Э. Рис, М. Стернберг - Введение в молекулярную биологию от клеток к атомам (1160049), страница 21
Текст из файла (страница 21)
4). В других вирусах ДНК может свертываться не совсем так, как в Т4, но во всякомслучае весьма похожим образом.Сверхспиральная (сверхскрученная) ДНК образуетсяпри введении в двойную спираль ДНК дополнительныхвитков (сверхвитков). В результате в молекуле возникает напряжение, которое проявляется, в частности,в том, что ось двойной спирали сама закручиваетсяв спираль (спирализуется), что и показано на рис.26.2 на примере кольцевой замкнутой двухцепочечной ДНК.СтабилизациякомпактныхформДНКнеобходима как в случае сфероидальной намоткиДНК, так и для сверхспиральной ДНК, поскольку врезультате более плотной упаковки отрицательнозаряженные фосфатные группы оказываются внепосредственной близости друг от друга. Взаимноеотталкивание между этими группами компенсируетсяпутем связывания их с положительно заряженнымибелками и с малыми молекулами, представляющимисобой полиамины. Послед 1По последним данным число генов у человека существенноменьше.
— Прим. перев.ние содержатся во всех без исключения прокариотических и эукариотических клетках, но отсутствуют вомногих вирусах. К числу полиаминов, обнаруженныхв эукариотических клетках, относится, например,спермидин, структура которого изображена на рис.26.3. Специфические белки, стабилизирующие молекулу ДНК, есть в клетках любого типа, но лишь в немногих вирусах (например, в вирусе SV40).Упаковка ДПК в клетках прокариот имеет,вероятно, универсальный характер; покажем, как онаосуществляется, например, в бактерии Е. coli.Сверхспиральный участок ДНК в комплексе сгистоноподобными(см.ниже)белками,обладающими сродством к ДНК, и полиаминамиобразует «бусину» диаметром около 12 нм. Внутрибусины ось двойной спирали ДНК перекручена иобразует примерно шесть витков. Бусины соединенымежду собой участками ДНК, в которыхсверхспиральность отсутствует, и объединяются, такимобразом, в структуру, напоминающую ожерелье, четкиили бусы.
Такая организованная в бусы ДНК образуетдалее большие петли, которые стабилизируются иокончательно конденсируются благодаря взаимодействию с соответствующими белками и РНК.Упаковка ДНК в эукариотических клеткахвключает в себя ассоциацию сверхспиральной ДНК сразличными белками (гистонами), в результатекоторойобразуетсякомплекс,называемыйхроматином. 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.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
