Содержание
Росcийские биологи научились исследовать расположение ДНК в отдельной клетке
Ученые биологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова, Института биологии гена РАН и их коллеги из Австрии и США впервые построили подробные карты пространственной организации генома в индивидуальных клетках и изучили особенности пространственной организации материнского и отцовского геномов в зиготах мыши. Результаты исследований опубликованы в журнале Nature.
В ядрах клеток молекулы ДНК упакованы в особые структуры, хромосомы, которые можно представить себе как сложные, но не случайным образом спутанные клубки. Вещество хромосом, представляющее собой в основном комплекс ДНК, РНК и белков, называется хроматином. Биологи разработали новую методику изучения того, как хроматин упакован в ядре живой клетки. Эта методика является значительно усовершенствованным вариантом классического подхода к исследованию трехмерной структуры генома — Hi-C (high-throughput chromosome conformation capture).
«Возьмем три условных участка ДНК: А, B и С.
Первые два расположены друг за другом в геноме — они соседи, а третий, предположим, находится от них на расстоянии в несколько миллионов пар нуклеотидов. Но хромосома может быть так упакована, что фрагмент С окажется рядом с А или В в пространстве. Мы можем установить этот факт (не для трех случайных участков ДНК, а в масштабе всего генома одновременно) и использовать эту информацию для построения карт пространственной структуры хроматина в живой клетке, так работает метод Hi-C», — рассказал один из авторов работы, кандидат биологических наук Сергей Ульянов.
В стандартном методе Hi-C для проведения одного эксперимента, как правило, требуется несколько сотен тысяч и даже миллионов клеток. Однако новая методика позволяет работать с одной отдельно взятой клеткой и составлять ее индивидуальную карту трехмерной структуры хромосом. Основным новшеством в этой методике является отбор единичных ядер на заключительном этапе Hi-C-эксперимента и проведение так называемой полногеномной амплификации — процесса, в котором с использованием особого фермента можно получить десятки тысяч копий ДНК из одного клеточного ядра.
«Мы провели анализ пространственной организации генома в зиготах мыши. Оказалось, что ядра, мужское и женское, которые сосуществуют в одной клетке, в зиготе, принципиально различаются по тому, как в них уложен геном. В ядре, сформировавшемся из ядра сперматозоида, активные участки генома в пространстве отделены от неактивных, а в ядре с материнским геномом этого не наблюдается. Во всех предыдущих исследованиях в клетках млекопитающих это разделение имело место, так что это очень неожиданный результат», — прокомментировал один из авторов статьи, Илья Флямер.
Пространственная организация хроматина является важным регуляторным инструментом, который клетка использует для управления экспрессией генов. В последнее время в научной литературе появляется все больше сообщений о том, что нарушения нормальной упаковки ДНК в ядре связаны с рядом тяжелых заболеваний человека и в первую очередь с некоторыми раковыми опухолями. Технология Hi-C на единичных клетках в будущем позволит исследовать отдельные, в том числе крайне немногочисленные, субпопуляции раковых клеток в составе опухолей и, возможно, приблизит нас к пониманию механизмов возникновения злокачественных новообразований.
Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес [email protected].
разновидности, функции, свойства, этапы исследования
Нуклеиновые кислоты – высокомолекулярные соединения ДНК и РНК, которые можно найти в клетках любых живых организмов.
Важнейшие функции нуклеиновых кислот – передача, хранение и реализация (процесс воплощения в биологически активных веществах) наследственной информации.
Мономерами данного вещества являются нуклеотиды. Они состоят из 3 элементов:
- фосфорной кислоты;
-
азотистого основания; -
пентозы (также называется пятиуглеродным сахаром).
Между перечисленными частями в результате конденсации образуются химические ковалентные связи.
В данном процессе выделяется вода. Нуклеиновые кислоты делятся на 2 основных разновидности – ДНК и РНК.
Выполняемые функции
Данные элементы отвечают не только за хранение, реализацию и передачу информации. Они выполняют и второстепенные функции. К примеру, отвечают за катализ определенных химических элементов. Нуклеиновая кислота регулирует реализацию генетической информации. За хранение обычно отвечают ДНК. В случае с некоторыми вирусами речь идет об одноцепочечных аналогах.
Генетическая информация хранится в генах, которые являются отдельными частями нуклеиновой кислоты. Здесь расположена первичная белковая структура. Также в генах может находиться информация о структурах рРНК и тРНК.
Генетические данные передаются к потомкам от родителей. Эта задача сопровождается с удвоением нуклеиновой кислоты (РНК либо ДНК). В процессе расщепления дочерних клеткой они приобретают идентичные молекулы. Как следствие, в них передается та же самая генетическая информация.
При половом размножении наследуются признаки двух родителей.
Физические свойства
Нуклеиновые кислоты быстро растворяются в воде. При этом, они почти нерастворимы в органических растворителях. Данное вещество очень чувствительно к критическим уровням pH и температурным воздействиям.
