Как были обнаружены кольцевые ДНК? Почему ДНК высших организмов линейные? И какими преимуществами обладает кольцевая ДНК? Об этом рассказывает доктор физико-математических наук Максим Франк-Каменецкий.

Когда в 1953 году была открыта структура ДНК и началось бурное развитие молекулярной биологии, понимания структуры молекул жизни на атомном уровне, никому не приходило в голову, что ДНК может быть замкнутой в кольцо. Все считали само собой разумеющимся, что молекулы ДНК представляют собой линейные цепочки — двойная спираль. Но у них есть два конца, как было известно к тому времени много-много лет, — типично для обычных небиологических полимеров. И каково же было удивление, когда в начале 60-х годов, через 10 лет после открытия двойной спирали, изучая электронно-микроскопические фотографии маленьких вирусных ДНК, случайно обнаружили, что они замкнуты в кольцо.

Почему же ДНК у бактерий кольцевая, а ДНК у высших организмов, включая человека, линейная? Я бы даже сказал, что сейчас более естественно поставить вопрос: почему бывают некольцевые ДНК? Как выяснилось, кольцевое строение ДНК более естественно с точки зрения удвоения ДНК, с точки зрения репликации ДНК. Дело в том, что ДНК нужно реплицировать. Сама по себе репликация представляется очень простым процессом, потому что две цепочки ДНК на самом деле антипараллельны, они комплементарны: против A всегда находится T и наоборот, а против G всегда C и наоборот. Для того чтобы произошло удвоение ДНК, как и представляли себе Уотсон и Крик в своей классической работе, мы разведем цепочки и на каждой нарастим по принципу комплементарности по второй цепочке, и тогда мы получим две дочерние ДНК, полностью идентичные исходной. Это и есть репликация ДНК.

Источник: postnauka.ru

ДНК прокариот

Третичная структура ДНК

Различают следующие формы ДНК: ЛИНЕЙНАЯ, КОЛЬЦЕВАЯ, одно и двух-ЦЕПОЧЕЧНАЯ (рис. 2). Двухцепочечные ДНК с «липкими» концами могут образовывать кольцо, которое далее ковалентно сшивается по сахарофосфатной цепи при помощи ДНК-лигазы.

Рис. 2 Структуры ДНК

В прокариотических клетках ДНК представляет собой замкнутое двухцепочечное кольцо. ДНК является сверхскрученной – сверхспирализованной. Суперспирализация создает третичную структуру ДНК. Сверхспиральная ДНК более компактна, чем раскрученное кольцо. Анализ ДНК, выделенной из Е.coli, показал, что она образует множество петель, поддерживаемых вместе с помощью белков. Каждая из этих петель в свою очередь сверхспирализована. Образование петель и сверхспиральность помогает обеспечить упаковку очень больших кольцевых молекул ДНК в малых объемах. Например, ДНК Е.coli имеет длину более 1 мм, в то время как длина клетки не превышает 5 мкм.

Кроме очень большой кольцевой хромосомы, расположенной в ядерной зоне, большинство бактерий содержит одну или несколько небольших кольцевых молекул ДНК, которые находятся в свободном состоянии в цитоплазме клетки. Это плазмиды. Они малы и содержат лишь несколько генов (в хромосоме тысячи генов). Некоторые плазмиды несут гены, которые обеспечивают устойчивость бактерии к антибиотикам (например, к тетрациклину, стрептомицину). Плазмиды могут переноситься из устойчивых к антибиотику клеток в чувствительные клетки того же или другого вида, делая эти клетки устойчивыми.

Плазмиды можно легко выделить из бактериальных клеток. В выделенную плазмиду встраивают новые гены из других видов и такую модифицированную плазмиду вводят обратно в обычную для нее клетку-хозяина.
азмида, несущая чужеродный ген будет реплицироваться (удваиваться с образованием дочерних плазмид) и транскрибироваться и может заставить клетку-хозяина синтезировать белки, кодируемые искусственно встроенным геном. Молекула ДНК с искусственно встроенным геном называется рекомбинантной. С помощью рекомбинантных ДНК сейчас получают белковый гормон – инсулин, защитный белок интерферон и др.

Эукариоты имеют оформленное ядро, содержащее ДНК. Размер типичной эукариотической клетки, например, клетки печени человека, составляет в поперечнике ~ 25 мкм. Ее ядро, размером ~ 5 мкм в диаметре, содержит 46 хромосом, суммарная длина ДНК которых равна 2 м. Эукариоты содержат значительно больше ДНК, чем прокариоты. Так, клетки человека и других млекопитающих содержат в 600 раз больше ДНК, чем Е.coli. Общая длина всей ДНК, выделенной из клеток организма взрослого человека, составляет ~ 2 х 10¹³ м или 2 х 10¹⁰ км, что превышает окружность земного шара (4 х 10⁴ км) и расстояние от Земли до Солнца (1,44 х 10⁸ км).

