Том 1 (1129743), страница 70
Текст из файла (страница 70)
Раскрашивание хромосом обычно выполняют на этапеРис. 4.13. Расположение генов в геноме S. cerevisiae. S cerevisiae — почкующиеся дрожжи, широкоприменяемые в пивоварении и хлебопечении. Геном клетки этих дрожжей распределен по 16-ти хромосомам. Чтобы показать высокую плотность генов, характерную для этого вида, была произвольноотобрана небольшая область одной из хромосом. Как показывает светло-красный фон, одни генытранскрибируются с нижней нити, тогда как другие транскрибируются с верхней нити. Всего в полномгеноме содержится около 6 300 генов, на которые приходится чуть более 12 миллионов пар нуклеотидов.(Стоит напомнить, что на рис.
1.29 представлены плотно упакованные гены бактерии, геном которойнасчитывает 4,6 миллионов пар нуклеотидов в длину.)Глава 4. ДНК, хромосомы и геномы 347Рис. 4.14. Два близкородственных вида оленей с сильно отличающимся числом хромосом. В ходеэволюции индийского мунтжака изначально отдельные хромосомы слиялись, не оказав какого-либозаметного воздействия на животное.
Эти два вида содержат одинаковое число генов. (Взято из M. W. Strickberger, Evolution, 3rd ed. Sudbury, MA: Jones & Bartlett Publishers, 2000.)клеточного цикла, называемом митозом, когда хромосомы уплотнены особенносильно и их легко наблюдать (см.
ниже).Еще один более традиционный способ отличить одну хромосому от другойсостоит в том, чтобы окрасить их красителями, которые производят яркую и устойчивую картину полос на всех митотических хромосомах (рис. 4.11). Структурнаяоснова существования таких картин «полосчатости» еще не изучена до конца. Темне менее картина распределения полос уникальна для хромосом одного типа, иименно такого рода картины полос позволили изначально опознать и пронумероватьвсе хромосомы человека.Изображение всех 46 хромосом человека в стадии митоза называют кариотипомчеловека.
Если части хромосом теряются или перескакивают между хромосомами, тотакие изменения могут быть обнаружены по изменениям картин полосчатости илипо изменениям картины раскраски хромосом (рис. 4.12). Цитогенетики используютэти изменения для обнаружения в хромосомах нарушений, которые связывают снаследственными дефектами, равно как и для соотнесения раковых образованийс определенными перестройками хромосом в соматических клетках (подробнее обэтом — в главе 20).348Часть 2.
Основные генетические механизмыРис. 4.15. Организация генов в хромосоме человека. а) Хромосома 22, одна из наименьших хромосомчеловека, содержит 48·106 пар нуклеотидов и составляет приблизительно 1,5 % полного генома человека.Большая часть левого плеча хромосомы 22 состоит из коротких повторяющихся последовательностейДНК, которые упакованы в особенно компактной форме хроматина (гетерохроматин), который мы рассмотрим далее в этой главе. б) Десятикратное увеличение отрезка хромосомы 22, на коем обозначенооколо 40 генов.
Известные гены отмечены темно-коричневым цветом, а красным — предсказанныегены. в) Увеличенная часть изображения б показывает несколько генов в полную длину. г) Интронноэкзонная организация типичного гена показана при дальнейшем десятикратном увеличении Каждыйэкзон (красный) кодирует какую-то часть белка, тогда как интронная последовательность ДНК (серый)несет сравнительно небольшую нагрузку, о чем будет сказано подробнее в главе 6.Геном человека (3,2·109 пар нуклеотидов) — все количество генетической информации, принадлежащейнашему виду. Почти весь этот геном распределен по 22 аутосомам и 2 половым хромосомам (см.
рис. 4.10и 4.11), пребывающим в пределах ядра. Мельчайшая доля генома человека (16 569 пар нуклеотидовв виде многократных копий в клетке) находится в митохондриях (с которыми мы познакомили читателяв главе 1 и еще познакомим подробнее в главе 14). Термин последовательность генома человека относится к полной нуклеотидной последовательности ДНК, содержащейся в 24-х ядерных хромосомах ив митохондриях. Будучи диплоидным, ядро соматической клетки человека содержит примерно двойное(сравнительно с гаплоидным) количество ДНК, или 6,4·109 пар нуклеотидов, когда не дублирует своихромосомы при подготовке к делению. (Переработка из Human Genome Sequencing Consortium, Nature409: 860–921, 2001.
С любезного разрешения Macmillan Publishers Ltd.)4.2.2. Хромосомы содержат длинные вереницы геновХромосомы несут в себе гены — функциональные единицы наследственности.Под геном обычно понимают сегмент ДНК, который содержит инструкции для выработки некоторого определенного белка (или группы близкородственных белков).Глава 4. ДНК, хромосомы и геномы 349Рис. 4.16.
