Айала, Кайгер - Современная генетика - т.1 (947304), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Различные формы организации двухцепочечной ДНК Пионерская работа Уилкинса и Франклин показала, что молекулы ДНК могут давать различную дифракционную картину в рентгеновских лучах в зависимости от содержания воды и солей. Модель, предложенная Уотсоном и Криком, соответствовала значениям параметров структуры, полученным на основе рентгенограммы так называемой В-формы ДНК, изображенной на рис. 4.9, Модель В-формы ДНК, представленная на рис. 4.12, характеризуется плоскопараллельным расположением пар нуклеотидных оснований внутри двойной спирали. Плоскости оснований почти перпендикулярны оси спирали и о~стоят друг от друга на 3,4 А.
Этой повторяющейся единице соответствуют яркие меридианальные дуги в верхней и нижней частях рентгенограммы, изображенной на рис. 4.9. Диаметр спирали почти в точности равен 20 А, а соседние пары нуклеотидных оснований повернуты друг относительно друга на 3б'. В результате на один виток спирали приходится десять пар оснований. На рисунке изображена спираль с правым направлением врашения.
Рентгенограмма ДНК, однако, не дает информации. достаточной для того, чтобы судить, является спираль правой или левой. При построении своей модели Уотсон и Крик выбрали направление вращения произвольно. Все возможное разнообразие структур двухцепочечных молекул ДНК стало ясным относительно недавно в результате экспериментов по кристаллизации гомогеннгях двухцепочечных олигомеров ДНК, получаемых посредством химического синтеза.
Дифракционные рентгеновские картины, полученные на таких кристаллах ДНК, более четки, чем получаемые на природной ДНК, и позволяют определить с большой точностью положения отдельных атомов. Эти исследования обнаружили, что как право-, так и левозакрученная двухцепочечная спираль ДНК может существовать в нескольких модификациях, характеризуемых различными значениями параметров (табл. 4.2), Тип спирали определяется свойствами растворителя и последовательностью нуклеотидов. Самокомплементарный тетрамер ДНК типа СОСО (5'-конец всегда пишется слева) образует при кристаллизации левозакрученную двухцепочечную структуру, получившую название е.-ДНК из-за зигзагообразного характера фосфодиэфирного каркаса. Напротив, самокомплемен- Таблица 4.2.
Структурные формы ДНК Форма А В С 8 Левая 12 Спираль Число пар оснований в одном витке спирали Угол между соседними парами оснований Расстояние между соседними па- рами оснований Угол наклона оснований к оси спирали Диаметр спирали (приблизительно] Правая 10,7 Правая 10,0 Правая 9,3 — 30' Ф 36,0 + 38,6 -~ 33,6 2,3 А 3,4 А 3,0 А 3,8 А -1- 19' 23 А 20 А 18 А 19 А 8 — 121 Рнс.
4.16. Пространственные модели левозакрученной Х-формы ДНК и пра- возакрученной В-формы. (РгоГ. 41ехаийег Л1с1п МаазасГзпзегга 1пзтйпге оГ Тесйпо1ойуО тарный додекамер СОСОААТТСОСО кристаллизуется в форме право- закрученной двухцепочсчной спирали В-формы, хотя этот додекамер содержит на обоих своих концах последовательность СССС, которая сама по себе кристаллизуется в У,-форме.
Эти две формы ДНК изображены для сравнения рядом на рис. 4.16. Исследования структуры полимера ГСО)„в растворе показали, что эта молекула может существовать в одной из двух альтернативных форм, а именно в правой В-форме или левой е.-форме. Эти две формы переходят друг в друга прн изменении ионной силы раствора или катионов, нейтрализующих отрицательный заряд на фосфодизфирном каркасе. Природные молекулы ДНК в основном существуют в правой В-форме, если онн не содержат последовательностей типа (ОС)ж Однако если такие последовательности входят в состав ДНК, то эти участки цри соответствующих условиях могут переходить в Х-форму.
Возможность такого перехода указывает на то, что две цеци в двойной спирали ДНК находятся в динамическом состоянии и могут раскручиваться друг относительно друга, переходя нз правой формы в левую и наоборот. Ясно, что молекулы ДНК для этого должны быть довольно лабильны и допускать конформационнью превращения, Биологические следствия такой лабильности структуры ДНК пока не вполне понятны. Специфичные к е.-ДНК антитела реагируют с определенными участкамн гигантских хромосом клеток слюнных желез дрозофилы, что свидетельствует о том, что ДНК в хромосомах существует в обеих формах Грие.