У эукариот ДНК находится в хромосомах. В клетках человека 46 хромосом (хроматид), которые организованы в 23 пары. Каждая хромосома эукариотической клетки содержит одну очень большую молекулу двухцепочечной ДНК, несущую набор генов. Совокупность генов клетки составляет ее геном. Гены – это участки ДНК, которые кодируют полипептидные цепи и РНК.

Молекулы ДНК в 46 хромосомах человека не одинаковы по размеру. Средняя длина хромосомы составляет 130 млн. пар оснований и имеет длину 5 см. Понятно, что уместить такую ДНК в ядре возможно только путем ее определенной упаковки. При образовании третичной структуры ДНК человека происходит в среднем уменьшение ее размеров в 100 тысяч раз.

Упаковка ДНК в эукариотических хромосомах отличается от ее упаковки в прокариотических хромосомах. Эукариотические ДНК имеют не кольцевую, а линейную двухцепочечную структуру. Кроме того, третичная структура ДНК у эукариотических клеток отличается тем, что многократная спирализация ДНК сопровождается образованием комплексов с белками. ДНК эукариот содержит экзоны — участки, кодирующие полипептидные цепи, и интроны – некодирующие участки (выполняют регуляторную функцию).

Эукариотические хромосомы состоят из хроматиновых волокон. Эукариотические хромосомы выглядят как резко очерченные структуры только непосредственно до и во время митоза- процесса деления ядра в соматических клетках. В покоящихся, неделящихся эукариотических клетках хромосомный материал, называемый хроматином, выглядит нечетко и как бы беспорядочно распределен по всему ядру. Однако, когда клетка готовится к делению, хроматин уплотняется и собирается в хромосомы.

Хроматин состоит из очень тонких волокон, которые содержат ~ 60 % белка, ~ 35 % ДНК, и, вероятно, ~ 5 % РНК. Хроматиновые волокна в хромосоме свернуты и образуют множество узелков и петель. ДНК в хроматине прочно связана с белками-гистонами, функция которых состоит в упаковке и упорядочении ДНК в структурные единицы – нуклеосомы. В хроматине содержится также ряд негистоновых белков. Хроматиновые волокна напоминают по внешнему виду нитки бус. Бусинки – это нуклеосомы.

Нуклеосома состоит из белков-гистонов. Каждая нуклеосома содержит 8 молекул гистонов – по 2 молекулы Н2А. Н2В, Н3, Н4. Двухцепочечная ДНК обвивает нуклеосому дважды (рис. 3).

А Б

Рис. 3 Схематическое изображение нуклеосомы (А) и хроматина (Б)

Нить ДНК намотана на гистоновое ядро нуклеосомы снаружи. В промежутках между нуклеосомами расположена соединительная нить ДНК, с которой связывается гистон Н1. Таким образом, нуклеосомы – это структурные единицы хроматина, выполняют функцию плотной упаковки ДНК. ДНК укорачивается за счет того, что она обвивает гистоны. Хроматин связан также с негистоновыми белками ядра, которые образуют ядерный матрикс (рис. 4).

Рис. 4 Упаковка ДНК в хромосоме

Эукариотические клетки содержат также цитоплазматическую ДНК.

Кроме ДНК в ядре у эукариот есть ДНК в митохондриях. Хлоропласты фотосинтезирующих клеток также содержат ДНК. Обычно ДНК в цитоплазме составляет » 0, 1 % всей клеточной ДНК.

Митохондриальные ДНК – это двухцепочечные кольцевые молекулы малого размера. Молекулы ДНК в хлоропластах значительно больше, чем в митохондриях. ДНК митохондрий и хлоропластов не связана с гистонами.

Источник: studopedia.ru

Особенности организации наследственного материала у про- и эукариот



Обратная связь

ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Сила воли ведет к действию, а позитивные действия формируют позитивное отношение

Как определить диапазон голоса – ваш вокал

Как цель узнает о ваших желаниях прежде, чем вы начнете действовать. Как компании прогнозируют привычки и манипулируют ими

Целительная привычка

Как самому избавиться от обидчивости

Противоречивые взгляды на качества, присущие мужчинам

Тренинг уверенности в себе

Вкуснейший “Салат из свеклы с чесноком”

Натюрморт и его изобразительные возможности

Применение, как принимать мумие? Мумие для волос, лица, при переломах, при кровотечении и т.д.

