Lenindzher Основы биохимии т.3 (1128697), страница 39
Текст из файла (страница 39)
молекулы ДНК, например молекулы ДНК из клеток Е. со)8 настолько велики, что нх непросто выделить в интактном виде, поскольку они легко разрушаются при механическом усилии. К разрывам в молекуле и в результате к образованию большого числа более коротких фрагментов может привести простое перемешнвание илн пропускание через пипетку раствора нативной ДНК. Однако при осторожном проявлении процаяур'удается получать в интактной форме ДНК больших ДНК-содержащих Вирусов и с помощью физических методбв ойределять их молекулярные массы. Используя электронный микроскоп, можно непосредственно наблюдать отдельные молекулы ДНК и измерять их длину.
Исследования с помощью электронного микроскопа показали, что пцательно приготовленные препараты ДНК-это не просто смесь полимеров разной длины; в их состав входят молекулы одинаковой длины и одинакового нуклеотидного состава. рассмотрим теперь вопрос о размерах молекул Д НК, а также о других характерисппсах ДНК, выделенных из вирусов, бактерий и эукариотических клеток. В табл. 27-4 представлены веса некоторых ДНК-содержащих вирусных часунуь их приблизительный размер, молекулярная масса их ДНК и число пар оснований, содержыцихся в ее молекулах. Зная молекулярную массу двухцепочечной вируснсй ДНК, можно определить ее физическую длину, так как молекулярная масса каждой нуклеотидной пары равна в среднем приблизительно б50:, а на каждые 0,34 нм дуплекса, как мы уже видели, приходится одна нуклеотидная пара.
Типичным примером мелкого ДНК-содержащего вируса может служить бактериофаг )ь. Внутриклсточная, или репликативная, форма его ДНК представляет собой двойную спираль, в которой 5ц и 3'-концы каждой из цепей ковалентно соединены, образуя кольцо 1не в смысле геометрической окружности, а в смысле линии, не имеющей концов).
Д вухцепочечная ДНК этого вируса имеет мол. массу 32 10в, т.е. состоит приблизительно из 48000 пар оснований; ее физическая длина равна 17,2 мкм (рнс. 27-17). ДНК многих других ДНК- содержащих вирусов также представляют собой кольцевые дуплексы. Некоторые вирусы, например бакяпериофаг Т2, содержат линейную двухцепочечную ДНК, т.е. молекулу с двумя концами, тогда как другие, например бакяпвриофаг фХ174, содержат молекулу ДНК, имеющую форму одноцепочечного кольца. В течение цикла реплнкацни линейные ДНК часто переходят в кольцевую форму, а все одноцепочечные вирусные ДНК становятся двухцепочечными. Такие особые виды ДНК, которые появляются только в ходе репликапии вируса, называются рвллпкаяпивными формами. Другая важная особенность вирусных 869 ГЛ.
27. ДНК: СТРУКТУРА ХРОМОСОМ И ГЕНОВ т;*",1,:-. ': .'.' А ~ 1 0 мкм 1 Б к,г Рнс. 27-77. Электроинме микрофотографии ДНК двух бактериофагов. А. ДНК бактериофага 7. Молекулярная масса этой ДНК равна 32 !Се, а длина ее молекул !7,2 мкм. К Электрсаиая микрофотография бактериофага Т2, окруженного собственной линейной молекулой ДНК. ДНК освободилась иэ вирусной кастидм и распространилась по поверхности в реэультате лиэиса бактериофага в дистиллированной воле.
ДНК состоит в том, что их физическая длина намного превышает параметры вирусных часппЬ в которых они находятся,— это хорошо видно на примере фага Т2 (рис. 27-17, табл 27-4). Ясно, что ДНК вирусов должна быть очень компактно уложена, чтобы поместиться внутри вирусной часпщы. В РНК-содержащих вирусах хромосомой служит РНК. Вирусные РНК обычно сравнительно малы; они содержат небольшое число генов и состоят„как правило, из одной цепи. Подавляющее большинство растительных вирусов содержит РНК.
27.13. Хромосомы прокариотических клеток— ЭТО ЕДИНИЧНЫЕ ОЧЕНЬ ДЛИНИЬГЕ молекулы ДНК В прокариотическнх клетках ДНК гораздо больше, чем в вирусах. К примеру, одна клетка Е сей содержит почти в 200 раз больше ДНК, чем частица бактериофага 2.. Результаты генетических экспериментов, а также прямые микроскопические наблюдения показали, что ДНК Е. сой-это одна очень длинная молекула. Она представляет собой ковалентно замкнутое двухцепочечное кольцо с мол.
массой 26 1Оа. Эта ДНК состоит приблизительно из четырех миллионов пар оснований, а ее физическая длина равна 1400 мкм ( = 1,4 мм), что в 700 раз превышает размеры самой клетки Е. сой (2 мкм). В этом случае мы снова видим, что молекула ДНК плотно упакована, поскольку она целиком должна умесппъся в ядерной зоне (разд. 2.5) клетки Е. со!8 Есть основания считатЬ что ДНК бактериальной клетки прикреплена в одной или нескольких точках к внутренней поверхности клеточной мембраны.