4.17). 4. Природа генетического материало Рнс. 4.!7. Полнтенные хромосомы лрозо- филы, обработанные флуоресцентными ацтн- телами. связывакццимнся с Е-ДНК. А. Попе- речная исчерченаость политеииых хромосом на фото~ рафии, сделанной в фазово-коц- трастном микроскопе. Б. чьзуоресцензная микрофотография того же препарата, иа ко- торой светлые полосы указывают локаляза- цнГо У.-ДНК. (Ргог. А1ехалдег КЫ1Ь Маззасйцзе1Н 1пкй1ц1е оГ Теснпо!оду.) ОргаиизагГия и передачи генетического материала Организация ДНК в хромосомах Молекулы ДНК в зукариотических хромосомах очень велики.
Длина молекул ДНК, выделенных из клеток дрозофилы, достигает 1,2 см, и принято считать, что каждая зукариотическая хромосома содержит одну-единственную непрерывную молекулу ДНК. Упаковка таких огромных молекул в ядрах клеток является основной функцией гистонов, белков, характерных именно для зукариотических клеток Основная структурная единица эукариотической клетки — зто нуклеасама !рис, 4.18).
Нуклеосома содержит по две молекулы каждого из четырех гистонов, Н2А, Н2В, НЗ и Н4, соединенных в форме октамера. Каждый октамер связан с последовательностью из примерно 200 нуклеотидных пар длиной около 700 А. Точное взаимное расположение Рис. 4.!8. Электронная микрофотография эукариотического хроматииа, на которой видны нуклеосомы.
соелиненные тяжаыи со свободной ДНК. ГГЗг. гасГг ГЗ. 6г!Гйгй ГЗн!кеса!!у оГ Гиоггл Саго!!ла а! Сваре! Нй!.) 4. Природа генетического материала !!7 Рис. 4.19. Схематическое изображение участка соленоида; девочка нузсзеосом !сферы), каждая вз которой обмотана ДНК, образует винтовую линию. 4НОО Х гистона н ДНК в нуклеосоме неизвестно, ио считается, что ДНК какимто образом наматывается на октамеры гистона. Нуклеосома имеет диаметр около 100 А, и таким образом ДНК в нуклеосоме должна быть сложена примерно всемеро.
Другой гистон, Н1, обеспечивает связь между нуклеосомами, последовательность которых образует подобие винта !рис. 4.19). Диаметр этого винта )называемого соленоидом) составляет по одним оценкам около 300 А, по другим — около 500 А. Это различие, вероятно, обусловлено тем, что для приготовления электронно-микроскопических препаратов использовали разные методы. Если принять диаметр соленоида равным 300 А, то упаковка последовательности нуклеосом в форме соленоида дает дополнительное уменьшение линейных размеров структуры в целом еше в 6 раз.
В интерфазных хромосомах сам соленоид закручен винтом, образуя при этом полую трубку диаметром около 2000А, что дает очередное сокращение линейных размеров содержащей ДНК структуры еще примерно в 18 раз )рис. 4.20). Переход от интерфазной хромосомы к метафазной хроматиде, вероятно, связан с еше одним аналогичным закручиванием теперь уже трубки диаметром в 2000 А в винтовую структуру диаметром около 6000 А (рис.
4.20). Эта общая схема организации ДНК в ядрах клеток игнорирует различия в степени спирализации, которые почти наверняка существуют между теми участками хромосом, которые участвуют в синтезе РНК и репликации ДНК, н теми, которые в этих процессах не участвуют. Кроме того, гетерохроматиновые участки хромосом более компактны, чем эухроматиновые. В любом случае ДНК в ядрах эукариотических клеток образует иерархическую систему спиралей, основной единицей которой является нуклеосома. Хромосомы прокариотическнх клеток представляют собой кольцевые молекулы ДНК! у Е. сой длина кольца составляет 10' А, т.е. около 1 мм.
Эта огромной длины кольпевая нить помещается в клетке гОА 3100 А 1300 А ~2000 А ) 6000 А Иетафязя 2000 л Вид сбоку Вид сверху Вид сбоку Рис. 4.20. Пространственные модели интер- фазцой и метафазной зукариотической хро- мосомы. А. Схематическое изображение вин- товых структур, начиная от двойной спирали Уотсона в Крика диаметром 20 А; далее ну- клеосома -100 А, соленоил - 300 А, труб- ка -2000 А и, наконец, мстафазная хромати- да-6000 А. Б. Пространственная модель двух последних уровней организации мета- фазной хроматиды, сделанная из проволоки. Тончайшие белые поперечные линии иа про- волоке (указацы белой стрелкой) предста- вляют двойную спираль Уотсона — Крика диаметром 20 А, белая черта указывает диа- метр соленоида (300 А), черная диаметр трубки (2000 А). В.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
