obshaya_tsitologia (1120994), страница 32
Текст из файла (страница 32)
При этом дополнительная репликация генов рРНК происходит вцелях обеспечения продукции большого количества рибосом. В результатетакого сверхсинтеза генов рРНК их копии могут становиться свободными,экстрахромосомными.ЭтивнехромосомныекопиигеноврРНКмогутфункционировать независимо, в результате чего возникает масса свободныхдополнительныхядрышек,ядрышкообразующиминоужехромосомами.неЭтосвязанныхявлениеструктурнополучилосназваниеамплификации генов рРНК.
Особенно подробно это явление изучено нарастущих ооцитах амфибий, хотя оно встречается как у животных, так и урастений.Так у X. laevis, наиболее подробно изученный и популярный объект,амплификация рДНК, происходит в профазе I деления созревания, когда синтезхромосомнойДНКдавнозакончен.Вэтомслучаеколичествоамплифицированной рДНК (или генов рРНК) становится в 3000 раз большетого, что приходится на гаплоидное количество рДНК, и соответствует 1,5 х 106генов рРНК. Эти сверхчисленные внехромосомные копии и образуют сотнидополнительных ядрышек в растущих ооцитах. В среднем же на однодополнительное ядрышко приходится несколько сот или тысяч генов рРНК.Амплифицированные ядрышки встречаются также в ооцитах насекомых.
Таку окаймленного плавунца в ооцитах обнаружено 3 х 106 экстрахромосомныхкопий генов рРНК.Биологическийсмыслпоявлениясверхчисленныхэкстрахромосомныхядрышек при росте ооцитов совершенно понятен: для синтеза огромногоколичества запасных продуктов, которые будут использованы на ранних стадияхэмбриогенеза, необходимо соответственно огромное количество рибосом,164которые могут быть в клетке синтезированы на дополнительных матрицах этихмногочисленных амплифицированных ядрышек.
После периода созреванияооцита при его двух последовательных делениях эти дополнительные ядрышкив состав митотических хромосом не входят, они отделяются от новых ядер идеградируют. Следовательно, амплификация рДНК в ооците представляет собойвременное явление, не сказывающееся на постоянстве генома.Унизшихэукариотическихорганизмовнаблюдаютсятакжеэкстрахромосомные ядрышки. Так у Tetrachymena pyriformis в составегаплоидного генома микронуклеуса имеется только единственный ген рРНК. Вмакронуклеусе же этого организма содержится около 200 гаплоидныхэквивалентов в виде экстрахромосомных копий. У дрожжевых клеток такжеобнаружены экстрахромосомные копии генов рРНК в виде циклическихмолекул ДНК длиной около 3 мкм, содержащих один ген рРНК.Строение и функционирование генов рРНКИтак, в ядрышковых организаторах определенных хромосом локализованыместа множественных сгруппированных вместе генов рибосомной РНК.
Но какуже говорилось, существует 4 типа молекул рибосоной РНК, каждый из которыхв полной эукариотической рибосоме представлен один раз. Значит ли это, чтодля каждой из этих РНК (28S рРНК, 18S рРНК, 5,8S рРНК, 5S рРНК) долженсуществовать отдельный ген, было долгое время неясным. Не понятным былотакже, как осуществляется в клетках одновременное сбалансированноеобразование этих разных рРНК.
Этот вопрос был решен при исследованиидинамики синтеза рибосомных РНК. Было обнаружено, что при использованииимпульсной короткой метки среди клеточных РНК обнаруживается быстросинтезирующая РНК с высокой скоростью седиментации, тяжелая 45S РНК.Если после появления этой 45S РНК продолжать наблюдать за распределениемметки во фракциях РНК, но уже в отсутствие меченных предшественников, томожно видеть, что по мере убывания метки в зоне 45S РНК, она начинаетпоявляться и стабильно накапливаться в зонах 28S, 18S и 5,8S рибосомных РНК.165Эти данные говорили о том, что при синтезе рибосомных РНК сначалаобразуется гигантская молекула-предшественник (45S РНК), которая затем даетначало основным молекулам рибосомной РНК.
Было найдено, что молекула 45SРНК содержит около 13 х 103 оснований, имеет массу около 4,6 х 106, и можетбыть длиной 2-5 мкм. Явление распада молекулы 45S рРНК на фрагменты,соответствующие размерам 28S, 18S и 5,8S РНК, получил название"процессинг" или созревание. Во время процессинга происходит разрывпредшественника на три фрагмента и кроме того наблюдается значительнаядеградация РНК (около 50%, т.е.
