Строение генетического аппарата эукариот

4. Особенности репликации эукариотических хромосом

Как и у прокариот, репликация ДНК в клетках эукарио­тических организмов осуществляется полуконсервативно, о чем свидетельствует распределение Н-тимидиновой метки по сестринским хроматидам во втором и после­дующих митозах после инкубации клеток с радиоактив­ными предшественниками. Выяснено, что репликация у эукариот носит двунаправленный характер.
Принцип регуляции репликации ДНК эукариот в онто­генезе был открыт английским цитогенетиком Г. Кэлланом в 1972 г. С помощью радиоавтографии меченных ³Н-тимидином волокон ДНК, полученных из клеток жи­вотных непосредственно на предметном стекле, Кэллан определил скорость репликации и расстояние между сосед­ними центрами инициации в S-фазе соматических и эмбри­ональных клеток.
По первому показателю между этими типами клеток больших различий не наблюдалось. Число сайтов инициа­ции репликации было максимальным в раннем эмбрио­генезе, минимальным в предмейотической S-фазе и промежуточным в соматических клетках. Эти данные в принципе были подтверждены позднее прямым электронно-микро­скопическим анализом реплицирующейся ДНК из дробя­щихся яиц дрозофилы. Таким образом, суть регуляции процесса репликации у эукариот заключается в измене­нии числа сайтов инициации репликации. Этот механизм позволяет увеличить продолжительность фазы S (а, сле­довательно, всего митотического цикла) с 3,5 мин (на ран­них стадиях дробления яиц дрозофилы) до десятков часов в предмейотической S-фазе. Упаковка ДНК и гистонов в нуклеосомы происходит в фазе S, поскольку гистоны синтезируются синхронно с репликацией ДНК.


Заключение
У эукариот опероны отсутствуют, и система управления активностью генов более сложная. Во-первых, у эукариот включаются не три гена (или чуть больше), а целые батареи генов. Во-вторых, регуляция активности генов происходит не за счет связывания оператора с белком–репрессором, а за счет спирализации и деспирализации хромосом. В-третьих, у эукариот регуляция работы генов происходит не по принципу «да–нет», а по принципу «больше–меньше».
У прокариот регуляторные участки составляют примерно 5 % от всей ДНК, а у эукариот длина регуляторных участков соизмерима с общей длиной структурных генов. Регуляторные белки у эукариот влияют не только на работу генов в одной хромосоме, но и на активность функционально сходных генов в разных хромосомах. Например, - и -цепи гемоглобина кодируются генами, расположенными в разных хромосомах. Однако количество -цепей равно количеству -цепей. Промоторы и операторы у эукариот могут быть удалены от структурных генов на значительное расстояние.
У многоклеточных эукариот в ходе онтогенеза из исходной клетки развивается целостный организм. На разных этапах онтогенеза в разных тканях с разной интенсивностью экспрессируются разные гены. Активность генов у эукариот регулируется разнообразными эндо- и экзогенными факторами, в том числе, и гормонами. Способность исходной клетки реализовывать генетическую информацию в ходе клеточных делений и дифференцировки клеток называется тотипотентностью. У растений тотипотентны и оплодотворенные яйцеклетки, и почти все соматические клетки. У животных тотипотентна только зигота (а также некоторые клетки низших беспозвоночных). Поэтому методы клонирования животных основаны на пересадке ядер из соматических клеток в энуклеированные яйцеклетки (то есть яйцеклетки с убитым ядром).
Выключение генов может быть обратимым и необратимым. У животных существует два типа дробления зиготы: недетерминированное (дифференцировка клеток на поздних стадиях онтогенеза) и детерминированное (дифференцировка клеток на самых ранних этапах дробления зиготы). В первом случае можно пересадить ядро из клеток кишечного эпителия головастика в яйцеклетку с убитым с помощью ультрафиолетового облучения ядром. Из такой синтезированной клетки разовьется нормальная лягушка. Во втором случае клетки передней части бластодермы дрозофилы способны формировать только структуры передней части тела имаго, а клетки задней части бластодермы – только структуры задней части тела.