Как научиться брать на себя ответственность

Зачем нужны границы в отношениях с детьми?

Световозвращающие элементы на детской одежде

Как победить свой возраст? Восемь уникальных способов, которые помогут достичь долголетия

Как слышать голос Бога

Классификация ожирения по ИМТ (ВОЗ)

Глава 3. Завет мужчины с женщиной

Оси и плоскости тела человека – Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков – Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) – В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

coli) он представлен кольцевой молекулой ДНК длиной около 1 мм, которая содержит 4·106 пар нуклеотидов, образующих около 4000 генов. Основная масса ДНК прокариот (около 95%) активно транскрибируется в каждый данный момент времени.

Как было сказано выше, геном прокариотической клетки организован в виде нуклеоида — комплекса ДНК с негистоновыми белками (см. разд. 3.5.2.4).

У эукариот объем наследственного материала значительно больше. У дрожжей он составляет 2,3 · 107 п.н., у человека общая длина ДНК в диплоидном хромосомном наборе клеток — около 174 см. Его геном содержит 3·109 п.н. и включает по последним данным 30—40 тыс. генов.

У некоторых амфибий и растений геном характеризуется еще большими размерами, достигающими 1010 и 1011 п. н. В отличие от прокариот в эукариотических клетках одновременно активно транскрибируется от 1 до 10% ДНК.

Состав транскрибируемых последовательностей и их количество зависят от типа клетки и стадии онтогенеза. Значительная часть нуклеотидных последовательностей у эукариот не транскрибируется вообще — молчащая ДНК.

Большой объем наследственного материала эукариот объясняется существованием в нем помимо уникальных также умеренно и высоко повторяющихся последовательностей.

Так, около 10% генома мыши составляют тандемно расположенные (друг за другом) короткие нуклеотидные последовательности, повторенные до 106 раз. Эти высоко повторяющиеся последовательности ДНК располагаются в основном в гетерохроматине, окружающем центромерные участки. Они не транскрибируются.

Остальные 70% генома мыши представлены уникальными нуклеотидными последовательностями. У растений и амфибий на долю умеренно и высоко повторяющихся последовательностей приходится до 60% генома.

Избыточность генома эукариот объясняется также экзон-интронной организацией большинства эукариотических генов, при которой значительная часть транскрибированной РНК удаляется в ходе следующего за синтезом процессинга и не используется для кодирования аминокислотных последовательностей белков (см. разд. 3.4.3.2).

В настоящее время окончательно не выяснены функции молчащей ДНК, которая составляет значительную часть генома, реплицируется, но не транскрибируется.

Некоторая часть нетранскрибируемых нуклеотидных последовательностей, очевидно, участвует в регуляции экспрессии генов (см. разд. 3.6.6).

Характеризуя наследственный материал прокариотической клетки в целом, необходимо отметить, что он заключен не только в нуклеоиде, но также присутствует в цитоплазме в виде небольших кольцевых фрагментов ДНК — плазмид.

Плазмиды — это широко распространенные в живых клетках внехромосомные генетические элементы, способные существовать и размножаться в клетке автономно от геномной ДНК. Описаны плазмиды, которые реплицируются не автономно, а только в составе геномной ДНК, в которую они включаются в определенных участках. В этом случае их называют эписомами.

В прокариотических (бактериальных) клетках обнаружены плазмиды, которые несут наследственный материал, определяющий такие свойства, как способность бактерий к конъюгации, а также их устойчивость к некоторым лекарственным веществам.

Внехромосомная ДНК составляет лишь небольшую часть наследственного материала эукариотической клетки. Например, мтДНК человека содержит 16569 п.н. и на её долю приходится менее 1% всей клеточной ДНК.

В отличие от хромосомной ДНК, мтДНК характеризуется высокой «плотностью генов». В них нет интронов, а межгенные промежутки невелики. В кольцевой мтДНК человека содержится 13 генов, кодирующих белки (3 субъединицы цитохром С-оксидазы, 6 компонентов АТФазы и др.) и 22 гена тРНК. Значительная часть белков митохондрий и пластид синтезируется в цитоплазме под контролем геномной ДНК.

Если большинство ядерных генов представлены в клетках организма в двойной дозе (аллельные гены), то митохондриальные гены представлены многими тысячами копий па клетку.

Для генома митохондрий характерны межиндивидуальные различия, но в клетках одного индивида, как правило, мтДНК идентична.

Совокупность генов, расположенных в цитоплазматических молекулах ДНК, называют плазмоном. Он определяет особый тип наследования признаков — цитоплазматическое наследование .

