Что такое геном? Организация генома бактерий.

Прежде чем говорить об организации генома у прокариот и эукариот остановимся на основных отличиях этих надцарств живых организмов. К прокариотам относятся архебактерии и бактерии, в том числе цианобактерии, или синезеленые водоросли. Основная особенность прокариот - отсутствие у них ядра с ядерной мембраной. Все матричные процессы (репликация, транскрипция, трансляция) у таких организмов совершаются в одном компартменте - цитоплазме.

К эукариотам относятся как одноклеточные протисты: реснитчатые, эвгленовые, амебы, жгутиковые, солнечники, так и многоклеточные грибы, растения и животные. Число хромосом у эукариот колеблется от единиц до сотен; они расположены в ядре, окруженном ядерной мембраной. Эукариотические хромосомы состоят из молекулы ДНК, выполняющей генетическую функцию, и гистонов, на которые наматывается ДНК при компактизации хроматина.

Матричные процессы в клетках эукариот разобщены: репликация и транскрипция совершаются в ядре, а трансляция - в цитоплазме на рибосомах.

Генетический материал эукариотической клетки включает хромосомную (ядерную) ДНК, или нуклеотид и ДНК цитоплазматических органелл (митохондрий и хлоропластов), или цитотин. В этой главе рассматривается молекулярная организация нуклеотипа эукариот. Нехромосомной наследственности посвящена наша отдельная статья. Нуклеотид имеет следующие уровни организации: геномный, хромосомный и генный.

организация генома

Термин «геном» впервые был введен немецким ботаником Гансом Винклером для обозначения генетического материала, составляющего гаплоидный набор хромосом у растений. Гаплоидный набор хромосом обозначают как 1n, а дишюидный - 2n. В молекулярной генетике под термином «геном» понимают содержание ДНК в гаплоидном наборе хромосом (1С) или диплоидном наборе (2С). Общее содержание ДНК в геноме (размер генома) принято измерять в тысячах пар нуклеотидов (т.п.н.), пикограммах (1 пг= 10-9 мг) и в дальтонах.

Основная функция генома - обеспечить жизнедеятельность клеток, тканей и органов и передать информацию о наследственных свойствах организма следующему поколению. Геномы прокариот и эукариот имеют некоторые сходство, но есть между ними и принципиальные различия.

Организация генома бактерий.

Геном бактерий практически целиком состоит из генов (с их индивидуальной последовательностью оснований) и примыкающих к ним регулиторных элементов. Размеры ДНК типичного представителя прокариот—кишечной палочки Е. coli составляет 4*106 п,н,, максимальный размер генома прокариот не превышает 8*10* п.н., что намного меньше, чем у эукариот. ДНК прокариот представлена кольцевой двухцепочечной суперспирализованной молекулой, расположенной в цитоплазме в виде клубка, называемого нуклеоидом. Нуклеоид не отделен от цитоплазмы ядерной мембраной, в нем может содержаться несколько копий ДНК. Плотность генов в геноме прокариот значительно выше, чем в геноме эукариот. В отличие от большинства эукариотических генов гены прокариот не прерываются некодируюшими областями, т.е. не имеют мозаичной экзон-интронной структуры.

Функционально связанные гены у прокариот, как правило, образуют структуры, называемые оперонами. Опероны — это единицы транскрипции, они имеют общие регуляторные элементы, определяющие начало транскрипции (промоторы) и ее окончание (терминаторы). Так, например, в лактозном опероне между регулятор ным геном lac и первым структурным геном lac Z расположены контролирующие элементы: промотор и оператор. Затем следуют три структурных гена Z, У, А, транс крипт которых - одна полицистронная мРНК. Последовательное расположение на одном участке ДНК функционально связанных генов, видимо, способствует большей эффективности биохимических процессов, обеспечивающих синтез и утилизацию лактозы. Так ген lacZ кодирует фермент галактозидазу, ген lac Y— галактозидпермеазу и ген lac А — трансацетилазу. Фермент р-галактозидаза необходим для гидролиза дисахарида лактозы на галактозу и глюкозу, галактозидпермеаза используется для транспорта лактозы в клетку. Наконец, трансацетилаза защищает клетку от токсичных неметаболизирующихся галактозидов при отсутствии глюкозы и лактозы.

У эукариот функционально связанные гены не организованы в опероны, поэтому процессы активации и репрессии генов требуют участия значительно большего числа регуляторных белков и, соответственно, генов, их кодирующих. У прокариот при небольших размерах генома наличие одного регуляторного гена для нескольких структурных генов, видимо, упрощает систему регуляции их экспрессии.

- Читать далее "Плазмиды бактерий. Мигрирующие генетические элементы бактерий."

Оглавление темы "Строение хромосом и генов.":
1. Структура и определение гена. История изучения гена.
2. ДНК. Строение и структура ДНК. Свойства ДНК.
3. Передача генетической информации в клетке. Репликация молекулы ДНК.
4. Что такое геном? Организация генома бактерий.
5. Плазмиды бактерий. Мигрирующие генетические элементы бактерий.
6. Геном РНК вирусов. Особенности генома РНК вирусов.
7. Эукариотический геном. Повторы или избыточность генома.
8. Хромосома и хроматин. Упаковка генетического материала в хромосоме.
9. Структура хромосом. Эухромотин. Гетерохромотин.
10. Строение политенных хромосом. Структура хромосом типа ламповых щеток.

Ждем ваших вопросов и рекомендаций: