Рост растений и дефференцировка -
Скачать (прямая ссылка):
13.2. СОСТАВ ГЕНОМА ЭУКАРИОТ
Геном прокариотического организма, такого, как бактерия Escherichia coti, состоит из одной хромосомы, представляющей собой двойную спираль ДНК, имеющую кольцевое строение и свободно лежащую в цитоплазме. При клеточном делении две образовавшиеся в результате репликации двухцепочечные молекулы ДНК без митоза распределяются между двумя дочерними клетками.
Геном эукариот неизмеримо сложнее, чем геном прокариот, и содержит гораздо большее количество ДНК. Кроме того, пла^ стиды и митохондрии растительных клеток содержат свою собственную ДНК (с. 458). Было подсчитано, что общая длина ядерной ДНК одной клетки Vicia fab а составляет около 9 м, так что если бы эта ДНК реплицировалась как непрерывная цепь, то распределение ДНК между дочерними клетками во время клеточного деления представляло бы непреодолимые трудности чисто механического характера. Эта проблема была решена путем упаковки генома в отдельные хромосомы, где цепи ДНК уложены очень компактно благодаря спирализации и «суперспирализащш». Кроме того, в интерфазных клетках ге^ ном не лежит свободно в цитоплазме, как у прокариот, а расположен внутри ядра, отделенного от цитоплазмы ядерной оболочкой. Связь между ядром и цитоплазмой поддерживается через поры в ядерной оболочке. Во время профазы митоза или мейоза ДНК сильно конденсируется,: образуя плотные спира-;
29—1429
450
Глава 13
Пи — в действительности можно выявить спирализацшо разного уровня, от спиральных молекул до суперспиралей, различимых с помощью светового микроскопа.
Можно приготовить сравнительно чистые препараты материала интерфазных хромосом, называемого «хроматином». Анализ хромосом и хроматина (с. 462) показывает, что они состоят не только из ДНК, но и из большого количества белков, составляющих 70% всего материала, а также различных количеств РНК. Белки хроматина можно разделить на два класса: 1) основные белки, называемые пистонами, и 2) кислые белки.
Гистоны богаты основными аминокислотами—•.лизином и аргинином. Они довольно гомогенны н разделяются только на пять главных классов в зависимости от содержания в них лизина и аргинина. У разных видов растений строение гистонов варьирует очень незначительно. Это позволяет предположить, что они играют очень важную роль и мало изменились в ходе эволюции.
Количество гистонов в хромосомах примерно равно количеству ДНК, с которой они связаны электростатическим притяжением между отрицательно заряженными фосфатными группами ДНК и положительно заряженными основными аминокислотами гистонов. Очевидно, присутствие гистонов, связанных с ДНК, вызывает ее суперспирализацию благодаря взаимодействию между аминокислотами в молекулах гистонов, которое осуществляется посредством водородных связей и электростатического притяжения и отталкивания.
Присутствующие в хроматине нсгистоновые кислые белки гораздо разнообразнее по размеру и составу, так что можно выделить более сотни разных белков. В отличие от гистонов кислые белки из различных тканей животных различны и характеризуются тканевой специфичностью при связывании с ДНК- Многие кислые белки фосфорилироваиы, и степень фосфо-рилирования меняется в течение клеточного цикла и в процессе развития животных. Фосфоршшрование может приводить к коиформацнонным изменениям, которые в свою очередь могут влиять на связывание кислых белков с ДНК или гистонами. Фосфоршшрование осуществляется ферментами, известными под названием протеиикиназ, в большом числе содержащихся в ядрах.
- Среди кислых белков имеются также ряд ДНК- и РНК-поли-мераз. В общем для тканей или органов с. высокой метаболической активностью типично высокое содержание кислых белков хроматина, тогда как метаболически неактивные ткани содержат их мало. Позже мы увидим, что кислые белки хроматина играют определенную роль в регуляции экспрессии генов.
Было обнаружено, что комплексы ДНК с белками организованы в ряд дискретных сферических частиц, «нуклеосом», ко-
Экспрессия генов и детерминация клеток в развитии
451
Рис. 13.1. Модель строения нуклсосомы. ДНК обернута вокруг плоского белкового цилиндра, состоящего из гистоиов, (R. A, Laskey, W. С. Earnshaw, Nature,
286, 763, 1980.)
торые напоминают бусинки ожерелья (рис. 13.1). Сердцевина нуклеосом состоит из пистонов, по две молекулы каждого из четырех различного типа гистоиов, а на поверхности нуклеосом локализована ДНК длиной в 150—250 пар нуклеотидов. Небольшие участки ДНК, связанные с тяжелым гистоном, объединяют одну нуклеосому с другой.
13.3. ОРГАНИЗАЦИЯ ГЕИОМА ЭУКАРИОТ
У бактерий, таких, как Е. coli, хромосома содержит 10й пар нуклеотидов, что соответствует примерно 1000 генам, тогда как ядра растений и животных содержат гораздо большие количества ДНК. Например, диплоидное ядро Vicia faba содержит 29-10-12 г ДНК. МО42 г ДНК соответствует 1-10° парам нуклеотидов, что достаточно для кодирования 8,5* 105 белков с молекулярным весом 50 000. Следовательно, ДНК, содержащейся в ядре Vicia faba, достаточно для кодирования около 25-10е генов.
Вместе с тем данные генетических исследований иа растеш-ь ях и животных, а также иа хромосомах слюнных желез Drosophila, где каждый диск, вероятно, соответствует одному гену, показывают, что число функциональных генов, кодирующих белки, ие превышает нескольких тысяч. Представляется также удивительным, что очень близкие виды растений сильно различаются по содержанию ДНК. Так, клетки Vicia faba содержат в 7 раз больше ДНК, чем близкородственный вид V. sativa, хотя не ясно, зачем первому виду необходимо большее число генов.
