Биохимия Р.Марри

C-G

C-G

G-C

A-U

A-U

A-U

U G Стебель

U G

СС

G-C

U-A

U-A

U С

U-A

C-G

5'~-C

Рис. 37.7. Вторичная структура молекулы РНК типа «петли

со стеблем» «<шпилька»), возникающая вследствие внутри­

молекулярного образования ВОДОРОl1НЫХ связей между комплементарными парами нуклеиновых оснований.

льтивируемых клетках человека обнаружен класс ма­ лых ядериых РНК (мяРНК), которые непосредствен­ но не участвуют в синтезе белка, но могут оказывать влияние на процессинг РНК и общую «архитектуру»

клетки. Размеры этих относительно небольших мо­

лекул варьируют, последние содержат от 90 до 300 нуклеотидов (табл. 37.3).

РНК является основным генетическим материа­

лом у некоторых вирусов животных и растений. Не­

которые РНК-содержащие вирусы никогда не прохо­

дят стадию обратной транскрипции РНК в ДНК.

Однако для большинства известных вирусов живот­

ных, таких, как ретровирусы, характерна обратная

транскрипция их РНК.генома, направляемая РНК­ зависимой ДНК-полимеразой (обратной транскрип­ тазой) с образованием двухспиральной ДНК-копии.

Во многих случаях образующийся двухспиральный

ДНК-транскрипт встраивается в геном и в дальней-

Цепи ДНК

Структурная орrанизация РНК

Во всех эукариотических и прокариотических ор­

ганизмах существуют три основных класса молекул

РНК: информационная (матричная или мессенджер) РНК (мРНК), транспортная (тРНК) и рибосомная

(рРНК). Представители этих классов отличаются друг от друга размерами, функциями и стабильно­

стью.

Ииформациоивая (мРНК)- наиболее гетероген­ ный в отношении размеров и стабильности класс.

Все представители этого класса служат переносчика­

ми информации от гена к белок-синтезирующей си­ стеме клетки. Они выполняют роль матриц для син­

тезируемого полипептида, т. е. определяют амино­

кислотную последовательность белка (рис. 37.9). Информационные РНК, особенно эукариотиче­

ские, обладают некоторыми уникальными структур­ ными особенностями. 5'-Конец мРНК «кэпирован» 7-

метилгуанозинтрифосфатом, присоединенным к 5'- гидроксилу соседнего 2'-О-метилрибонуклеозида че­

рез остаток трифосфата (рис. 37.10). Молекулы мРНК часто содержат внутренние остатки 6- метиладенина и 2'-О-метилированные рибонуклеоти­

ды. Хотя смысл «кэпирования» до конца еще не

выяснен, можно предположить, что образующаяся структура 5'-конца мРНК используется для специфи­ ческого узнавания в системе трансляции. Синтез бел­ ка начинается на 5'-(кэпированном) конце мРНК. Другой конец большинства молекул мРНК (3'-конец)

содержит полиаденилатную цепочку из 20--250 ну­

клеотидов. Специфические функции этого 3'- poly(A)-«ХВОСта» окончательно не установлены. Мо­

жно предполагать, что данная структура отвечает за

поддержание внутриклеточной стабильности мРНК.

Некоторые мРНК. включая гистоновые мРНК, не содержат poly (А). Наличие poly (А) в структуре мРНК используется для отделения мРНК от других видов РНК посредством фракционирования тоталь­ ной РНК на колонках с oligo (Т), иммобилизован­

ным на твердом носителе типа целлюлозы. Связыва­

ние мРНК с колонкой происходит за счет компле­

ментарных взаимодействий poly (А)-«хвостю) с им­

мобилизованным oligo (Т).

копитающих, образуют четвертый класс молекул

РНК. Такие ядерные РНК очень гетерогеины и до­ стигают значительных размеров. Молекулы гетеро­

генных ядерных РНК (гяРНК) могут иметь молеку­

лярную массу более 107, в то время как молекуляр­

ная масса мРНК обычно не превышает 2·106. гяРНК подвергаются процессингу в ядре, и образующиеся зрелые мРНК поступают в цитоплазму, где служат матрицей для биосинтеза белка.

