obshaya_tsitologia (1120994), страница 33
Текст из файла (страница 33)
Такая структура рибосомного гена практически одинакова для всехэукариотическихорганизмов(рис.84).Вариабельнымиявляютсякакнетранскрибируемые (спейсерные) участки, так и транскрибируемые вставки(ts), которые не входят в состав зрелых рРНК.ИтактриосновныемолекулырРНКсинтезируютсянаоднойтранскрипционной единице. Что же касается молекулы 5S рРНК, то она к этомугену никакого отношения не имеет: 5S рРНК синтезируется на отдельных генах,локализованных не в зонах ядрышковых организаторов, даже на совсем иныххромосомах при участии РНК-полимеразы III.
Так у человека основная массагенов 5S рРНК находится на I хромосоме, более мелкие кластеры - на 9 и 16хромосомах. У ксенопуса гены 5S рРНК расположены в теломерных участкахбольшинства хромосом. Гены 5S рРНК, тоже множественные, также собраны вкластеры, но их число выше, чем у остальных генов рРНК.
Так у человека ихнасчитывается до 2000, у ксенопуса - 24000, у гребенчатого тритона - 32000.Есть объекты и с меньшим их числом: Drosophila - 320; крыса - 830. Унейроспоры и дрожжей число генов 5S рРНК одинаковое с числом другихрибосомных генов, т.к. участок 5S рРНК включен и транскрибируется вспейсерной зоне.Транскрипция рРНК идет с помощью двух ферментов: РНК-полимеразы I,которая участвует в синтезе 45S предшественника рРНК и РНК-полимеразы III,168ответственной за синтез 5S рРНК. Матрицей для синтеза рРНК по определениюдолжна быть ядрышковая ДНК.В изолированном р-хроматине обнаружены гистоны, негистоновые белки ибелки рибосом. Так в р-хроматине обнаружены основные сердцевинные(коровые) гистоны, но их количество составляет только 40% по сравнению стаковым в тотальном хроматине.Первичные транскрипты (морфологически представлены в виде латеральныхфиламентов на “елочках”, образующихся на активных транскрипционныхединицах) прогрессивно увеличиваются в длину по мере прохождения РНКполимеразы I вдоль всего транскрипционного участка гена, начиная с точкиначала репликации до терминального участка.
Скорость роста цепи пре-рРНКсоставляет около 20-30 нуклеотидов/сек., т.е. весь синтез 45S рРНК занимаетоколо 5-10 минут.На каждой транскрипционной единице располагается множество (50-100)молекул РНК-полимеразы I, тем самым на каждом гене одновременнопроисходит синтез множества молекул пре-рРНК, которые находятся на разныхстадиях роста полинуклеотидной цепи (рис. 85). Максимальной величины прерРНК достигает вблизи терминального участка, где ее молекулярный весдостигает 4,5 х 106 Д (для млекопитающих), а длина должна соответствовать 5,2мкм.
На самом же деле длина латерального транскрипта в 5-10 раз короче этойвеличины. Это связано с тем, что по мере роста транскрипта он связываетсясразужесбелками,образуявконечномучасткетранскрипциирибонуклеопротеид с коэффициентом седиментации 80S. Такие 80S рРНПсоставляют до 20% от всех РНП ядрышка. Большая часть белков, которыесвязываются с 45S РНК являются белками, входящими в состав малой ибольшой субъединиц зрелых рибосом. Таким образом уже на уровне незрелойгигантской молекулы пре-рРНК происходит специфическое связывание срибосомными белками: около 50% белков большой субъединицы и около 30%малой субъединицы связываются с пре-рРНК во время ее синтеза или вскоре169после него.
Такая связь 45S РНК с белками и приводит к тому, что латеральныетранскрипты имеют толщину около 10 нм (после оттеснения металлами), на ихсвободном конце часто наблюдается крупная гранула (30 нм), что можетуказывать на высокую степень компактизации РНК и белка на 5’-конце цепиРНК.Распад 45S РНК на более короткие отрезки, явление созревания рРНК илипроцессинг, происходит после завершения транскрипции.
Ферментативныймеханизм этого явления еще до конца не ясен, в нем принимает участие эндо- иэкзонуклеазы. При этом происходит последовательное расщепление пре-рРНКна фрагменты и частичная деградация участков РНК на этих фрагментах. Врезультате процессинга пре-рРНК примерно 50% нуклеотидов первичносинтезированной молекулы отщепляется (мол. вес 45S РНК составляет 4,6 х 106,а суммарный мол. вес зрелых рРНК около 2,2 х 106) (рис. 86).Такимобразом,вядрышкелокализуютсяследующиеосновныепредшественники рибосом: 1. Транскрипты рРНК в процессе их роста; 2. 80SРНП, содержащие 45S РНК, они могут составлять до 10-20% всех РНПядрышка; 3. 55S РНП, предшественники большой субъединицы, могутсоставлять до 70-80% всех РНП ядрышка; время созревания большойрибосомной субъединицы занимает около одного часа; 4. Незрелые малые (40SРНП) субъединицы рибосом, быстро (за 15-30 мин) покидающие ядрышко.В интенсивно функционирующих ядрышках происходит синтез огромногочисла рибосом: 1500-3000 штук в минуту.
