Дж. Уилсон, Т. Хант - Молекулярная биология клетки - Сборник задач (1120987), страница 27
Текст из файла (страница 27)
Хотя еще неизвестно, как ДНК уложена в органеллах, ее упаковк; по-видимому, ближе к упаковке бактернальных геномов, а н хроматина эукариот, поскольку в органеллах отсутствуют гист~ новые белки. По механизму синтеза белка хлоропласты очень сходны с бакн риями, но сильно отличаются от митохондрий, у которых мех~ низм синтеза белка сходен с цитоплазматическнм. У высших растений многие рибосомные белки хлоропластов зак< дированы в ядре клетки, но эти ядерные гены имеют явно бактер~ альное происхождение.
Генетический код в митохондриях несколько отличается от яде1 ного генетического кода, но он одинаков в митохондриях у ва изученных до сих пор видов. Простота генетической системы митохондрий и относительг низкая точность ее функционирования могут быть причинам повьппенной частоты замещения нуклеотидов, наблюдаемой в ья тохондриальных геномах. Митохондриальные геномы у растений сильно варьируют и содержанию ДНК, и все же они, по-видимому, кодируют всп лишь на несколько белков больше, чем гораздо более мела митохондриальные геномы животных клеток.
Наличие интронов в генах органелл не должно удивлять, поскол~ ку похожие интроны были обнаружены в сходных генах бактерв~ от чьих предков, как принято считать, произошли митохондрг и хлоропласты. Мутации, наследуемые по законам Менделя, затрагивают ядерви гены; мутации, которые не наследуются согласно этим законы локализованы, по-видимому, в генах органелл. Зеленые и белые пятна иа пестрых листьях обусловлены митов ческой сегрегацией нормальных и дефектных митохондрий.
Митохондрии, которые образуются путем простого деления, м~ гут реплицнроваться в пролиферирующих эукариотическнх кле ках неопределенное число раз. Функции митохондрий и хлоропластов, а также экспрессия ~ генов в значительной мере контролируются ядром клетки. 7-32 А В Рис. 7-1 временз лриалы Немече~ ДНК вЂ” с чеииая ЛИНИЯ;, иия сер К Л дать начало дочерним клеткам с каким-то одним видом митохощ рий. Этот процесс известен как У высших животных митохондрии попадают в зитоту главны образом с цитоплазмой яйца, поэтому такие митохондрии проя~ лают так называемую наследственность. Мутанты дрожжей с крупными делециями в митохондриальпо~ ДНК образуют необычно мелкие колонии, когда растут пр низкой концентрации глюкозы в среде; все мутанты с таким дефектными мнтохондриями называются — это центральный метаболический путь для удалена азотсодержаших продуктов деградации у высших животных.
Согласно эукариотические клетки в начале своег эволюционного пути были анаэробными организмами, не соде1 жашнмн митохондрий или хлоропластов, а за~ем установился и стабильный симбиоз с бактериями. Преобразование энергии: митохондрии и хлоропласты йб Н. В различных тканях одного организма митохондрии содержат одинаковый набор белков, закодированных в ядерном и митохондриальном геномах.
Перенос белков через мембраны митохондрий и хлоропластов происходит, по-видимому, через специальные адгезионные участки в местах контакта наружной и внутренней мембран этих органелл. Хлоропласты сами синтезируют большую часть своих липидов, тогда как митохондрии получают их из цитоплазмы. Митохондрии как животных, так и растений произошли, вероятно, от особого вида пурпурных фотосинтезирующих бактерий, которые угратили способность к фотосинтезу и сохранили только дыхательную цепь. М О.
)и тй та гб Р их 7-33 Си пх :а и о. Ге. :а. : о. ьи- пб гб зи м,м днк, раппицирующаная во арами дабавлання Будр Митохондриальная ДНК, раплицирующаяся во время добавления Н-тимидина 1Ь ш, ии l 1 о \ гтпрамажутак чхни» чЬ .~и жажду Р з дабавланиам Н тимидин маток БУДР парнодьч I Ъ 1 1 .ОО Рис. 7-19.
Схема опыта по оценив времени рсплииации митохон- Ириаъной ДНК хзадача 7-33). Нсмсчсиав митохондриальная ДНК-сплошиаи линия; ДНК, ме- чсииаи 'Н-тимидином; штриховая дииии; ДНК, меченная БУДР, ли- ни серого цвета. Мачанная Н.тимидином митохондриальная дНК, абнаружанная на анапитичаскай стадии экспеРимента В клетке мыши содержится примерно 1000 молекул митохондриальной ДНК. Реплнкация отдельного митохондриального генома длится всего около часа, что составляет 5% от времени генерации клетки х20 ч). Поскольку число митохондриальных геномов на клетку в среднем постоянно, го они должны реплицироваться один раз за клеточный цикл. Как координируется репликация митохондриальных геномов? Реплицируется ли митохондриальная ДНК в любое время на протяжении клеточного цикла или, подобно репликации ядерной ДНК, на какой-то особой стадии цикла, например в Б-фазе? Вы предлагаете элегантный способ ответа на этот вопрос.