Источник: https://megapredmet.ru/2-8878.html

Клетки прокариотического типа

Прокариоты – это эубактерии и архебактерии. Древнейшие останки прокариотов были обнаружены в слоях почвы с возрастом 3 млн. лет. Живут во всех средах обитания, включая экстремальные (в нефтяных пластах на глубине до 1000 м, на дне океанов до 10000 м, в концентрированных растворах солей и горячих источниках). Одноклеточные (некоторые формируют колонии).

Прокариотическая клетка не имеет оформленного ядра – его функции выполняет нуклеоид, в состав которого входит кольцевая хромосома.

В прокариотической клетке отсутствуют тубулярные органоиды (нет тубулина), а также одномембранные и двумембранные органоиды – их функции выполняют мезосомы (впячивания плазмалеммы).

Рибосомы, органоиды движения и оболочки прокариотических клеток имеют специфическое строение.

Для всех прокариотических клеток, характерны:

■ малые размеры (не более 10 мкм);

■ форма шаровидная (кокки), палочковидная (бациллы), изогнутая (вибрионы), винтообразно закрученная (спириллы);

■ наличие жесткой защитной оболочки – клеточной стенки из муреина, под которой находится цитоплазматическая мембрана. Часто бактериальная клетка окружена толстым слоем слизи (капсула) из полисахаридов, полипептидов, липополисахаридов;

(Для желающих, подробнее – см. 10 класс «02 Углеводы и липиды»)

Муреин – структурный гетерополисахарид, придающий прочность клеточной стенке бактериальной клетки. В муреине чередуются остатки двух моносахаридов, связанных в положении β(1→4): N-ацетилглюкозамина и N-ацетилмурамовой кислоты.

■ под клеточной оболочкой находится плазмалемма, тесно прилегающая к цитоплазме;

■ отсутствие оформленного ядра, ограниченного мембраной;

■ размещение генетического материала в одной хромосоме (нуклеоиде) в форме кольцевой молекулы ДНК, не отделенной от цитоплазмы мембраной (ядерной оболочкой), а относительно свободно располагающейся в ядерной области цитоплазмы, будучи прикрепленной к плазмалемме изнутри;

■ наличие плазмид. Плазмиды – короткие кольцевые цепочки молекулы ДНК (длиной до 100 000 пар нуклеотидов), не входящие в состав нуклеоида.

Они способны самостоятельно удваиваться (репликация), включаться и выходить из состава нуклеоида, передаваться из клетки в клетку с участками (фрагментами) хромосомной ДНК, осуществляя обмен информации и, в том числе и межвидовой. Термин предложен Дж. Ледербергом (1952);

■ отсутствие внутренних мембранных органоидов (митохондрий, эндоплазматического ретикулума, аппарата Гольджи), кроме тилакоидов и мезосом – структур, сформированных путем впячивания плазмалеммы;

■ локализация на мезосомах, выполняющих функции органоидов, ферментов, ответственных за синтез углеводов, липидов, фотосинтез и т.д.;

■ наличие мелких рибосом (70s) и включений (гликоген, липиды и др.) в цитоплазме;

■ некоторые имеют жгутики особого строения (не гомологичные, а аналогичные жгутикам эукариотов);

■ дыхание всей поверхностью тела – аэробное и/или анаэробное (есть факультативные и облигатные анаэробы).

■ большинство бактерий – гетеротрофы, питающиеся как сапрофиты, паразиты или симбионты. Автотрофные бактерии способны к хемосинтезу (железобактерии, нитрофицирующие бактерии) или примитивному фотосинтезу (пурпурные, зеленные бактерии). Цианобактериям характерен Н2О-фотосинтез (оксигенный фотосинтез эукариотического типа).

■ отсутствие фагоцитоза, пиноцитоза и циклоза при питании.

■ размножение путем простого деления надвое или почкованием, т.е. бесполое (в благоприятных условиях каждые 20-25 мин);

■ полового размножения нет, но есть половые процессы (трансформация, трансдукция и конъюгация); при конъюгации клетка, дающая ДНК (донор) присоединяется к клетке принимающей ДНК (акцептор) при помощи трубочки, состоящей из белка – пилина.

При передаче полового F-фактора (обычно – плазмиды) клетка-акцептор может преобразоваться в клетку-донора. В результате конъюгации старая и новая молекулы ДНК образуют комплекс, состоящий из двух молекул ДНК, соединенных гомологичными участками.

Хромосомы обмениваются группами генов.

Половые процессы обеспечивают генетическое разнообразие бактерий и их приспособление к внешней среде.

