Эукариотический геном и его экспрессия
Понимание того, как эукариотические клетки организуют, регулируют и экспрессируют свою генетическую информацию
1. Обзор: Эукариотический геном
Эукариотический геном значительно сложнее прокариотического. Он организован в множество линейных хромосом, расположенных внутри окружённого мембраной ядра. Геном человека, например, содержит приблизительно 3,2 миллиарда пар оснований, распределённых по 23 парам хромосом, при этом лишь около 1,5% этой ДНК кодирует белки.
Ключевые особенности эукариотических геномов
- Большой размер генома: 107 — 1011 п.н.
- Линейные хромосомы с теломерами и центромерами
- Упаковка хроматина: ДНК обёрнута вокруг гистоновых белков
- Интроны и экзоны: мозаичная архитектура генов
- Повторяющиеся последовательности: до 45% генома
- Полицистронная мРНК встречается редко; моноцистронная мРНК — норма
- Обширная посттранскрипционная обработка
Состав генома (человек)
2. Организация и упаковка хроматина
Эукариотическая ДНК должна быть компактизирована приблизительно в 10 000 раз, чтобы поместиться в ядре. Это достигается с помощью иерархической системы упаковки, включающей гистоновые белки и структуры хроматина более высокого порядка.
Уровни упаковки хроматина
| Уровень | Структура | Диаметр | Степень компактизации |
|---|---|---|---|
| 1 | Нуклеосома — 147 п.н. ДНК обёрнуты ~1,65 оборота вокруг гистонового октамера (2× H2A, H2B, H3, H4) | 11 нм | ~6× |
| 2 | 30 нм фибрилла — нуклеосомы свёрнуты в соленоидную или зигзагообразную структуру; стабилизирована гистоном H1 | 30 нм | ~40× |
| 3 | Петли хроматина — 30 нм фибрилла образует петли, закреплённые на белковом каркасе | 300 нм | ~1 000× |
| 4 | Метафазная хромосома — максимальная компактизация во время деления клетки | 1 400 нм | ~10 000× |
Интерактивная 3D-модель: Коровая частица нуклеосомы
Исследуйте нуклеосому — основную единицу хроматина. Синяя спираль представляет ДНК, а цветные сферы — гистоновый октамер.
Эухроматин
Рыхло упакованный, транскрипционно активный хроматин. Обогащён ацетилированными гистонами (например, H3K9ac, H3K27ac). Выглядит светлым при электронной микроскопии.
Гетерохроматин
Плотно упакованный, транскрипционно неактивный хроматин. Обогащён метилированными гистонами (например, H3K9me3, H3K27me3). Выглядит тёмным при электронной микроскопии. Включает конститутивный (центромеры, теломеры) и факультативный (например, неактивная X-хромосома).