Структура хроматина. Упаковка днк

Первый уровень упаковки нитей ДНК- нуклеосомный - связан с участием в этом процессе специальных ядерных белков – гистонов. Во всех эукариотических клетках выделено пять фракций гистонов (Н1, Н2А, Н2 B, H3, H4). Группа из 8 молекул гистонов (по две молекулы каждого из гистонов Н2А, H2B, H3,H4), образуют глобулу, вокруг которой по спирали закручивается участок ДНК размером в 146 пар нуклеотидов. Эти глобулы «бусинки» были открыты в 1974 году и названы нуклеосомами. Нуклеосомный уровень укладки хроматина позволяет «сжать» молекулу ДНК примерно в 6-7 раз.

Второй уровень упаковки нитей ДНК – нуклеомерный. несколько нуклеосом сближаются, формируют компактные группы – нуклеомеры, которые, в свою очередь образуют суперспираль. Такая компактная нить ДНК имеет диаметр 30 нм и получила наименование – хроматиновая фибрилла. При этом происходит еще более чем 40 – кратное сжатие ДНК.

Третий уровень – петлевой или доменный. На этом уровне хроматиновые фибриллы образуют систему петель (доменов) диаметром 300 нм, в каждой из которых находится несколько генов. Это приводит к еще 600-кратному сжатию ДНК

Четвертый уровень–хромомерный Происходит переход от спирального типа укладки ДНК, состоящих из петель хроматиновых 30-нм фибрилл, к образованию компактных глобулярных структур типа хромомеров, имеющих уже размеры 0,1-0,2 мкм.. Степень сжатия – несколько тысяч раз.

Пятый уровень – стадия конденсированной метафазной хромосомы

Это уровень сверхкомпактного состояния хроматина. Видны только в период митоза. Неактивны – считывание информации не происходит. К кинетохорам метафазных хромосом крепятся микротрубочки веретена деления.

Нуклеосомы (первый уровень)

Хиазмы Нуклеомер(второй уровень)

Петлевой и хромомерный уровень упаковки ДНК.(третий и четвертый уровни) Видны петли ДНК и плотные (хромомерные) участки между ними

(гигантская интерфазная хромосома в яйцеклетке птиц- типа «ламповой щетки») Стрелки указывают на участки перекреста (кроссинговера) гомологичных хромосом (хиазмы)

Структура гена. Транскрипция

 

Ген – структурная единица генетической информации, закодированная в определенной последовательности нуклеотидов участка ДНК.

Генотип – совокупность гаплоидного набора всех генов данной клетки или организма.

В дальнейших исследованиях было установлено, что:

- ген дискретен и делим;

- ген имеет очень сложную структуру;

- информация записана в гене посредством универсального генетического кода;

- в геноме имеются разные типы (группы) генов;

- наименьшей мутирующей единицей гена является пара нуклеотидов - т.н. однонуклеотидные замены (SNP – single nucleotide polymorphisms).

 

Гены состоят из двух основных частей: регуляторной и кодирующей.

Кодирующая часть гена имеет мозаичную структуру и состоит из функционально разных участков – экзонов и интронов.

С одних – экзонов в дальнейшем считывается информация о белке, в других – интронах не закодирована информация о белке. Объем, занимаемый интронными участками гена, значительно превышает экзонные.

Каждый структурный ген имеет свой промотор

Промотор – это небольшой участок ДНК, расположенный перед структурной частью гена и предназначенный для связывания РНК-полимеразы и белков-регуляторов перед началом синтеза РНК. У высших эукариот в состав промотора входят многократно повторяющиеся последовательности нуклеотидов: ТАТА, ЦААТ, ГЦ

Регуляторные участки гена эукариот, с которыми связываются факторы транскрипции, располагаются за сотни пар нуклеотидов от участка промотора активируемого гена- они получили название - энхансеры.

Каждый ген или группа генов отделены друг от друга специальным участками ДНК, называемые спейсерами.

Схема организации типичного гена эукариот и его регуляторные элементы:

1 – экзоны; 2 – интроны; 3 – промотор; 4 – РНК-полимераза II; 5 – главные факторы транскрипции; 6 – регуляторные белки; 7 – энхансеры (регуляторные участки гена); 8 – спейсерные участки; 9 – ТАТА блок – инициирующая часть промотора; стрелка – начало процесса транскрипции