Презентация на тему ДНК и РНК. Устройство генома

Диаметр молекулы – 2 нм.
Число нуклеотидов – от

нескольких десятков тысяч (простейшие бактерии) до сотен миллионов.
Длина молекулы – от 10 мкм до 10 см
В водном растворе молекула ДНК заряжена отрицательно (при нейтральном рН) и стремится распрямиться (палочка).

1 молекула ДНК В – S –фазе хромосомы удваиваются Половинки удвоенной

хромосомы называются хроматидами

некодирующими последовательностями (свыше 90%). Расположение генов, кодирующих различные РНК,

в составе хромосом неравномерно – есть участки богатые генами и обедненные ими.
Дифференциальная окраска хромосом позволяет выделить участки, обогащенные генами (G-бенды) или обедненные ими (R-бенды).
Дифференциальная окраска позволяет отслеживать крупные хромосомные перестройки (изменение рисунка бендов в хромосоме – делеции, транслокации, инверсии и т.п.).

(разрывов) и неслучайными рекомбинациями (перестановками).
Часто встречающиеся мутации и

рекомбинации у эукариот захватывают районы длиной в несколько килобаз, то есть не имеют точной привязки к последовательности нуклеотидов.
Причины, лежащие в основе неоднородности хромосом: (1) структура самой ДНК – АТ-богатые участки ДНК длиной 300-1000 пар оснований, которые, по-видимому, закреплены вблизи оси хромосомы и боковые петли между этими участками; (2) закономерные контакты соседних хромосомных территорий в интерфазе.

(разрывов) и неслучайными рекомбинациями (перестановками).
Часто встречающиеся мутации и

рекомбинации у эукариот захватывают районы длиной в несколько килобаз, то есть не имеют точной привязки к последовательности нуклеотидов.
Причины, лежащие в основе неоднородности хромосом: (1) структура самой ДНК – АТ-богатые участки ДНК длиной 300-1000 пар оснований, которые, по-видимому, закреплены вблизи оси хромосомы и боковые петли между этими участками; (2) закономерные контакты соседних хромосомных территорий в интерфазе.

территории

участки – гены составляют основную часть генома (~70%)
Гены собраны

в группы (цистроны), которые имеют общий регулятор (промотор)
Регуляторные последовательности короткие

составляют малую часть генома (~1,5% у человека).
Каждый ген

содержит собственный промотор и некодирующие вставки – интроны. Гены могут перекрываться и считываться с одного участка ДНК в противоположные стороны.
Большинство генов уникальны – присутствуют в одной копии на геном. Множественные тандемные повторы (100-1000) – гены рибосом, гистонов и тРНК.
Сателлитная ДНК (до 30% генома) состоит из повторов длиной от одного до нескольких тысяч нуклеотидов. Набор повторов консервативен (в пределах вида), а длина вставок варьирует, что позволяет установить уникальность ДНК особи.
Разбросанные повторы (длина 6-10 пар оснований) составляют до 15% генома, они повторены 105-106 раз.
Мобильные элементы и псевдогены – большие некодирующие участки с уникальными последовательностями.

Строение генома эукариот

– 0,5-10 млн. нуклеотидов.
Эукариоты – от 6300 до

75000 генов; разброс по длине значительно больше.
Дрожжи –12 млн. нуклеотидов; человек – 3200 млн. нуклеотидов; рыбы – от 385 млн. до 130 млрд. нуклеотидов; амеба (Polychaos dubium) – 670 млрд. нуклеотидов.
Размеры геномов эукариот (суммарная длина молекул ДНК) могут в десятки раз различаться даже у родственных видов.

Размеры генома

силе, В – в высокой ионной силе (0,5 М

NaCl)

хроматина)

гистон H1

с небольшим количеством РНК (около 1%). В его составе

различают гистоны и негистоновые белки.
Гистоны (5 основных типов молекул) – эволюционно консервативные небольшие белки с положительным зарядом.
Негистоновые белки – различные по массе и свойствам.

Гетерохроматин
(транскрипционно
неактивный)

Конститутивный

Факультативный

(например, сателлитная ДНК) и конденсирован во всех клетках многоклеточного

организма.
Гетерохроматин факультативный – результат эпигенетической регуляции. Его содержание зависит от дифференцировки клеток. Чаще всего – метилирование 9-го лизина на гистоне Н3, которое приводит к связыванию белка НР1. «Закрытая» структура хроматина поддерживается белком НР1, а также за счет низкого уровня ацетилирования гистонов и метилирования островков CpG.
Распространению гетерохроматина препятствуют специальные вставки в молекуле ДНК (Locus control regions – LCR и инсуляторы).

ферменты 
Белок гетерохроматина 1 (HP1) – отвечает за формирование конститутивного

гетерохроматина, связываясь с метилированным гистоном Н3.
Белки группы поликомб (Polycomb) – регулируют доступность хроматина для транскрипции, играют важную роль в дифференцировке клеток.
Smc-белки (structural maintenance of chromosomes) – поддерживают структуру хромосом.

эволюционно консервативные белки, связывающиеся с ДНК при участии АТФ.

Когезины – образуют комплекс в S-фазе (период синтеза ДНК) и удерживают хроматиды до анафазы. SMC1+SMC3 – часть когезинового комплекса.

Конденсины – организуют укладку митотической хромосомы. Комплексы состоят из SMC2+SMC4 и других белков. Вероятно, регулируют формирование гетерохроматина.
Репаративный комплекс содержит SMC5+SMC6

межхромосомные взаимодействия гомологов. Все образуют гомодимеры с АТФ-азной активностью

в глобулярных доменах.
SMC1+SMC3 – ядро когезинового комплекса (интерфаза)
SMC2+SMC4 – ядро конденсинового комплекса (митоз)
SMC5+SMC6 – ядро репаративного комплекса (устраняет двунитевые разрывы в ДНК в интерфазе)

ДНК (связь между хроматидами, которая рвется в анафазе).
Конденсины

(справа) образуют внутримолекулярные связи с ДНК и обеспечивают компактизацию внутри хроматиды в течение всего митоза.

структура постоянно изменяется в связи с активацией и транскрипцией.