1.2.12. Клітини эукариот містять значно більше днк, чим це необхідно
для кодування білків
У эукариотических клітинах дуже багато ДНК. Як ми вже говорили, в клітинах людини її майже в 1000 разів більше, ніж в типовій бактерійній клітині, а в клітинах деяких амфібій в 10 разів більше ніж клітинах людини (мал. 1-28). Проте, мабуть, лише мала частина цієї ДНК (можливо, біля ] % в клітинах людини) дійсно кодує білки. Навіщо ж потрібна інша 99% ДНК? Одна з гіпотез полягає в тому, що вона просто збільшує масу ядра. По іншій гіпотезі, ця ДНК - збори даремних для клітини послідовностей, віками тих, що накопичувалися в ній в результаті використання клітинних механізмів синтезу для ногрозмноження. Дійсно, в ДНК багатьох видів виявлені так звані мобільні (рухливі) елементи - послідовності, здатні несподівано "перестрибувати вбудовувати в нові місця свої додаткові копії. Мобільні елементи можуть, таким чином, розмножуватися, подібно інфекції, що повільно розвивається, складаючи частину генетичного матеріалу, що усе більш збільшується.
Але еволюція використовує усі можливості Незалежно від походження некодуючої ДНК зараз вона, напевно, виконує кйкую-то важливу функцію. Наприклад, частина цієї ДНК грає структурну роль, дозволяючи генетичному матеріалу конденсуватися або "упаковуватися" певним чином. Інша частина "зайвої" ДНК - регуляторна і бере участь у включенні і виключенні генів, що направляють синтез білків, граючи, таким чином, ключову роль в складних механізмах регуляції експресії генів эукариотической клітини.
1.2.13. Генетичний матеріал эукариотических клітин упакований дуже складно
ДНК эукариотических клітин має таку велику довжину, що ризик її заплутування або розриву дуже великий. Ймовірно, з цієї причини в процесі еволюції виникли гистоны - характерні для эукариот білки, такі, що зв'язуються з ДНК і скручують її в компактні і зручніші для ряду клітинних процесів хромосоми (мал. 1-29). Ущільнення хромосом є істотною частиною підготовки эукариотических клітин до ділення (мал. 1-30). ДНК усіх эукариот (за одним невеликим виключенням) пов'язана з гистонами. Про виключно важливе значення цих білків свідчить той факт, що вони поводяться украй консервативно в процесі еволюції : деякі з гистонов гороху ідентичні (з точністю до амінокислоти) відповідним гистонам корови.
У эукариотических клітинах з ДНК окрім гистонов пов'язана безліч інших білків. Деякі з них, впливаючи на здатність ДНК взаємодіяти з різноманітними молекулами, змінюють набір экспрессирующихся генів, що відрізняє один тип спеціалізованих клітин від іншого.
Мал. Схематичне зображення эукариотической клітини в митозе. Ліворуч - тваринна клітина, справа - рослинна. Ядерна оболонка зруйнована, а реплицированная ДНК сконденсована в два повні набори хромосом. Мітотичне веретено, що складається в основному з мікротрубочок, розподіляє по одному набору хромосом в кожну з новообразующихся клітин.
Мембрани, що оточують ядра эукариотических клітин, захищають пов'язаний з ДНК тонкий механізм контролю від багатьох хімічних змін, що відбуваються в цитоплазмі. Крім того, вони дозволяють просторово роз'єднати дві ключові стадії експресії генів : 1) синтез РНК по матриці ДНК (транскрипцію ДНК) і 2) використання цих послідовностей РНК для синтезу певних білків (трансляцію РНК). У прокариотических клітинах немає такий компартментации і трансляція РНК з утворенням білку відбувається у міру освіти РНК при транскрипції, починаючись раніше чим завершився синтез РНК. У эукариот, навпаки (за винятком мітохондрій і хлоропластів, які в цьому відношенні, як і в інших, ближче до бактерій), вказані етапи шляху від гена до білку строго роз'єднані: транскрипція відбувається в ядрі, трансляція - в цитоплазмі. РНК, перш ніж включитися в процеси синтезу білку, повинна покинути ядро. Для цього, знаходячись в ядрі, РНК зазнає складний процес дозрівання (процесинг), в ході якого одні частини молекули РНК віддаляються, а інші модифікуються.
Складність організації генома в клітинах эукариот обумовлює присутність в них тонших і різноманітніших механізмів регуляції ніж ті, які виявляються в клітинах бактерій.
Висновок
Усі існуючі нині клітини підрозділяються на два типи: прокариотические (бактерії і їх близькі родичі) і эукариотические. Вважають, що перші близькі у загальних рисах з самими ранніми клетками-прарооителъницами Незважаючи на порівняльну простоту будови, клітини прокариот дуже різноманітні в біохімічному відношенні, наприклад, у бактерій можна виявити усі основні метаболічні шляхи, включаючи три головні процеси отримання енергії - гліколіз, дихання і фотосинтез. Эукариотические клітини більше за розміром і мають складнішу організацію, ніж клітини прокариот. Вони містять більше ДНК і різних компонентів, що забезпечують її складні функції. ДНК эукариот поміщена в оточене мембраною ядро, а в цитоплазмі знаходиться багато інших оточених мембранами органел. До них відносяться мітохондрії, що здійснюють остаточне окислення молекул їжі, а також (у рослинних клітинах) хлоропласти, в яких йде фотосинтез. Цілий ряд даних свідчить про походження мітохондрій і хлоропластів від ранніх прокариотических клітин, що стали внутрішніми симбионтами більшої за розміром анаеробної клітини. Інша відмітна особливість эукариотических клітин - це наявність цитоскелета з білкових волокон, організуючого цитоплазму і руху, що забезпечує механізм.