Э. Рис, М. Стернберг - Введение в молекулярную биологию от клеток к атомам (1128690), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Хроматин в свою очередь образуетсоленоидоподобную структуру, с которой связываютсяхромосомные структурные белки', получившийся вконечном счете комплекс называется хромосомой.Хроматин состоит из двухцепочечной ДНК, которая обвивается вокруг особых гранул, состоящих изспецифических белков — гистонов. Так образуетсяструктура, похожая на бусы, которую называют хроматиновым волокном. Каждая бусина, называемаянуклеосомой, имеет около 10 нм в диаметре (например, в Е.
coli). В результате конденсации ДНК в хроматин ее продольные размеры уменьшаются примернов 5—6 раз.Нуклеосома представляет собой сегмент двухцепочечной ДНК длиной около 200 пар оснований, нави-тый на белковую сердцевину, состоящую из восьмимолекул белков — гистонов. Ее структура, впервые установленная Клугом с сотрудниками, изображена нарис. 26.1. Нуклеосомы обнаружены во всех эукариотических клетках и в некоторых вирусах, поражающихэукариот. Гистоны представляют собой основные белки с мол. массой (А/г) от 11 300 до 21 000.
Всего известнопять типов гистонов: HI, Н2А, Н2В, НЗ и Н4. В нуклеосомную сердцевину входит по две молекулы гистоновН2А, Н2В, НЗ и Н4. Обращенные наружу поверхностиэтих белковых молекул несут положительные заряды иобразуют стабилизирующий остов, вокруг которогоможет закручиваться отрицательно заряженная молекула ДНК. Гистон HI размещается на участках ДНК,соединяющих одну нуклеосому с другой; ДНК этихучастков называют поэтому соединительной (илилинкерной) ДНК. Поскольку HI, по-видимому, неучаствует в стабилизации структуры хромосомы, он,возможно, наряду с некоторыми другими белками,не входящими в число гистонов, играет какую-тороль в регуляции транскрипционной активностихроматина.Соленоидоподобнаяструктураклеточногохроматина была предложена для того, чтобыобъяснитьпроисхождениетакназываемыхгетерохроматиновых волокон толщиной 20—30 нм,наблюдаемыхвэлектронныймикроскопвинтерфазном ядре (гл.
29). Каждый такой соленоидобразуется в результате дальнейшей спирализацииуже спирализованной дополнительно в областинуклеосом двойной спирали ДНК. На один витоксоленоида приходится примерно 6 нуклеосом. Этотэтап конденсации приводит к дальнейшемууменьшению продольных размеров ДНК —примерно в 40 раз по сравнению с размерамидвухцепочечной ДНК.
В настоящее время считают,что гетерохроматин представляет собой неактивнуюв отношении транскрипции форму хроматина. Поскольку продольные размеры ДНК в виде простойдвойной спирали и той же ДНК в сильно конденсированной хромосоме различаются в 5 000—10 000 раз,осталось еще объяснить, откуда берется множитель100-200 [40 • 100(200) = 5 000(10 000)]. Пока, однако,неизвестно, как происходит дальнейшая конденсация соленоидоподобной структуры хроматина в егохромосомную форму.Хромосомные структурные белки образуюткаркас, на котором происходит окончательнаяконденсация хроматина в структуру с наиболееплотнойупаковкой,характернойдляэукариотических хромосом. Этот белковый остов неразрушается даже после удаления всех гистонов.27.
Организация геновСтруктурный ген- это наименьший отрезок ДНК илиРНК, кодирующий полную аминокислотную последовательность какого-либо белка. В клетке высших организмов может содержаться до 100000 генов (по последнимданным их существенно меньше). Однако ДНК в нейстолько, что ее хватило бы на образование в 10 раз большего числа генов. До сих пор не вполне ясно, зачем клетке «лишняя» ДНК, хотя результаты последних исследова-ний структуры эукариотической ДНК позволяют сделатькое-какие предположения на этот счет (см. ниже). В вирусах может быть всего лишь 5—6 генов, а геном прокариот составляет примерно 0,1% от генома высших.ХРОМОСОМА ПРОКАРИОТ содержит примерно 2000—3000 неперекрывающихся генов, расположенныхвдоль ДНК.
Структурные гены подразделяютсяна три основных типа: независимые гены, транскрипционные единицы (транскриптоны) и опероны. Кроме того, в клетке могут находиться более мелкие, автономно реплицирующиеся единицы, называемые плазмидами.Независимые гены называются так потому, что ихтранскрипция происходит без участия каких бы то нибыло механизмов регуляции транскрипционной активности в отличие от двух других классов генов. Приэтом говорят, что у такого гена конститутивная форма экспрессии, т.
е. экспрессия без регуляции науровне транскрипции. Всякий структурный ген представляет собой непрерывную последовательность кодонов, следующих вплотную друг за другом, а мРНК,реплицированная с такого гена, всегда моноцистронная (под цистроном понимают нуклеотидную последовательность, кодирующую целиком одну белковуюцепь).Спейсерная ДНК располагается между генами и не всегдатранскрибируется.
