Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 62
Текст из файла (страница 62)
4. (2), Цитогенетпкн ис пользукзт зти изменения для обнаружения в хромосомах нарушений, которые связывают с наследственными дефектами, равно как и для соотнесения раковых образований с определенными перестройками хромосом в соматических клетках (подробнее об атом в главе 20). 9 3 4 М й 19 >6 17 18 50 МИЛЛИОНОВ пар нукпвотидов ~! мкм ~ 11;, Рис 4.11. Картины полосчатости хромосом человека. Хромосомы с 1-й по 22-ю пронумерованы в приблизительном порядке их размера.
Типичная соматическая клетка человека (не из зародышевой линии) содержит по две копии каждой из этих хромосом плюс две половые хромосомы: две Х-хромосомы у женских особей и Х- с У-хромосомой у представителей мужского племени. Хромосомы, идущие на составление таких карт, были окрашены на раннем этапе митоза, когда они не полностью уплотнены. Красная горизонгпальная линия предсгавляет положение центромеры (см. Рис 4 21), которая имеет вид перетяжки на митотических хромосомах. Красные вздутия на хромосомах 13, 14, 15, 21 и 22 показывают позиции генов, которые кодируют молекулы большой рибосомной РНК (обсудим в главе б). Такие картины получают путем окрашивания хромосом красителем Гимза, и их можно наблюдать в световой микроскоп.
(Желающих ознакомиться с микрофотоснимками отсылаем к рис. 21.18; переработано из Ц. Егапке, Сутадепет. Сед. белес. 31: 24 — 32, 1981. С любезного разрешения издательства Кагйег.) Хромосомы несут в себе гены — функциональные единицы наследственности. Под геном обычно понимают сегмент ДНК, который содержит инструкции для вы работки некоторого определенного белка (или группы б>лизкородственных белков). Хотя зто определение относится к большинству генов, несколько процентов генов производит в качестве своего конечного продукта вк>лекулу РПК вместо белка. По добно белкам, такие молекулы РНК вьпюлняют разнообразный набор структурных и каталитических функций в клетке, и мы еще обсудим их во всех подробностях в последующих главах. Рис. 4.12.
Аномальная хромосома человека. а) Две пары хромосом. окрашенных красителем Гимза (см. рис. 4.11), от пациента с атаксией — болезнью, характеризующейся прогрессирующим нарушением координации движения. Этот пациент имеет нормальную пару хромосом 4 (лара слева), но одну нормальную хромосому 12 и одну аберрантную хромосому 12, очем е) б) свидетельствует ее увеличенная длина (паре справа). Дополнительный материал, содержащийся на аномальной хромосоме 12 (красная скобка),. как было узнано по ее картине полос, представляет собой копию отрезка хромосомы 4, который оказался прикрепленным к хромосоме 12 в результате события неправильной рекомбинации, называемого хромосомной транслокацией. 6) Рисунок тех же двух пар хромосом, «раскрашенных» красным для ДНК хромосомы 4 и синим для ДНК хромосомы 12.
Два этих метода приводят к одному и тому же заключению о природе аномальной хромосомы 12, но рас кра щи ва ние хромосом обеспечивает лучшее разрешение и позволяет тем самым точно опознавать даже короткие части хромосом, претерпевших транслокацию. Однако о краш иванне по Гимза проще в выполнении. (Переработка из Е.
5спгоск ес а(., 5сгепсе 273: 494-497, 1996. С любезного дозволения издательства ААА5.) 0,6 т«ДНК генома дрохсквй 10 000 пвр нукпвотидов 6' ,К гены Рис. 4.13. Расположение генов в геноме 5. сегекЖае. 5 сегеияае — почкующиеся дрожжи, широко применяемые в пивоварении и хлебопечении Геном клетки этих дрожжей распределен по 16-ти хромосомам. Чтобы показать высокую плотность генов, характерную для этого вида, была произвольно отобрана небольшая область одной из хромосом.
Как показывает сееп по-«росный фон, одни гены транскрибируются с нижней нити, тогда как другие транскрибируются с верхней нити. Всего в полном ге номе 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 которой насчитывает 4,6 миллионов пар нуклеотидов в длину ) Как и следовало ожидать, существует некоторая зависимость между сложно стью организма и числом генов в его геном«« (см. табл.
1.1, стр. 27). ! 1апример, некоторые простые бактерии имеют всего лишь 500 генов по сравнению с при близительно 25 000 у людей. Бактерии и некоторые одноклеточные эукариоты, такие как дрожжи, имеют особегшо сжатые (компактные) геномы; полная нуклео тидная последовательность их геномов показывает, что молекулы Д1(К, 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 ДИК, которая, как видно, пе несет никакой особо важной информации.