Молекулы ДНК, выделенные из природных источников, обладают высокой массой. Их можно фрагментировать под воздействием механических сил. К примеру, во время перемешивания раствора.
Фрагментирование можно осуществлять нуклеазами. Это большая группа ферментов, отвечающих за гидролизацию связи между субъединицами. Они отвечают за переваривание пищи, регуляцию синтеза.
Особенности строения
Полимерные формы рассматриваемых веществ называются полинуклеотидами. Существует всего 4 разновидности структурных организаций:
- первичные нуклеиновые кислоты;
-
вторичные; -
третичные; -
четвертичные.
Первые представляют из себя цепочки нуклеотидов, которые соединены через фосфодиэфирную сцепку. При вторичной структуре имеет место водородная связь.
Мономерные формы можно встретить в клетках. Они играют существенную роль в процессе запасания энергии и передачи сигналов. К данной категории относится АТФ. Он аккумулирует энергию в клетке.
Этапы исследования нуклеиновых кислот
В 1857 году из мышц быка был выделен экстракт, который стал первым изучаемым нуклеотидом. За несколько лет ученым удалось определить особенности его строения.
В 1868-м химик Мишер из Швейцарии открыл новое вещество, содержащее фосфор и имеющее ярко выраженные кислотные свойства. Оно стало называться «нуклеином».
Термин «нуклеиновая кислота» появился в 1889 году. Его ввел ученый Рихард Альтман, которому удалось избавиться от белковых примесей.
Структурные формулы вещества появились чуть позже. Химики Жакоб и Левин также описали его химические свойства.
Первое фрагментирование ДНК произошло в 1935-м. Это позволило лучше изучить структурные особенности соединений.
Основы генетики — Понимание ДНК
Что такое ДНК?
Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) — это длинная молекула, которая содержит весь генетический код животного (и всех известных живых организмов). Каждая клетка в организме состоит из идентичных нитей ДНК.
«ДНК определяет структуру и функцию каждой клетки, таким образом определяя внешний вид, здоровье и действия всего животного».
ДНК определяет структуру и функции каждой клетки, тем самым определяя внешний вид, здоровье и действия всего животного. Все унаследованные признаки передаются животным потомству в ДНК.
Где находится ДНК?
ДНК в основном расположена в ядре каждой клетки, и содержится в структурах, известных как хромосом .
Ядро представляет собой большую область в центре клетки, отвечающую за контроль активности клетки. Хромосомы представляют собой нитевидные структуры внутри ядра, содержащие ДНК, прочно связанную со стабилизирующими белками, которые помогают ДНК поддерживать свою структуру. Кроме того, небольшое количество ДНК расположено в другой области клетки, называемой 9-й.0005 митохондрии , которая отвечает за выработку энергии клеткой.
Из каких компонентов состоит ДНК?
ДНК состоит из четырех оснований: аденина (А), гуанина (G), цитозина (С) и тимина (Т). Эти основания являются основными единицами ДНК и позволяют ДНК контролировать деятельность клетки.
Каждое основание ДНК имеет основание, с которым оно обычно соединяется; A и T всегда соединяются вместе, а C и G всегда соединяются вместе. Эти пары оснований сходятся вместе, как ступени витой лестницы. Внешняя часть лестницы состоит из молекул сахара и фосфата, а пары оснований перекрывают промежуток между этими двумя цепями внешней поддержки.
Эта фигура называется двойная спираль .
Как ДНК контролирует внешний вид и здоровье животного?
В ядре специальные ферменты транскрибируют основания ДНК в вещество, называемое РНК (рибонуклеиновая кислота) . Эта РНК служит мессенджером, передающим сообщение ДНК в другие области клетки. Он переносится из ядра в цитоплазму клетки (полужидкое вещество в клетках), где РНК транслируется в белки. Эти белки отвечают за ряд функций в клетке и во всем организме, в первую очередь выступая в качестве ферментов, регулирующих различные клеточные реакции.
Как клетка производит ДНК?
Парная природа A/T и C/G важна для дублирования ДНК. Когда клетке необходимо реплицировать свою ДНК для размножения клеток, в дело вступают специальные ферменты, которые «расстегивают» структуру двойной спирали ДНК. Это создает две одиночные нити ДНК с открытыми парами оснований. Каждая цепь ДНК может затем служить шаблоном для дублирования новой цепи ДНК.
Каждый открытый А притягивает T, каждый открытый T притягивает A, каждый открытый C привлекает G, и каждый открытый G привлекает C. Новый сахарный и фосфатный остов строится вдоль открытого края каждой молекулы ДНК. Это позволяет создать две идентичные новые нити ДНК, одна из которых может быть передана каждой клетке.
Сколько ДНК в клетке?
Собаки, кошки и люди содержат примерно 2,5–3 миллиарда пар оснований в своей ДНК, включая примерно 20 000–25 000 отдельных генов. Не вся клеточная ДНК кодирует настоящие белковые последовательности; большая часть ДНК участвует в репликации, создании каркасов и других целях.