Поэтому в ядрышке насчитываетсяоколо 5 х 104 предшественников рибосом.Структура ядрышкаО тонком строении ядрышка сведения были получены главным образомметодомэлектронноймикроскопии.Световаямикроскопиядавалаограниченный набор сведений о структуре ядрышка из-за их малого размера (15 мкм) и недостаточной разрешающей способности данного метода. Изприжизненных наблюдений было видно, что ядрышки обладают высокой170плотностью и высоким светопреломлением. В их структуре даже прижизненновидна некоторая неоднородность: описывались нитчатые (нуклеолонемы),гранулярные компоненты (нуклеолини), а также светлые зоны - “вакуоли”.Гистохимически в ядрышках выявлялась РНК, но не ДНК. ДНК в ядрышкахвыявлялась лишь в периферической их зоне в виде т.н. околоядрышковогохроматина, который мог прилежать к одной из сторон ядрышка, окружать егокольцом, или вообще отсутствовать. Считалось, что околоядрышковыйхроматин представляет собой гетерохроматиновые зоны.
Кроме того былонайдено, что ядрышки имеют некоторое сродство к солям серебра, обладаютаргентофилией, могут восстанавливать серебро из различных растворов (нитратсеребра, “аммиачное серебро”, протеинаты серебра). При этом происходитотложение темных осадков исключительно в ядрышках интерфазных клеток, атакже в ядрышковых организаторах на митотических хромосомах при деленииклетки.Первые электронномикроскопические работы показали, что ядрышки самыхразличных объектов несмотря на их разнообразие, построены из одинаковыхкомпонентов: гранулярного и фибриллярного (рис. 87).
При этом гранулы всоставе ядрышек имели размеры 15-20 нм и были несоизмеримо меньше тех“гранул”, что были видны в световом микроскопе. Кроме гранул в составеядрышек обнаружили зоны скопления тонких (3-5 нм) фибрилл - диффузнаячасть ядрышек. Взаимное расположение гранулярных и фибриллярных зон вядрышке может быть различным. Так, в некоторых случаях, фибриллярныйкомпонент занимает центральную часть ядрышка в виде однородногообразования (печень аксолотля, многие ядрышки растительных меристем) или ввиде нескольких (3-5) отдельных зон (рис. 88).Обычно гранулярный компонент (ГК) расположен на периферии ядрышка,но встречаются случаи, когда фибриллярный и гранулярный компонентраспределены в ядрышке равномерно. Часто в структуре ядрышек фибриллярногранулярныекомпонентыобразуют нитчатыеструктуры,нуклеолонемы171(ядрышковые нити), толщиной около 100-200 нм.
Эти нуклеолонемы придостаточном контрастировании могут быть видны даже в световом микроскопе.Ядрышковые нити или нкулеолонемы также неоднородны по своему строению:в них кроме гранул 15 нм, входит множество тонких фибрилл, которые могутобразовывать в нуклеолонемах отдельные сгущения.Неоднороднойоказаласьструктураидиффузного,фибриллярногокомпонента. Было найдено, что практически во всех типах ядрышек какживотных, так и растительных объектов встречаются т.н. фибриллярныецентры (ФЦ), участки скопления фибрилл с низкой электронной плотностью,окруженные зоной фибрилл более высокой электронной плотности - плотныйфибриллярный компонент (ПФК).Кромегранулифибриллярныхучастковвструктуреядрышкаобнаруживаются хроматиновые компоненты: такие как околоядрышковыйхроматин, который может примыкать к ядрышку и даже окружать его.
Часто 30нм фибриллы хроматина по периферии ядрышка заходят в лакуны, междунуклеолонемными участками.Наконец, в составе ядрышка выявляется белковый остов, матрикс. Наультратонких срезах необработанных ядрышек матрикс не выявляется в видеотдельного компонента, но если экстрагировать из ядрышек РНК, ДНК и белки,связанные с ними, то можно видеть, что ядрышко как таковое, не распадается,не теряет своей общей формы. После таких обработок структура ядрышкапредставлена рыхлой фибриллярной сетью, заполняющей объем ядрышка.Таким образом, в структуре ядрышек можно различить следующие пятькомпонентов: гранулярный, фибриллярные центры, плотный фибриллярныйкомпонент, хроматин, белковый сетчатый матрикс.Каким же образом распределены внутри ядрышек рДНК, рРНК и белки, гдерасполагаются матрицы для синтеза рРНК, где первичные транскрипты, гдепредшественники рибосом, зрелые рибосомы - все эти вопросы были решены сприменениемсамыхразнообразныхмолекулярно-биологическихи172цитологических методов.
Один из этих методов, - метод регрессивногоокрашивания нуклеиновых кислот, основан на том, что ионы уранила,связанные с ДНК, более легко вымываются со срезов при обработке иххелатоном ЭДТА, чем ионы, связанные с РНК. Это позволяет различить в ядреплотные окрашенные структуры, содержащие РНК и структуры потерявшиеокраску, те что содержат ДНК. Так в разнообразных ядрах участки хроматинакак конденсированного, так и диффузного теряют окраску, а компоненты,содержащие РНК - сохраняют.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