Иногда ее на зывают «бросовой», или емусорной»,,!!!К, чтобы показать, что ее полезность для клетки так и не была доказана; специфическая нуклеотидная последовательность львиной доли этой 111!К, быть может, совсем не важна. Однако часть этой Д! !К имеет большое значение для надлежащей экспрессии некоторых генов, о чем мы еще упомянем. 1гз(1гз1 з1Цьз 1) 1=1 азу о зз ° зсз зал аззз к«нк лл ззл иЛ ыкь лл й ху яи ° а нл Китайский мунтжак Индийский мун.пкак Рис.
4Д4. Два близкородственных вида оленей с сильно отличающимся числом хромосом. В ходе эво- люции индийского мунтжана изначально отдельные хромосомы слились, не оказав какого-либо заметного воздействия на животное Этн два вида содержат одинаковое число генов. (Взято из М. ЪЧ. 5тггсхьегйег, Вко!ибоя, Зп1 ед.
5идьцгу, МА: запек В Вап!ен Рцьйзьегз, 1000.1 Из за различий в количестве ДНК, рассыпанной между генами, размеры геномов могут варьировать в широком диапазоне значений (см. рис. 1.37). На пример, геном человека в 200 раз больше генома дрожжей э. сегеоЫае, но всего в 30 раз меньше генома некоторых растений и земноводных и в 200 раз меныпе генома амебы одного вида.
Более того, из-за различий в количестве избыточной ДНК геномы подобных организмов (костные рыбы, например) могут отличаться в несколько сгп раз по количеству содержащейся в них ДНК, несмотря на то что они содержат примерно одинаковое число генов. За что бы ни отвечала избыточная ДНК, определенно известно, что она не является такой уж большой помехой для клетки эукариот, чтобы от нее стоило избавиться. Характер разделения генома на хромосомы также отличается у разных видов эукариот. Например, по сравнению с 4б ю у людей, соматические клетки одного из видов мелких оленей содержат всего лишь 6 хромгзсом, тогда как в соматических клетках одного из видов карпов содержится более 100. Даже близкородствепные виды с подобными размерами геномов могут иметь далеко не близкие числа и раз меры хромосом (рис. 4.14). Таким образом, нет никакой простой зависимостгг между числом хромосом, сложностью организмов вида и полным размером генома.
Скорее, геномы и хромосомы современных видов оформились уникальной истори ей, по видимому, случайных генетических событий, воздействовавших на пих под давлением естествеггного отбора в течение длительного периода эволкгции. 4.2. Хромосомная ДНХ и ее упаковка в хроееатиновое волокно 315 4.2.3. Последовательность нуклеотидов генома человека показывает, каким образом расположены гены у людей В 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 расположены гены в полной хромосоме позвоночного (рис. 4.15). Сегодня, с опубликованием «черновика» полного генома человека в 2001 г. и «чистовой по следовательности ДНК» в 2004 г., в распоряжении ученых имеется генетическая информация по всем хромосомам человека. Само количество информации, выданной на-гора проектом «Геном человека, ошеломляет (рис.
4.16 и таблица 4.1). В апогее своей работы проект вырабатывал черновые последовательности нуклеотидов со скоростью 1000 нуклеотидов в секунду 24 часа в сутки. Пройдет еще немало десятилетий, прежде чем вся эта информация будет полностью проанализирована, но она уже послужила стимулом для проведения новых экспериментов, которые оказали большое влияние на содержание всех глав этой книги. Первая удивительная особенность генома человека состоит в том, сколь малая его толика (всего лишь несколько процентов) кодирует белки (рис. 4.17).
Ббльшая часть остальной хромосомной ДНК состоит из коротких подвижных частей ДНК, которые за время эволюции постепенно встроились в хромосому. Мы еще побеседуем подробнее о таких мобильнь<х генетических элементах в п<>следун>щих главах. Вторая примечательная особенность генома человека — большой средний размер гена, равный 27 000 пар нуклеотидов. Как было сказано выше, типичный ген несет в своей линейной последовательности нуклеотидов информацию о линейной последовательности аминокислот белка. Для кодирования белка среднего размера (около 430 аминокислот у человека) необходимо приблизительно 1300 пар нуклеотидов. Ббльшая часть остальной ДНК гена состоит из длинных отрезков некодирующей ДН К, которые прерывают относительно короткие сегменты ДНК, кодирующие белок. Как будет описано подробно в главе 6, кодирующие последовательности называют экзоиами; вклинивающиеся в них (некодирующие) последовательности называют интронами (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