Иногда участок такой ДНК междусоседними генами (так называемый спейсер)содержит какую-то информацию, относящуюся к регуляции и инициации транскрипции, но он можетпредставлять собой и просто короткие повторяющиеся последовательности избыточной ДНК, роль которой остается неясной.Транскрипционные единицы (транскриптоны)представляют собой группу следующих друг за другом генов, транскрибируемых совместно.
Обычноэто гены белков или нуклеиновых кислот, связанныхмежду собой в функциональном отношении. Например, в Е. coli обнаружены транскрипционныеединицы, в которые входят гены различных рРНК(каждый ген — в единственном числе) и ряд геновразных тРНК. На рис. 27.1 изображена одна из такихединиц: в нее входят два гена тРНК и три гена, соответствующие трем разным рРНК.
Транскрипционные единицы с тремя и даже четырьмя генами тРНКвстречаются довольно часто, при этом в их расположении относительно генов рРНК не наблюдается никакой закономерности. Для этого класса генов молекула мРНК представляет собой транскрипт целойгруппы генов, поэтому такая мРНК называется полицистронной.Опероны — это группы следующих подряд структурныхгенов, находящихся под контролем определенногоучастка ДНК, называемого оператором. Примеромможет служить lac-оперон (гл. 28), состоящий из трехструктурных генов (Z, Y и А) и регуляторного участкаДНК, который в свою очередь состоит из двухпоследовательностей — промотора и оператора. Кроме того, еще один ген, ген-регулятор (I), кодирует белок, так называемый репрессор, с помощью которогопроисходит регуляция транскрипционной активностиlac-оперона. Известно несколько метаболитов, необходимых для жизнедеятельности клетки, биосинтезили метаболизм которых контролируется фермента-ми, кодируемыми генами, которые организованы воперон (гл.
28). В опероне обычно не бывает спейсеров.Плазмиды представляют собой небольшие кольцевыемолекулы ДНК разной длины. Крупные плазмидымогут содержать до 100 генов. Такие плазмиды часто(хотя и не всегда) несут генетическую информацию,которая позволяет им переходить из одной клетки вдругую во время процесса, называемого конъюгацией.В мелких плазмидах число генов может составлятьвсего около 10, и они неспособны переходить из клетки в клетку при конъюгации. Число генов в плазмиденепостоянно. Обмен генетической информацией с геномом клетки или с другими плазмидами происходитпутем переноса определенных участков плазмиднойДНК, способных к перемещению (транспозиции), содной молекулы ДНК на другую и называемых поэтому транспозонами.Транспозоны - участки ДНК, способные к перемещению содной молекулы на другую, - часто содержат генырезистентности (нечувствительности) к антибиотикам.
Гены, которые оказались в транспозоне,могут переходить от плазмид к хромосомной ДНК иобратно. Таким образом, вследствие переноса плазмид при конъюгации гены резистентности могут быстро распространяться в популяции бактерий.ВИРУСЫ,ПОРАЖАЮЩИЕПРОКАРИОТ,используют в качестве генетического материала какДНК, так и РНК. РНК в данном случае всегда бываетодно-цепочечной (гл. 5). ДНК может быть идвухцепочечной (как в бактериофагах Т2, Т4, Т5 и Т6),и одноцепочеч-ной (как в бактериофаге фХ 174).
Одноиз существенных различий в организации ДНК междунекоторыми вирусами прокариот, с одной стороны, ипрокариоти-ческими клетками — с другой, состоит втом, что у этих вирусов в отличие от клеток естьперекрывающиеся гены.Перекрывание генов наблюдается в том случае, когда одна ита же нуклеотидная последовательность кодирует дваили три разных белка. Такие гены были впервыеобнаружены в колифаге (т. е. бактериофаге, поражающем Е. coli) фХ174 Сэнгером с сотрудниками в1977 г. Определив нуклеотидную последовательностьфаговой ДНК, они обнаружили, что три гена (обозначаемые буквами К, С и А) занимают одно и то же положение в молекуле ДНК, но соответствующие этимгенам последовательности нуклеотидов прочитываются каждая в своей системе отсчета (со своей рамкойсчитывания). Такое использование ДНК, хотя и даетзначительную экономию генетического материала,сильно ограничивает возможность варьирования последовательности, особенно в области кодонов инициации и терминации различных белков.
Так, для гена Апоследним основанием первого изображенного на рисунке кодона обязательно доложен бытьаденин, с которого начинается стартовый кодон гена С, кодирую-щий fMet. Аналогичным образом первым основаниемв третьем кодоне гена С также должен быть аденин,поскольку им оканчивается терминирующий кодонгена А.КЛЕТКИ ЭУКАРИОТ используют в качестве генетического материала лишь двухцепочечную ДНК. Структурные гены, функционирование которых тесно связаносо специфическими последовательностями в молекулеДНК, называемыми регуляторными участками, подразделяются на независимые гены, повторяющиеся геныи кластеры генов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
