Определение предмета молекулярная биология




НазваниеОпределение предмета молекулярная биология
страница9/11
Дата05.09.2012
Размер1.82 Mb.
ТипДокументы
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11

Все гистоны, кроме Н1, черезвычайно консервативны в эволюционном отношении коровы и клевера разница в Н2А всего в одну аминокислоту!).



Следовательно, эти белки выполняют принципиальную функцию, которая у всех эукариот обеспечивается одинаково.



Любая мутация в гистоновых генах летальна.

Н1 - очень вариабельная фракция. Этот гистон различен не только у видов, но даже у одного организма, в зависимости от стадий онтогенеза.

В гистонах лизин и аргинин кластированы. Средняя часть гистона содержит гидрофобные аминокислоты.

Положительно заряженные аминокислоты гистонов обеспечивают электростатические взаимодействия с ДНК.
Центральная часть необходима для взаимодействия гистонов между собой.

Четыре уровня компактизации ДНК

1. Нуклеосомный.

В основе нуклеосомы лежит гистоновый октамер.

Расположение гистонов не случайно. Каждая молекула представлена дважды. Они образуют кор (серцевину) нуклеосомы. На кор наматывается ДНК - 1.75 левых витка спирали.

Определение: нуклеосомой называется повторяющийся структурный элемент хроматина, содержащий гистоновый октамер и ~180 п.н. ДНК.

Непосредственно с октамером контактирует 145 п.н. и 20-30-40 п.н. между нуклеосомными корами.

Нуклеосомный уровень упаковки свойственен всей эукариотической ДНК, он дает укорочение в 7 раз. Диаметр увеличивается с 20 Å до 110 Å.

Гистоновые октамеры "скользят" по ДНК.

При репликации снимается и этот уровень компактизации. При транскрипции нуклеосомы сохраняются.

2. Супербидный, или соленоидный.

Фактически обеспечивается Н1 гистоном.

Н1 взаимодействует с октамерами, сближает их, и еще на него наматывется ДНК. Образуется супербид.

Происходит сокращение линейного размера ДНК в 6-10 раз. Диаметр увеличивается до 300Å.

Этот уровень компактизации, как и первый, не зависит от первичной структуры ДНК.

3. Петлевой уровень.

Обеспечивается негистоновыми белками.

Они узнают определенные последовательности ДНК и связываются с ними и друг другом, образуя петли по 20-80 тыс. п.н.

Петля обеспечивает экспрессию гена, т.е петля является не только структурным, но и функциональным образованием.

Есть участки, в которых нет петель.Укорочение за счет петель проходит в 20-30 раз. Образуются и петлевые домены. Диаметр увеличивается до 700Å.

4. Метафазная хромосома.

Метафазная хромосома уже удвоена. Она состоит из двух хроматид. Каждая из них содержит одну молекулу ДНК.

Сюда входят белки ядерной ламины, серия белковых нитей, сопряженных с ядерной оболочкой и пронизывающих все ядро.

Модификации гистонов очень сильно влияют на компактизацию ДНК.

Гистоны могут метилироваться, фосфорилироваться (по серину, треонину, тирозину), т.е. аминокислотные остатки легко модифицируются. Кроме того, возможно алкилирование и ацетилирование гистонов.

Геном высших эукариот А-Т типа (пары А-Т преобладают), низших эукариот - Г-Ц типа. У человека соотношение (Г+Ц)/(А+Т) = 0.45. У разных типов бактерий диапазон соотношения А-Т пар и Г-Ц пар велик.

Чем больше в геноме А-Т пар, тем больше возможностей для изменения вторичной структуры ДНК. При суперспирализации ДНК А-Т богатые участки плавятся в первую очередь.

Основы метода ренатурации ДНК

ДНК обрабатывают ультразвуком. При этом она деградирует на двуцепочечные куски одинакового размера.

Затем смесь денатурируют и медленно охлаждают.

При температуре на 20С ниже, чем температура плавления ДНК, идет восстановление вторичной структуры (ренатурация).

Если последовательности часто встречаются, то они ренатурируют быстрее.

В процессе ренатурации выделяют две стадии:

1. Бимолекулярная стадия нуклеации.
Образуется
несколько "ядер"- участков спаривания.
Описывается
реакцией второго порядка ().

2. Мономолекулярная стадия замыкания.
Скорость
реакции пропорционально первой степени концентрации ДНК.
Это
дальнейшее образование водородных связей - замыкание.

Процесс ренатурации описывается уравнением: ,
где
k - константа скорости ренатурации,
С - концентрация одноцепочечной ДНК.

В нулевой момент времени .

Тогда .

Если , то , и это полуренатурация.

Таким образом мы получили характеристику для описания разных молекул ДНК или их частей.

По значению можно выделить 3 фракции:

1. Быстрые повторы.

меньше 0,01 .

Частота встречаемости на гаплоидный геном больше 105

2. Умеренные повторы.

от 0,01 до 1000 .

Частота встречаемости на гаплоидный геном больше 10, но меньше 105.