Молекулы транспортных РНК (тРНК) обычно содержат около 75 нуклеотидов. Молекулярная мас­ са таких молекул составляет '" 25000. тРНК также формируются в результате специфического процес­

синга соответствующих молекул-предшественников

(см. гл. 39). Транспортные тРНК выполняют функ­

цию посредников в ходе трансляции мРНК. В любой клетке присутствуют не менее 20 видов молекул тРНК. Каждый вид (иногда несколько видов) тРНК соответствует одной из 20 аминокислот, необходи­ мых для синтеза белка. Хотя каждая специфическая тРНК отличается от других нуклеотидной последо­ вательностью, все они имеют и общие черты. Благо­

даря нескольим внутрицепочечным комплементар­

ным участкам, все тРНК обладают вторичной струк­ турой, получившей название «клеверный лист» (рис.

водородных СВRзей

между парами

нуклеиновых

оснований

G

.длкилированный пурин

Рис. 37.11. Структура молекулы аминоацил-тРНК, к 3'-

ССЛ-концу которой присоединена аминокислота (аа). Ука­

заны внутримолекулярные водородные связи и расположе­

ние антикодонового, T'f'C- и дигидроурацилового (о-)

плеч. (From J. о. Wаtsоп. Molecular biology of the Gепе 3rd. ed.• Copyright 1976. 1970. 1965 Ьу W. л. Вепjаmiп, Inc., Меп-

10 Park Calif.)

37.11).

Молекулы всех видов тРНК имеют четыре основ­ ных плеча. Акцепторное плечо состоит из «стебля»

спаренных нуклеотидов и заканчивается последова­

тельностью ССА (5' --+ 3'). Именно через 3'-

гидроксильную группу аденозильного остатка про­

исходит связывание с карбоксильной группой ами­ нокислоты. Остальные плечи тоже состоят из «сте­ блей», образованных комплементарными парами оснований, и петель из неспаренных оснований (рис. 37.7). Антикодоновое плечо узнает нуклеотидный триплет или кодон (см. гл. 40) в мРНК. D-плечо на­

звано так из-за наличия в нем дигидроуридина, T'I'C-

плечо названо по последовательности Т­ псевдоуридин-С. Дополнительное плечо представ­ ляет собой наиболее вариабельную структуру и слу­

жит основой классификации тРНК. тРНК класса

1 (75% от общего их числа) обладают дополнитель­ ным плечом длиной 3-5 пар оснований. Дополни­

тельное плечо у tPHK-молекул класса 2 состоит из

13-21 пар оснований и часто включает неспаренную

петлю.

комплементарных взаимодействий нуклеотидных ос­

нований соответствующих плеч, характерна для всех

видов тРНК. Акцепторное плечо содержит семь пар оснований, Т'I'С-плечо - пять пар оснований, плечо D-три (или четыре) пары оснований.

Молекулы тРНК весьма стабильны у прокариот и несколько менее стабильны у эукариот. Обратная ситуация характерна для мРНК. которая довольно нестабильна у прокариот, а у эукариотических орга­ низмов обладает значительной стабильностью.

Рибосомная РНК. Рибосома - это цитоплазма­

тическая нуклеопротеиновая структура, предназна­

ченная для синтеза белка по mPHK-матрице. Рибосо­

ма обеспечивает специфический контакт мРНК

и тРНК, в результате которого и происходит транс­ ляция нуклеотидной последовательности, считанной

с определенного гена, в аминокислотную последова­

тельность соответствующего белка.

