Гетерогенность днк эукариот по нуклеотидному составу

У эукариот описаны некоторые особенности структуры ДНК, обусловленные спецификой нуклеотидного состава отдельных последовательностей. Так, встречаются расположенные в одной цепи блоки нуклеотидов, состоящих из нескольких десятков пуринов. Тогда комплементарная часть в другой цепи ДНК будет представлена пиримидинами. Подобные последовательности названы полипуриновыми (полипиримидиновыми) блоками.

Другой вид гетерогенности связан с неравномерностью содержания по длине ДНК пар аденин-тимин (АТ-пары) и гуанин-цитозин (ГЦ-пары). Так, в геноме дрозофилы периодически встречаются последовательности длиной примерно в 100 п. н., на 85 % состоящие из АТ-пар. Поскольку аденин связан с тимином двумя водородными связями, а гуанин с цитозином - тремя, дестабилизирующие ДНК-воздействия будут легче инициировать расплетение дуплексов ДНК с образованием участков частичной денатурации в АТ-богатых областях. Поэтому последние рассматриваются в качестве сайтов инициации элементарных генетических процессов: репликации, транскрипции и рекомбинации.

В заключение отметим, что перечисленные выше особенности молекулярной структуры ДНК эукариот не были предсказаны ни классической генетикой (за исключением, пожалуй, свойств гетерохроматина), ни моделью двойной спирали Уотсона и Крика. Они были раскрыты при исследовании структуры геномов различных эукариотических организмов физико-химическими методами. Функции большинства уникальных и повторяющихся последовательностей пока не определены. Однако вполне вероятно, что сама по себе молекулярная структура ДНК эукариот служит зеркалом генетической регуляции и эволюции высших животных и растений.

Число молекул днк в хромосомах эукариот

Существуют три гипотезы о способах упаковки ДНК в хромосомах эукариот. Согласно первой, по всей длине хромосомы тянется одна единственная непрерывная молекула ДНК (гипотеза однонитчатой, или унинемной, хромосомы). По второй гипотезе, хромосома (хроматида в G₂) состоит из двух (или более) субъединиц - полухроматид, субхроматид, которые могут идти параллельно или быть взаимно закрученными. Каждая субхроматида содержит молекулу (молекулы) ДНК. Это гипотеза многонитчатой, или полинемной, в простейшем случае - бинемной хромосомы. Наконец, некоторые авторы полагали, что ДНК в эукариотических хромосомах периодически прерывается связками иной химической природы, например белковой или фосфолипидной. Последнее предположение не нашло экспериментального подтверждения и в настоящее время в основном оставлено.

Что касается моделей многонитчатой хромосомы, то они основаны преимущественно на данных цитологов, наблюдавших “субхроматиды” в живых клетках или после их специальной фиксации. Однако теперь ясно, что с помощью световой и электронной микроскопии строго обосновать эти модели невозможно.

На сегодняшний день по совокупности фактов предпочтение следует отдать гипотезе “одна ДНК: одна хромосома”. В ее пользу свидетельствуют:

• данные генетики о линейном расположении генов в хромосомах;

• наличие уникальных нуклеотидных последовательностей в геномах эукариот;

• распределение ³Н-тимидиновой метки в I и II циклах репликации, полностью соответствующее модели Уотсона и Крика;

• данные вискозиметрического анализа лизатов клеток культуры ткани дрозофилы с нормальным и перестроенным хромосомными наборами, показывающие, что молекулярная масса самых крупных частиц в лизате (после его депротеинизации) сравнима с молекулярной массой ДНК самых крупных хромосом данного кариотипа;

• данные по контролируемому растяжению политенных хромосом хиронемуса, указывающие на то, что их разрывы начинаются только тогда, когда растянутая с помощью микроманипулятора хромосома достигает длины упакованной в ней ДНК;

• данные радиационной цитогенетики, доказывающие, что перестройки хромосом, ранее считавшие субхроматинными, в действительности являются хроматидными аберрациями, имеющими своеобразную конфигурацию при облучении клеток в профазе митоза.

Если верна модель однонитчатой хромосомы, то длина ДНК, заключенной в эукариотических хромосомах, может достигать нескольких сантиметров. Действительно, ауторадиографические наблюдения над меченными ³Н-тимидином молекулами ДНК дрозофилы показывают, что их длина может достигать 1,2 см. В 1-ой хромосоме человека содержится молекула ДНК длиной (по данным разных авторов) от 6 до 8 см. В 1-ой хромосоме Vicia faba в 2,5 раза больше ДНК, чем в 1-й хромосоме человека. Следовательно, ДНК эукариотических хромосом может рассматриваться как гигантский полимер, не имеющий прецедента ни в природе, ни в технике. Мысль о том, что хромосома может представлять собой единую гигантскую молекулу, еще в 30-х годах высказывал Н.К. Кольцов. Значение этого факта состоит в том, что ауторепродукция должна быть единственным способом воспроизведения наследственных молекул. Линейное наращивание как альтернатива ауторепродукции для таких гигантских молекул в условиях сравнительно небольших энергетических расходов живой клетки практически исключено, т.к. оно сопряжено с работой огромного числа ферментов, которые должны распознавать информационно значимые последовательности нуклеотидов хромосомной ДНК. В то же время матричное копирование возможно с помощью всего нескольких, максимум немногих десятков ферментов.