2. Наследственный аппарат клеток. Химическая и структурная организация хромосом.

Основное вещество ядра – хроматин. Он состоит из ДНК (~35%), белков (~65%) , а также углеводов, РНК, Мg²⁺ (менее 1%). Белковая часть хроматина представлена кислыми белками и оснОвными белками (гистонами). На гистоны приходится 80% от всех белков, и они играют важнейшую роль в хроматине. Выделяют пять классов гистонов: Н1, Н2А, Н2Б, Н3, Н4.

Т.к. гистоны являются осноОвными или щёлочными белками, они имеют положительный суммарный заряд (благодаря большому содержанию аминокислот лизина и аргенина, которые имеют по две аминогруппы, заряженные положительно). Суммарный заряд ДНК отрицательный (счет остатка фосфорной кислоты), поэтому белки прочно связаны с молекулой ДНК.

Перед митозом хроматин уплотняется за счет спирализации ДНК и приобретает определённую форму и размеры. Теперь он называется хромосомой. Хромосома – структурное образование, хроматин – химический экви­валент хромосом.

Структурная организация хромосом достаточно сложная.

В интерфазном ядре принято выделять 5 уровней структурной организации хромосом:

1) формирование нуклеосом. Белки гистоны H2A, H2B, H3, H4, (по 2 молекулы каждого) образуют остов нуклеосомы (катушку), вокруг этой основы ДНК делает примерно 2 витка (146 п.н.). Соседние нуклеосомы связываются гистоном H1, так образуется нуклеосомная нить. Диаметр нуклеосомной нити 11нм, размер молекулы ДНК уменьшается в 7 раз.

2) формирование соленоидоподобных фибрилл. Длина ДНК на этом уровне уменьшается в 50 раз.

3) формирование петель. Соленоидоподобные фибриллы складываются в петли. ДНК человека образует до 2.000 петель. Длина ДНК уменьшается в 1.000 раз. Эти три уровня спирализации ДНК происходят во время интерфазы.

4) формирование хроматид; петли ещё больше спирализуются, и диаметр хроматиды становится равным 700нм.

5) образование хромосомы за счёт объединения хроматид; диаметр хромосомы = 1400нм.

4 и 5 уровни спирализации ДНК происходит во время профазы митоза. В конечном итоге размер ДНК уменьшается в 10.000 раз.

Значение компактизации хромосом состоит в облегчении их перемещения в дочерние клетки во время митоза.

3. Характеристика ДНК. Молекулярное строение гена у прокариот и эука­риот.

Роль хранителя наследственной информации у всех организмов принадлежит ДНК. Эта кислота была открыта в 1869г. Ф. Мишером в ядрах лейкоцитов, но строение её было выяснено только в 1953г. Дж. Уотсоном и Ф. Криком. В своих исследованиях эти учёные опирались на данные рентгеноструктурного анализа молекулы ДНК и на установленное Э. Чаргаффом правило: в молекуле ДНК число пуриновых оснований строго соответствует числу пиримидиновых оснований.

ДНК – полимер, состоящий из десятков (или сотен) миллионов мономеров – дезоксирибонуклеотидов. В состав каждого дезоксирибонуклеотида входит азотистое основание, углевод (сахар дезоксирибоза) и остаток фосфорной кислоты (фосфат). Нуклеотиды ДНК отличаются друг от друга основаниями. Различают пуриновые основания: аденин (А) и гуанин (Г) и пиримидиновые основания: цитозин (Ц) и тимин (Т). Нуклеотиды ДНК называются соответственно: адениловый, гуаниловый, цитидиловый, тимидиловый.

Нуклеотиды ДНК соединены последовательно в цепочку за счет фосфодиэфирных мостиков, образующихся между углеводом одного нуклеотида и остатком фосфорной кислоты соседнего. Иначе говоря, остаток фосфорной кислоты связывает углеводы со­седних нуклеотидов.

Читать последовательность нуклеотидов в ДНК принято от пятого атома сахара к третьему атому. Поэтому в цепочке ДНК первым будет стоять 5' нуклеотид, а последним 3'нуклеотид. Поэтому полинуклеотидная цепь полярной.

ДНК – это две цепочки, закрученные вправо и антипараллельные (напротив 5' нуклеотида одной цепочки расположен 3' нуклеотид второй цепочки).

В каждой цепочке, основания которых обращены внутрь спирали и образуют пары таким образом, что (А) одной цепи всегда находится про­тив (Т) другой цепи, а (Г) – против (Ц). Между этими парами оснований образуются водородные связи: две меж­ду А и Т и три между Г и Ц. В каждом сочетании оба нуклеотида как бы дополняют друг друга, они комплементарны. Комплементарность – взаимное соответствие в химическом строении молекул, обеспечиваю­щее их взаимодействие. Комплементарные структуры подходят друг к другу как ключ к замку.

На один виток спирали ДНК приходится 10 нуклеотидных остатков. Т.к. расстояние между соседними нуклеотидами = 0,34 нм, шаг спира­ли составляет 3,4 нм.

Диаметр спирали – около 2 нм. Длина спирали может измеряться в метрах.

Описанное выше строение присуще В-форме ДНК (правозакрученной). А. Рич обнаружил существование левозакрученной ДНК, у неё ход цепей зигзагообразный, а не гладкий. Это Z-форма ДНК, она образуется во время кроссинговера.