Биохимия - Химические реакции в живой клетке Том 1 - Д. Мецлер 1980

Место действия
Простейшие живые организмы
Геном

Все генетические «приказы», отдаваемые клетке, исходят от ДНК. Молекулы как ДНК, так и белков построены в виде цепочек, состоящих в первом случае из нуклеотидов, а во втором — из аминокислот. Молекулы ДНК, как правило, двухцепочечные, т. е. состоят из двух образующих двойную спираль полинуклеотидных цепочек; комплементарные основания противоположных цепочек образуют нуклеотидные пары (рис. 2-21). В настоящее время твердо установлено, что большая часть генетических сообщений в ДНК представляет собой последовательность, кодовых «слов», или кодонов. Каждый кодон состоит из трех нуклеотидов (или трех нуклеотидных пар, если ДНК двухцепочечная) и соответствует одной из 20 аминокислот, из которых построены белки. Последовательность кодонов в ДНК определяет, в каком порядке должны соединяться аминокислоты при синтезе каждого из многочисленных белков.

Допустим, что «средняя» белковая молекула — это свернутая цепочка, состоящая из ~300 аминокислот. Стало быть, участок молекулы ДНК (один ген), кодирующий синтез этого белка, должен включать около 900 пар нуклеотидов. Добавив сюда еще некоторое количество, нуклеотидов для образования промежутков между генами, мы получим, что число нуклеотидных пар, составляющих 1 ген, в среднем равно 1000.

Геномом называют полное количество ДНК, несущее всю сумму генетической информации для данного организма. У бактерий геном представлен единственной хромосомой, состоящей из одной двухцепочечной молекулы ДНК. У Mycoplasma arthritidis масса ДНК составляет 0,5∙10⁹ дальтон (мол. вес = 0,5∙10⁹). Содержание ДНК у Е. coli примерно в 5 раз больше (мол. вес = 2,5∙10⁹).

Средний мол. вес пары нуклеотидов (находящихся в виде натриевой соли) равен 664. Следовательно, ДНК М. arthritidis содержит пар нуклеотидов, что достаточно для кодирования 800 различных белков среднего размера. ДНК Е. coli состоит из 3,8∙10⁶, нуклеотидных пар, что позволяет закодировать ∼ 4000 различных белков. Поскольку некоторые гены ДНК выполняют другую функцию, реальное число генов, кодирующих белки, несколько меньше. Длина бактериальных хромосом поразительна. Расстояние между нуклеотидными парами 0,34 нм; следовательно, полная длина молекулы ДНК в хромосоме Е. coli равна 1,3 мм, что в 600 раз превышает длину клетки, в которой эта ДНК находится. Отсюда ясно, что молекула ДНК в клетке плотно упакована, в результате под электронным микроскопом она выглядит как плотное «ядро», занимающее только лишь 1/5 объема клетки (рис. 1-2, В, Г). Каждое бактериальное ядро содержит полный набор генетических «матриц» и функционирует более или менее независимо. Эти ядра гаплоидные, т. е. имеют один набор генов¹.

¹ Для прокариот характерны гаплоидные ядра, хотя при половой конъюгации бактерий, а также в некоторых экспериментальных условиях образуются «частично диплоидные» клетки, содержащие двойной набор отдельных генов.