Лекция 4.
Эукариоты и прокариоты имеют геномы разной сложности и организации. У прокариот геном замкнутый, циркулярный и организован в виде одной хромосомы. У эукариот геном линейный и упакован в хромосомы, количество которых варьирует. Длина ДНК человека составляет около 2 м, а упакована она в ядро размером 5-10 мкм. Почему имеется разная упаковка ДНК у про- и эукариот – непонятно.
Хроматин – комплекс ДНК и белков.
Хроматин назван так из-за способности интенсивно окрашиваться. Если разрушить ядро и удалить белки, то можно визуализировать нити ДНК толщиной 4 нм.
В хроматине обычно белков в два раза больше, чем ДНК. Основную часть белков хроматина составляют гистоны. Гистоны – мелкие белки, содержащие большое количество основных АК аргинина и лизина, которые усиливают связывание белков с кислой ДНК. Существует 5 классов гистонов, которые очень схожи у разных видов эукариот. Масса гистонов примерно такая же, как масса ДНК, они относятся к т.н. «обильным» белкам.
Хроматин содержит также негистоновые белки, общая масса которых примерно равна массе гистонов. Негистоновых белков около 1000 разновидностей, и они принимают участие в самых разнообразных процессах, в том числе, связанных с репликацией ДНК и экспрессией генов.
Основная структурная единица хроматина – нуклеосома.
Изучение деградации ДНК нуклеазой микрококка показало, что она нарезается на фрагменты длиной около 200 пар оснований. Внутри этих фрагментов ДНК устойчива к действию нуклеазы. ЭМ также показала, что ДНК имеет вид бус, с размером единиц около 200 пар оснований. Эти единицы и были названы нуклеосомами.
Следующий этап исследований выявил наличие кора в нуклеосомах, который и соответствовал «бусинке» в ЭМ.
Анализ этих частиц показал, что они образованы плотно упакованными парами гистонов Н2А, Н2В, Н3 и Н4, вокруг которых обернут фрагмент ДНК длиной 146 пар оснований, который делает 1,75 оборота. Молекула гистона Н1 скрепляет ДНК на входе и выходе. Таким образом формируется хроматосома, которая состоит из 166 пар оснований, скрепленных линкерным гистоном Н1. Коровые гистоны высококонсервативны у всех эукариот. Линкерный гистон может отсутствовать (дрожжи), что говорит о том, что он не является обязательным для формирования хроматосомы.
Упакованная в хроматосомы ДНК образует нить толщиной около 10 нм. Эта упаковка приводит к уменьшению длины ДНК примерно в 6 раз. Нить толщиной 10 нм сворачивается в спираль толщиной 30 нм. В этой упаковке важную роль играет гистон Н1. У дрожжей его нет, и хроматин у них упакован в более длинную структуру.
Степень конденсации хроматина зависит от стадии жизненного цикла клетки. В интерфазе хроматин находится в деконденсированном состоянии и в основном представлен нитями 30 нм - эухроматин. Около 10% эухроматина обычно находится в состоянии 10-нм нитей – активная транскрипция.
В интерфазе около 10% хроматина высококонденсировано – гетерохроматин.
Две разновидности гетерохроматина – конститутивный, или структурный - никогда не транскрибируется (центромеры); и факультативный – не транскрибируется в момент исследования.
Участки транскрипции – наименее спирализованные.
В митозе хроматин находится в конденсированном состоянии, транскрипция останавливается. 30-нм нити сворачиваются и формируют хромосомы. В ЭМ в хромосомах видны петли. Полагают, что нити уложены вокруг белкового каркаса. Механизм этой конденсации и структура митотических хромосом полностью не поняты до сих пор.
Идентификация ДНК, как генетического материала. Структура ДНК.
Представления о строении ДНК, сформулированные в 1953 г. Уотсоном и Криком, являются основой современной молекулярной биологии. В те времена было известно, что
ДНК – полимер двух пуриновых (аденин и гуанин) и двух пиримидиновых оснований (цитозин и тимин). Понимание пространственной структуры ДНК стало возможным
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.