■ отсутствие митоза и мейоза; четкое распределение копий ДНК между дочерними клетками определяется ростом плазмалеммы между точками крепления на ней молекул;

■ в неблагоприятных условиях образуют споры (аналог цист у простейших); при этом они теряют до 60 % воды (остальная переходит в связанное, неактивное состояние) и покрываются толстой защитной оболочкой;

Модель бактериальной клетки, созданная на основе электронной микроскопии

1 – жгутик;

2 – клеточная стенка;

3 – цитоплазматическая мембрана;

4 – нуклеоид (кольцевая ДНК);

5 – плазмида;

6 – мезосома;

7 – цитоплазма с 70s рибосомами.

Подробнее об особенностях организации клеток прокариот см. 10 класс,

раздел «Сравнительная цитология», тема «02 Организация прокариотической клетки».

Источник: https://megaobuchalka.ru/3/968.html

Биология в лицее

Прокариотическая клетка

Все организмы, имеющие клеточное строение, делятся на две группы: прокариоты (предъядерные) и эукариоты (ядерные).Все организмы, имеющие клеточное строение, делятся на две группы: прокариоты (предъядерные) и эукариоты (ядерные).

Прокариотические и эукариотические клетки

Прокариоты	Эукариоты
Генетический аппарат представлен кольцевой молекулой ДНК, расположенной непосредственно в цитоплазме клетки. Возможно наличие дополнительных небольших кольцевых молекул ДНК – плазмид, несущих полезные гены.	Генетический аппарат представлен линейными молекулами ДНК, заключёнными в ядерную оболочку.
Отсутствует система внутриклеточных мембран. Процессы дыхания и фотосинтеза (у автотрофных бактерий) осуществляются на выростах цитоплазматической мембраны.	Система внутриклеточных мембран хорошо развита. К ней относятся эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи, вакуоли, лизосомы. Имеются двухмембранные органоиды – митохондрии и пластиды (у растений).
Клеточная стенка (оболочка) состоит из полисахарида муреина. Поверх клеточной стенки часто имеется дополнительный защитный слой – капсула.	Клеточная стенка (оболочка) состоит из целлюлозы (у растений), хитина (у грибов) или отсутствует (у животных).
Рибосомы мельче, чем рибосомы эукариот.	Рибосомы крупнее, чем рибосомы прокариот.
Жгутики образованы белком флагелином. Жгутик не окружен плазматической мембраной.	Жгутики состоят из тубулина. Окружены плазматической мембраной.
Размер клетки 0,5–10 мкм.	Размер клетки 10–100 мкм.
Цитоскелет отсутствует.	Имеется цитоскелет, представленный микро-трубочками и микрофиламентами.

Прокариоты (лат. pro — перед, греч. karion — ядро) — наиболее просто устроенные организмы, клетки которых не имеют ядра, отграниченного мембраной от остального клеточного содержимого. Группу прокариот составляют бактерии и цианобактерии, часто называемые синезелеными водорослями.

Большинство прокариот являются анаэробами, а некоторые способны усваивать азот воздуха.

Строение прокариот

Клетки прокариотических организмов под клеточной стенкой покрыты плазматической мембраной, которая образует многочисленные впячивания внутрь — мезосомы, содержащие ферменты, необходимые для обмена веществ. Кольцевая молекула ДНК располагается в центре клетки непосредственно в цитоплазме. Мембранных органоидов нет, а мелкие рибосомы располагаются беспорядочно.

В неблагоприятных условиях, т. е. при недостатке пищи или избытке ядовитых продуктов обмена в клетке некоторые бактерии способны образовывать споры (например, бациллы, к которым относятся возбудители сибирской язвы, ботулизма, столбняка).

Меньшая часть цитоплазмы вокруг кольцевой ДНК отделяется двойной мембраной, а затем покрывается многослойной оболочкой. Жизнедеятельность бактерии практически прекращается. Споры выдерживают сильные колебания температур, интенсивные химические и радиационные воздействия и сохраняются сотни лет.

Попадая в благоприятную среду из споры вновь формируется прокариотическая клетка с нормальным уровнем метаболизма.

Спорообразование у прокариот является этапом жизненного цикла. Распространение спор происходит при помощи ветра и другими способами.

Клеточная стенка прокариот окружает цитоплазматическую мембрану, предохраняя клетку от действия осмотического давления. Прочность клеточной стенке придают пептидогликаны (муреины), соединенные ковалентными связями. У грамположительных бактерий стенка имеет толщину 20-80 нм, у грамотрицательных она намного тоньше — 1 нм.

Нуклеоид (греч. nucleos — ядро, eidos — вид) — скопление ядерного вещества клетки прокариот, не имеющее постоянной формы. ДНК нуклеоида имеет замкнутую кольцевую форму. 

