ДНК еукаріотів - Студопедія
ДНК прокаріотів
Третична структура ДНК
Розрізняють наступні форми ДНК: ЛІНІЙНА, КІЛЬЦЕВА, одно- і двох-ланцюжкова (рис. 2). Дволанцюгові ДНК з "липкими" кінцями можуть утворювати кільце, яке далі ковалентно зшивається по цукрофосфатному ланцюгу за допомогою ДНК-лігази.
Мал. 2 Структури ДНК
У прокаріотичних клітинах ДНК являє собою замкнене дволанцюжкове кільце. ДНК є надскрученою –надспіралізованою. Суперспіралізація створює третинну структуру ДНК. Надспіральна ДНК компактніша, ніж розкручене кільце. Аналіз ДНК, виділеної з Е. coli, показав, що вона утворює безліч петель, що підтримуються разом за допомогою білків. Кожна з цих петель у свою чергу надспіралізована. Освіта петель та надспіральність допомагає забезпечити упаковку дуже великих кільцевих молекул ДНК у малих обсягах. Наприклад, ДНК Е.coli має довжину понад 1 мм, тоді як довжина клітини не перевищує 5 мкм.
Крім великої кільцевої хромосоми, розташованої в ядерній зоні, більшість бактерій містить одну або кілька невеликих кільцевих молекул ДНК, які знаходяться у вільному стані в цитоплазмі клітини. Цеплазміди. Вони малі і містять лише кілька генів (у хромосомі тисячі генів). Деякі плазміди несуть гени, які забезпечують стійкість бактерії до антибіотиків (наприклад, тетрацикліну, стрептоміцину). Плазміди можуть переноситися із стійких до антибіотика клітин у чутливі клітини того ж чи іншого виду, роблячи ці клітини стійкими.
Плазміди можна легко виділити із бактеріальних клітин. У виділену плазміду вбудовують нові гени з інших видів і таку модифіковану плазміду вводять назад у звичайнуїї клітину-господаря. Плазміда, що несе чужорідний ген реплікуватиметься (подвоюватиметься з утворенням дочірніх плазмід) і транскрибуватиметься і може змусити клітину-господаря синтезувати білки, що кодуються штучно вбудованим геном. Молекула ДНК із штучно вбудованим геном називаєтьсярекомбінантною.За допомогою рекомбінантних ДНК зараз отримують білковий гормон - інсулін, захисний білок інтерферон та ін.
Еукаріоти мають оформлене ядро, що містить ДНК. Розмір типової еукаріотичної клітини, наприклад клітини печінки людини, становить у поперечнику
25 мкм. Її ядро, розміром
5 мкм у діаметрі, містить 46 хромосом, сумарна довжина ДНК яких дорівнює 2 м. Еукаріоти містять значно більше ДНК, ніж прокаріоти. Так, клітини людини та інших ссавців містять у 600 разів більше ДНК, ніж Е. coli. Загальна довжина всієї ДНК, виділеної з клітин організму дорослої людини, становить
2 х 10 13 м або 2 х 10 10 км, що перевищує коло земної кулі (4 х 10 4 км) та відстань від Землі до Сонця (1,44 х 10 8 км).
У еукаріотів ДНК знаходиться в хромосомах. У клітинах людини 46 хромосом (хроматид), які організовані у 23 пари. Кожна хромосома еукаріотичної клітини містить одну дуже велику молекулу дволанцюжкової ДНК, що несе набір генів. Сукупність генів клітини становить їїгеном.Гени- це ділянки ДНК, які кодують поліпептидні ланцюги та РНК.
Молекули ДНК у 46 хромосомах людини не однакові за розміром. Середня довжина хромосоми становить 130 млн пар основ і має довжину 5 см. Зрозуміло, що вмістити таку ДНК в ядрі можливо тільки шляхом її певної упаковки. При утворенні третинної структури ДНК людини відбувається у середньому зменшення її розмірів у 100 тисяч разів.
Упаковка ДНК в еукаріотичних хромосомах відрізняється від упаковки в прокаріотичних хромосомах. Еукаріотичні ДНК мають не кільцеву, а лінійну дволанцюжкову структуру. Крім того, третинна структура ДНК в еукаріот клітин відрізняється тим, що багаторазова спіралізація ДНК супроводжується утворенням комплексів з білками. ДНК еукаріотів міститьекзони - ділянки, що кодують поліпептидні ланцюги, іінтрони – некодуючі ділянки (виконують регуляторну функцію).
Еукаріотичні хромосоми складаються з хроматинових волокон. Еукаріотичні хромосоми виглядають як різко окреслені структури безпосередньо до і під час мітозу-процесу поділу ядра в соматичних клітинах. У еукаріотичних клітинах, що спочивають, хромосомний матеріал, що називаєтьсяхроматином, виглядає нечітко і як би безладно розподілений по всьому ядру. Однак, коли клітина готується до поділу, хроматин ущільнюється та збирається у хромосоми.
Хроматин складається з дуже тонких волокон, які містять
35% ДНК, і, ймовірно,
5% РНК. Хроматинові волокна в хромосомі згорнуті і утворюють безліч вузликів та петель. ДНК у хроматині міцно пов'язана з білками-гістонами, функція яких полягає в упаковці та впорядкуванні ДНК у структурні одиниці –нуклеосоми.У хроматині міститься також ряд негістонових білків. Хроматинові волокна нагадують на вигляд нитки намист. Намистинки - ценуклеосоми.
Нуклеосома складається з білків-гістонів. Кожна нуклеосома містить 8 молекул гістонів – по 2 молекули Н2А. Н2В, Н3, Н4. Дволанцюжкова ДНК обвиває нуклеосому двічі (рис. 3).
Мал. 3 Схематичне зображення нуклеосоми (А) та хроматину (Б)
Нитка ДНК намотана нагістонове ядро нуклеосоми зовні. У проміжках між нуклеосомами розташована сполучна нитка ДНК, з якою зв'язується гістон Н1. Таким чином, нуклеосоми – це структурні одиниці хроматину, що виконують функцію щільної упаковки ДНК. ДНК коротшає за рахунок того, що вона обвиває гістони. Хроматин пов'язаний також із негістоновими білками ядра, які утворюють ядерний матрикс (рис. 4).
Мал. 4 Упаковка ДНК у хромосомі
Еукаріотичні клітини містять такожцитоплазматичну ДНК.
Крім ДНК в ядрі у еукаріотів є ДНК вмітохондріях. Хлоропласти фотосинтезуючих клітин містять ДНК. Зазвичай ДНК в цитоплазмі становить 0,1% всієї клітинної ДНК.
Мітохондріальні ДНК - це дволанцюгові кільцеві молекули малого розміру. МолекулиДНК у хлоропластах значно більше, ніж у мітохондріях. ДНК мітохондрій та хлоропластів не пов'язана з гістонами.
Чи не знайшли те, що шукали? Скористайтеся пошуком: