Biokhimia_T3_Strayer_L_1984 (1123304), страница 40
Текст из файла (страница 40)
В неко-1Ген миозина содержит свыше 50 интронов! —Прим. перев.29. Хромосомы и выражениегенов у эукариот145Рис. 29.27.Картагенакональбумина.Вставочные последовательности (интроны), которые транскрибируются, но не входятв состав зрелой мРНК, показаны желтым цветом.торых генах общая длина интронов превышает длину экзонов. Так, ген овальбуминасодержит около 7700 пар оснований, а егомРНК имеет длину всего 1859 нуклеотидов.
Как правило, вставочные последовательности разорванных генов длиннее, чемэкспрессирующиесяпоследовательности.Интересно отметить, что эволюционныеизменения в последовательностях интронов происходят быстрее, чем в экзонах.Последовательности оснований меньшегои н т р о н а генов β-глобина мыши и кроликасовершенно различны. Однако по длинеони близки, а их положение в гене идентично. Еще более существенно, что последовательности на стыке интронов и экзонов, по которым происходит сплайсинг(сращивание), консервативны.Были обнаружены и разорванные гены,кодирующие РНК. Например, один из генов транспортных РНК дрожжей содержитинтрон длиной 14 пар оснований рядомс антикодоновой петлей зрелой тРНК. Митохондриальный ген, кодирующий рибосомную РНК, также имеет разорванноестроение.
В то же время многие рРНКи тРНК непрерывны. Гены гистонов морского ежа и плодовой мушки, по-видимому, также не содержат вставочных последовательностей. До настоящего временитакие «разорванные» структурные геныбыли обнаружены только у птиц и млекопитающих. Интересно выяснить, много лиразорванных генов у низших эукариот 1 .Открытие разорванных генов было полной неожиданностью и повлекло за собойвозникновение ряда увлекательных проблем. Может быть, интроны отражаютобразование в эволюции новых белков изфрагментов старых? Участвуют ли интроны в регуляции выражения генов? Ясно, что появилась новая важная областьисследований.Быстронакапливаютсяданные, касающиеся существенного вопроса - вырезания вставочных последовательностей из первичного транскрипта.
Вскоремы рассмотрим эти данные.29.17. РНК в эукариотических клеткахсинтезируется тремя различнымиРНК-полимеразамиПерейдем теперь к транскрипции. В эукариотических клетках существует три видаРНК-полимераз,синтезирующихРНК.Они различаются по специфичности к матрице, локализации и чувствительностик ингибиторам. Полимераза типа I локализована в ядрышках, где она транскрибирует тандемные повторы, кодирующие рибосомные 18S-, 5,8S- и 28S-PHK. ДругиемолекулыРНК - 5S-pPHKивсетРНК - синтезируются другой РНК-полимеразой типа III, которая находится нев ядрышке, а в нуклеоплазме.
Большие молекулы РНК-предшественники, из которыхобразуются мРНК, синтезируются РНКполимеразой II, также содержащейся в нуклеоплазме. У прокариот же все виды клеточной РНК синтезируются одной и тойже РНК-полимеразой. Общее свойство эукариотических РНК-полимераз заключается в том, что в их состав входят две большие и несколько маленьких субъединиц.29.18.
Грибной яд α-аманитин мощный ингибитор РНК-полнмеразы IIКаждый год во всем мире более 100 человек погибает от отравления ядовитымигрибами, в частности Amanitia phalloides,(бледной поганкой). Один из токсинов этихТаблица 29.5. Некоторые эукариотические гены, имеющие разорванное строениеГенЧислоинтроновГенОвальбуминОвомукоидКональбумии7617β-Глобинδ-ГлобинL-цепъ иммуноглобулинаН-цепь иммуноглобулинаЧислоинтронов1В настоящее время вырисовывается следующая тенденция: чем выше эволюционное положение организма, тем, как правило, больше интронов содержат его гены и тем они длиннее.—Прим. перев.α-Глобин146Часть IV.Информация22224грибов - α-аманитин - циклический пептид,содержащий несколько необычных аминокислот. α-Аманитин очень прочно связывается с РНК-полимеразой II (К = 10-8 М)и блокирует таким образом синтез предшественников мРНК.
Полимераза III ингибируется при более высоких концентрацияхα-аманитина (10-6 М), а полимераза I нечувствительна к этому токсину. α-Аманитин блокирует стадию элонгации в синтезеРНК.ждой политенной хромосоме имеется рядхарактерных полос (диски, или хромомеры), видимых под световым микроскопом. При развитии личинки в куколку некоторые диски временно увеличиваются(образуют пуфы), так как ДНК в этойобласти переходит из конденсированногосостояния в разрыхленное (рис.