Нуклеоид состоит в основном из ДНК (примерно 60%), имеющей замкнутую кольцевую форму с небольшими добавками иРНК и белков-активаторов. Белки помогают поддерживать нуклеоиду кольцевую форму и несут функцию, схожую с гистонами, которые встречаются в эукариотических клетках.

У некоторых прокариот клетки обладают “протонным микродвигателем” гениальной конструкции – жгутиком. В “двигателе” есть ротор, статор, подшипники, молекулярная смазка и карданный вал. Скорость вращения поразительна — до 1 700 об/с. Всего за 10-3 с двигатель способен сменить направление вращения.

Цианобактерии, или синезелёные водоросли (лат. сyanobacteria — сине-зелёный), — значительная группа крупных грамотрицательных бактерий, способных к фотосинтезу.

Большинство из них способны синтезировать все необходимые вещества, используя энергию света. 

Клетки прокариот устроены примитивно: не имеют оформленного ядра и ряда других составных частей. Отличие от эукариот заключается не только в строении, но и в процессах жизнедеятельности.

Сравнительная характеристика прокариот и эукариот

ПризнакиПрокариотыЭукариоты

Ядерная оболочка	Нет	Есть
ДНК	Замкнута в кольцо (бактериальная хромосома)	Ядерная ДНК, линейная структура, расположена в хромосомах
Хромосомы	Нет	Есть
Митоз	Нет	Есть
Мейоз	Нет	Есть
Гаметы	Нет	Есть
Митохондрии	Нет	Есть
Пластиды у автотрофов	Нет	Есть
Способ питания	Адсорбция через клеточную мембрану	Фагоцитоз и пиноцитоз
Пищеварительная вакуоль	Нет	Есть
Жгутики	Есть	Есть

Источник: http://biolicey2vrn.ru/index/prokarioticheskaja_kletka/0-791

Днк эукариот

ДНК прокариот

Третичная структура ДНК

Различают следующие формы ДНК: ЛИНЕЙНАЯ, КОЛЬЦЕВАЯ, одно- и двух-ЦЕПОЧЕЧНАЯ (рис. 2). Двуцепочечные ДНК с “липкими” концами могут образовывать кольцо, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ далее ковалентно сшивается по сахарофосфатной цепи при помощи ДНК-лигазы.

Рис. 2 Структуры ДНК

В прокариотических клетках ДНК представляет собой замкнутое двухцепочечное кольцо. ДНК является сверхскрученной – сверхспирализованной. Суперспирализация создает третичную структуру ДНК. Сверхспиральная ДНК более компактна, чем раскрученное кольцо. Анализ ДНК, выделœенной из Е.

coli, показал, что она образует множество петель, поддерживаемых вместе с помощью белков. Каждая из этих петель в свою очередь сверхспирализована. Образование петель и сверхспиральность помогает обеспечить упаковку очень больших кольцевых молекул ДНК в малых объёмах. К примеру, ДНК Е.

coli имеет длину более 1 мм, в то время как длина клетки не превышает 5 мкм.

Οʜᴎ малы и содержат лишь несколько генов (в хромосоме тысячи генов). Некоторые плазмиды несут гены, которые обеспечивают устойчивость бактерии к антибиотикам (к примеру, к тетрациклину, стрептомицину).

Плазмиды могут переноситься из устойчивых к антибиотику клеток в чувствительные клетки того же или другого вида, делая эти клетки устойчивыми.

Плазмиды можно легко выделить из бактериальных клеток. В выделœенную плазмиду встраивают новые гены из других видов и такую модифицированную плазмиду вводят обратно в обычную для нее клетку-хозяина.

Плазмида, несущая чужеродный ген будет реплицироваться (удваиваться с образованием дочерних плазмид) и транскрибироваться и может заставить клетку-хозяина синтезировать белки, кодируемые искусственно встроенным геном. Молекула ДНК с искусственно встроенным геном принято называть рекомбинантной.

С помощью рекомбинантных ДНК сейчас получают белковый гормон – инсулин, защитный белок интерферон и др.

Эукариоты содержат значительно больше ДНК, чем прокариоты. Так, клетки человека и других млекопитающих содержат в 600 раз больше ДНК, чем Е.coli.

Общая длина всœей ДНК, выделœенной из клеток организма взрослого человека, составляет ~ 2 х 1013 м или 2 х 1010 км, что превышает окружность земного шара (4 х 104 км) и расстояние от Земли до Солнца (1,44 х 108 км).

У эукариот ДНК находится в хромосомах. В клетках человека 46 хромосом (хроматид), которые организованы в 23 пары. Каждая хромосома эукариотической клетки содержит одну очень большую молекулу двухцепочечной ДНК, несущую набор генов. Совокупность генов клетки составляет ее геном. Гены – ϶ᴛᴏ участки ДНК, которые кодируют полипептидные цепи и РНК.

