Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 112
Текст из файла (страница 112)
Обширные химические модификации происходят в 13000 нуклеотидном предшественнике РРНК, прежде чем молекулы РРНК будут вырезаны из него и упакованы в рибосомы. В число таких модификаций входит метилирование около 100 нуклеотидов по позиции 2' ОН рибозы и изомеризация 100 уридинов в псевдоуридин (рис. 6.43, а).
Функциональная роль этих модификаций еще не известна во всех подробностях, но многие из них, вероятно, помогают на этапах сворачивания и сборки молекул РРНК в их окончательную форму, а некоторые могут слегка изменять функции рибосом. Каждая модификация осуществляется в определенной позиции РРНК. предшественника. Эти позиции задаются примерно 150 направляющими РНК, или «гид-РНК» (пшс)е КИАз), которые размещаются в нужных положениях за счет спаривания с основаниями РРНК-предшественника и таким образом полводят РНК модифицирующие ферменты к надлежащим но зициям (рис. 0АЗ, б). Другие направляющие РНК способствуют расщеплению предшественников рРНК на зрелые РРНК, вероятно, индуцируя конформационные изменения в предшественнике, в результате чего участки расщепления становятся огкрытымн для нуклеаз. Все эти направляющие Р! 1К являются представителями болыпого класса молекул РНК, именуемых малыми ядрышковыми РЕ1К (эпоРНК; эщвИ ппе!ео1аг КХАэ), названными так потому, что такие РНК выполняют свои бЛ.23.
Ядрышко — фабрика по производству рибосом При наблюдении эукариотической клетки в световой микроскоп наиболее отчет ливо видимой структурой является ядрышко, находяшееся в ядре. Вследствие этого оно столь скрупулезно исследовалось первыми цитологами, что типичный обзорный труд за 1898 г. мог пестреть ссылками аж на 700 источников. Сейчас нам известно, что ядрышко — участок процессинга молекул рРНК и их сборки в субчастицы рибосом.
В отличие от многих главных органелл клетки, ядрьппко не окружено мембраной (рис. 6.44); вместо этого, оно представляет собой огромную совокупность макромолекул, в которую входят: сами гены рРНК, предшественники РРПК, зрелые РРНК, РРНК процессируюшие ферменты, зпор1П1, рибосомные белки и частично собранные рибосомы.
Плотное скопление всех этих компонентов предположительно способствует быстрому и гладкому протеканию сборки рибосом. Основную партию в химическом и структурном ансамблях ядрышка исполняют молекулы РНК разных видов, что наводит на мысль о том, что оно, возможно, эволюционировало от древней структуры. Располагавшейся в клетках, где господ периферический гетерокрометин ядерная оболочка ядрышко фибрил- пярный центр плотный фибрил- лярный компонен грануляр- ный компо- нент „3;.Ф 1 мкм 2 мкм а) Рис.6.44. электронная микрофотография тонкого среза ядрышка в фибробласте человека; в ядрышке видны три разные зоны. а) Снимок всего ядра в целом. 6) Изображение ядрышка при высоком разрешении. Полагают, что транскрипция генов рРНК происходит между фибриллярным центром и плотным фибрнллкрным компонентом и что процессинг молекул РРНК и их сборка в дее субчасгицы рибосомы протекает в направлении от плотного фибриллярного компонента к окружающим его гранулярным компонентам.
(Снимки любезно предоставлены Е. П. >отдал и Е Мсбочегп.) функции в субкомпартменте ядра, называемом ядрышком. Многие зпоРНК зако дированы в иитронах других генов, в особенности тех, что кодируют рибосомные белки. Поэтому они синтезируются РНК полимеразой П и процессируются из вы резанных последовательностей интронов. Недавно идентифицировано несколько зпоРНК-подобных видов РНК, которые синтезируются только в клетках мозга Они, как полагают, направляют модифи кацию молекул мРНК, а не РРНК, и, по всей вероятности, представляют новый, по плохо изученный тип регуляторного механизма генной экспрессии.
Рис. 6.45. Внешний вид ядрышка в клетке человека изменяепя на разных стадияк клеточного цикла. На этой схеме представлено только ядро клетки. В большинстве клеток эукариот ядерная оболочка распадается во время митоза, что показано штриховыми окружностями. ядерная 6' оболочка ядрышко вг подготовка к митозу ствовала власть РНК катализа. В современных клетках важную роль в формировании ядрышка играют также и гены РРНК. В дпплоидной клетке человека гены РРНК распределены по 10 класте рам, расположенным у концов пяти различных пар хромосом (см. Рис, 4.11).
Во время интерфазы зти 1О хромосом вносят свой вклад в ядрышко, вот давая» ему петли г(НК (содержащие гены РРНК); во время й4 фазы, когда хромосомы уплотняются, ядрышко исчезает. Наконец, во время телофазы митоза, когда хромосомы возвращаются к своему полурассредоточенному состоянию, концы этих 1О хромосом объединяются и ядрышко вновь образуется (рнс. 6.45 и 6.46). Лля этого про цесса необходима транскрипция генов рРНК РНК полимеразой 1. Как можно ожидать. Размер ядрышка отражает число рибосом, производимых клеткой.
Поэтому его размер варьирует в очень широких пределах в разных клетках и может изменяться в одной и той же клетке, занимая до 25чч от всего объема ядра в тех клетках, что заняты производством необычно больших коли честв белка. Сборка рибосомы — сложный процесс, са. мые важные особенности которого приведены на рис. 6.47. Вдобавок к своей важной роли еа ! диссоциация ядрышка сборка, „,г ядрышка мй( к реппикации ДНК реппикация ДНК 10 мкм Рис. 6 46. Слияние ядрышшс На этих полученных при человека, выращенных в культуре, показаны различные этапы слияния ядрышек.