29.29).Пуфы соответствуют транскрипционно активным участкам. Был обнаружен поразительный факт: пуфы могут быть индуциро-29.19. Специфические гены могутактивироваться для транскрипцииВыражение генов у эукариот, как и у прокариот, регулируется в значительной степени на уровне транскрипции. Одно из наиболее надежных доказательств было получено при исследовании хромосом развивающихся насекомых. Гигантские политенные хромосомы из слюнных железDrosophila содержат более тысячи молекулДНК, не разошедшихся при репликациии лежащих бок о бок друг с другом.
В каТаблица 29.6. Эукариотическне РНК-полимеразыТипЛокализацияКлеточныетранскриптыIЯдрышко18S-, 5,8S28S-рРНКиНе обнаруженыIIНуклеоплазмаПредшественники мРНК игяРНКПредшественники мРНКIIIНуклеоплазматРНКрРНКМалые РНКиВирусныетранскрипты5SРис. 29.28.Ядовитый гриб Amanita phalloides, содержащий α-аманитин.(Lincoff G., Mitchell D. H., Toxicand Hallucinogenic MushroomPoisoning, Van Nostrand Reinhold, 1977, p. 30.)29. Хромосомы и выражениегенов у эукариот147Рис. 29.29.Образование пуфа в политенной хромосоме на определенной стадии развития.
Стрелкойпоказан наиболее крупный пуфв хромосоме дрозофилы. (Печатается с любезного разрешения д-ра Joseph Gall.)ваны в выделенных слюнных железах invitro экдизоном - стероидным гормоном насекомых. Происходит увеличение и затемконденсация специфических дисков в определенной временной последовательности,и одновременно происходят измененияв популяции синтезируемых мРНК.29.20. Три вида рибосомных РНКобразуются в результате процессингаодного первичного транскриптаМолекулы РНК, синтезируемые тремяРНК-полимеразами, называются первичными транскриптами.
Эти новообразованныеРНК в очень большой степени модифицируются в ядре, прежде чем они переходятв цитозоль в виде зрелых молекул рРНК,тРНК и мРНК. Образование рибосомныхРНК из первичного транскрипта было изучено детально, лучше, чем процессинг каких-либо других видов РНК. Выше уже обсуждалось, что гены 18S-, 5,8S- и 28S-pPHK148Часть IV.Информациясгруппированы в единый кластер и этоткластер генов повторяется тандемно многораз. В ядрышках эта группа из трех геновтранскрибируетсяРНК-полимеразойIи дает 45S-PHK (рис.
29.30). Предшественник длиной 13 kb подвергается ферментативной модификации и расщеплениюи дает зрелые 18S-, 5,8S- и 28S-pPHK(рис. 29.31). Примерно 100 нуклеотидов метилируется, и почти все - по 2'-гидроксильной группе рибозных остатков. Высокоспецифические участки метилирования сохраняются в рРНК таких эволюционно далеких эукариот, как дрожжи и плодоваямушка. Кроме того, более 100 остатковуридина изомеризуются в остатки псевдоуридина. Во время созревания происходитассоциация множества рибосомных белковс этими РНК и их предшественниками.Возможно, именно взаимодействие РНКс рибосомными белками делает определенные участки чувствительными к действию нуклеаз.29.21.
Информационные РНК избирательнообразуются из больших ядерныхпредшественников РНК(гетерогенной ядерной РНК, гяРНК)Образование рибосомных РНК у эукариотсходно с ее образованием у прокариот(разд. 25.17). В то же время между эукариотическими и прокариотическими мРНКимеются существенные различия.1. Первичные транскрипты у эукариот неиспользуются непосредственно в качествемРНК. Прежде чем они переходят из ядрав цитозоль, они подвергаются процессингу.Трансляция и транскрипция у эукариотразобщены во времени и в пространстве,тогда как у прокариот они тесно сопряжены.2. Первичные транскрипты у эукариотимеют в длину от 2 до 20 kb, в связи с чемих называют гетерогенной ядерной РНК(гяРНК).
Обычно эти первичные транскрипты в несколько раз длиннее, чеммРНК, которые из них получаются. Образование эукариотических мРНК сопряженосо сплайсингом и расщеплением. До сихпор неизвестно, выполняет ли гяРНК ещекакую-нибудь роль, кроме того, что онаслужит предшественником мРНК.3. Эукариотические мРНК содержат на5'-конце «колпачки» (кэпы), которые представляют собой модифицированные нуклеотиды. Кроме того, большинство мРНК не-Рис. 29.30.Если расправить молекулу 45Sпредшественника рибосомнойРНК из клеток HeLa и исследовать ее с помощью электронного микроскопа, видна весьмахарактерная картина шпилеки петель. Благодаря этомуможно картировать расположение молекул 28S- и 18S-PHK,образующихся из этого предшественника. А - электроннаямикрофотография45S-предшественника.Б - схематическое изображение молекулы,изображеннойнарис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
