Лекция 18. Классификация генов в геноме

Основы метода ренатурации ДНК

ДНК обрабатывают ультразвуком. При этом она деградирует на двуцепочечные куски одинакового размера.

Затем смесь денатурируют и медленно охлаждают.

При температуре на 20С ниже, чем температура плавления ДНК, идет восстановление вторичной структуры (ренатурация).

Если последовательности часто встречаются, то они ренатурируют быстрее.

В процессе ренатурации выделяют две стадии:

1. Бимолекулярная стадия нуклеации.
Образуется несколько "ядер"- участков спаривания.
Описывается реакцией второго порядка ().

2. Мономолекулярная стадия замыкания.
Скорость реакции пропорционально первой степени концентрации ДНК.
Это дальнейшее образование водородных связей - замыкание.

Процесс ренатурации описывается уравнением: ,
где k - константа скорости ренатурации,
С - концентрация одноцепочечной ДНК.

В нулевой момент времени .

Тогда .

Если , то , и это полуренатурация.

Таким образом мы получили характеристику для описания разных молекул ДНК или их частей.

По значению можно выделить 3 фракции:

1. Быстрые повторы.

меньше 0,01 .

Частота встречаемости на гаплоидный геном больше 10⁵. 

2. Умеренные повторы.

от 0,01 до 1000 .

Частота встречаемости на гаплоидный геном больше 10, но меньше 10⁵.

3. Уникальные последовательности.

больше 1000 .

Частота встречаемости меньше 10 раз на геном.

Есть отдельные последовательности, которые по значению относятся к одному классу, а по частоте встречаемости - к другому. Это - палиндромы. Они ренатурируют мгновенно, т.к. отсутствует поиск комплементарной цепи, а их встречаемость в геноме может быть низка.

Значение у палиндромов такое же, как и у быстрых повторов, а встречаемость, как у уников или умеренных повторов. У некоторых организмов, например, у черепах, 20% ДНК - палиндромы. В среднем у животных от 2% до 12% генома приходится на палиндромы. У растений - от 1% до 4% (у пшеницы 3 млн. обращенных повторов). Они могут содержать от нескольких десятков до десятков тысяч нуклеотидов. Наиболее часто палиндромы встречаются в регуляторных участках генов.

Гены tРНК - часто встречаемые палиндромы.