Компактность - другое принципиальное отличие генома эукариот от прокариотического генома.

При средней разнице размеров геномов на 3 порядка, линейные размеры эукариотических хромосом соизмеримы с длиной ДНК прокариот.

Выделяют, по крайней мере, 4 уровня компактизации ДНК. При этом нить ДНК "укорачивается" в 10000 раз.

Это все равно, что нить, длиной с Останкинскую башню (500 м), уложить в спичечный коробок (5см).

Два первых уровня компактизации эукариотического генома обеспечиваются гистонами.

132. Организация геномов гаплоидных и диплоидных организмов.

Кратко:

ГЕНОМ, совокупность генов, локализованных в гаплоидном наборе хромосом данного организма. Половыеклетки гаплоидные) содержат один геном, соматические клетки высших организмов (диплоидные) - два: один геном отцовский, другой - материнский.

Геном человека состоит из 23 хромосом и содержит примерно 3*10⁹ нуклеотидных пар. Геном бактерий представлен единственной, кольцевой хромосомой, связанной с клеточной мембраной. Строение ее намного проще, чем у высших организмов. Так, ДНК генома кишечной палочки состоит из 3,8*10⁶нуклеотидных пар. Геном наиболее примитивных вирусов состоит из молекулы ДНК или (в некоторых случаях) РНК, имеющих линейную или кольцевую форму. У более сложных вирусов обнаруживаются черты структурной организации, характерные для хромосом высших организмов.

Бактериальный геном содержит в основном неповторяющиеся гены; лишь немногие гены, кодирующие рибосомальные РНК, присутствуют в бактериальном геноме в виде неских копий. В геномах высших организмов по степени повторяемости выделяют три основных типа нуклеотидных последовательностей: высокоповторяющиеся (до 10⁶ копий), умеренно повторяющиеся (10²*10⁵ копий) и уникальные. Последние могут быть представлены одной или несколькими копиями. В эту фракцию входит подавляющее число генов, кодирующих белки. Повторяющиеся последовательности обычно составляют в зависимости от вида организма 10-70% всего генома. Их, как правило, меньше у низкоорганизованных организмов и больше у высших. Выяснены функции лишь очень малой части всех повторов. Особую фракцию генома составляют мигрирующие генетические элементы.

Полный ответ:

ГЕНОМ, совокупность генов, локализованных в гаплоидном наборе хромосом данного организма. Половые клетки (гаплоидные) содержат один геном, соматические клетки высших организмов (диплоидные) - два: один геном отцовский, другой - материнский.

Все живые организмы в зависимости от структурно-функциональной организации генома делят на эукариотов и прокариотов (протокариотов). Эукариотами называют организмы, в клетках которых имеется морфологически обособленное ядро, содержащее хромосомы и отделенное от цитоплазмы ядерной мембраной. К ним относят всех животных и растения, кроме сине-зеленых водорослей. Прокариотами называют организмы, клетки которых не дифференцированы на ядро и цитоплазму и не содержат морфол, аналогов хромосом эукариотов. К ним относят бактерии и синезеленые водоросли, а также самые примитивные формы жизни — вирусы и бактериофаги. Общим для эукариотов и прокариотов является то, что в обоих случаях носителем наследственной информации является нуклеиновая к-та — ДНК или у некоторых вирусов РНК (см. Дезоксирибонуклеиновые кислоты, Рибонуклеиновые кислоты).

Геном человека состоит из 23 хромосом и содержит примерно 3*10⁹ нуклеотидных пар. Геном бактерий представлен единственной, кольцевой хромосомой, связанной с клеточной мембраной. Строение ее намного проще, чем у высших организмов. Так, ДНК генома кишечной палочки состоит из 3,8*10⁶нуклеотидных пар. Геном наиболее примитивных вирусов состоит из молекулы ДНК или (в некоторых случаях) РНК, имеющих линейную или кольцевую форму. У более сложных вирусов обнаруживаются черты структурной организации, характерные для хромосом высших организмов.

Бактериальный геном содержит в основном неповторяющиеся гены; лишь немногие гены, кодирующие рибосомальные РНК, присутствуют в бактериальном геноме в виде неских копий. В геномах высших организмов по степени повторяемости выделяют три основных типа нуклеотидных последовательностей: высокоповторяющиеся (до 10⁶ копий), умеренно повторяющиеся (10²*10⁵ копий) и уникальные. Последние могут быть представлены одной или несколькими копиями. В эту фракцию входит подавляющее число генов, кодирующих белки. Повторяющиеся последовательности обычно составляют в зависимости от вида организма 10-70% всего генома. Их, как правило, меньше у низкоорганизованных организмов и больше у высших. Выяснены функции лишь очень малой части всех повторов. Особую фракцию генома составляют мигрирующие генетические элементы.

133. Базовые регуляторные элементы генома.

Краткий ответ:

регуляторные элементы энхансеры, сайленсеры, инсуляторы.

Полный ответ:

регуляторные элементы энхансеры, сайленсеры, инсуляторы.

Энхансеры

Механизм действия энхансера основан на результатах изучения бактериальных систем. Известно, что в клетках бактерий началу транскрипцииспособствует образование петли ДНК. Это согласуется с данными о том, что энхансеры обычно наиболее эффективны, когда они находятся вблизи промотора; с увеличением расстояния их активность постепенно падает.