Молекулы ДНК в 46 хромосомах человека не одинаковы по размеру. Средняя длина хромосомы составляет 130 млн. пар оснований и имеет длину 5 см. Понятно, что уместить такую ДНК в ядре возможно только путем ее определœенной упаковки. При образовании третичной структуры ДНК человека происходит в среднем уменьшение ее размеров в 100 тысяч раз.

Упаковка ДНК в эукариотических хромосомах отличается от ее упаковки в прокариотических хромосомах. Эукариотические ДНК имеют не кольцевую, а линœейную двухцепочечную структуру.

Вместе с тем, третичная структура ДНК у эукариотических клеток отличается тем, что многократная спирализация ДНК сопровождается образованием комплексов с белками.

Днк эукариот содержит экзоны – участки, кодирующие полипептидные цепи, и интроны– некодирующие участки (выполняют регуляторную функцию).

Эукариотические хромосомы состоят из хроматиновых волокон. Эукариотические хромосомы выглядят как резко очерченные структуры только непосредственно до и во время митоза- процесса делœения ядра в соматических клетках.

При этом, когда клетка готовится к делœению, хроматин уплотняется и собирается в хромосомы.

Хроматин состоит из очень тонких волокон, которые содержат ~ 60 % белка, ~ 35 % ДНК, и, вероятно, ~ 5 % РНК. Хроматиновые волокна в хромосоме свернуты и образуют множество узелков и петель.

ДНК в хроматинœе прочно связана с белками-гистонами, функция которых состоит в упаковке и упорядочении ДНК в структурные единицы – нуклеосомы. В хроматинœе содержится также ряд негистоновых белков. Хроматиновые волокна напоминают по внешнему виду нитки бус.

Бусинки – ϶ᴛᴏ нуклеосомы.

Нуклеосома состоит из белков-гистонов. Каждая нуклеосома содержит 8 молекул гистонов – по 2 молекулы Н2А. Н2В, Н3, Н4. Двухцепочечная ДНК обвивает нуклеосому дважды (рис. 3).

А Б

Рис. 3 Схематическое изображение нуклеосомы (А) и хроматина (Б)

Нить ДНК намотана на гистоновое ядро нуклеосомы снаружи. В промежутках между нуклеосомами расположена соединительная нить ДНК, с которой связывается гистон Н1.

Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, нуклеосомы – ϶ᴛᴏ структурные единицы хроматина, выполняют функцию плотной упаковки ДНК. ДНК укорачивается за счёт того, что она обвивает гистоны.

Хроматин связан также с негистоновыми белками ядра, которые образуют ядерный матрикс (рис. 4).

Рис. 4 Упаковка ДНК в хромосоме

Эукариотические клетки содержат также цитоплазматическую ДНК.

Кроме ДНК в ядре у эукариот есть ДНК в митохондриях. Хлоропласты фотосинтезирующих клеток также содержат ДНК. Обычно ДНК в цитоплазме составляет ʼʼ 0, 1 % всœей клеточной ДНК.

Днк эукариот – понятие и виды. Классификация и особенности категории “Днк эукариот” 2017, 2018.

– Днк эукариот

Эукариоты имеют оформленное ядро, содержащее ДНК.

Размер типичной эукариотической клетки, например, клетки печени человека, составляет в поперечнике ~ 25 мкм. Ее ядро, размером ~ 5 мкм в диаметре, содержит 46 хромосом, суммарная длина ДНК которых равна 2 м.

Эукариоты содержат… [читать подробнее].

Источник: http://referatwork.ru/category/biologia/view/11917_dnk_eukariot

Локализация ДНК в прокариотических клетках

В прокариотических клетках дезоксирибонуклеиновая кислота расположена в цитоплазматическом коллоидном («клеевидном») матриксе наряду с другими компонентами. Основное вещество содержит эту разновидность нуклеиновой кислоты, представленной двухцепочечной спиралью, в хромосомах. Иначе ее называют covalently closed circles ДНК (сокращенно – cccДНК).

Бактериальные хромосомы менее конденсированы. Они свободно плавают в матриксе цитоплазмы в пределах небольшой ядерной области — нуклеоида. Причем они свернуты в сверхспирализованные «клубочки». Если вытянуть одну из цепей в длину, то она окажется в 1000 раз больше размеров самой клетки! Она может быть обернута вокруг белка.

Макромолекулы бактерий как цитоплазматические включения покрыты гистоноподобными белками: H-NS, HU, JHF, FIS. Но плотность этой «оболочки» очень мала. Лишь у некоторых архей из группы эуархей есть нуклеосомы.

