции. Электронная микроскопии интерфазного ядра показывает, что транскрипционно-неактивный хроматин (гетерохроматии) плотно упакован, и потому соответствующие области интенсивно окрашиваются. Участки транскрипционно-активиого хрома- тина (эухроматииа) имеют более слабую окраску. В целом в ходе клеточного цикла млекопитающих (см.
ниже) эухроматин реплицируется раньше, чем гетерохроматин. Существуют два типа гетерохроматина: коиститутивиыи гетерохроматин и факультативный гетерохроматян. Конститутивный гетерохроматин всегда конденсирован и, следовательно, неактивен. Конститутивный гетерохроматин найден в областях, близких к центромерам и концевым участкам (теломерам) хромосом. Факультативный гетерохроматнн временами коцденсирован, а временами разуплотнен, активно транскрибируется и таким образом оказывается сходным с эухроматином. Из двух Х- хромосом самок млекопитающих — одна практически полностью транскрипцнонно-неактивна, т.е.
проявляет свойства гетерохроматнна. Однако при гаметогенезе и иа ранних стадиях эмбриогенеза гетерохроматиновая Х-хромосома становится транскрипционно-активной и, следовательно, проявляет свойства факультативного гетерохроматина. Некоторые клетки насекомых, например Опгопатиэ, содержат гигантские хромосомы, образовавшиеся в результате нерасхождения дочерних хроматид после прохождения 10 циклов репликации.
Копии ДНК, лежащие рядом в точном соответствии с локализованными на них генами, образуют хромосому с четко выраженным распределением полос— конденсированного и менее плотного хроматина. Транскрипционно-активные области таких политенных хромосом отличаются особенно отчетливой разуплотненностью — они образуют так называемые «пуфы», в которых, как установлено, локализуются ферменты системы транскрипции и происходит синтез РНК (рнс.
38.5). В метафазе хромосомы млекопитающих обладают двулучевой симметрией второго порядка и состоят из идентичных сестринских хроматяд, соединенных в центромере, положение которой характерно для каждой хромосомы (рнс. 38.6). Каждая сестринская хроматида содержит одну двухцепочечную молекулу ДНК. В интерфазе упаковка молекулы ДНК менее плотная, чем в метафазе. Метафазные хромосомы транскрипцнонно-неактивны.
Гаплоидный геном человека состоит из 3,5.109 пар оснований и примерно из 1,7.10' нуклеосом. Следовательно, каждая из 23 хроматид гаплондного Глава 38 68 ';т:,, Гг;,,;:;~1 в Козффнциент упаков- ки Форма хроматнна 1,0 2,5 5 30 Рис. 38.5. Корреляция между активностью РНК- полимеразы 11 и синтезом РНК. При тепловом шоке (39' С, 30 мин) личинок Онгавотив ~вигапв активируется рял генов. А. Распределение РН К-полимеразы В (тип 11) по длине четвертой хромосомы из клеток слюнных желез. Фермент выявляли иммунофлуоресцентным методом, используя антитела против полнмеразы.
5С н ВКЗ вЂ” специфические сегменты 1У хромосомы. Стрелками указаны пуфы. Б. Радиоавтограф 1У хромосомы, инкубированной с Н~-уридином для введения метки в РНК. Распределение иммунофлуоресцентных сигналов и радиоавтографическнх пятен по хромосоме совпадает. (Кергог1псед, ттйЬ репп1ввюп, Ггопт Яавв Н. РЬ(А ро(утегаве В 1п ро!угоне сЬготповогпев.
Сей 1982: 28: 274. Сорупфа 1982 Ьу Гйе МаввасЬивепв 1пвйшве оГ ТесЬпо!ойу.) генома человека содержит в среднем 1,5.10 в нуклеотидов в одной двухцепочечной молекуле ДНК. Таким образом, при формировании конденсированной метафазной хромосомы линейный размер каждой молекулы ДНК должен быть уменьшен в 8000 раз! В метафазных хромосомах хроматиновые волокна (длиной 25 — 30 нм) также складываются в серии петлеобразных доменов, проксимальные участки которых закрепляются на внутриядерном белковом (негистоновом) каркасе. Коэффициенты, характеризующие плотность упаковки каждой упорядоченной структуры ДНК, приведены в табл.
38.1. Упаковка нуклеопротеинов в хроматиды происходит неслучайным образом, о чем свидетельствует характерное расположение полос на хромосомах, окрашенных акрихин-ипритом или по Гимза (рис. 38.7). Таблица 38.1. Коэффициенты упаковки для различных ти- пов суперструктурированной ДНК Обычная двухцепочечная ДНК 2 витка ДНК в нуклеосоме Нуклеосомная фнбрилла (10 нм) Хроматиновая нить из суперскручен- ных нуклеосом (25--30 нм) Конденсированные метафазные хромо- сомы Распределение окрашенных полос (бендов) в хромосомах хорошо воспроизводится в препаратах разных индивидуумов одного вида, но сильно различается у хромосом разных, даже близкородственных, видов. Следовательно, упаковка нуклеопротеинов в хромосомы у высших эукариот должна определенным образом зависеть от видоспецифических особенностей структуры самих молекул ДНК.
ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ГЕНОМА МЛЕКОПИТАЮЩИХ Гаплоидный геном каждой клетки человека представлен 3,5-10в парами оснований и состоит из 23 пар хромосом. Этого достаточно для кодирования Рис. 38.6. Две сестринские хроматиды 12-й хромосомы человека (х 27850). (Кергодпсед, ттйЬ репшвяоп, Ггот Ои Рппв Е.3. 13Ь(А апд СЬгопювогпев. Ной, КтеЬап апд Мпвгоп, 1970.) Организация и репликация ДИК 69 Рис. 38.7.
Кариотип человека (мужчины с нормальным набором хромосом 46Х т'). Хромосомы окрашены по Гимза и ра- сположены в соответствии с Парижской номенклатурой. (Сопиеву о( Н. (.аюсе апс( Е. Соме.) Уникальные, нлн неповторжощнеся, последовательности ДНК Интроны Коднрующие области ДНК, транскрнпты которых попадают в цитоплазму в составе «зрелых» молекул мРНК, прерываются в геноме длнннымн последователыюстямн некоднруиицей ДНК. Соответственно первичные транскрипты ДНК (гяРНК) содержат некодирующие промежуточные последовательности около 1,5 миллионов пар генов.
Однако данные по изучению генома человека и частоты возникновения мутаций свидетельствуют о том, что в организме Ното кирзепк имеется не больше 100000 белков. Это означает, что ббльшая часть геномной ДНК-- некоднрующая, т.е. заложенная в ней информация никогда не транслируется в аминокислотную последовательность белковых молекул.
Некоторая часть нетранслируемых последовательностей ДНК регулирует экспрессию генов в ходе развития, дифференцировки и адаптации. Определенная часть избыточной ДНК входит в состав интронов— некодирующнх участков, разделяющих кодирующие области генов. И все же большая часть избыточной ДНК, судя по всему, представлена многочисленными семействами повторяющихся последовательностей, значение которых до сих пор неизвестно. ДНК эукариотического генома можно разделить на два «класса последовательностей». Это уннкяльные, или неповторяняциеся, последовательности и повторяющиеся последовательности ДНК (повторы).
К первому классу последовательностей ДНК относятся одиокопнйные гены, кодирующие белки. Класс повторяющихся последовательностей ДНК представлен повторами с копийностью от 2 до 10' на клетку. Более половины геномной ДНК эукариотическнх организмов принадлежит к классу уникальных, или неповторяющихся, последовательностей. Это утверждение (а также оценки, касающиеся распределения в геноме повторяющихся последовательностей ДНК) базируется на данных непрямых экспериментов с применением различных методик ДНКРНК-гибридизации, позволяющих получить лишь приблизительную оценку.
У дрожжей — низших эукариот — экспрессируется около 4000 генов. В типичной ткани млекопитающих (печень или почки) экспрессируется от 10000 до 15000 генов. При этом в каждой ткани происходит экспрессия специфического набора генов. Каким образом это достигается, по-прежнему остается одним из центральных вопросов современной биологии.
70 Глава 38 РНК, которые должны быть удалены в процессе созревания, обеспечивающего также и правильную стыковку (сплайсинг) кодирующих сегментов в зрелых мРНК. Большинство последовательностей, транскрипты которых представлены в зрелой мРНК, разорваны в геноме от одного до пятидесяти раз некодирующими вставками (интронами).
Как правило, интроны значительно длиннее, чем кодирующие участки (экзоны). Процессинг первичного транскрипта, включающий удаление цитронов и сплайсинг соответствующих экзонов, описан в гл. 39. Функция интронов точно не установлена. Можно предположить, что они служат для физического разделения экзонов, соответствующих функциональным доменам кодируемых белков, с целью оптимизации процесса генетических перестроек (рекомбинаций), которые могут происходить с более высокой эффективностью при наличии интронов, чем в случае сосредоточения генетической информации в одном континууме. Увеличение темпа генетических перестроек функциональных доменов может рассматриваться как фактор ускорения эволюции биологических функций.
Повторяющиеся последовательности ДНК Под повторяющимися последовательностями ДНК (повторами) понимается широкий спектр как умеренно повторяющихся, так и часто повторяющихся (высокоповторяющихся) последовательностей ДНК. По крайней мере 20 — 30% генома человека представлено повторами. Высокоповторянициеся последовательности состоят из участков длиной в 5 — 500 пар оснований, повторяющихся много раз и расположенных один за другим (тандемно).
Эти последовательности обычно образуют кластеры и присутствуют в количестве от 1 до 10 миллионов копий на гаплоидный геном. Высокоповторяющиеся последовательности транскрипционно-неактнвны и, вероятно, участвуют в структурировании хроматина. Умеренно повторяющиеся последовательности, присутствующие в количестве менее чем 10й копий на гаплоидный геном, не образуют кластеров, а чередуются с неповторяющимися (уникальными) последовательностями. Они могут быть как короткими, так и весьма протяженными.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