Масштаб генома человека. Если геном человека нарисовать с интервалом 1 мм между нуклеотидами, как на изображении а, то он простирался бы на 3 200 км (приблизительно2 000 миль) — достаточно большое расстояние, чтобы протянуться от берега до берега через центральную часть Африки, местапоявления наших предков (красная линия на изображении б).При таком масштабе один ген, кодирующий один белок, приходился бы в среднем на каждые 130 м.
Среднего размера генпростирался бы на 30 м, но кодирующие последовательности вэтом гене составляли бы в сумме лишь чуть более метра.Хотя это определение относится к большинствугенов, несколько процентов генов производит вкачестве своего конечного продукта молекулу РНКвместо белка. Подобно белкам, такие молекулыРНК выполняют разнообразный набор структурных и каталитических функций в клетке, и мы еще обсудим их во всех подробностях в последующих главах.Как и следовало ожидать, существует некоторая зависимость между сложностью организма и числом генов в его геноме (см.
табл. 1.1, стр. 18). Например,некоторые простые бактерии имеют всего лишь 500 генов по сравнению с приблизительно 25 000 у людей. Бактерии и некоторые одноклеточные эукариоты, такиекак дрожжи, имеют особенно сжатые (компактные) геномы; полная нуклеотиднаяпоследовательность их геномов показывает, что молекулы ДНК, которые составляют их хромосомы, лишь немногим больше верениц плотно упакованных генов(рис. 4.13). Однако хромосомы многих эукариот (а в том числе и людей) содержат,в дополнение к генам, большой избыток рассеянной по геному ДНК, которая, каквидно, не несет никакой особо важной информации.
Иногда ее называют «бросовой», или «мусорной», ДНК, чтобы показать, что ее полезность для клетки так ине была доказана; специфическая нуклеотидная последовательность львиной долиэтой ДНК, быть может, совсем не важна. Однако часть этой ДНК имеет большоезначение для надлежащей экспрессии некоторых генов, о чем мы еще упомянем.Из-за различий в количестве ДНК, рассыпанной между генами, размерыгеномов могут варьировать в широком диапазоне значений (см. рис.
1.37). Например, геном человека в 200 раз больше генома дрожжей S. cerevisiae, но всегов 30 раз меньше генома некоторых растений и земноводных и в 200 раз меньшегенома амебы одного вида. Более того, из-за различий в количестве избыточнойДНК геномы подобных организмов (костные рыбы, например) могут отличатьсяв несколько сот раз по количеству содержащейся в них ДНК, несмотря на то чтоони содержат примерно одинаковое число генов. За что бы ни отвечала избыточнаяДНК, определенно известно, что она не является такой уж большой помехой дляклетки эукариот, чтобы от нее стоило избавиться.Характер разделения генома на хромосомы также отличается у разных видовэукариот. Например, по сравнению с 46-ю у людей, соматические клетки одного извидов мелких оленей содержат всего лишь 6 хромосом, тогда как в соматическихклетках одного из видов карпов содержится более 100.
Даже близкородственныевиды с подобными размерами геномов могут иметь далеко не близкие числа иразмеры хромосом (рис. 4.14). Таким образом, нет никакой простой зависимости350Часть 2. Основные генетические механизмыРис. 4.17. Схематическое изображение состава нуклеотидной последовательности полностью секвенированного генома человека. LINEs, SINEs, ретровирусноподобные элементы и присущие ДНКтранспозоны – это подвижные генетические элементы, которые приумножились в нашем геноме путемсаморепликации и встраивания новых копий в различных позициях. Такого рода подвижным генетическим элементам мы уделим место в главе 5 (см.
таблицу 5.3, стр. 318). Простые повторы представляютсобой короткие последовательности нуклеотидов (менее 14-ти пар нуклеотидов), которые повторяютсяснова и снова на протяжении достаточно длинных отрезков. Сегментные дупликации — большие блокигенома (1 000–200 000 пар нуклеотидов), которые присутствуют в двух или нескольких местах генома.Блоки ДНК с наиболее высокой плотностью повторов, находящиеся в гетерохроматине, еще не былиполностью секвенированы; поэтому приблизительно 10 % последовательности ДНК человека не представлено на этой схеме.
(Данные любезно сообщены E. Margulies.)между числом хромосом, сложностью организмов вида и полным размером генома.Скорее, геномы и хромосомы современных видов оформились уникальной историей, по-видимому, случайных генетических событий, воздействовавших на них поддавлением естественного отбора в течение длительного периода эволюции.4.2.3. Последовательность нуклеотидов генома человека показывает, каким образом расположены гены у людейВ главе 1 мы в общих фразах порассуждали о том, как хранимая в ДНК информация считывается и используется через РНК-посредники для синтеза белков (см.рис. 1.4). В 1999 г. впервые появилась возможность точно увидеть, как расположеныгены в полной хромосоме позвоночного (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
