5. Химическая и структурная организация хромосом эукариот. Эу- и гетерохроматин. Интерфазные и митотические хромосомы.

Химический состав хромосом эукариотических клеток:

Большая часть ДНК и белки (гистоновые(60-80% ) и негистоновые). РНК и липиды. В малых количествах- полисахариды, ионы металлов(Са, Мg). Гистоны учувствуют в процессе компактизации хроматина.

Структурная организация эукариотической хромосомы: В основе структуры хроматина находится фибрилла, представляющая собой цепочку повторяющихся единиц-нуклеосом.

1. Нуклеосомный уровень. Нуклеосомная нить (диаметр-11нм)- образуют гистоны Н2А, Н2В, Н3, Н4.

2. Нуклеомерный. Хроматиновая фибрилла(д-30 нм)- образуют Н1, скручивает нуклеосомную нить в спираль.

3. Хромомерный. Петельно-доменный уровень (д-300 нм)- образуют негистоновые белки.

4. Хромонемный (д-700 нм)-фибриллы диаметром 300 нм складываются по длине и превращаются в метафазные хроматиды.

5. Хроматидный (д-1400 нм)-состоит из двух хроматид.

Эу- и гетерохроматин:

Эухроматин-низкая степень компактизации и, следовательно , не плотно упакованный хромосомный материал.

Гетерохроматин- высокая степень компактизации.

Выделяют факультативный и конститутивный гетерохроматин.

Факультативная гетерохроматизация-инструмент выключения из функционирования групп хромосом, геномов или генов на известных стадиях онтогенеза или в соответствующих физиологических условиях (пример: тельце Барра)

Конститутивная гетерохроматизация- постоянство локализации гетерохроматизированных участков по длине хромосом и сохранением названного состояния хроматина во времени.

Интерфазные и митотические хромосомы:

Митотические хромосомы образуются в клетке во время митоза. Это неработающие хромосомы, и молекулы ДНК в них уложены чрезвычайно плотно. Благодаря компактности митотических хромосом обеспечивается равномерное распределение генетического материала между дочерними клетками при митозе.

Интерфазными называются хромосомы (хроматин), характерные для стадии интерфазы клеточного цикла. В отличие от митотических это работающие хромосомы: они участвуют в процессах транскрипции и репликации. ДНК в них уложена рыхло, чем в митотических хромосомах.

6. Этапы реализации генетической информации у эукариот. Транскрипция и посттранс- крипционные преобразования..

Реализация генетической информации – это путь от гена к признаку. В основе признака лежит белок.

Ген – это участок молекулы ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты), содержащий информацию о строении белка, а также т- или р-РНК. То есть реализация генетической информации – это синтез белка.

Этапы реализации генетической информации:

Транскрипция

Посттранскрипционные процессы

Трансляция

Посттрансляционные процессы

У эукариот разделены во времени и пространстве

Транскрипция – синтез РНК по матрице ДНК

Процессинг РНК (созревание РНК)

Трансляция РНК – синтез белка по матрице РНК

Процессинг белка (созревание белка) – приобретение белком его окончательной структуры

1. Транскрипция - синтез РНК (любых видов) по матрице ДНК

В качестве матричной выступает цепь ДНК 3’→ 5’. Цепь 5’ → 3’ в транскрипции не участвует. Эту цепь называют кодогенной, т.к. последовательность нуклеотидов РНК (кодонов) совпадает с ее последовательностью.

В транскрипции различают :

Начало – инициацию

Инициация транскрипции — сложный процесс, зависящий от последовательности ДНК вблизи транскрибируемой последовательности (а у эукариот также и от более далеких участков генома — энхансеров и сайленсеров) и от наличия или отсутствия различных белковых факторов.

Удлинение цепи РНК – элонгацию

Переход от инициации к элонгации сопровождается разрывом связей между ферментом, промотором, факторами инициации транскрипции, а в ряде случаев — переходом РНК-полимеразы в состояние компетентности в отношении элонгации (например, фосфорилирование CTD-домена у РНК-полимеразы II). Фаза элонгации заканчивается после освобождения растущего транскрипта и диссоциации фермента от матрицы (терминация).

Окончание – терминацию

Терминация транскрипции у эукариот менее изучена. Она завершается разрезанием РНК, после чего к её 3' концу фермент добавляет несколько аденинов (…АААА), от числа которых зависит стабильность данного транскрипта[3].

1.Инициация транскрипции: фермент РНК-полимераза связывается с промотором на одной из цепей ДНК. (РНК-полимераза I и III транскрибируют гены т- и р-РНК; РНК-полимераза II – гены белков.)

2.Элонгация – по принципу комплементарности и антипараллельности на матричной цепи ДНК строится РНК- копия.

3. Терминация. Сигналом для этого служит образование «шпильки» на РНК, при этом РНК отсоединяется от ДНК.

Постранскрипционные процессы. Процессинг (созревание) РНК (у эукариот)

Процессинг РНК включает:

1.присоединение кэпа (7-метилгуанозина) к 5 концу,

2.полиаденилового хвоста к 3 концу,

3.вырезание интронов

4.сплайсинг(сшивание) экзонов

Посттранскрипционные модификации РНК особенно характерны для эукариотических организмов, у которых в силу мозаичной интрон-экзонной структуры их генов первичные транскрипты представлены гигантскими предшественниками, включающими в себя последовательности как экзонов, так и интронов. 5’-Конец предшественника мРНК чаще всего подвергается котранскрипционным модификациям, в результате которых к его 5’-концевому нуклеотиду особым образом присоединяется остаток гуанозина с образованием "шапочки" – кэпа. Эта котранскрипционная модификация создает условия для прохождения следующего этапа процессинга мРНК – сплайсинга, сопровождающегося вырезанием последовательностей интронов и объединением экзонов с образованием непрерывной кодирующей последовательности мРНК.

Одновременно от 3’-конца путем эндонуклеазного расщепления отделяется избыточный фрагмент РНК, и к оставшейся части присоединяется поли(А)-последовательность. Эта совокупность реакций получила название полиаденилирования мРНК. После таких котранскрипционных и посттранскрипционных модификаций пре-мРНК образовавшаяся зрелая, стабилизированная мРНК переносится из ядра в цитоплазму, часто к специфическому месту своей внутриклеточной локализации, где может быть депонирована или эффективно транслироваться рибосомами. Каждый из этапов посттранскрипционных модификаций может использоваться для регуляции уровня экспрессии соответствующих генов.