Lenindzher Основы биохимии т.3 (1128697), страница 40
Текст из файла (страница 40)
В выделенную плазмиду можно встроить новые гены из других вилов и затем такую модифицированную плазмиду ввести обратно в обычную для нее клеткухозянна. Такая плазмида, несущая чужеродный ген, будет реплнцироваться н транскрибироваться и может заставить клетку-хозяина синтезировать белки, коднруемые искусственно встроенным геном, даже если он не является частью нормального генома клетки. Позже мы увидим, как получают такие рекомбииаиихиме ДНК, как онн транскрибируются и транслируются с образованием потенциально полезных продуктов. Теперь мы совершим большой скачок и перейдем от прокариотнческих клеток к гораздо более сложным — эукариотнческим.
Эукариоты содержат значительно больше ДНК, чем прокариоты. Отдельная клетка мнксомицета, одного иэ самых примитивных эукариот, более чем в 10 раз превосходит по содержанию ДНК клетку Е. сой. В клетках плодовой мушки .0тогорййа, используемой в классических генетических исследованиях, количество ДНК более чем в 25 раз превышает ее количество в клетках Е. сей А клетки человека н многих других млекопитающих содержат приблизительно в 600 раз больше ДНК, чем Е. сой. Общая физическая длина асей ДНК в одной-единственной клетке человека составляет -2 м (для сравнения длина ДНК Е. сой равна 1,4 мм). Поскольку в организме взрослого человека находится 1О'з клеток, общая длина всей ДНК человека составляет 2 1О" м, или 2.
10'о км. Сравните эту величину с окружностью земного шара (4 1Ое км) или расстоянием от Земли до Солнца (1,44 1Ое км)1 При наблюдении в микроскоп за ядром делящихся эукариотичесхих клеток было обнаружено, что их генетический материал распределен по хромосомам, число которых зависит от вцца организма (табл. 27-5). В клетке человека„например, содержится 4б хромосом. В настоящее время установлено, что каждая хромосома эукариотнческой клетки типа показанной на рнс.
27-21 содержит одну очень большую молекулу двухцепочечной ДНК, длина которой может в 4-100 раз превышать длину ДНК Е. сой. Например, физическая длина молекулы ДНК одной из наиболее мелких хромосом человека составляет 30 мм, что почти в ! 5 раз больше длины молекулы ДНК Е. сой. Молекулы ДНК в сорока шести хромосомах человека не одинаковы по размеру: они могут различаться между собой более чем в 25 раз. Эукарнотнческие ДНК имеют не кольцевую структуру, а линейную. Каждая эука- 873 ГЛ. 27. ДНК: СТРУКТУРА ХРОМОСОМ Н ГЕНОВ Пракарвашы Бактерии 1 Зу«приамы Лиса Кошка Мышь Крыса Кролик Человек Курица 34 38 40 42 44 46 78 Дрозофилв 8 Красный клевер 14 Огородный горох 14 Медоносная пчела 16 Кукуруза 20 Лягушка 26 Гидра 30 Таблица 27-5.
Нормальное число хромосом у разных видов риотическая хромосома несет уникальный набор генов. Совокупность всех генов клетки составляет ее геном. Размер типичной клетки человека, например клетки печени, составляет в поперечнике 25 мам. Ее ядро, размером 5 мкм в диаметре, содержит 46 хромосом, суммарная длина ДНК которых равна 2 м. Как мы увидим дальше, упаковка ДНК в эукариотических хромосомах существенно отличается от ее упаковки в прокариотических хромосомах. 27Л7. Эукириотнческие хромосомы состоит нз хроматнновых волокон Мы уже использовали термин «хромосома» по отношению к молекуле нуклеиновой кислоты, которая представляет собой хранилище генетической информации вируса, прокариота или эукариотической клетки.
Однако первоначально слово «хромосома» (т.е. «окрашенное тело») использовалось в другом смысле, для обозначения густо окрашенных образований в эукариотических ядрах, которые можно было наблюдать в световой микроскоп после обработки клеток красителем. Эукариотические хромосомы, в изначальном смысле этого слова, выглядят как резко очерченные структуры только непосредственно до и во время митоза— процесса деления ядра в соматических клетках (рис. 27-22). В покоящихся, неделяппгхся эукариотических клетках хромо- сомный материал, называемый хра»шшпном, выглядит нечетко и как бы беспорядочно распределен по всему ядру. Однако, когда клетка готовится к делению, хроматин уплотняется и собирается в свойственное данному виду число хорошо различимых хромосом (рис.
27-22). Хроматин был выделен из ядер н проанализирован. Он состоит из очень тонких волокон, которые содержат 60; белка,:, м35;Г ДНК и, вероятно, УУ, РНК (равд. 2.7). Хроматиновые волокна в хромосоме свернуты и образуют множество узелков и петель (рис. 27-21) ДНК в хроматине очень прочно связана с белками, называемыми гастонами, функция которых состоит в упаковке и упорядочении ДНК в структурные единицы — нуклеосомы. В хроматине содержится также ряд негистоновых белков. В отличие от зукариотических бактериальные хромосомы не содержат гисгонов; в их состав входит лишь небольшое количество белков, способствуюших образованшо петель и конденсации (уплотнению) ДНК. 27.!В.
