Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Каждая молекула ДНК, образующая хромосому, должна содержать центромеру, две теломеры и точки начала




9-5

9-4

9-3

9.1.1. Каждая хромосома образуется из одной длинной молекулы ДНК [2]

В каждой отдельной хромосоме человека содержится от 50 х 106 до 250 х 106 нуклеотидных пар. В нескрученном состоянии молекулы ДНК


 

Албертс Б., Брей Д., Льюис Дж., Рэфф М., Робертс К. Уотсон Дж. Д. Молекулярная биология клетки: В 3-х т. 2-е изд. перераб. и доп. Т. 2.: Пер. с англ. – М.: Мир, 1993. – 539 с.

 

такого размера имели бы длину от 1,7 до 8,5 см, но при удалении хромосомных белков даже самое слабое механическое воздействие приводит к их разрыву. Целые молекулы ДНК можно выделить из некоторых низших эукариотических организмов, таких как дрожжи Saccharomyces cerevisiae, хромосомы которых значительно короче. С помощью метода пульс-гельэлектрофореза удалось показать, что каждая хромосома дрожжей состоит из единственной линейной молекулы ДНК. Эти данные согласуются с результатами весьма сложных измерений, основанных на степени спирализации. Соответствующие эксперименты проводили на хромосомах дрозофилы, молекулы ДНК которой имеют примерно ту же длину, что и хромосомы человека. Полученные разными способами данные позволяют сделать вывод, что все хромосомы содержат только одну молекулу ДНК.

 

репликации [3]

Для того, чтобы молекула ДНК могла сформировать активную хромосому, она должна обладать способностью реплицироваться, разделяться при митозе и сохраняться в ряду клеточных поколений. Применение метода рекомбинантных ДНК к клеткам дрожжей позволило выделить и определить те элементы, которые «превращают» последовательность нуклеотидов в хромосому. Два из трех этих элементов были идентифицированы при изучении небольших кольцевых молекул ДНК, самостоятельно реплицирующихся в клетках дрожжей Saccharomycos

cerevisiae. Оказалось, что для репликации такой молекулы необходима специальная последовательность, которая выполняет роль участка

инициации репликации ДНК (называемого также точкой начала репликации). В каждой хромосоме дрожжей таких участков несколько. Второй элемент, необходимый для функционирования последовательности ДНК как хромосомы, называется центромерой. Центромера соединяет содержащую ее молекулу ДНК с митотическим веретеном во время М-фазы (см. разд. 13.5.3). В каждой хромосоме дрожжей имеется только одна центромера. Если участок, выполняющий роль центромеры, встроить в плазмиду, то при делении каждая дочерняя клетка дрожжей обязательно получит одну из двух копий вновь реплицировавшейся молекулы плазмидной ДНК.

 

Третий необходимый элемент хромосомы - это теломера, она должна присутствовать на каждом конце линейной хромосомы. Если кольцевая плазмида, содержащая участок инициации репликации и центромеру, разрывается по какому-либо сайту, она продолжит свою репликацию и останется прикрепленной к митотическому веретену, однако в последующих поколениях клеток все-таки будет утеряна. Это происходит вследствие того, что репликация на отстающей цепи требует того, чтобы перед копируемым участком имелась последовательность ДНК, которая могла бы служить матрицей для РНК-затравки (см. рис. 5-43). Так как для последних нескольких нуклеотидов линейной молекулы ДНК этих последовательностей нет, ее цепи с каждым новым циклом репликации становятся все короче. У бактерий и вирусов хромосома имеет кольцевую форму, и поэтому подобные затруднения при окончании репликации не возникают. Эукариотические клетки, хромосомы которых линейны, обзавелись специальной теломерной последовательностью ДНК. Это простая повторяющаяся последовательность нуклеотидов, которая периодически наращивается специальным ферментом (см. разд. 9.3.5).

 

 


 

Албертс Б., Брей Д., Льюис Дж., Рэфф М., Робертс К. Уотсон Дж. Д. Молекулярная биология клетки: В 3-х т. 2-е изд. перераб. и доп. Т. 2.: Пер. с англ. – М.: Мир, 1993. – 539 с.

 

 

Рис. 9-4. Функционирование трех элементов последовательности ДНК, необходимых для образования стабильных линейных эукарио-

тических хромосом. Теломерные последовательности предотвращают укорачивание хромосом, которое без них происходило бы при каждом цикле репликации ДНК. Центромеры служат для выстраивания молекул ДНК на митотическом веретене в ходе М-фазы. Точки начала репликации (сайты инициации репликации) нужны для формирования решшкационных вилок в S-фазе.

 

Таким образом, потерянная теломерная ДНК восстанавливается, что дает возможность линейной хромосоме реплицироваться полностью.

 

На рис. 9-4 представлены схемы действия трех элементов последовательности ДНК, которые обеспечивают стабильность линейной хромосомы в клетке дрожжей. По-видимому, такие же элементы необходимы и для поддержания стабильности хромосом в клетках человека.