870 ЧАСТЫ т' МЕХАНИЗМЫ ПЕРЕДАЧИ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАНИИ 27Л4. Кольцевые ДНК сверхспирализованы Сверхспирвлькпл кольцевая ДНК Релвхскрсввнпвк кольцеввл ДНК Олноцепочечный рвзрыв 2 мкм Если тщательно и осторожно выделять кольцевые вирусные ДНК, то можно показать, что они являются сперхспиралвпымы, или сверхскрученнымя. Создается впечатление, что двойная спираль прежде, чем концы ее цепей соединились в кольцо, была частично раскручена Это обратное скручиввииечсообщает кольцевой молекуле ДНК вращающий момент, вследствие чего она закручивается сама на себя 1рис. 87-1,8Ь Если такую сверхспиральную ДНК, в которой запасена дополнительная энергия, подвергнуть действию эндонуклеазы, разрывающей одну из цепей, то скрученность, вызванная обратным вращением, снимается и ДНК переходит в свое обычное низкоэнергетическое релаксированное состояние 1рис.
27-18), Сверхспнральная вирусная ДНК более компактна, чем релаксированное кольцо, Анализ ДНК, выделенной со всеми предосторожностями из Е. сой, показзл, что она образует множество петель, поддерукиваемых вместе с помощью белков. Каждая из этих петель в свою очередь сверхспирализопана (рис. 27-19). Образование петель и сверкспирвуъность помо- Рпс. 27-18. Кольцевая свсркспирельввк ДНК, звкрученнск в результате отрицетельньп пово- ротов, т.е. поворотов, противополонных по нв- прввлеиию к звкручивению самой двойной спи- рвли.
Разрыв одной из цепей такой ДНК сни- мает сверхспкрвлнзвцию и приводит к переходу кольцевой ДНК в релвксироввиную форму. Рве. 27пр. Электронике микрофотогрвфи» ин- твктной сверхспирвльной кромосомы, выделен- ной из одной клетки Е. го1с Иитвктность хро- мосомы былв устеновлснв с помоюью сильно увеличенной фотогркфип Чуть влево от центре видны фрвгмснты клеточной мембраны. 871 ГЛ. 27. ДНК: СТРУКТУРА ХРОМОСОМ И ГЕНОВ ~ 0,8 мкм~ 0,25 мкм гают обеспечить упаковку очень больших кольцевых молекул ДНК в малых объемах, не ограниченных мембранами. Линейные ДНК не образуют сверхспираль до тех пор, пока оба конца молекулы не зафиксированы.
Сверхспиральность играет важную роль во многих процессах, происходящих с участием ДНК. Некоторые белки и ферменты не связываются с ДНК, если она находится не в сверхспиральной форме. Ферменты, называемые топоизомеразами, могут регулировать степень сверхспиральностн, увеличивая или уменьшая число сверх- витков. 27П5. Некоторые бактерии содержат ДНК в виде плазмнд Кроме очень большой кольцевой хромосомы, расположенной в ядерной зоне, большинство бактерий содержат одну или несколько небольших кольцевых мо- Рис. 27-20. Электронные микрофотографии плазмид, вьшеленньж из двух видов бактерий.
А. Плазмнда р$С101 из Б. сой. которая придает клеткам устойчивость к тетрациклину. Б. Плаз- миды яз №нмма аологгйгнае-бактерии, вызы- ваюшея гонорею. Большинство молекул нахо- дится в релакшгроваяном состоянии. На праме- ре скрученных сверхспиральнмх плазмид 1одна из них в венгре фотографии) видна, насколько зффектнвной может оказаться компактная упа- ковка «ольпдвой ДНК в рг»Удьтате отрипа- тельиых поворотов. лекул Д НК, которые находятся в свободном состоянии в цитоплазме клетки. Эти зкстрахромосомные элементы называют ллазмидамн 1'рис.
27-20). В большинстве своем плазмнды очень малы и содержат всего лишь несколько генов, т.е. гораздо меньше, чем бактериальная хромосома, в которой генов тысячи. В некоторых клетках, однако, плазмиды могут быть достаточно большими. Плазмиды несут генетическую информацию и реплицируются с образованием дочерних плазмид, которые при делении клетки переходят в дочерние клетки. В течение многих циклов деления клетки плазьпщы гокивут» своей собственной, обособленной от хромосомной ДНК гокнзнью», Однако иногда оии могут встраиваться в хромосомную ДНК и с таким же успехом покидать ее.
Некоторые плазмиды несут гены, которые определяют устойчивость бактерии-хозяина к антибиотикам, например тетрациклину и стрептоаашнну. Бактерии, содержащие такие плазмиды, устойчивы к этим антибиотикам. При лечении бактериальной инфекции антибиотиком эти клетки могут выжить в организме человека, так как антибиотшг убивает только чувствительные к нему клетки. Устойчивые к антибиотику клетки могут затем размножаться и вьгзывать инфекцию, которую нельзя сдержать антибиотиком.
По этой причине антибиотики не следует 372 чАсть 1ъ'. мехАнизмы пеРедАчи ГенетическОЙ инФОРмАции 27Л6. Эукариотические клетки содержат гораздо больше ДНК, чем прокариоты Рис 2Ь21. Эиеятрониея микрофотография хро- 1 мям ~ моеомм 12 ееиоееяе. применять для лечения инфекций без разбора: всегда необходимо быть уверенным в том, что возбудитель данной болезни чувствителен к используемому антибиотику. Плазмиды могут переноситься из устойчивых к антибиотику клеток в чувствительные клетки того же илн другого вида, делая эти клетки устойчивыми. Другая важная особенность плазмнд состоит в том, что их можно очень:легко выделить из бактериальных клеток.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