Гистоны — это небольшие основные белки Гистоны найдены в хроматине всех соматических эукариотических клеток, но ни разу не были обнаружены у прокариот. Их мол. масса лежит в пределах от 11000 до 21000. Гистоны очень богаты основными аминокислотами — аргинином и лизином, на долю которых приходится до 25',г, аминокислотных остатков белка. Поскольку боковые (В) группы остатков аргинина и лизина при рН 7 протонированы и потому несут положительный заряд гистоны соединяются с отрицательно заряженной двухпепочечной ДНК с образованием ДНК-гистонового комплекса, который стабилизирован силами электростатического притяжения.
Пять основных классов гистонов, найденных во всех эукариотических клетках, различаются по молекулярной массе и аминокислотному составу (табл. 27-6) Гистон Н1-лизин-богатый белок (29/ лизина), гистоны Н2А и Н2В содержат 674 ЧАСТЫИ МЕХАНИЗМЫ ПЕРЕДАЧИ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ яаеуна» мембрана Таблица 27-6.
Гнстоны Гистон Мол. мас. Лизин, Ар«нов нии, % Н1 21 ООО 29 1,5 Н2А 14500 11 9,5 Н2В 13 700 16 б,5 НЗ 15 300 10 13,5 Н4 11 300 11 14 много и лизина, и аргннина, причем первого больше; гнстоны НЗ и Н4 содержат несколько больше арпиина, чем лизина, н относятся к аргинин-богатым белкам. Амннокнслотиые последовательности Рнс. 27-22, Стадии матова. Обратите внимание, что в интср4ита (т. е, меилу делсннамн) кромв- тин дисперсно распредедси по адру. В холе подготовке клетки к делению хроматин соба- раетсе в хорошо различимые «ромосомм.
За- тем в аннразс парные дочерние хромосомы раздеваю«та. Нв стадии позднев телоааззк не- посредственно перед делением дочерних клеток, хроматин и инх снова сзнновнтск диснерсным. гистонов НЗ н Н4 у всех эукариот почти одинаковы, откуда следует, что оба эти гистона выполняют во всех эукариотических клетках одну н ту же функцию. Сходство амянокислотных последовательностей в случае гистонов Н1, Н1А 875 ГЛ. 22. ДНК: СТРУКТУРА ХРОМОСОМ И ГЕНОВ истоплена серапевнна уры, озону х молекулы Нс 1б нм и Н2В нз разных эукариотяческнх видов выражено не так сильно, Каждый из гистонов может существовать в различных формах, так как кгруппы некоторых из входящих в их состав аминокислот могут быть ферментативным путем модифицированы — метилнрованы, фосфорилнрованы илн ацетилированы.
Такие модификации В-групп гястонов могут изменать их суммарный электрический заряд и другие свойства. Например:, ацетилнрование е-амнногрупп остатков лизина приводит к нейтрализации их положительных зарядов. 27,19. ДНК-гистоновьуе комплексы образуют похожие на бусинки нуклеосомы Хроматяновые волокна напоминают по внешнему виду нитки бус 1рис.
27-2З). Повторяющиеся, похожие на бусинки структуры этих волокон носят название нуклеосох к Нуклеосома представляет собой комплекс, состоящий из двухцепочечной ДНК длиной около двухсот пар оснований и набора молекул гастонов, вокруг которого лважды обвита эта ДНК; нуклеосомы («бусинки») имеют диаметр 10-11 нм. В состав каждой нуклеосомы входит восемь молекул гистонов — по две молнсулы гнстонов Н2А, Рнс.
22-23. Нуклеосомы. А. Злехтроннав мик- рофотографии вытанутых хроматнновмх воло- кон: вилкы похожие на бусигии нуклеосомы. Б. Схематическое юображение выкинутого участ- ка хроматинового волокна. нллнжтрирунвпее струхтуру нуклеосом. В. Схематическое изобра- жение компактной структуры, образованной иуклсосомами и слейсерными участками ДНК. 876 члстыц мнхлниэмы пнридлчи гвнитичнской инеормлции Н2В, Н3 и Н4. Нить ДНК намотана на гистоновое ядро нуклеосомы снаружи. В промежутках между нуклеосомами расположена соединительная (линкерная, спейсерная) ДНК, с хоторой связывается гистон Н1.
Длина соединительных участков ДНК варьирует в пределах от 20 до 120 нуклеотидных пар в зависимости от вида организма и типа клеток. В хроматиновых волокнах человека длина этих участков ояблон50 нуклеотидных пар. Нтклеосохеы — это структурные единицы хроматина, выполняющие главным образом " функцию плотной упаковки ДНК. В дополнение к укорачиванию двухцепочечной ДНК за счет того, что она обвивает гистоны, добавочное укорачивание и плотная упаковка зукариотической ДНК в хроматине достигается в результате упорядоченного расположения нуклеосом в пространстве (рис.
27-23). Хроматин связан также с негистоновыми белками ядра, которые образуют ядерный матрикс. 27.20. Эукарнотичетжие клетки содержат также цнтоплазмазнческую ДНК Кроме ДНК, обнаруживаемой в ядре эукариотических клеток, в цитоплазме также присутствует очень небольшое количество ДНК, отличающейся от ядерной по нуклеотндному составу; эта цитоплазматическая ДНК локализована в митохондриях. Хлоропласты фотосинтезирукппих клеток также содержат ДНК. Обычно в покоящихся соматических клетках ДНК этих органелл составляет менее 0',1;( всей клеточной ДНК, однако в оплодотворенных и делящихся ийпеклетках, где число митохондрий сильно увеличено, количеспю митохондриальной ДНК значительно выше.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
