Негистоновые белки хроматина
Большое влияние на структуру хроматина и функционирование эукариотических генов оказывают различные негистоновые белки. В ядрах в наибольшем количестве обнаруживают негистоновые белки, которые относят к так называемой группе белков с высокой подвижностью (high mobility group – HMG). Это название отражает их высокую подвижность при электрофорезе. Суммарное содержание HMG-белков в ядрах клеток в ~10 раз меньше, чем гистонов. Эти белки разделяют на три основных подкласса: 14/17, 1/2 и I/Y.
Помимо HMG-белков к негистоновым белкам хроматина относятся структурные ядерные белки, многочисленные ферменты и белковые факторы, необходимые для работы генетического аппарата клетки.
4. Внехромосомные генетические элементы
Гены и некодирующие последовательности нуклеотидов, заключенные в хромосомах ядер клеток, представляют большую часть генома организма. Кроме того, геном организма формируют и внехромосомные генетические элементы, которые во время митотического цикла воспроизводятся независимо от хромосом ядер.
Так, митохондрии грибов и млекопитающих содержат менее 1% всей ДНК, тогда как у почкующихся дрожжей Sacharomyces cerevisiae митохондриальная ДНК составляет до 20% всей ДНК клетки. ДНК пластид растений (главным образом хлоропластов и митохондрий) составляет от 1 до 10% суммарного количества их ДНК.
У большинства бактерий кроме хромосомы существуют плазмиды – способные к автономной репликации структуры. Плазмиды бактерий содержат гены, необязательные для клетки-хозяина, или гены, необходимые лишь в определенной среде. Количество плазмидной ДНК в клетке составляет от 0,1 до 5-10% от хромосомной ДНК.
4.1. Плазмиды
Плазмида представляет собой двухцепочечную молекулу ДНК размером от 2 до нескольких сотен тысяч пар оснований обычно кольцевую, хотя известны линейные плазмиды. Плазмиды выполняют разнообразные функции, например половую, определяют устойчивость клеток к антибиотикам, индуцируют синтез колицинов. Плазмиды могут определять способности бактерий использовать необычные источники углерода. Так, некоторые бактерии способны использовать углеводороды нефти. Тем самым обеспечивается селективное преимущество клеток, содержащих плазмиды.
Существуют разные типы классификации плазмид, чаще всего за основу берут наличие в плазмидах определенных модульных сегментов ДНК. Для репликации плазмиды используют репликативный аппарат клетки-хозяина, но их репликация происходит независимо от хромосомы. Каждая плазмида является самостоятельным репликоном и контролирует собственную репликацию. Для автономной репликации она должна иметь один или несколько репликативных модулей (область инициации репликации).
Различают автономные плазмиды (не связанные с хромосомой бактерии), которые существуют в цитоплазме бактерий и способны самостоятельно репродуцироваться, и интегрированные (встроенные в хромосому) плазмиды, которые реплицируются одновременно с бактериальной хромосомой. Интеграция плазмид происходит при наличии гомологичных последовательностей ДНК, при этом возможна рекомбинация хромосомной и плазмидной ДНК.
Число копий плазмид в клетке зависит от их генетических особенностей. Если репликация плазмиды регулируется согласованно с репликацией бактериального генома, то в каждой клетке содержится одна или несколько копий плазмиды. Такой тип репликации называют репликацией со "строгим контролем" (F-плазмиды). Плазмиды, находящиеся под "ослабленным контролем", могут реплицироваться до тех пор, пока каждая клетка не будет содержать в среднем от 10 до 200 копий. В обоих случаях благодаря контролируемой репликация число плазмид в клетке поддерживается постоянным в ряду поколений.
Плазмиды также подразделяют на трансмиссивные (F- или R-плазмиды), способные передаваться от одной бактерии к другой посредством конъюгации, и нетрансмиссивные. Трансмиссивные плазмиды кодируют специальные ворсинки, половые пили, которые появляются на поверхности клеток, содержащих плазмиды, и способны специфически связываться с поверхностью бесплазмидных клеток. При сокращении пиля клетки притягиваются друг к другу и между ними образуется мостик, через который плазмидная ДНК может передаваться в новую клетку. Способность передаваться в новые клетки – полезное для плазмид качество, но только большие плазмиды могут кодировать сложную систему поверхностных изменений клетки, обеспечивающих конъюгацию. Неконъюгативные плазмиды, (утратившие модуль конъюгации, содержащий гены и регуляторные области, необходимые для переноса плазмиды из одной клетки в другую), не способны к самотрансмиссивности. Они обычно имеют небольшие размеры, но в клетке обычно имеется большое количество мелких плазмид (более 30), так как только наличие такого количества обеспечивает их распределение в потомстве при клеточном делении. Неконъюгативные плазмиды могут передаваться из клетки в клетку в присутствии трансмиссивных плазмид, используя их аппарат конъюгации. Такие плазмиды называют мобилизуемыми.
Плазмиды выполняют регуляторные или кодирующие функции. Регуляторные плазмиды могут участвовать в компенсации дефектов метаболизма бактериальной клетки, встраиваясь в поврежденный геном и восстанавливая его функции. Кодирующие плазмиды привносят в бактериальную клетку новую генетическую информацию, кодирующую новые, необычные свойства (например, устойчивость к антибиотикам).
В соответствии с определёнными признаками, кодируемыми плазмидными генами, выделяют несколько групп плазмид.
Способность клетки быть донором генетического материала связана с присутствием особого F-фактора (от англ. fertility, плодовитость). F-плазмиды контролируют синтез F-пилей, способствующих спариванию бактерий-доноров с бактериями-реципиентами. R-плазмиды (от англ. resistance, устойчивость) кодируют устойчивость к лекарственным препаратам, например к антибиотикам и сульфаниламидам, и включают все гены, ответственные за перенос факторов устойчивости из клетки в клетку. Одна плазмида может обеспечивать устойчивость к нескольким антибиотикам, при этом все или несколько генов резистентности разного типа могут быть сгруппированы в одном модуле. Чаще всего устойчивость бактерий к антибиотикам основана на инактивации последних ферментами, кодируемыми плазмидами (например, β-лактамаза), или на избирательном изменении проницаемости клеточной оболочки.
Col-модули плазмид кодируют один из нескольких белков-колицинов (антибактериальных агентов, продуцируемых бактериями). Колицины различаются по структуре и способу действия. Плазмиды, кодирующие определенный колицин, часто содержат гены, обеспечивающие иммунность к этому колицину, что защищает клетку-продуцент от повреждения, вызываемого ее средством защиты. Некоторые плазмиды содержат также модули, кодирующие системы рестрикции-модификации, примером является система EcoRI. Плазмиды патогенности контролируют вирулентные свойства многих видов, особенно энтеробактерий. Плазмиды биодеградации кодируют ферменты деградации природных (мочевина, углеводы) и неприродных (толуол, камфора, нафталин) соединений, необходимые для использования таких соединений в качестве источников углерода или энергии. Известны также криптические (скрытые) плазмиды, не содержащие генов, которые можно было бы обнаружить по их фенотипическому проявлению.
Хотя плазмиды не являются неотъемлемой составной частью бактериальной клетки, однако их наличие расширяет ее генетические возможности. Плазмиды играют важную роль в быстрой адаптации бактерий к меняющимся факторам среды. Плазмиды с ослабленным контролем репликации широко применяются в качестве векторных молекул в генетическиой инженерии.
Достарыңызбен бөлісу: |