В табл. 37.2 представлены компоненты рибосом

млекопитающих, имеющих молекулярную массу

4,2'106 и скорость седиментации 80S (единиц Свед­

берга). Рибосомы млекопитающих состоят из двух

Дов. Малая, 40S-субъединица включает единствен­

ную 18S-рРНК и около 30 полипептидных цепей. Все рибосомные РНК, за исключением 5S-PHK, имеют общего предшественника -- 45S-PHK, локализован­

ную в ядрышке (см. гл. 40). У молекулы 5S-PHK предшественник собственный. В ядрышке происхо­ дит упаковка высокометилированных рибосомных

РНК с рибосомныи белками. В цитоплазме рибо­

сомы достаточно устойчивы и способны осуществ­

лять большое число циклов трансляции. Небольшие стабильные РНК. В эукариотических

клетках обнаружено большое число дискретных, вы­

сококонсервативных, небольших и стабильных мо­ лекул РНК. Большинство РНК этого типа обнару­

живаются в составе рибонуклеопротеинов и локали­

зованы в ядре, цитоплазме или одновременно

в обоих компартментах. Размеры этих молекул ва­ рьируют от 90 до 300 нуклеотидов, содержание их--

100000-1 000000 копий на клетку.

Малые ядерные нуклеопротеиновые частицы (ча­

сто называемые sпurрs--от англ. small nuclear ribonucleic particles), вероятно, играют существенную

роль в регуляции экспрессии генов. Нуклеопротеино­ вые частицы типа U7, по-видимому, участвуют

в формировании 3'-концов гистоновых мРНК. Ча­ стицы U4 и U6, вероятно, необходимы для полиаде­

нилирования, а Ul-- для удаления иитронов и про­

цессинга мРНК (см. гл. 39). Табл. 37.3. суммирует

некоторые характеристики небольших стабильных РНК.

ЛИТЕРАТУРА

Darnell J. et а/. Molecular Сеll Biology, Scientific American Books, 1986.

Bunl Т. DNA Makes RNA Makes Protein, Elsevier, 1983. Lewin В. Genes, 2nd ed., Wiley, 1985.

Rich А. et а/. The chemistry and biology ofleft-handed Z-DNA, Annu. Rev. Biochem., 1984, 53, 847.

Тите, Р. Controlling roles for snurps, Nature, 1985,316, 105. Watson J. D. The Double Helix, Atheneum, 1968.

Watson J. D.. Crick р.в.с. Molecular structure ofnucleic acids. Nature, 1953, 171, 737.

Zieve G. W. Two groups of small stable RNAs, СеН, 1981,25, 296.

ВВЕДЕНИЕ

ДНК прокариотических организмов взаимодей­ ствует с белками, участвуюшими в реnликации и транскрипции. У эукариотических организмов значительная часть ДНК окружена множеством раз­

личных белков. Эти белки вместе с ДИК образуют

комплексную структуру-хроматин, которая обес­ печивает специфический для эукариот тип регуляции

экспрессии.

Генетическая информация, заключенная в ДИК хромосомы, может быть передана либо путем точ­

ной репликации, либо с помощью рекомбинации,

транспозиции и конверсии. Эти процессы лежат в ос­

нове изменчивости организмов, обусловливают их

способность к адаптации. однако они могут стать и причиной заболеваний.

Репликация ДИК - это сложный и упорядочен­ ный процесс, идущий. как и синтез РИК, по матрице ДИК в направлении 5' -+ 3'. Репликация ДИК в хро­

мосоме начинается на многих участках и идет одно­

влиянием этих факторов или спонтанно в соматиче­

ских клетках, передаются в ряду клеточных поколе­

ний. Становится все более очевидным, что многие заболевания (и, вероятно, большинство опухолей) обусловлены именно таким горизонтальным пере­

носом индуцированных мутаций.

ХРОМАТИН

Хроматин- это хромосомный материал, экстра­

гируемый из ядер эукариотических клеток 1). В его

состав входят очень длинные двухцепочечные моле­

кулы ДИК, небольшие основные белки - гистоны, общая масса которых примерно равна массе ДИК, кислые белки с молекулярной массой. большей чем

у гистонов, а также небольшое количество РИК.

Электронная микроскопия хроматина выявила нали­ чие в нем сферических частиц (нуклеосом) размером около 1О нм, соединенных друг с другом нитями ДИК (рис. 38.1).

