Медицинская биология: конспект лекций для вузов

Высокоповторяющиеся последовательности с 105—106 повторениями образуют конститутивный гетерохроматин. Они всегда неинформативны . Это в основном короткие последовательности, в них часто обнаруживается только 2 (например, АТ), чаще всего – 7—10 и лишь редко – 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 нетраснкрибируемые спейсеры.

Вопрос 39. Молекулярная структура хромосом. Набор хромосом

1.

Хроматин

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.

В изолированном хроматине участки двойной спирали 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 10х10х5 нм. В одну нуклеосому входят 8 молекул гистонов (центральный тетрамер из двух молекул Н3 и двух Н4 и отдельно по два Н2а и Н2в) и участок ДНК (около 140 пар оснований), который образует примерно 1 1/4 витка спирали и прочно связан с центральным тетрамером. Между нуклеосомами лежат участки спирали из 30—100 пар оснований без суперспиральной структуры; здесь связывается гистон Н1.

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 разрыхлении эухроматина (переход к интерфазе) некоторые из суперспиралей более высокого порядка раскручиваются, 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.

2.

Транскрибционно-активный хроматин

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 rРНК в ядрышке). Двойная спираль в отдельных местах раскручивается. В этих процессах, по-видимому, участвуют определенные негистоновые белки, скапливающиеся в транскрибируемых участках ДНК.

3.

Гаплоидные клетки

Весь фонд генетической информации каждого клеточного ядра – геном – распределен между некоторым постоянным числом хромосом. Это число (n) специфично для данного вида (или подвида). У лошадиной аскариды оно равно 1, у кукурузы – 10, у человека – 23, у водоросли Netrium digitus – около 600. Хромосомы одного набора различаются по величине, картине хромомер, положению перетяжек и содержанию информации.

Гаплоидные клетки содержат одинарный набор хромосом (n), а диплоидные – двойной (2n), так что генетическая информация в последних представлена дважды. В полиплоидных клетках имеется несколько наборов хромосом (4n, 8n, 16n и т. д .). Половые клетки гаплоидны . У высших растений и животных соматические клетки диплоидны и содержат один отцовский и один материнский набор хромосом. Однако в определенных тканях клетки могут быть полипоидными. Последние часто особенно активны в метаболическом отношении; таковы, например, многие клетки печени у млекопитающих. Гаплоидные клетки образуются из диплоидных в результате мейоза, а диплоидные из гаплоидных – в результате оплодотворения.

4.

Полиплоидные клетки

Полиплоидные клетки возникают из диплоидных путем эндомитоза – преждевременно прерванного деления ядра: после полной репликации и разделения хроматид дочерние хромосомы остаются в одном клеточном ядре, вместо того чтобы распределиться между двумя ядрами. Этот процесс может повторяться многократно. Аномалии при образовании половых клеток могут приводить к полиплоидии всего организма. При неполной репликации некоторые части генома, например гетерохроматин, не реплицируются и остаются после эндомитоза диплоидными в отличие от других частей, которые становятся полиплоидными.

Амплификация генов – это многократная сверхрепликация, когда реплицируются только определенные гены, которые становятся полиплоидными (гены для rРНК в ядрышке).