3. Уникальные последовательности.

больше 1000 .

Частота встречаемости меньше 10 раз на геном.

Есть отдельные последовательности, которые по значению относятся к одному классу, а по частоте встречаемости - к другому. Это - палиндромы. Они ренатурируют мгновенно, т.к. отсутствует поиск комплементарной цепи, а их встречаемость в геноме может быть низка.

Значение у палиндромов такое же, как и у быстрых повторов, а встречаемость, как у уников или умеренных повторов. У некоторых организмов, например, у черепах, 20% ДНК - палиндромы. В среднем у животных от 2% до 12% генома приходится на палиндромы. У растений - от 1% до 4% пшеницы 3 млн. обращенных повторов). Они могут содержать от нескольких десятков до десятков тысяч нуклеотидов. Наиболее часто палиндромы встречаются в регуляторных участках генов.

Гены tРНК - часто встречаемые палиндромы.


Быстрые повторы

К быстрым повторам относится сателлитная ДНК.

Особенности:

1. В этой короткой последовательности (6-10 нукл.) отсутствует один из нуклеотидов. Отсюда следует, что эта ДНК не может быть кодирующей, она никогда не транслируется. Встречается в конститутивном гетерохроматине.

Хромосома не гомогенна. В ней чередуются участки гетерохроматина (более плотный) и эухроматина (не плотные участки). В основном гены располагаются в эухроматине. Но встречаются и в гетерохроматиновых районах.

В зависимости от стадий клеточного цикла один и тот же участок хромосомы может быть в состоянинии как гетеро-, так и эухроматина. Такие участки хромосом называют факультативным гетерохроматином.

Участки, которые всегда уплотнены - конститутивный гетерохроматин. В нем, как правило, генов нет.

2. Сателлитная ДНК обязательно располагается в центромерном районе.

В местах расположения сателлитной ДНК возможна максимальная компактизация. В конститутивном гетерохроматине все четыре уровня упаковки ДНК представлены даже в интерфазе.

По сателлитной ДНК происходит кроссинговер между гомологичными хромосомами.

3. Сателлитная ДНК всегда располагается тандемно по 100-200 единиц в блоке. Образуются длинные последовательности в геноме.

4. У недавно образовавшихся на одной территории близких видов сателлитная ДНК заведомо разная.

Это обеспечивает бесплодие возможных межвидовых гибридов.


Умеренные повторы

К умеренным повторам относят как транскрибируемые и транслируемые, так и только транскрибируемые, но нетранслируемые последовательности ДНК и регуляторные участки.

Умеренные повторы

гены

регуляторные участки

транскрибируемые и
транслируемые
Гены белков рибосом, гистоновые гены, гены мембранных белков, цитоскелетных белков, гены иммуноглобулинов

транскрибируемые, но не
нетранслируемые Гены rРНК, sРНК, tРНК

энхансерные модули, ori репликации, промоторы и терминаторы транскрипции

Гены tРНК в среднем повторяются в геноме 5 тыс. раз. Гены sРНК - сотни тысяч раз.

Уникальные гены

У человека, по разным оценкам, 30-50 тыс. генов. Большинство генов - уникальны. Но даже в них есть повторяющиеся элементы. Это - некоторые экзоны.


Все гены разделяют на гены "домашнего хозяйства" и гены "роскоши".

Гены "домашнего хозяйства" кодируют то, что всегда нужно любой клетке независимо от ткани.

По разным оценкам таких генов у человека 10-20 тыс. Это гистоновые гены, гены tРНК, rРНК и т.п. Гены "роскоши", которых заведомо больше в 2-3 раза, это гены, которые экспрессируются в клетках определенных тканей и в определенное время. Например, все гены белковых гормонов - гены "роскоши".

Другая классификация генов

1. Уникальные гены, имеющие специализированную функцию.

Например, глобиновый, инсулиновый и другие гены. Они экспрессируются лишь в определенных клетках.

2. Уникальные гены, обладающие общими функциями, экспрессирующиеся в подавляющем большинстве клеток.

Эти гены плохо изучены.

3. Множественные сгруппированные гены.

Это гены rРНК, часть генов tРНК, часть гистоновых генов.

4. Множественные рассеянные гены.

Это оставшаяся часть гистоновых генов, оставшиеся гены tРНК и большинство генов sРНК, а так же МДГ (мобильные диспергированные (рассеяные) гены).


В 40-х годах Барбара Мак-Клинток, американский генетик, обнаружила мозаичность окраски зерен у кукурузы, небъяснимую законами Менделя и мутационной теорией.

Она предположила, что некоторые гены могут менять свое место в геноме.

Определение: мобильные генетические элементы (МГЭ) - это последовательности нуклеотидов, меняющие свою локализацию и копийность в геноме.


Выделяют следущие классы МГЭ:

1. IS - вставочные элементы у прокариот.

2. Tn - транспозоны у прокариот.

3. Эписомы у прокариот.

4. Некоторые умеренные фаги.

5. Контролирующие элементы кукурузы.