временно по обеим цепям. Синтез и репарация ДНК подчиняются правилам образования комплементар­ ных пар нуклеотидов, установленных Уотсоном и Криком. Эти процессы катализируются целым

рядом ферментов.

БИОМЕДИЦИНСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ

Мутации. появляющиеся вследствие ошибок

в процессах репликации и репарации ДИК, возни­ кают с частотой одна на 1О б клеточных делений.

Образование аномального продукта гена может

быть результатом мутаций в его кодирующей или

регуляторной области. Мутации в половых клетках

передаются потомству (так называемый вертикаль­ ный перенос наследственных заболеваний). Ряд фак­

торов. в число которых входят вирусы, химические

реагенты, ультрафиолетовое излучение и ионизи­

рующая радиация. увеличивают частоту образова­ ния мутаций. Изменения в ДИК, возникшие под

ГИСТОНЫ И нуклЕосомыI

Термином <<Гистоны» обозначают несколько групп близкородственных основных белков. Нl­ гистоны наиболее слабо связаны с хроматином

и легко отмываются в солевом растворе. После та­

кой обработки хроматин становится растворимым.

Изолированные ядра нуклеосом состоят из гистонов

четырех классов: Н2А, Н28, НЗ и Н4. Структура уме­ ренно богатых лизином гистонов И2А и И2В харак­

теризуется значительной консервативностью, еще

более консервативна структура гистонов Н3 и И4

(богатых аргинином). Высокая консервативность

структуры гистонов свидетельствует об идентично­

сти функций этих белков у всех эукариот. С-концевая часть их молекулы имеет обычный аминокислотный

1 Хотя в гл. 38--41 речь идет о клетках млекопитающих (относящихся к высшим эукариотам), в ряде случаев оказа­ лось необходимым обратиться к данным, полученным при

анализе прокариот.

Рис. 38.2. Модель структуры нуклеосомы (слева) и нуклео­ сомного кора (справа), в которой ДНК закручена вокруг

белкового цилиндра, содержащего по две молекулы каждо­

го из гистонов Н2А, Н2В, Н3 и Н4. Гистон Нl (заштрихо­ ванная область) расширяет область маскированных участ­ ков последовательности днк. (Reproduced, with pcrmis-

sion, [ют Laskey R. А. and Earnshaw W. с.: Nucleosome assembly. Nature 1980, 286: 763.)

фазированием, неизвестна. Возможно, оно связано с относительной физической пластичностью опреде­ ленных нуклеотидных последовательностей, способ­

ных к скручиванию в суперспираль.

Упаковка нуклеосом в ядре, по-видимому, зави­

сит от взаимодействия Н1 гистонов С участками

двухцепочечной ДНК, соединяющими нуклеосомы.

Топология этого взаимодействия, приводящего к образованию межнуклеосомных спейсерных участ­

ков, изучена недостаточно полно.

Электронная микроскопия хроматина кроме ну­

клеосом выявила еще две структуры высшего поряд­

ka-фибриллы диаметром 10 им и волокна диаме­ тром 2~30 нм. Дисковидные нуклеосомы (см. вы­ ше) имеют диаметр 1О им и высоту 5 нм. По­ видимому, фибриллы толщиной 10 нм состоят из

ряда нуклеосом, касающихся друг друга своими

краями и ориентированных плоскими поверхностя­

клеосомоподобную структуру и, следовательно,

играет центральную роль в ее формировании. Два добавочных димера Н2А-Н2В стабилизируют пер­

вичную частицу и прочно соединяют два полувитка

ДНК, ранее слабо связанных с Н32-Н42-тетрамером. Таким образом, 1,75 супервитков ДНК закручива­ ются вокруг гистонового октамера и образуют ну­ клеосомвый кор (или минимальную нуклеосому), ко­

торый «маскирует» 146 пар оснований ДИК (рис.

