 |
Уровни упаковки генетического материала
|
|
|
|
Хромосомы интерфазного ядра представлены глыбками хроматина. Хроматин– это ДНП – дезоксирибонуклеопротеин – нуклеопротеинные фибриллы ДНК в соединении с белками. Общая их длина в ядре соматической клетки человека – до 2 метров. Длина всех хромосом в метафазе составляет примерно 150 мкм. Такое уменьшение длины происходит благодаря четырем уровням упаковки генетического материала, в основе которых лежит спирализация.
Первый уровень упаковки – нуклеосомный. Нуклеосома – это глобула из 8 молекул гистонов (по 2 молекулы гистонов Н2А, Н2В, Н3 и Н4), вокруг которой спираль ДНК образует около 2-х витков (примерно 200 пар нуклеотидов) и переходит на следующую глобулу. Диаметр нуклеосомной нити около 13 нм. Сокращение длины ДНК в 6-7 раз. Такая картина имеет место в интерфазе (рисунок 17).
Рисунок 17 – Схема нуклеосомного уровня упаковки.
1 – октамер (гистоны Н2А, Н2В, Н3, Н4),2 – двойная спираль ДНК, 3 – нуклеосома
Второй уровень упаковки – супернуклеосомный (или соленоидный). Происходит конденсация нуклеосомной нити и образование спирали. Нуклеосомы «сшиваются» гистоном Н1. Один виток спирали содержит от 6 до 10 нуклеосом. Диаметр спирали примерно 25 нм. Длина нити сокращается в 7 раз. Супернуклеосомный уровень упаковки можно увидеть с помощью электронного микроскопа в интерфазе при митозе (рисунок 18).
Рисунок 18 – Схема супернуклеосомного уровня упаковки. 1 – нуклеосома
Третий уровень упаковки – хроматидный. Спирализация продолжается и супернуклеосомная нить образует изгибы и петли. Она является основой хроматиды. Диаметр петель – 50 нм. Нить ДНП сокращается в 10-20 раз. Такой уровень упаковки можно увидеть в профазе митоза (рисунок 19).
|
|
|
Рисунок 19 – Схема хроматидного уровня упаковки. 1 – ось хроматиды, 2 – петля
Четвертый уровень – уровень метафазной хромосомы. В метафазе хроматиды еще спирализуются. Сокращение длины нитей происходит в 20 раз. Длина метафазных хромосом от 0,2 до 150 мкм, диаметр 0,2-5,0 мкм (рисунок 20). Общий итог конденсации ДНК – 10000 раз (104).
Рисунок 20 – Схема уровня упаковки метафазной хромосомы.
1 – хроматида, 2 – хромосома
Кольцевые молекулы ДНК («хромосомы») прокариотических клеток содержат 5 х 106 пар нуклеотидов и образуют комплексы с негистоновыми белками.
Уровни структурно-функциональной организации наследственного материала
Структурно-функциональными уровнями организации наследственного материала являются генный, хромосомный и геномный.
Ген – элементарная структура генного уровня организации. Так как гены относительно независимы друг от друга, возможно дискретное (раздельное) и независимое наследование (по третьему закону Менделя) и изменение отдельных признаков вследствие генных мутаций.
Гены эукариот находятся в хромосомах, образуя хромосомный уровень организации наследственного материала. Все гены одной хромосомы составляют группу сцепления и передаются вместе с этой хромосомой. На этом уровне происходит перекомбинация генов родителей у потомков при половом размножении и изменения структуры отдельных хромосом.
Набор генов, получаемых потомком от родителей, составляет его генотип. Геном – это гены гаплоидного набора хромосом. Действие генов в разных генотипах проявляется по-разному. Взаимодействуют между собой гены как одной хромосомы, так и разных хромосом. Нарушение набора хромосом приводит к геномным мутациям.
Биосинтез белка в клетке
Биосинтез белка в клетке – сложный процесс. Главную роль в нем выполняют нуклеиновые кислоты. В ядре клетки на одной из цепей ДНК (кодирующий) синтезируется и-РНК с участием фермента РНК-полимеразы. Она «переписывает» порядок расположения нуклеотидов в молекуле ДНК (по правилу комплементарности). Этот процесс называется транскрипцией.
|
|
|
Информационная РНК через ядерные поры выходит в цитоплазму клетки и направляется к рибосомам.
В цитоплазме происходит процесс рекогниции (узнавании тРНК своей аминокислоты). Транспортная РНК имеет особое строение. Один конец молекулы содержит триплет нуклеотидов. Он называет антикодоном и соответствует определенной аминокислоте. На противоположном антикодону конце находится участок для прикрепления аминокислоты и два конца молекулы т-РНК. На конце 3' фиксируется триплет ЦЦА, на конце 5' – Г (гуанин).
Определенная аминокислота присоединяется к «своей» т-РНК при участии фермента аминоацил-тРНК-синтетазы и АТФ. Аминокислоты поступают в большую субъединицу рибосомы.
В рибосомах начинается процесс трансляции – последовательность нуклеотидов и-РНК определяет последовательность аминокислот молекулы полипептида. В цитоплазме и-РНК связывается с малой единицей рибосомы (одной или нескольких). Комплекс рибосом, объединенных и-РНК, называется полисомой.
Начало трансляции – инициация, окончание трансляции – терминация.
Процесс образования пептидных связей между аминокислотами называется элонгация.
В рибосоме одновременно находятся два кодона и-РНК: один – против аминоацильного центра, второй – против пептидильного центра (рисунок 21).
Рисунок 21 – Схема трансляции
Аминокислота со своей т-РНК образует комплекс аминоацил-т-РНК. Если антикодон т-РНК и кодон и-РНК, который находится против аминоацильного центра, комплементарны, то аминоацил-т-РНК образует временную связь с кодоном и-РНК. Рибосома продвигается на один триплет и аминоацил-т-РНК переходит в пептидильный центр. В аминоацильный центр поступает вторая т-РНК с аминокислотой. Между первой и второй аминокислотами устанавливается пептидная связь. Рибосома продвигается на один триплет, освободившаяся т-РНК уходит за новой аминокислотой. Вторая т-РНК переходит в пептидильный центр. В аминоацильный центр приходит новая т-РНК с аминокислотой. Между аминокислотами устанавливается пептидная связь и идет сборка полипептидной молекулы по информации и-РНК. Окончание синтеза полипептида (терминация) определяют кодоны УАА, УАГ, УГА (кодоны-терминаторы). В каждой рибосоме полисомы синтезируются одинаковые полипептиды.
|
|
|
|
|
|
