ЭКСТРАЯДЕРНЫЕ (ЭКСТРАХРОМОСОМНЫЕ) ДЕТЕРМИНАНТЫ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ

ДНК может содержаться не только в яд­рах клеток прокариотов и эукариотов, но и за его пределами. Эта ДНК получила название экстраядерной или экстрахромосомной.

Выделяют несколько форм экстраядерной ДНК прокариотов и эукариотов:

1.ДНК плазмид: бактерии, низшие грибы и другие организмы.

2.ДНК органелл: митохондрии, хлоропласты, кинетопласты.

3.ДНК амплифицированных генов: гены, контролирующие синтез отдельных белков.

4.Малые полидисперсные кольцевые и линейные ДНК: экстрахромосомные копии повторяющихся (часто транспозируемых) последовательностей ДНК.

Плазмиды. Плазмиды встречаются в цитоплазме как прокариотов, так и эукариотов. В частности, они идентифицированы почти у всех видов бактерий, имеющих медицинское (являющихся возбудителями болезней) или сельскохозяйственное и промышленное значение.

Плазмиды бактерий — это генетические структуры, находящиеся в цитоплазме и представляющие собой молекулы ДНК размером от 2250 до 400000 пар азотистых оснований. Они существуют обособленно от хромосом в количестве от одной до нескольких десятков копий на одну бактериальную клетку. Различают три типа бактериальных плазмид: факторы генетического переноса, коинтегративные и неконъюгативные плазмиды (рис.4).

Факторы переноса обладают лишь генами репликации и переноса. Благодаря генам репликации такие плазмиды способны к бесконечно долгому поддержанию и воспроизводству в автономном (экстрахромосомном) состоянии, а благодаря генам переноса — к передаче от одних клеток к другим, часто преодолевая в скрещиваниях видовые и родовые барьеры. Бактерии, со­держащие плазмиды этого типа, служат генетичес­кими донорами. Они способны вступать в скрещивания с клетками, не содержащими плазмиды.

Рисунок 4. Плазмиды (разные типы)

Коинтегративные плазмиды представляют собой фактор генетического переноса, сцепленный с гена­ми, контролирующими синтез тех или иных белков, имеющих значение для бактерий. Например, плаз­миды R контролируют синтез ферментов, придающих бактериям устойчивость к антибиотикам, сульфани­ламидам и другим лекарственным веществам, плаз­миды Ent — синтез энтеротоксинов, Col — колицинов, Н1у — гемолизинов. Известны также плазмиды, контролирующие разрушение многих органических соединений и др. свойства. Благодаря фактору пере­носа эти плазмиды конъюгативны.

Неконъюгативные плазмиды — это плазмиды, которые не передаются от одних клеток к другим, т. к. они не обладают фактором переноса. Передача неконъюгативных плазмид от од­них бактерий к другим обеспечивается содержащимися в клетках факторами переноса или коинтегративными плазмидами, которые мобилизуют их на перенос. Эти плазмиды также детерминируют лекарственную устойчивость и дру­гие свойства бактерий.

Среди эукариотов плазмиды идентифи­цированы у низших грибов. Одна из таких плазмид у дрожжей S. cerevisiae представляет собой кольцевые молекулы ДНК размером в 6318 пар оснований, существующие в количестве 80 копий на гаплоидный геном и кодирующие белки, необходимые для собствен­ной репликации и рекомбинации. У нейроспоры (Neurospora) плаз­миды обнаружены в виде малых кольцевых молекул ДНК разме­ром 4200-5200 пар оснований, встречающихся в количестве около 100 копий на гаплоидный геном, а у плесени Aspergilus niger — в виде кольцевых молекул ДНК размером около 13 500 пар основа­ний в количестве около 100 копий на клетку.

ДНК органелл. ДНК этого класса обнаружена в случае как низ­ших, так и высших эукариотов. Из клеточных органелл, ДНК имеют митохондрии и пластиды. Эти молекулы ДНК имеют небольшие размеры. Например, молекулы ДНК (гено­мов) митохондрий (мтДНК) разных животных (включая плоских червей, насекомых и млекопитающих), составляют 15 700-20 000, человека - 16 569 пар азотистых оснований. Митохондриальный геном человека состоит из 13 генов и для него характерно полное или почти полное отсутствие некодирующих участков.

Хлоропластный геном очень сходен с бактериальным геномом как по организации, так и по функциям. Геном хлоропластов ряда высших растений состоит из 120 ге­нов. В митохондриальном геноме человека, вероятно, отсутствуют интроны, но в ДНК хлоропластов некоторых высших растений, а также в ДНК мито­хондрий грибов интроны обнаружены. Считают, что хлоропластные геномы высших растений остаются без изменений примерно несколь­ко миллионов лет. Возможно, что такая древность характерна и для митохондриальных геномов млекопитающих, включая человека.

Кроме митохондрий и хлоропластов, ДНК, обнаруживаемая в кинетопластах трипаносом, представ­лена малыми (2500 п. о.) и крупными (3700 п. о.) кольцевыми молекулами.

ДНК амплифицированных генов. Эта ДНК встречается в фор­ме экстрахромосомных кольцевых молекул. Например, когда эукариотические клетки культивируют в средах с лекарственными ве­ществами, то происходит селекция резистентных клеток с повышенным количеством копий гена, контролирующего резистентность. Клетки многих опухолей содержат также экстрахромосом­ные амплифицированные гены (наряду с хромосомными).

Малые полидисперсные кольцевые и линейные ДНК. Молекулы ДНК этого типа (мпкДНК) имеют размеры от нескольких сот до де­сятков тысяч нуклеотидных пар и встречаются как в цитозоле, так и в ядре и митохондриях клеток многих организмов-эукариотов. Эти молекулы ДНК происходят или связаны с ДНК хромосом и органелл. Многие из этих молекул ДНК способны к транспозиции.