После митоза каждая из 10 хромосомчеловека, несущих группу генов рРНК,начинаетформировать крошечное ядрышко, но они быстро соединяются по мере их роста и образуют единое большое ядрышко, характерное для многих клеток в период интерфазы. (Снимки любезно предоставлены Е. 6.1огбап и К Мсбоуегпф помощи светового микроскопа снимках фибробластов петля ДНК ядрышкового организатора тРДНСКРИПЦИЯ 1 .и..н,....юк ° и ° — ее белки, участвующие в процессингв рРНК рибосомные белки, образующиеся в цитоппазм ИКЛИНГ ЕЛКОВ, ЕННЫХ ССИНГрРНК 53 рРНК ° вя вь белки РНК тепомеразы тепоме елая шая птице теломераза ьшая бчастицы . 408 ца Рис. 4.47. Функция ядрышка, а именно: синтез рибосом и прочих рибонуклеопротеидов, Предшественникк рРНК размером 455 упакован в большой рибонуклеоп роте ид, содержащий много ри босом ных белков, импортированных из цитоплазмы.
б то время как эта частица остается в ядрышке, одни части добавляются, а другие отбрасываются по мере ее процессиро вен ия е незрелые большую и малую субчасгицы рибосомы. Две субчастицы рибосомы, как думают, достигают своей окончательной функционально активной формы только после того, как каждая из них в отдельности будет транспортирована через ядерные поры в цитоплазму.
Другие рибонуклеопротеидные комплексы, в том числе изображенная на данной схеме теломерэза, также собираются в ядрышке. 6Л'.От ДИК к РНК 669 в биогенезе рибосом, ядрьппко служит также местом, гле производятся другие РНК и собираются другие РНК белковые комилексы. Например, Гб зпРЕП), функционирует в пре мРНК-сплайсинге (см. Рис.
6.29), состоит нз одной молекулы Р11К и, по крайней мере, семи белков. Перел окончательной сборкой в Нб зпРН1'1 молекула (.'б зпРНК в ядрышке химически молифицируется с помошью зпоРНК. Другие важные РПК белковые комплексы, к коим мы отнесем теломеразу (мы с ней встречались в главе 5) и частицу узнавания сигнала (которую мы обсудим в главе 12), как полагают, тоже собираются в ядрышкс. Наконец, молекулы тРНК (транспортных РНК), которые несут аминокислоты для синтеза белка, процессиру ются тоже там; подобно генам РРНК, тс, что кодпруктг молекулы тРНК, сгруппи рованы в ядрьппке.
Таким образом, ядрышко можно рассматривать как большую фабрику, на которой многие различные некодируюшие РНК транскрибируются, процессируются и собираются вместе с белками, образуя в итоге все наблюдаемое нами многообразие рибонуклеопротеидных комплексов. 6."!.24. Ядро содержнт множество разлпмных с)гбъидерных структур Хотя ядрьппко — самая заметная струк гура в ядре, обнаружено и исследовано и несколько лругих ядерных телец (рис. 6.48). К ним относятся тельца Кахаля (названы по имени ученого, который впервые описал их в 1906 г.
), С~ЕМ6 (0еш)п( е) б мкм Рис. 6 48. Наглядное представление некоторых крупных ядерных телец. а-г) Микрофотографии одного и того же ядра клетки человека, причем препараты обработаны таким образом, чтобы в каждом из них проявился определенный набор ядерньж структур д) Все четыре изображения, увеличенные и наложенные друг на друга. а) Показана локализация белка фибрилларина [компонент нескольких видов зпоРНП), который присутствует и в ядрышках, и в тельцах Кахаля (последние обозначены стрелками) б) Показаны кластеры интерхроматиновых гранул, или»крап инок», обнаруженных путем использования антител к белку участвующему в сплайсинге пре мРНК.
в) Препарат окрашен так, чтобы выявить основную массу хроматина. г) Показано местоположение белка коилина. который присутствует в тельцах Кахаля (сгпрелки; см. также рис. 4.67). (Заимствовано из ! Я. 5шед)аш апд А !. ьагпопд, бел. В(а!. 2 1-7, 2001. С любезного разрешения Вюмед Септга!. За микрофотоснимки мы благодарим)цд(тЬ 5(еегпап.) 560 Честь 2.
Основные генетические механнзмы о! Са)а! Ьос!у; близнецы телец Кахаля) и кластеры интерхроматиновых гранул (называемые также спеклами или «крапинками»). Подобно ядрышку, все эти ядерные структуры не имеют мембран и достаточно динамичны; их появление, вероятно, связано со скоплением белковых и РНК-компонентов, участвующих в синтезе, сборке и хранении макромолекул, а также в экспрессии генов. Тельца Кахаля и СЕМЯ схожи друг с другом и часто объединяются в пары, дрейфующие в ядре; еше до конца не ясно, представляют ли они разные или тождественные структуры. Они, наиболее вероятно, служат местами, в которых молекулы зпоРНК и зпРНК подвергаются ковалентным модификациям и заключительной сборке вместе с белками. Группа направляющих РНК, названных малыми РНК телец Кахаля (эта!! Са)а! Каху зсаРНК), путем спаривания оснований выбирает участки для этих модификаций.
Тельца Кахаля и СЕМЯ могут также быть участками, в которых зпРНП возвращаются в оборот и находящиеся в них молекулы РНК возвращаются в исходное состояние после перестроек, происходивших во время сплайсинга (см. стр. 541). Напротив, скопления интерхроматиновых гранул, предположительно, служат хранилищами полностью созревших зпРНП и прочих компонентов РНК-процессинга, которые готовы к использованию для производства мРНК (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