 

Однако до сих пор участки инициации репликации ДНК и последовательности центромер человека охарактеризованы далеко не полностью, а соответствующие дрожжевые последовательности в клетках высших эука-риот, как оказалось, не функционируют.

 

С другой стороны, рекомбинантные конструкции, состоящие из ДНК человека и дрожжей, способны реплицироваться в клетках дрожжей как

Рис. 9-5. Искусственный хромосомный вектор дрожжей (yeast artificial chromosome, YAC-вектор), позволяющий клонировать очень большие молекулы ДНК. Теломера, центромера и точка начала репликации дрожжей Saccharomyces cerevisiae обозначены соответственно TEL, CEN и ARS (ARS от англ, autonomously replicating sequence - автономно реплициругошиеся последовательности. Точка начала репликации лает возможность плазмиде реплицироваться вне хромосом клеток хозяина). BamHl и EcoRl-рестрикционные эндонуклеазы, которые разрезают двойную спираль ДНК в строго определенных сайтах. Последовательности, обозначенные «А» и «В», кодируют ферменты, которые служат селективными маркерами для отбора трансформированных дрожжевых клеток, несущих искусственную хромосому. (С изменениями из D. Т. Burke, G. Е. Carle and M. V. Olson, Science 236: 806-812, 1987.)

 

 


 

Албертс Б., Брей Д., Льюис Дж., Рэфф М., Робертс К. Уотсон Дж. Д. Молекулярная биология клетки: В 3-х т. 2-е изд. перераб. и доп. Т. 2.: Пер. с англ. – М.: Мир, 1993. – 539 с.

 

искусственные хромосомы. Таким образом, клетки дрожжей можно использовать для получения геномных библиотек человека (см. разд, 5.6.3), в которых каждый клон ДНК, размноженный в виде искусственной хромосомы, содержит до миллиона нуклеотидных пар последовательности ДНК человека (рис. 9-5).

 

9.1.3. Большая часть ДНК хромосомы не кодирует жизненно важных белков или РНК [4]

Геномы высших организмов содержат, по-видимому, большой избыток ДНК. О том, что относительное содержание ДНК в гаплоидных геномах различных организмов напрямую не связано со сложностью организма, стало ясно уже давно: например, клетки человека содержат в 700

раз больше ДНК, чем Е.соїі, в то же время в клетках некоторых земноводных и растений ДНК в 30 раз больше, чем в клетках человека (рис. 9-6).

 

Более того, содержание ДНК в геномах различных видов земноводных может различаться в 100 раз.

 

Биологи, изучающие генетику популяций, попытались оценить количество ДНК высших организмов, кодирующей белки клетки или принимающей участие в регуляции генов, ответственных за синтез таких белков. Их подход заключался в следующем: каждый ген всегда с небольшой долей вероятности подвержен мутации-случайному изменению нуклеотидов в ДНК. Чем больше число генов, тем выше вероятность того, что по крайней мере в одном из них произойдет мутация. Так как большинство мутаций приводит к повреждению активности гена, в котором они происходят, скорость мутирования накладывает ограничения на число жизненно важных генов. Принимая во внимание этот довод и исходя из наблюдаемой скорости мутирования, можно заключить, что в регуляции или кодировании жизненно важных белков принимает участие не более нескольких процентов генома млекопитающих. Ниже в поддержку такого вывода будут приведены и другие доказательства.

 

На основании приведенных рассуждений можно сделать весьма важный вывод. Хотя геном млекопитающих в принципе имеет достаточную величину (3 х 109 нуклеотидов), чтобы кодировать почти 3 млн. белков средних размеров, ограничения, накладываемые точностью воспроизведения ДНК, означают, что ни один организм не может иметь более 60000 жизненно важных белков (при этом не учитывается вклад

Рис. 9-6. Количество ДНК в гапло-идном геноме самых маленьких прокариотических клеток и самых больших клеток некоторых растений и амфибий может различаться в 100000 раз. Обратите внимание, что размер генома у человека (3 х 109 нуклеотидных пар) намного меньше, чем у некоторых других организмов.

 

 


 

Албертс Б., Брей Д., Льюис Дж., Рэфф М., Робертс К. Уотсон Дж. Д. Молекулярная биология клетки: В 3-х т. 2-е изд. перераб. и доп. Т. 2.: Пер. с англ. – М.: Мир, 1993. – 539 с.

 

альтернативного сплайсинга РНК). Таким образом с генетической точки зрения человек, вероятно, лишь в 10 раз сложнее, чем плодовая мушка дрозофила, имеющая около 5000 генов.

 

Для чего бы ни служила избыточная ДНК в клетках высших эукариот (см. гл. 10), данные, приведенные на рис. 9-6, доказывают, что клетки высших эукариот, содержащие большое количество дополнительной ДНК, не страдают от этого. И действительно, даже важные кодирующие последовательности у них часто прерываются длинными участками некодирующей ДНК.

 




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2015-08-31; Просмотров: 1546; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.021 сек.