Как информация в ДНК может помочь нам принять решение о размножении?
Недавняя разработка ряда различных тестов ДНК позволяет нам использовать ДНК для принятия обоснованных решений о разведении. Эти тесты ДНК позволяют нам исследовать ДНК животного, чтобы определить, являются ли они переносчиками определенных генетических заболеваний.
Существуют ли другие способы использования ДНК?
В дополнение к генетическому тестированию на определенные заболевания и признаки, ДНК-тестирование также может использоваться для определения происхождения животного. Это тестирование может быть полезным для владельцев, которые хотели бы получить дополнительную информацию о наследственности своих метисных питомцев.
Клетка: Руководство по гистологии
Что такое ядро?
Ядро находится в середине клеток,
и он содержит ДНК, расположенную в хромосомах. Он окружен
ядерная оболочка, двойная ядерная оболочка (наружная и внутренняя),
которая отделяет ядро от цитоплазмы. Наружная мембрана
продолжается в шероховатый эндоплазматический ретикулум. Ядерный
оболочка содержит поры, которые контролируют движение веществ
внутри и вне ядра. РНК избирательно транспортируется в
цитоплазме, а белки избирательно транспортируются в
ядро.
Ядерная мембрана поддерживается сетью промежуточных
филаменты, называемые ядерными ламинами.
Одно или несколько темных сферических телец, называемых ядрышками , являются
находится внутри ядра. Это места, где рибосомы
собраны. Ядрышки наиболее заметны в клетках, синтезирующих
большое количество белка.
Большинство клеток имеют одно ядро, хотя некоторые не имеют ни одного ядра (т.е. красные
клетки крови), а некоторые имеют несколько (например, скелетные
мышца).
На этом изображении ниже показана схема ядра.
Ядра выглядят при разных типах клеток и при делении клеток. Например, у разных типов лейкоцитов в интерфазе ядро может иметь одну или несколько долей, причем количество долей характерно для типа лейкоцита.
Это ядро клетки в интерфазе (между клеточными делениями). Голубовато-фиолетовая линия по краю ядра – это ядерная оболочка/ядерная мембрана.
Мелкие темные гранулы – хроматин (хромосомы). Более крупный темно-фиолетовый
строение – ядрышко.
Ядро клетки в интерфазе
На этом снимке показана электронная микрофотография ядра. Короткая
белые стрелки указывают на ядерные поры. Обратите внимание на внешний вид
эу- и гетерохроматина и ядрышка. Гетерохроматиновые пятна
более плотно, чем эухроматин, но обе они являются формами хроматина.
Хроматин — это название диффузной зернистой массы ДНК, обнаруженной
в интерфазных клетках.
Гетерохроматин менее распространен, относительный
к эухроматин , в крупных ядрах активных клеток
чем в малых ядрах покоящихся клеток, таких как малые лимфоциты.
Эухроматин представляет собой «активный» хроматин, содержащий
Последовательности ДНК, которые транскрибируются в РНК.
Ядрышко — это место в ядре, где
транскрибируется рибосомная РНК.
Затем он связывается с субъединицами
рибосомы и транспортируются из ядра ядерным
поры. Сборка рибосом и трансляция РНК и белка
синтез происходит в цитоплазме. Синтез белка происходит на свободных
рибосомы или на рибосомах, прикрепленных к эндоплазматическому ретикулуму (грубая
эндоплазматический ретикулум), в этом случае образуется пора,
синтезированные белки перемещаются в цистерны шероховатой эндоплазматической
ретикулум. Белки синтезируются на рибосомах, прикрепленных к
ER, затем транспортируются в Гольджи и упаковываются для секреции.
Электронная микрофотография ядра
Типы ядер
Клетки в норме диплоидные — это означает, что
у них есть пара — два набора гомологичных хромосом, а значит
две копии каждого гена или генетического локуса.
Однако клетки могут быть гаплоидными, полиплоидными или анеуплоидными.
Гаплоид : имеет только один набор хромосом, то есть в сперме или
ооцит. Полиплоид : Содержит более двух наборов гомологичных
хромосомы . Анеуплоид : имеют атипичное число хромосом.
— может либо иметь одну или две лишние хромосомы, либо терять хромосомы.
Это ненормально и может свидетельствовать о раке.
Кариотип — количество пар хромосом
Существуют.
На этом изображении показан кариотип с полосой G из диплоидной клетки мыши в метафазе. Хромосомы были сгруппированы в пары, их номера показаны ниже. Характерный рисунок полос, который вы видите, получен при окрашивании красителем Гимза.
У мышей всего 19 пар плюс хромосомы XY, тогда как у людей их 22 плюс XY.
Посмотрите проект картирования генома человека и других видов на веб-сайте Национального центра биотехнологической информации
Гибель клеток происходит вследствие некроза , т.