Биология Лекции ИД Равновесие
|
|
|
|
Вопрос 37. Хроматин. Хромосомная ДНК
1. Виды хроматина Во время покоя между актами деления определенные участки хромосом и целые хромосомы остаются компактными. Эти участки хроматина называют гетерохроматином. Он хорошо прокрашивается.
После деления ядра хроматин разрыхляется и в таком виде называется эухроматином. Гетерохроматин в отношении транскрипции неактивен, а в отношении репликации ДНК ведет себя иначе, чем эухроматин.
Факультативный гетерохроматин бывает гетерохроматичным только временами. Он информативен, т. е. содержит гены. Когда он переходит в эухроматическое состояние, эти гены могут становиться доступными для транскрипции. Из двух гомологичных хромосом одна может быть гетерохроматической. Эта факультативная гетерохроматизация тканеспецифична, и в определенных тканях ее не происходит.
Конститутивный гетерохроматин всегда гетерохроматичен. Он состоит из многократно повторяющихся последовательностей оснований, не информативен (не содержит генов) и поэтому всегда неактивен в отношении транскрипции. Его можно видеть и во время деления ядер. Он встречается:
2. Гены, спейсеры Каждая хромосома - это непрерывная двойная спираль ДНК, которая у высших организмов состоит более чем из 108 пар оснований. В хромосомах высших растений и животных каждая двойная спираль ДНК (диаметром 2 нм) имеет длину от одного до нескольких сантиметров. В результате многократного закручивания она упакована в хроматиду длиной несколько микрометров.
Вдоль этой двойной спирали линейно распределены гены, которые составляют вместе до 25 % ДНК.
Ген - это функциональная единица ДНК, содержащая информацию для синтеза полипептида или РНК. Средняя длина гена - около 1000 пар оснований. Последовательность оснований в каждом гене уникальна.
Между генами находятся спейсеры - неинформативные отрезки ДНК различной длины (иногда более 20 000 пар оснований), которые имеют значение для регулирования транскрипции соседнего гена.
Транскрипируемые спейсеры купируются при транскрипции вместе с геном, и их комплементарные копии появляются в пре-и-РНК по обе стороны от копии гена. Даже внутри самого гена имеются (только у эукариот и их вирусов) неинформативные последовательности, так называемые интроны, которые тоже транскрипируются. При процессинге все копии интронов и большинство копий спейсеров вырезаются с помощью ферментов.
Нетранскрипируемые спейсеры встречаются между генами для гистонов, а также между генами для р-РНК.
Избыточные гены представлены большим числом (до 104 и более) идентичных копий. Это гены для:
3. Последовательность нуклеотодов в ДНК Повторяющиеся последовательности - это последовательности нуклеотидов, многократно представленные в ДНК. Умеренноповторяющиеся последовательности - последовательности длиной в среднем 300 пар нуклеотидов с 102-104 повторениями. К ним относятся избыточные гены, а также большинство спейсеров.
Высокоповторяющиеся последовательности с 105-106 повторениями образуют конститутивный гетерохроматин. Они всегда неинформативны. Это в основном короткие последовательности, в них часто обнаруживается чаще всего 7-10, и лишь редко - только 2 (например, АТ) или, наоборот, свыше 300 пар нуклеотидов. Они группируются вместе, одна повторяющаяся последовательность идет непосредственно за другой.
ДНК высокоповторяющегося хроматина называют "сателлитными ДНК" по их поведению при аналитических процедурах фракционирования. Около 75 % всего хроматина не участвует в транскрипции: это высокоповторяющиеся последовательности и нетраснкрипируемые спейсеры.
4. Пространственная организация ДНК В изолированном хроматине участки двойной спирали ДНК обвиваются вокруг молекул гистонов, так что здесь возникает суперспираль первого порядка. Комплексы ДНК с гистоном называют нуклеосомами. Они имеют форму диска или линзы и размеры около 10 x 10 x 5 нм. В одну нуклеосому входят:
В нативном хроматине ДНК еще больше укорочена в результате малоизученной дальнейшей спирализации (суперспирали высших порядков), которая, очевидно, фиксируется благодаря гистону Н1 (и некоторым негистоновым белкам).
При переходе к интерфазе происходит разрыхление эухроматина, так как некоторые из суперспиралей более высокого порядка раскручиваются. Это происходит, вероятно, в результате конформационных изменений гистонов и ослабления взаимодействий между молекулами Н1. Хроматиновые структуры толщиной 10-25 нм (основные хроматиновые нити или спирали) видны и во время интерфазы.
Транскрипционно-активный хроматин - гены, передающие свою информацию путем синтеза РНК, в результате дальнейшей деспирализации еще больше разрыхляется. По некоторым данным, в соответствующих участках спирали ДНК гистон Н1 или отсутствует, или химически изменен, например, фосфорилирован.
Структура нуклеосом также изменяется или полностью разрушается (в генах для р-РНК в ядрышке). Двойная спираль в отдельных местах раскручивается. В этих процессах, по-видимому, участвуют определенные негистоновые белки, скапливающиеся в транскрипируемых участках ДНК.