В общих чертах подход состоит в том, что эН-тимндин за время непродолжительной инкубации (2 ч) включается в митохондриальную ДНК клеток мьппцы, затем клетки переносят в среду с нерадиоактивным тимидином (для «изгнания» метки) на разные периоды времени, после чего проводят мечение 5-бромурацилдезоксибозидом (БУДР) в течение двух часов (рис.
7-!9). Любая ДНК, реплицировавшая во время обеих инкубаций, будет радиоактивной (благодаря эН-тимидину), а ее плотность станет более высокой, чем у нормальной митохондриальной ДНК (благодаря БУДР). Поскольку молекула митохондриальной ДНК имеет форму кольца, ее можно легко отделить от ядерной ДНК и провести анализ этих двух фракций порознь. Используя центрифугирование в градиенте плотности, можно отделить ДНК с высокой плотностью (содержащую БУДР) от ДНК с низкой плотностью (не содержащую БУДР) и измерить количество радиоактивности„ связанной с каждой из них.
Ваши результаты полного анализа 96 Глава 7 митохондриальной ДНК, приведенные на рис. 7-20, показывают, что доля меченной зН-тимидином митохондриальной ДНК с большей плотностью была постоянной независимо от длитель. ности промежутка между введением меток (длительности отмывания нерациоактивным тимцпином). Чему больше соответствуют эти результаты: тому, что репликацих происходит в какой-то определенный момент клеточного цикла, или тому, что она происходит в произвольное время? Почему? Один из ваших коллег критикует план этих опытов.
Он считает, что невозможно провести различие между случайной и точно определенной по времени репликацией, потому что клетки росли асинхронно (т.е. внутри клеточной популяции представлены все о е $ ю М М х тх о 5 1с 15 20 25 Длительность лромежутие между периоднми меченин, ч Г 7-34 Цуин~ М А Б Рве. 7к ции зо, шпинат и ДНК ку"уру' 7-35). т относ~ ДНК; хлороп фрагме днзовш показа Рве.
7-21. Карта транскрипции мнтохонлриальной ДНК человека (задача 7-34). Отдельные гены лля тРНК обозначены черными кружка- ми; аминокислоты, которые пере- носятся этими тРНК, указаны олнобуквенным кодом. Три мРНК, детальные последовательности которых приведены на рнс. 7-22, указаны числами. Ренн тРНК 1З 125 185 Рибосомнен РНК мРНК 7 1428 Рнс.
7-20. Фракция меченной 'Н- тнмнпином митохонлрнальной ДНК с повышенной плотностью прн разных по длительности про- межутках времени между введением двух меток (залача 7-33). Фракция определена как отношение радио- активности ДНК с большей плот- ностью к общей ралноактивностн ДНК. Длительность промежутка— период времени от окончания мечених 'Н-тимиднном ло начала мечення БУДР. стадии клеточного цикла). Как это замечание повлияет на ваш) интерпретацию? В.
Изобразите, пользуясь рис. 7-20, каких результатов можно ожи. дать при последующем анализе ядерной ДНК. Исходите из того, что фаза синтеза ДНК вЂ” Я-фаза — занимает в клеточном цикле 5 ч. Другой вауп коллега хочет узнать, какими были бы результаты если бы митохондриальная ДНК реплицировалась в любой мо. мент времени на протяжении клеточного цикла, но после оконча ния реплнкации каждая отдельная молекула приступала бы к еле дующей репликации только в новом клеточном цикле. Большая часть молекул мРНК, тРНК и рРНК митохондрв$ человека транскрибируются только с одной из цепей ДНК. Эту молекулы РНК первоначально входят в один очень длинньй транскрипт, составляющий 93% длины нити ДНК.
Однако в про. цессе синтеза митохондриальных белков эти молекулы РНК функ. ционируют как отдельные, независимые виды РНК. Взаимоотно шение отдельных РНК с первичным транскриптом и многи особенности генетической системы митохондрий были выясненх путем сравнения последовательностей оснований в РНК с нукле отидной последовательностью генома. Соответствующая карп генома схематически представлена на рнс.
7-21. На рис. 7-21 показаны три сегмента нуклеотидной последовательности митр хондриального генома человека и три мРНК, которые транскрибв руются с этих участков. Нуклеотиды, кодирующие разные види тРНК, подчеркнуты; аминокислоты, кодируемые мРНК, указана одной буквой под центральным основанием каждого кодона. Если говорить об используемых кодонах и структуре мРНК, то пт каким двум признакам инициация синтеза белка в митохондрии отличается от инициации в цвтоплазме? По каким двум признакам кодоны термннапии синтеза белю в митохондриях необычны? (Кодоны терминации отмечены и рис. 7-22 звездочками.) В. Указывает ли расположение последовательностей для тРНК 1 мРНК в геноме на возможный механизм процессинга первичноп транскрипта с образованием отдельных видов РНК? Р у ь 1м Рт о к ан наг т Инпнмнлрнень н дНК Рнс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