38.2). ДИК по ходу спирали вокрут октамера контак­

тирует с гистонами в следующем порядке:

ми вдоль оси фибриллы (рис. 38.3). Вероятно, фи­

бриллы тоже скручиваются в спираль, на виток ко­

торой приходится 6--7 нуклеосом. В результате образуется хроматиновое волокно диаметром 30 нм (рис. 38.4). Витки такой «суперспирали» должны быть достаточно плоскими, а плоские поверхности

нуклеосом последующих витков - параллельными

друг другу. н l-гистоны, по всей вероятности, стаби­

лизируют структуру волокна, но их расположение

так же, как и длина спейсерных участков ДИК, точно

не определены. Вероятно, нуклеосомы способны

формировать еще ряд компактных суперструктур.

Н2А-Н2В-Н4-Н3-Н3-И4-И2В-И2А.

Гистон Нl связывается с нуклеосомным кором на участке входа и выхода ДНК, «склеивая» 2 оборота, Т.е. 166 пар оснований суперспирали ДИК. Так фор­

мируется зрелая нуклеосома.

В сборке нуклеосомы, вероятно, участвует ядер­ ный белок анионного характера- нуклеоплазмин.

Заметим, что гистоны, являясь сильными катионита­

ми, могут неспецифТtt:чески связаться с отрицательно

заряженной ДИК с образованием солевых мостиков. Ясно, что такое неспецифическое взаимодействие может мешать образованию нуклеосом и проявле­ нию функций хроматина. Нуклеоплазмин- это анионный пентамерный белок, не связывающийся ни с ДНК, ни с хроматином, но способный обратимо соединяться с гистоновым октамером, блокируя способность гистонов к неспецифическому «прили­

панию» к отрицательно заряженным структурам, та­

ким, как ДНК. По-видимому, нуклеоплазмин со­ здает в ядре специфическое ионное окружение, спо­ собствующее взаимодействию гистонов с ДНК и сборке нуклеосом. После завершения сборки ну­ клеоплазмин высвобождается из гистонового ком-

Для того чтобы образовалась митотическая хромо­

сома нормального размера, волокно диаметром

30 нм должно подвергнуться дополнительной ком­

пактизации с уменьшением результирующей длины

еще в 100 раз (см. ниже).

В нвтерфазвых хромосомах хроматиновыe воло­

кна организованы в домены или петли, состоящие из

30000--100000 пар оснований и «заякоренные» на

внутриядерном поддерживающем матриксе. Распре­ деление участков генома в рамках доменной струк­ туры хроматина, вероятно, не является случайным.

Можно предположить, что каждый петлеобразую­

щий домен хроматина содержит как кодирующие,

так и некодирующие области генов, соответствую­ щих определенной генетической функции.

Рис. 38.3. Структура фибриллы хроматина диаметром в 1О нм, состоящей из дискообразных нуклеосом. Поло­ жение Н l-гистона не показано.

Воnокно диаметром зо нм

Рис. 38.4. Структура хроматинового волокна диаметром 30 нм, состоящего из суперскрученных фибрилл диамет­ ром 10 нм. Ось волокна направлена перпендикулярно

плоскости страницы.

Активный хроматин

Как правило, каждая клетка многоклеточного

организма содержит одну и ту же rенетическую ин­

формацию в виде одной и той же последовательно­

сти ДНК. ИЗ этого следует, что различия между ти­

пами клеток данного организма должны объясня­ ться дифференцированной экспрессией общей гене­ тической информации. Хроматин, содержащий ак­

тивные reHbI (транскрипционно-активный хрома­ тин), отличается по некоторым признакам от неак­ тивного. Иуклеосомная структура активного хрома­

тина видоизменена или, в особо активных областях, вообще отсутствует. ДИК в активном хроматине со­ держит длинные участки (около 100000 пар основа­ ний), чувствительные к действию нуклеаз (например, ДНКазы 1). Чувствительность к ДИКазе 1 указывает

на возможность транскрипции и в некоторых слу­

чаях коррелирует с отсутствием 5-метилдезок­ сицитидина в соответствующей области ДИК.