Предложены и другие гипотезы о механизме действия этого регуляторного элемента:
1. Энхансер может действовать на большом расстоянии, активируя ДНК-топоизомеразу, которая вносит торсионное напряжение в большую петлю ДНК, используя для этого энергию гидролиза АТР.
2. Энхансер может влиять на транскрипцию, действуя как сайт посадки мобильных белков, которые связываются с ДНК и затем движутся вдоль ее молекулы.
3. Энхансер может связывать белки, которые способствуют присоединению близлежащего гена к определенной области ядра, где локализованы факторы транскрипции..

Активаторы (Activators)- белки, которые связываются с энхансерами, которые помогают РНК-полимеразе правильно начать транскрипцию.
Репрессоры (Repressor)- белки,которые связывают активаторы, чем снижают или прекращают транскрипцию.
Основные факторы (Basal factors)- белки, которые ориентируют РНК-полимеразу на начало структурной части гена.
TATA box (или Pribnow box)- часть промотора, являющаяся сайтом связывания для белковых факторов.
Транскрипционные факторы (Transcription factors)- помогают занять правильную позицию активаторам и РНК- полимеразе.

Сайленсоры
Ингибирование транскрипции с использованием регуляторных элементов, называемых сайленсерами, - активный процесс. В этом случае происходит прямое подавление инициации транскрипции путем разрушения транскрипционного комплекса на промоторе или посредством его инактивации иным способом. Первый из описанных в 1986 г. сайленсеров обладал классическими энхансероподобными свойствами, действуя на промоторы, расположенные в цис-положении (на той же молекуле ДНК) на большом расстоянии. При этом активность сайленсера, подобно энхансеру, не зависела от его ориентации по отношению к регулируемому промотору. Активность других сайленсеров зависит от положения их по отношению к регулируемому промотору и ориентации относительно него, и прямо пропорциональна числу их копий. Регуляторные белки, связывающиеся с сайленсерами, по аналогии с белками энхансеров , помимо ДНК-связывающих доменов содержат аминокислотные последовательности, обеспечивающие белок-белковые взаимодействия, которые необходимы для осуществления негативной регуляции транскрипции.

Инсуляторы

Существуют определенные последовательности нуклеотидов длиной в несколько сотен пар оснований, которые обладают способностью подавлять позитивное и негативное влияние эухроматина и гетерохроматина на экспрессию трансгенов, интегрированных в этот хроматин и фланкированных указанными последовательностями в новом сайте интеграции. Такие участки ДНК как бы изолируют ген, находящийся между ними, способствуя сохранению его обычной пространственной структуры. Эти последовательности известны под названием инсуляторов (англ. insulate - изолировать) и как регуляторные области локусов (LCR - locus control regions). Введение одного из таких элементов между энхансером и промотором регулируемого гена приводит к функциональной изоляции энхансера и подавлению экспрессии гена, а фланкирование гена пограничными последовательностями предохраняет его от инактивирующего действия окружающего конденсированного гетерохроматина, т.е. снимает эффект положения. У высших эукариот энхансер может активировать промотор на расстоянии, достигающем нескольких сотен тысяч пар нуклеотидов, что является одной из особенностей регуляции транскрипции высших эукариот.

По сути механизм формирования петли (домена) выглядит так:
Взаимодействующие белки инсулятора (голубые и зеленые шары) связываются с инсулятором (красный) и формируют "петлю"- домен. Гены в домене отделены от конденсированного хроматина вне домена, что обеспечивает их независимую регуляцию транскрипционными факторами.

Вопрос №134

Полиморфизм генов.

Краткий обзор:

Полиморфизм ДНК-существование в популяции двух или большего числа альтернативных аллелей определенного локуса гена, которые различаются нуклеотидной последовательностью.

Аллель-серия двух или более генов занимающие одинаковые позиции в гомологичных хромосомах. Соматические клетки содержат два аллеля одного гена(по числу гомологичных хромосом),половые по одному аллелю.

Основная часть:

Большинство генов в каждом организме представлено двумя аллелями один от отца другой от матери. Если аллели идентичны- то организм -гомозиготен если разные- гетерозиготен.В ходе эволюции разные аллели произошли от единого аллеля предшественника.Таким образом гены представленные в популяции несколькими аллелями –полиморфные. Мутации ведут к возникновению новых аллелий.И лежат в основе генетической изменчивости живой природы.Пример молчащей мутации замена нуклеотида, при которой новый кодон имеет прежний смысл.(кодирует ту же аминокислоту- НЕ МЕНЯЕТ СТРУКТУРУ БЕЛКА)Такие нейтральные мутации –нормальные полиморфизмы.Патологические мутации приводят к нарушению механизма трансляции транскрипции, либо к синтезу аномального белка.

Полиморфизмы обнаружены во всех структурных элементах генома:экзонах интронах регуляторных участков. Полиморфизм ДНК БОЛЕЕ выражен в некодирующей части генома→изменение уровня экспрессии мРНК.Если один и тот же ген у разных людей отличается на один нуклеотид –однонуклеотидный полиморфизм.(В геноме человека встречается 1 на 300 нуклеотидов)Такая высокая плотность позволяет использовать однонуклеотидные полиморфизм ы в качестве генетического маркера. Еще один вид генетического полиморфизма –вариация числа копий.В этом случае наблюдатся вариации числа копий протяженных участков ДНК. Происходит ЭТО в результате ДЕЛЕЦИИ И ДУПЛИКАЦИИ.

Ген считается полиморфным если его самый распространенный аллель встречается менее чем у 99%людей,или частота редкого аллеля должна быть менее чем 1%В науке и медицине полиморфизм используют в качестве генетического маркера для поисков генов ответственных за генетические заболевания