1. Хроматин құрылысы
2. Геномның құрылымы және ұйымдасуы
3. Геномның мобильді элементтері
4. Хроматин белоктарының модификациясы
Эукариоттық жасушалардың тұқымқуалау аппараты прокариоттық хромосомалардан айтарлықтай ажыратылады. Ең айқын ерекшелік эукариоттық жасушаларда ДНҚ үлкен мөлшерлі. Мысалы, адамның гаплоидты геномында 3*10 нуклеотидтық қалдықтар болады. Сонымен қатар, эукариоттар геномы жасушаның бөлінуі барысында сипаты конденсация (тарқатылу) және дконднсация (ширату) циклінн өтетін бірнеше хромосомаларға бөлінген. Үшіншіден, эукариот жасушаларда гендер прокариоттарға қарағанда көп және олардың реттелуі де күрделі. Эукариот геномының күрделілігіне байланысты хромосоманың құрылысы да күрделі. Хромосоманың бөліктері-хроматин деп аталады. Хроматин фибриллаларының (қалыңдығы 10нм) конденсация процесі барысында қалыңдығы 30нм фибрилланың түзілуінде Н1 гистоны маңызды орын алады. 10 нм-к хроматин фибрилласын ақуыздық глобуладан және оны айнала қоршаған спиральды ДНҚ-н тұратын нуклеосома деп аталатын құрылымдар түзіледі.
5. Гистондар сипаттамасы.
Гистон молекуласының негізгі бес типі бар. Оның төртеуі нуклосомалық гистондар Н2А, Н2В, Н3 және Н4. Олар М=10 000-15 000 салыстымалы үлкен емес ақуыздар. Ол оң зарядталған амин қышқылдары-лизин және аргенинге өте бай және құрылысы жағынан ұқсас. Молекулалың зарядталған сандарына реттелмеген конформация, ал орталығына негізінен Х-спиральға ұйымдасқан және глобулалық конформация тән. Оң зарядталған амин қышқылдары негізінен N-соңы аймағында орналасқан.
Н1 басқа гистондрдан айтарлықтай ерекшеленеді. Ол минимальды нуклеосома құрамына кіреді және хроматиннің 30нм фибрилласын ұйымдастыруға қатысады. Оның М=20 000 жоғары. Н оң зарядталған амин қышқылы қалдықтары молекуласы негізінен С-соңында орналасқан және N-соңы аз бөлігінде болады. Молекуласының N-соңы жартысының орталық аймағы гиброфобты қалдықтарға бай және глобула түзеді. ДНҚ гистондары бір-бірімен өзара әсерлесіпотырады. Әсрлесу теріс зарядталған фосфаттармен гистондардың оң зарядталған амин қышқылы қалдықтары арасында иондық байланыстың түзулуі жолымен жүзеге асады. Жасуша гистондардың синтезі ДНҚ синтезімен тығыз байланысты: егер ДНҚ синтезі төмендесе гистондар синтезі 90% дейін бәсендейді. Бірқатар дифференсацияланған жасушаларда транскрипция толық бәсендегенде гистондарды толығымен немесе бөлшектеп алмастыратын арнайы негізгі ақуыздар кездеседі. Мысалы, құстар эритроциттерінде Н1гистонын ұқсас Н5 гистоны бөлшекті алмастырады.
3. Нуклеосома құрылымы.
Нуклеосома-хроматиннің негізгі реттеуші құрылымдық элементі. Ол кез-келген эукариоттық бастамаларда басады. Оны нуклеаза жиірек микрококкалық нуклеазалар көмегімен хроматгенді тарқату арқылы алады. Минимальды нуклеосома 145 нуклеотидтік қалдықтардан тұратын ДНҚ-дан және ақуыз глобуласынан тұрады. Ақуыз глобуласы гистондардың 8 молекуласынан түзілген: Н2А, Н2В, Н3 және Н4 гистондарының 2 молекуласынан. Нуклеосома диск тәрізді диаметрі 11 нм, биіктігі 5,7 нм. Гистондар осы дискінің ішінде орналасқан, ал ДНҚ сол суперспиральды 1,75 айналым түрінде гистонды октомермен жабысқан болады. Бүкіл құрылысының 2-ші ретті симметриялы өсі болады. Нуклеомоса сыртында орналасқан ДНҚ біртекті майыспайды және симметриялы орналасқан 4 аймақта бөлшекті сыну түзе ДНҚ-ң айтарлықтай бірден майысуы байқалды. Гистондар нуклеосоманың ішкі қуысын толық толықтырмайды. Н3 және Н4 гистондары нуклеосомалық ДНҚ-ң ортасында орналасқан, ал Н2А және Н2В гистондары периферияда жинақталған. Н3 гистоны нуклеосомдық ДНҚ-ң орталық және соңғы аймақтарымен өзара әсерлеседі. Нуклеосома ішінде гистондар бір бірімен тығыз байланысты. Н3 және Н4 гистондар 2-2 молекуласы бірігіп тетрамерлер, ал Н2А және Н2В димерлер түзе алады.
Хроматин ақуыздарының модификациясы
Хроматин гистонды және гистонды емес ақуыздар болады. Ядрода гистонды ақуыздармен қатар гистонды емес ақуыздардың бірнеше түрі бар. Олардың барлығы ядрода ДНҚ-мен немесе нуклеогистонды фибрилламен байланыспаған. Олардың көпшілігі рибонуклопротеидтер құрамына кіреді. Олар транскрипциялық белсенді ядрода көп болады. Хроматин құрылымына қатысы бар гистонды емес ақуыздар да бар. Оларға HMG-ақуызының HMG 14 және 17 және HMG-1 және 2 кластары жатады. Бұл ақуыздар оң және теріс зарядталған аминқышқыл қалдықтарынан тұрады. Олар пссиметриялы орналасқан. N-соңы қышқыл қалдыққа байланысты, ал С-соңы негіздік қалдықтарға байланысты. HMG-ақуыз транскрипция және репликация процесіне қатысуы мүмкін.
Геномика – геном туралы ғылым.
Эукариот геномының құрылымы. Эукариот геномы дамудың және жасуша дифференциацияның күрделі бағдарламаларын жүзеге асырады. Ол бір-бірімен өзара әсерлесетін көптеген гендердің активациясы және генактивациясы нәтижесінде жүзеге асады. Эукариотттық жасушада прокариоттық жасушаға қарағанда бірнеше есе көп гендер болады. Төменде түрлі ағзалар ДНҚ-ң құрамы көрсетілген.
Е.СоІі -5*106
Ашытқы Saссharomyces cerevisidae 5*107
Drosophila melanogаster-108
Нематод Caenorhabdites elegans-108
Амфибий -1-5*109
Жоғары сатылы өсімдіктер (күшті өзгермелі) Litium lonqiflorum-1,8*1011
Сүтқоректілер-3*108
Е.СоІі жасушасына қарағанда ашытқы, насеком, құрт клеткасы ядросында 5-10 есес, ал сүтқоректілерде бірнеше жүз есе ДНҚ көп. ДНҚ құрамы толығымен гаплоидты геномға шаққанда ағзаның күрделілігінің жоғарылауына байланысты өседі. Амфибий және өсімдікте түрден түрге күшті өзгереді жән сүтқоректілр жасушасындағы ДНҚ полимерінен айтарлықтай (10 немесе одан да көп емес) өсуі мүмкін.
Сателитті ДНҚ. Жоғары қайталанбалы геномдық бірізділіктерден тұрған ДНҚ фракциясы сателитті ДНҚ деп аталатын қызметтік және белгілі бір дәрежеде құрылымдық негізделген геном бөлігінен тұрады. Сателиттік ДНҚ-ң өзіндік құрылымы, тығыздығы болады. Сателиттік ДНҚ-ң жеке фракциялары жалпы ДНҚ-ң 10% құрауы мүмкін. Мысалы, тышқан геномының сателиті: бір геном құрамынан бірнеше түрлі сателиттік ДНҚ байқауға болады.