Генетический материал в доядерных клетках представляет собой множество петель, исходящих из единого центра. Из-за отсутствия у нуклеоида оболочки эти домены проникают даже в периферическую цитоплазму. Эта особенность существенно влияет на процесс транскрипции.

Хромосомы прокариот прикрепляются к клеточной мембране. Они имеют достаточно много мест крепления:

1. oriC — «origin of the chromosome» — точканачаларепликации;
2. terC — «terminus of the chromosome» — точкаеезавершения;
3. репликационная вилка.

Места прикрепления делятся на постоянные и скользящие. Гены прокариот группируются в опероны. Объединяющими признаками являются сходство функций и единство промоторов. Последние – это совокупности нуклеотидов гена, при воздействии на которые запускается процесс транскрипции. Структурные гены занимают значительно больше места, чем регуляторные.

Некоторые сегменты «наследственных» молекул способны перемещаться внутри прокариотической клетки между генетическими локусами — это транспозоны. Выделяют два вида таких подвижных элементов:

• IS-элементы — простейшие модули из генов транспозазы;
• Tn-элементы — собственно транспозоны.

Первые перемещаются беспорядочно и чрезвычайно мобильны. Чем длиннее транспозон, тем он пассивнее. Генетические элементы прокариот – это не только хромосомы, транспозоны, но также плазмиды. Они представляют собой совершенно автономные внехромосомные молекулы. Нельзя путать транспозоны с плазмидами, т.к. первые не могут существовать независимо от хромосом.

Таким образом, особенности локализации наследственной информации прокариот связаны с отсутствием мембраны у нуклеоида, а также некоторых органоидов. Сегменты с наследственной информацией локализованы около ядерной области, а также «растянуты» по периферической цитоплазме.

Локализация ДНК в эукариотических клетках

Локализация молекул дезоксирибонуклеиновой кислоты близ клеточного «центра» впервые была установлена Фельгеном с помощью реакции Шиффа ближе к середине ХХ века. Пространственно молекулы ДНК локализуются белками – гистонами. Такие комплексы называют нуклеосомами.

Хромосомы эукариот локализованы главным образом в ядрышке ядра, хотя оно и не имеет собственной мембраны. Молекулы объединены с хроматином. Если сравнить с доядерными организмами, то здесь генетические макромолекулы не представлены свободно перемещающимися в цитоплазме транспозонами, а также плазмидами. Зато у эукариотов наследственные молекулы есть в органеллах: митохондриях, пластидах.

Митохондриальная ДНК (сокращенно — мтДНК) составляет уже не ядерный геном, а цитоплазматический плазмон. Митохондрии есть у большинства эукариот: растений, грибов, животных. В цитоплазме они перемещаются туда, где возрастает энергетическая потребность.

Типы митохондрий:

• молодые – протомитохондрии;
• зрелые;
• старые – постмитохондрии.

Носители наследственных признаков расположены в матриксе, ограниченном второй, внутренней мембраной. Иначе его называют розовым веществом. мтДНК имеет линейную и/или замкнутую кольцевую форму. Она намного меньше ядерной. Макси- и мини-кольца ДНК митохондрий могут объединяться в катенаны. Кодирующие последовательности митохондриального генома – это кодоны.

Если митохондрий несколько, то они имеют идентичные и уникальные типы макромолекул. мт-ДНК наследуется чаще всего по материнской линии. Существуют эукариоты с митохондриями, не содержащими генетических макромолекул — митосомами.

Обычно, говоря о пластидном геноме, имеют ввиду хлоропласты и их хлДНК. Но типов пластид гораздо больше:

• проппластиды;
• лейкопласты;
• амилопласты;
• элайопласты;
• протеинопласты;
• этиопласты — темновые пластиды;
• хлоропласты;
• хромопласты.

Упрощенно особенности локализации ДНК у «предъядерных» и эукариотических организмов можно представить с помощью таблицы:

Локализация наследственной информации	Доядерные организмы	Эукариоты
Ядерная область/ядро	+	+
Цитоплазматический матрикс	+	—
Органеллы	—	+

Генетические элементы найдены у неклеточных форм – вирусов. Их локализация и количество у разновидностей доядерных/ядерных наименьших единиц жизни весьма многообразны.

Сходство прокариотических и эукариотических клеток свидетельствует о том, что это элементарные структурно-функциональные единицы живой материи, а также о единстве происхождения жизни на Земле.

Имеющиеся же различия локализации макромолекул подтверждают эволюционную теорию.

Источник: https://testdnk.pro/informacia/lokalizaciya-dnk-v-prokarioticheskix-kletkax.html

Источник: dmnesterov.ru