grad-green grad-gray grad-blue grad-red grad-pink grad-purple grad-yellow
Нести помощь людям

Вход на сайт

Классификация генов

 

Лекция 18. Классификация генов в геноме
 
Основы метода ренатурации ДНК
ДНК обрабатывают ультразвуком. При этом она деградирует на двуцепочечные куски одинакового размера.
Затем смесь денатурируют и медленно охлаждают.
При температуре на 20С ниже, чем температура плавления ДНК, идет восстановление вторичной структуры (ренатурация).
Если последовательности часто встречаются, то они ренатурируют быстрее.
В процессе ренатурации выделяют две стадии:
1. Бимолекулярная стадия нуклеации. Образуется несколько "ядер"- участков спаривания. Описывается реакцией второго порядка (V ~ [Cднк]2).
2. Мономолекулярная стадия замыкания. Скорость реакции пропорционально первой степени концентрации ДНК. Это дальнейшее образование водородных связей - замыкание.
Процесс ренатурации описывается уравнением: ,
где k - константа скорости ренатурации, С - концентрация одноцепочечной ДНК.
В нулевой момент времени .
Тогда .
Если , то , и это полуренатурация.
Таким образом мы получили характеристику для описания разных молекул ДНК или их частей.
По значению можно выделить 3 фракции:
1. Быстрые повторы.
меньше 0,01 .
Частота встречаемости на гаплоидный геном больше 105
2. Умеренные повторы.
от 0,01 до 1000 .
Частота встречаемости на гаплоидный геном больше 10, но меньше 105.
3. Уникальные последовательности.
больше 1000 .
Частота встречаемости меньше 10 раз на геном.
Есть отдельные последовательности, которые по значению относятся к одному классу, а по частоте встречаемости - к другому. Это - палиндромы. Они ренатурируют мгновенно, т.к. отсутствует поиск комплементарной цепи, а их встречаемость в геноме может быть низка.
Значение у палиндромов такое же, как и у быстрых повторов, а встречаемость, как у уников или умеренных повторов. У некоторых организмов, например, у черепах, 20% ДНК - палиндромы. В среднем у животных от 2% до 12% генома приходится на палиндромы. У растений - от 1% до 4% (у пшеницы 3 млн. обращенных повторов). Они могут содержать от нескольких десятков до десятков тысяч нуклеотидов. Наиболее часто палиндромы встречаются в регуляторных участках генов.
Гены tРНК - часто встречаемые палиндромы.
 
Быстрые повторы
К быстрым повторам относится сателлитная ДНК.
Особенности:
1. В этой короткой последовательности (6-10 нукл.) отсутствует один из нуклеотидов. Отсюда следует, что эта ДНК не может быть кодирующей, она никогда не транслируется. Встречается в конститутивном гетерохроматине.
Хромосома не гомогенна. В ней чередуются участки гетерохроматина (более плотный) и эухроматина (не плотные участки). В основном гены располагаются в эухроматине. Но встречаются и в гетерохроматиновых районах.
В зависимости от стадий клеточного цикла один и тот же участок хромосомы может быть в состоянинии как гетеро-, так и эухроматина. Такие участки хромосом называют факультативным гетерохроматином.
Участки, которые всегда уплотнены - конститутивный гетерохроматин. В нем, как правило, генов нет.
2. Сателлитная ДНК обязательно располагается в центромерном районе.
В местах расположения сателлитной ДНК возможна максимальная компактизация. В конститутивном гетерохроматине все четыре уровня упаковки ДНК представлены даже в интерфазе.
По сателлитной ДНК происходит кроссинговер между гомологичными хромосомами.
3. Сателлитная ДНК всегда располагается тандемно по 100-200 единиц в блоке. Образуются длинные последовательности в геноме.
4. У недавно образовавшихся на одной территории близких видов сателлитная ДНК заведомо разная.
Это обеспечивает бесплодие возможных межвидовых гибридов.
 
К умеренным повторам относят как транскрибируемые и транслируемые, так и только транскрибируемые, но нетранслируемые последовательности ДНК и регуляторные участки.
 
Умеренные повторы
гены
регуляторные участки
транскрибируемые и
транслируемые
Гены белков рибосом, гистоновые гены, гены мембранных белков, цитоскелетных белков, гены иммуноглобулинов
транскрибируемые, но не
нетранслируемые Гены rРНК, sРНК, tРНК
энхансерные модули, ori репликации, промоторы и терминаторы транскрипции
     
Гены tРНК в среднем повторяются в геноме 5 тыс. раз. Гены sРНК - сотни тысяч раз.
 
У человека, по разным оценкам, 30-50 тыс. генов. Большинство генов - уникальны. Но даже в них есть повторяющиеся элементы. Это - некоторые экзоны.
Все гены разделяют на гены "домашнего хозяйства" и гены "роскоши".
Гены "домашнего хозяйства" кодируют то, что всегда нужно любой клетке независимо от ткани.
По разным оценкам таких генов у человека 10-20 тыс. Это гистоновые гены, гены tРНК, rРНК и т.п. Гены "роскоши", которых заведомо больше в 2-3 раза, это гены, которые экспрессируются в клетках определенных тканей и в определенное время. Например, все гены белковых гормонов - гены "роскоши".
 
Другая классификация генов
1. Уникальные гены, имеющие специализированную функцию.
Например, глобиновый, инсулиновый и другие гены. Они экспрессируются лишь в определенных клетках.
2. Уникальные гены, обладающие общими функциями, экспрессирующиеся в подавляющем большинстве клеток.
Эти гены плохо изучены.
3. Множественные сгруппированные гены.
Это гены rРНК, часть генов tРНК, часть гистоновых генов.
4. Множественные рассеянные гены.

Это оставшаяся часть гистоновых генов, оставшиеся гены tРНК и большинство генов sРНК, а так же МДГ (мобильные диспергированные (рассеяные) гены).

Источники: Дымшиц Г.М. Молекулярная биология: http://www.medliter.ru/?page=get&id=012131

Ваша оценка: 
3.2
Средняя: 3.2 (15 проголосовавших)