6000 нуклеотидов). Кроме этих данных быловычислено, что молекула 5S РНК синтезируется независимо от 45S РНК илокализация гена 5S рРНК не связана с ядрышковым организатором.Почти одновременно с получением этих биохимических данных О. Миллеру(1969) удалось с помощью электронного микроскопа увидеть работающиерибосомные гены. Для этого были под световым микроскопом вручнуювыделены ядра из средних ооцитов тритона, микроиглами была разорванаядернаяоболочкаиамплифицированныевмикропипеткуядрышки.Такаябыликапля,втянутымногочисленныесодержащаяядрышкиикариоплазму, была перенесена в раствор низкой ионной силы со щелочнымзначением среды. Этот раствор наслаивался на раствор сахарозы с формалином,находящийся в микроячейке центрифужной пробирки, на дне микроячейкипомещалась сеточка с формваром для электронной микроскопии.
Действиенизкойионнойсилывщелочнойсредеприводилокнабуханиюидиспергированию выделенных ядрышек, они разрыхлялись настолько, чтостановилисьплохоразличимымивсветовоммикроскопе.Прицентрифугировании такие набухшие ядрышки проходили через слой сахарозы,еще больше расправлялись и фиксировались в формалине. Наконец онидостигали дна микроячейки и распластывались на формваровой подложке.После этого сеточки вынимались, обезвоживались, оттенялись металлом ипросматривались в электронном микроскопе (рис. 83, 97а).166На таком препарате были видны сложно изогнутые и перепутанные длинныеосевые молекулы ДНК, на которых через равные промежутки располагалисьфибриллярные зоны, имеющие вид "елочек".
Длина фрагмента ДНК, занятоготакой "елочкой" была постоянной и равнялась 5 мкм. На этом отрезкерасполагалось около 100 плотных гранул величиной около 20 нм, от каждой изкоторых отходила в сторону тонкая изогнутая нить. Величина такой нити быламинимальной на одном конце такого отрезка и максимальной на другом. Этиизвитые латеральные нити и образовывали структуру типа "елочки".
Былодоказано, что крупные гранулы на нити ДНК представляют собой молекулыРНК-полимеразы I, ответственной за синтез рРНК, а боковые изогнутые нити транскрипты, состоящие из синтезируемых молекул РНК. Самые длинныетранскрипты находились на одном конце "елочки", соответствовали 45Sпредшественнику рРНК. Следовательно, синтез рРНК начинался на концеотрезка с короткими боковыми нитями, и заканчивался на участке с длинныминитями РНК. Такой участок ДНК, на котором были видны молекулы рРНК впроцессе их удлинения, получил название транскрипционной единицы.Между транскрипционными единицами располагались участки ДНК, лишенныегранул РНК-полимеразы I и транскриптов.
Это - зоны т.н. спейсеров, которые нетранскрибируются, и, более того, на таких препаратах они имеют нуклеосомноестроение, тогда как транскрипционные единицы свободны от нуклеосом.Величина таких спейсерных участков может варьировать не только в даннойклетке, но быть различной у разных видов. Длина боковых фибрилл была в 5-10раз короче, чем 45S РНК, из-за того, что эта новосинтезированная РНК связана сбелками, образуя рибонуклеопротеидный тяж, предшественник рибосом.Исходя из этих работ стало ясно, что рибосомный ген состоит из двухучастков: нетранскрибируемая последовательность ДНК (nts) - спейсер итранскрипционная единица. В состав транскрипционной единицы входятучастки, соответствующие 28S, 18S и 5,8S рРНК, разделенные вставками,которые деградируют при процессинге 45S РНК.167Расшифровка структуры рибосомных генов различных эукариотическихобъектов показала удивительно универсальный тип их строения:3' nts - промотор- tse - 18S рРНК - tsi1 - 5,8S рРНК - tsi2 - 28S рРНК 5'где nts - нетранскрибируемые последовательности ДНК спейсерного участка,ts - транскрибируемые последовательности ДНК (внешняя и две внутренние), иучастки,соответствующиезрелымрибосомнымРНК.Всоставтранскрипционной единицы входит весь ген за исключением спейсерногоучастка.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