6. Мобильные диспергированные гены у дрозофилы, мыши, человека.

7. Провирусы.

В литературе "транспозоны" - все мобильные генетические элементы. Это элементы генома, которые меняют свое положение и копийность в геноме.


IS-элементы

Это самые простые транспозоны.

Размер IS-элементов ~1000 п.н. На концах они содержат инвертированные повторы (~20 п.н.). IS- элементы содержат только один ген - ген транспозазы, фермента, обеспечивающего перемещение IS-элемента по геному.

Транспозаза - это обобщеный термин.

Разные транспозазы работают по-разному, но смысл общий:

транспозаза вырезает ДНК в одном месте и вставляет в другое место генома.

Перед геном в IS-элементе имеется промотор, за геном - слабый терминатор транскрипции. Не всегда РНК-полимераза останавливается на нем, она может продолжать транскрибировать и рядом стоящий участок генома до сильного терминатора.

Tn-транспозоны

Помимо гена транспозазы Tn-транспозоны содержат один или несколько генов лекарственной устойчивости. Копийность транспозона возрастает при наличии провокационного фона (например, наличие в среде антибиотика, ген устойчивости к которому кодируется в транспозоне).

Есть транспозоны, не содержащие гена транспозазы.

Такие транспозоны содержат по краям IS-элементы.

Размер транспозонов - 2.5-10 тыс. п. н.

Всем транспозонам свойственно наличие прямых повторов, LTR (long terminal repeats - длинные концевые повторы)

После перехода из основной ДНК в плазмиду транспозон может попасть с ней в другую бактерию, придавая новому хозяину ранее отсутствующую лекарственную устойчивость. Кроме того, при вырезании транспозона из геномной бактериальной ДНК захватываются участки генома одной бактерии, которые вместе с транспозоном переносятся в другую бактерию. Захват ДНК происходит, если эта ДНК находится между двумя транспозонами.

Умеренные фаги

-фаг может захватывать часть генетической информации одной бактерии и переносить ее в другую. Поэтому сегодня говорят о едином генофонде прокариот.


Эффекты, вызываемые мобильными элементами

- Внедрение мобильных элементов внутрь гена приводит к выключению гена.

- Может нарушаться регуляция гена, если мобильный элемент внедряется между оператором и цистроном (у мобильного элемента есть свой промотор).

- Вставка мобильного элемента может привести к экспрессии генов, которые не должны в данное время работать.

Наличие мобильных элементов является фактором, способствующим незаконной рекомбинации.

При незаконной рекомбинации перетасовываются гены, не имеющие отношения друг к другу.

Мобильные элементы провоцируют образование делеций, инверсий, дупликаций. Все это - хромосомные мутации.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11

Похожие:

Определение предмета молекулярная биология iconМетодические указания к самостоятельной работе студентов По дисциплине: Молекулярная биология для специальностей 020201. 65 «Биология»
Методические указания предназначены для студентов биологического факультета очной формы обучения для изучения дисциплины «Молекулярная...
Определение предмета молекулярная биология iconП о биологии рассчитана на учащихся 10-11 классов
Биологические знания становятся с каждым годом более востребованными в нашем обществе. Открытия последних лет, совершенные в таких...
Определение предмета молекулярная биология iconПрограмма итогового государственного экзамена по специальности 010700/06 18 "Молекулярная биофизика"
Структурная организация биологических макромолекул. Курсы лекций: Биохимия. Молекулярная биология.(Воробьев), Молекулярная биофизика....
Определение предмета молекулярная биология iconКарманный формат для биологов в издательстве «Дрофа» вышел в свет очередной словарь терминов по биологическим наукам – «Биохимия и молекулярная биология»
Коничев А. С. Биохимия и молекулярная биология: словарь терминов / А. С. Коничев, Г. А. Севастьянова. – М.: Дрофа, 2008. – 359, [9...
Определение предмета молекулярная биология iconРабочая программа по курсу «биохимия и молекулярная биология»
Требования Государственного стандарта высшего обрвзования по специальности «Биология»
Определение предмета молекулярная биология iconПояснительная записка рабочая программа учебного предмета «Биология»
«Биология» для 9 -го класса. Рабочая программа составлена на основе примерной программы основного общего образования по биологии...
Определение предмета молекулярная биология iconРешение генетических задач
Ы «Генетика» и «Молекулярная биология» являются одними из самых сложных для понимания в школьном курсе общая биология. Облегчению...
Определение предмета молекулярная биология iconРешение генетических задач в старших классах
Ы: «Генетика» «Молекулярная биология» являются одними из самых сложных для понимания в школьном курсе общая биология. Облегчению...
Определение предмета молекулярная биология iconРешение генетических задач в старших классах
Ы: «Генетика» «Молекулярная биология» являются одними из самых сложных для понимания в школьном курсе общая биология. Облегчению...
Определение предмета молекулярная биология iconЛитература для подготовки к олимпиаде
Албертс Б., Брей Д., Льюис Дж и др. Молекулярная биология клетки. Т. 1 М.: Мир, 1994
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница