Занятие №6.

Клеточное ядро.

Уровни компактизации ДНК.

Митотическая хромосома.

1. ДНК.

1. Фракция быстро реассоциирующихся последовательностей.

ДНК обрабатывают ультразвуком. При этом она деградирует на двуцепочечные куски одинакового размера. Затем смесь денатурируют и медленно охлаждают. Комплементарные цепи ДНК, разделенные при денатурации, при определенных условиях (при температуре на 20°С ниже, чем температура плавления ДНК) могут вновь соединиться в двойную спираль. Этот процесс называется ренатурацией. Если денатурация произошла не полностью и хотя бы несколько оснований не утратили взаимодействия водородными связями, ренатурация протекает очень быстро. Наиболее часто повторяющиеся последовательности реассоциируют быстрее всего (им легче «найти» друг друга), их скорость ренатурации выше.

Реассоциация начинается с взаимодействия коротких комплементарных последовательностей нуклеотидов, время существования которых в ассоциированном состоянии может оказаться непродолжительным, если соседние участки ДНК окажутся некомплементарными. Процесс повторяется снова и снова, пока не ассоциируют "нужные" участки. Однако, как они провзаимодействуют, двойная спираль ДНК восстанавливается очень быстро. Ренатурация - двухстадийный процесс. На первом этапе должны встретиться два комплементарных участка.

К фракции быстро реассоцирующихся последовательностей относятся:

1. Сателлитная днк.

В местах расположения сателлитной ДНК возможна максимальная компактизация. В конститутивном гетерохроматине все четыре уровня упаковки ДНК представлены даже в интерфазе. Сателлитная ДНК всегда располагается тандемно по 100-200 единиц в блоке. Образуются длинные последовательности в геноме. Сателлитная ДНК обязательно располагается в центромерном районе. Это обеспечивает бесплодие возможных межвидовых гибридов. Кроме того, сателлитная ДНК всегда присутствует в области теломер.

Таким образом, на данный момент термин «сателлитная ДНК» используется в основном в отношении длинных тандемных повторов, расположенных в области теломер и центромер. Сателлитная ДНК не транскрибируется в сколько-нибудь заметных количествах и скорее всего ничего не кодирует. Сателлитная ДНК, находящаяся в области центромеры, реплицируется в S-фазе в числе последних, а в политенных хромосомах она часто оказывается недореплицированной по сравнению с другими участками.

2. Полиндромы.

Полиндром - это зеркальная последовательность, если взять символьную последовательность и зеркально ее отобразить, то получится полиндром. По аналогии: полиндромы - это такие фразы, которые в обе стороны читаются одинаково.

2. Фракция умеренно повторяющихся последовательностей.

Последовательности этой фракции реассоциируют позднее. От 20 до 60% ДНК входит в состав этой фракции. Все гены этой фракции являются транскрибируемыми. Как оказалось, фракция умеренно повторяющихся (от 10² до 10⁵ раз) последовательностей принадлежит к пестрому классу участков ДНК, играющих важную роль в обменных процессах. К ней относятся: рибосомные гены, гены 5S-РНК, гены тРНК, гены гистонов.

3. Фракция уникальных последовательностей.

Фракция уникальных последовательностей несет информацию для большинства белков клетки. Эта фракция составляет до 70%.

2. Хроматин.

2.1. Гистоны.

Главные свойства гистонов:

1) Высокоосновный характер.

2) Имеют доменную структуру. Гистоны состоят из 3 доменов: «nose» - на N-конце, «tails» - на C-конце, «head» -основная часть, образует глобулярную структуру.

3) Высокая эволюционная консервативность. Это означает, что гистоны имеют схожую структуру у всех эукариот: от дрожжей до человека. Величина единичного эволюционного периода – время, за которое последовательность аминокислот изменяется на 1%. Для гистона Н3 она равна 3х10⁸ лет, для гистона Н4 - 6х10⁸лет. Для сравнения у гемоглобина эта величина составляет 6х10⁶лет.

4) Все гистоны проходят посттрансляционную модификацию.

• Ацетилирование происходит на 5'-конце.

• Фосфорилирование затрагивает преимущественно N- и C-концы.

• Убиквитинирование – к гистонам Н2А и Н2В, как правило, по лизиновому остатку присоединяется белок убиквитин. Присоединение убиквитина является сигналом на деградацию белка (то есть убиквитинирование гистонов происходит, когда клетка уходит в митоз).

5) Встречаются изоформы гистонов: по молекулярной массе, по аминокислотной последовательности, по форме. Следует обратить внимание, что ткани организмов могут отличаться по содержанию гистонов, но не по их отсутствию.