Внутри большой области активного хроматина

обнаружены короткие участки (100-300 нуклеоти­

Дов) с еще более высокой (на порядок) чувствитель­ ностью к ДНКазе 1. Эти, так называемые гнперчув­

ствительиые сайты, по-видимому, возникают в резу­

льтате конформационных изменений, которые со­ здают особенно благоприятные условия для дей­ ствия нуклеазы на ДИК. Такие участки обычно лока­

лизованы непосредственно перед активным геном

и могут быть обусловлены наличием так называе­

мых энхансериых элементов, усиливающих транс­

крипцию (см. гл. 39 и 41). Есть основания считать,

что во многих случаях транскрипционная актив­

ность гена связана с наличием в хроматине гиперчув­

ствительного к ДИКазе сайта, непосредственно при­ легающего к началу гена. Вероятно, такие сайты обе-

Электронная микроскопия интерфазного ядра

показывает, что транскрипционно-неактивный хро­

матин (reTepoxpoMaTBH) плотно упакован, и потому соответствующие области интенсивно окрашива­

ются. Участки транскрипционно-активного хрома­

тина (эухроматина) имеют более слабую окраску.

В целом в ходе клеточного цикла млекопитающих (см. ниже) эухроматин реплицируется раньше, чем

гетерохроматин.

Существуют два типа гетерохроматина: консти­ тутивный rетерохроматин и факультативный гетеро­ хроматин. Конститутивный гетерохроматин всегда конденсирован и, следовательно, неактивен. Консти­ тутивный гетерохроматин найден в областях, близ­

ких к центромерам и концевым участкам (теломе­

рам) хромосом. Факультативный гетерохроматин

временами конденсирован, а временами разуплот­

нен, активно транскрибируется и таким образом оказывается сходным с эухроматином. Из двух х­

хромосом самок млекопитающих - одна практиче­

ски полностью транскрипционно-неактивна. т. е.

проявляет свойства гетерохроматина. Однако при rаметогенезе и на ранних стадиях эмбриогенеза гете­

рохроматиновая Х-хромосома становится транс­ крипционно-активной и, следовательно, проявляет

свойства факультативного гетерохроматина. Некоторые клетки насекомых, например Chirono-

mus, содержат гигантские хромосомы, образовав­

шиеся в результате нерасхождения дочерних хрома­

тид после прохождения - 1О циклов репликации. Ко­

пии ДИК, лежащие рядом в точном соответствии

с локализованными на них генами, образуют хромо­

сому с четко выраженным распределением полос­

конденсированного и менее плотного хроматина.

Транскрипционно-активные области таких поли­ тенных хромосом отличаются особенно отчетливой разуплотненностью- они образуют так называе­

мые «пуфы», в которых, как установлено, локали­

зуются ферменты системы транскрипции и происхо­ дит синтез РНК (рис. 38.5).

Хромосомы

в метафазе хромосомы млекопитающих обла­

дают двулучевой симметрией второго порядка и со­

стоят из идентичных сестринских хроматвд, соеди­

ненных в центромере, положение которой характер­

но для каждой хромосомы (рис. 38.6). Каждая се­

стринская хроматида содержит одну двухцепочеч­

ную молекулу ДИК. В интерфазе упаковка молеку­ лы ДНК менее плотная, чем в метафазе. Метафа­

зные хромосомы транскрипционно-неактивны.

Гаплоидный геном человека состоит из 3,5'109 пар оснований и примерно из 1,7'107 нуклеосом.

Следовательно, каждая из 23 хроматид гаплоидного

полимеразы 11 и синтезом рнк. При тепловом шоке (390 С,

30 мин) личинок Chironomus tentans активируется ряд генов.

А. Распределение РНК-полимеразы В (тип 11) по длине чет­

вертой хромосомы из клеток слюнных желез. Фермент

выявляли иммунофлуоресцентным методом, используя ан­

титела против полимеразы. 5С и BR3 -специфические се­ гменты IV хромосомы. Стрелками указаны пуфы. Б. Ра­

диоавтограф IV хромосомы, инкубированной с Н 3_ури_ дином для введения метки в рнк. Распределение иммуно­

флуорссп;ентных сигналов и радиоавтографических пятен по

хромосоме совпадает. (Reproduced, with permission, from Sass Н. PNA polymerase В in polytene chromosomes. Сеll 1982: 28: 274. Copyright 1982 Ьу the Massachusetts Institute of Technology.)

генома человека содержит в среднем 1,5'1О 8 нуклео­ тидов в одной двухцепочечной молекуле ДИК. Та­

ким образом, при формировании конденсированной

метафазной хромосомы линейный размер каждой

молекулы ДИК должен быть уменьшен в 8000 раз! В метафазных хромосомах хроматиновые волокна

(длиной 25-30 нм) также складываются в серии пет­

леобразных доменов, проксимальные участки кото­

рых закрепляются на внутриядерном белковом (не­ гистоновом) каркасе. Коэффициенты. характеризую­

щие плотность упаковки каждой упорядоченной

структуры ДИК, приведены в табл. 38.1.

Упаковка нуклеопротеинов в хроматиды проис­

ходит неслучайным образом, о чем свидетельствует

характерное расположение полос на хромосомах,

окрашенных акрихин-ипритом или по Гимза (рис.

38.7).

сомы

Распределение окрашенных полос (бендов) в хро­

мосомах хорошо воспроизводится в препаратах раз­

ных индивидуумов одного вида, но сильно различае­

тся у хромосом разных, даже близкородственных,

видов. Следовательно, упаковка нуклеопротеинов

в хромосомы у высших эукариот должна определен­

ным образом зависеть от видоспецифических осо­

бенностей структуры самих молекул ДНК.

ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ

ГЕНОМА МЛЕКОПИТАЮЩИХ

Гаплоидный геном каждой клетки человека пред­

ставлен 3,5'109 парами оснований и состоит из 23 пар хромосом. Этого достаточно для кодирования

~...

•~

\ .

Рис. 38.6. Две сестринские хроматиды 12-й хромосомы че­

ловеlCа (х 27850). (Reproduced, with permission. from Ои Praw Е. J. DNA and Chromosomes. Holt, Rinehart and Winston, 1970.)

~,:' .

5

t-i--'"

....

12

!,

18

~

ХУ

около 1,5 миллионов пар генов. Однако данные по

изучению генома человека и частоты возникновения

мутаций свидетельствуют о том, что в организме

Ноmо sapiens имеется не больше 100000 белков. Это означает, что большая часть геномной ДИК­

некодирующая, т. е. заложенная в ней информация

никогда не транслируется в аминокислотную после­

довательность белковых молекул. Иекоторая часть

нетранслируемых последовательностей ДИК регу­

лирует экспрессию генов в ходе развития, дифферен­ цировки и адаптации. Определенная часть избы­

точной ДИК входит в состав интронов­

некодирующих участков, разделяющих кодирующие

области генов. И все же большая часть избыточной

ДИК, судя по всему, представлена много­

численными семействами повторяющихся последо­ вательностей, значение которых до сих пор неизвест­

но.

ДИК эукариотического генома можно разделить

на два «класса последовательностей». Это уникаль­

ные, или неповторtlЮщиеся, последовательности

уникальиые, или неповториющиеСR,

последовательности ДНК

Более половины геномной ДИК эукариотических

организмов принадлежит к классу уникальных, или

неповторяющихся, последовательностей. Это утвер­ ждение (а также оценки, касающиеся распределения

в геноме повторяющихся последовательностей

ДИК) базируется на данных непрямых эксперимен­

тов с применением различных методик ДИК­

РНК-гибридизации, позволяющих получить лишь

приблизительную оценку. У дрожжей- низших эукариот- экспрессируется около 4000 генов. В ти­ пичной ткани млекопитающих (печень или почки) экспрессируется от 10000 до 15000 генов. При этом в каждой ткани происходит экспрессия специфиче­

ского набора генов. Каким образом это достигается,

по-прежнему остается одним из центральных вопро­

сов современной биологии.

Иитроны