Сателиттік ДНҚ нуклеотидтік бірізділігін анықтау оның құрамында бірнеше нуклеотидтен тұратын тандемді қайталанулылардың болатындығыны көрсетеді. Сателитті ДНҚ-ң негізгі қайталану бірлігі, мысалы: D.melanogаster-де өте қарапайым, тек 5 немесе 7 нуклеотидтен тұрады. Сонымен қатар 359 нуклеотидтік жұптан тұратын күрделі қайталану бірліктері де кездеседі. Сателиттік ДНҚ негізгі 10 мың н.ж. және одан да көп н.ж. аралығында көп рет қайталанады.
ДНҚ-ң көп бөлігі ядрода орналасқан, тек ДНҚ-ң аз бөлігі ғана цитоплазмалық органоидтарда болады. Саңырауқұлақтар мен сүтқоректілер митохондриясында барлық ДНҚ-ң 1% ғана, ал өсімдік пластидтерінде -1-10% болады. Saссharomyces cerevisidae ашытқысы жасушасында митохондриялық ДНҚ жалпы клеткалық ДНҚ-ң 20% құрайды.
Геномның өзгермелі құрамы геном тұрақсыздығы арқылы сипатталады.
Геномның мобильді элементтері және олардың қызметтері. Эукариот геномының біраз бөлігін (10-20%) ДНҚ-ң қайталанатын бірізділіктері құрайды. Олар ширақ түрлі типтері түрінде сипатталады. Мобильді элементтердің қызметтік маңызы айқын емес, ьірақ олар белгілі бір дәрежеде геномның өзгергштігін анықтайды және геном эволюциясында үлкен роль атқаруы мүмкін. Мобильді делеция және инфекция түзілуіне маңызы зор. Эукариоттардың көптеген спонтанды мутациялары, мысалы, дрозофилада, мобильді элементтердің енуіне байланысты. Мұндай мобильді элементтердің ену және орын ауыстыру жағдайлары сирек кездеседі. Геномдағы мобильді элементтердің орналасуы сақталады. Эукариоттарда мобильді элементтер олардың молекулалық құрылымына және орын ауыстыру қабілететінің өзгешілігі негізінде бірнеше кластарға бөледі.
1. Ретропозандар. Олар геномға енген матрицадағыдай жасушалардың РНҚ-ң түрлі типтерінен синтезделінген ДНҚ көшірмесі түрінде сипатталынады. Ол сүтқоректілер, құстар, амфибий және насеком геномынан табылған. Сүтқоректілер геномынан сол гендердің бүлінген көшірмесі түрінде кездесетін псевдогендер деп аталатын мобильді элементтер табылған. Ол ретропозондардың бір типі.
2. Ретротранспозондар. Ол мобильді элементтердің бір класы. Олар құрылысы жағынан проретровирустарға ұқсайды және геномға кері транскрипция механизмі арқылы енеді. Бұл элемент 5-8 н.ж. тұратын «денеден» және әдетте 300-400 н.ж. тұратын тік ұзын қайталану арқылы шектеледі. Бір тұқымдасуда жататын бұндай элементтер көшірмесінің саны бір түрде тұрақты, бірақ ртропазондардың типіне байланысты бірнеше көшірмеден жүздеген мың көшірмеге өзгереді.
Бақылау сұрақтары:
1. Хроматин құрылысы қандай
2. Геномның құрылымы және ұйымдасуы деңгейлері?
3. Геномның мобильді элементтері қандай?
4. Хроматин белоктарының модификациясы қандай?
5. Эукариоттар және прокариоттар геномының ерекшеліктері қандай?
6. Гистондар және гистон фракциялары
7. Сателиттік ДНҚ және оның рөлі
Әдебиеттер тізімі
1. Уотсон Д.Ж. Молекулярная биология гена.- М.: Мир, 1978
2. Молекулярная биология: Структура биосинтез нуклеиновых кислот. (под ред. Спирин А.С.).- М.: Высшая школа, 1990.
3. Молекулярная биология : Структура рибосом и биосинтез белка. (под ред. Спирин А.С.).- М.: Высшая школа, 1996.
4. Сингер М., Берг П. Гены и геномы . В 2-х томах. –М.: Мир, 1998.