Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 113
Текст из файла (страница 113)
6.49). Ученым пришлось преодолеть много трудностей, чтобы установить функции этих маленьких субъядерных структур, отчасти потому, что их облик отличается у разных организмов и может резко изменяться на протяжении клеточного цикла или при изменениях в окружающей среде. По большей части прогресс, достигнутый в наши дни, обусловлен бурным развитием генетических методов, позволяющих изучать воздействие на организм целенаправленных мутаций (в опытных организмах) или самопроизвольных мутаций (у людей).
В качестве одного примера скажем, что СЕМЯ содержат белок ЯМН (звуча! о( що1ог пеигопз; выживания двигательных нейронов). Некоторые мутации гена, кодируюшего этот белок, являются причиной наследственной спинномозговой мышечной атрофии — болезни человека, характе ризующейся потерей двигательной способности мышц.
Эта болезнь, по-видимому, обусловлена нарушением производства зпРНП. Потеря болыпей части зпРНП, вероятнее всего, окажется смертельной. Ввиду столь важного значения ядерных субдоменов в процессинге РНК следовало бы ожидать, что пре-мРНК-сплайсинг будет происходить в специфическом участке ядра, поскольку для его протекания требуются многочисленные РНК- и белковые компоненты. Однако сборка занимающихся сплайсингом компоне~ггов на пре-мРНК сопряжена с транскрипцией, или происходит котранскрипционно; таким образом, сплайсинг должен происходить на многих участках хромосомы. Хотя типичная клетка млекопитающих может экспрессировать порядка 15 000 генов, транскрипция и сплайсинг РНК могут быть ограничены несколькими тысячами участков в ядре.
Сами эти участки являются очень динамичными и, вероятно, появляются в результате объединения компонентов транскрипции и сплайсинга, с тем чтобы создать маленькие «сборочные линии» с высокой локальной концентрацией этих компонентов. Кластеры интерхроматиновых гранул — которые содержат резервы РНК-процессирующих компонентов — часто наблюдаются рядом с участками транскрипции, они всегда готовы обеспечить полноценное снабжение процесса. Таким образом, ядро видится нам высокоорганизованным и разбитым на специализированные субдомены, при атом зпРНП, зпоРНП и другие ядерные компоненты перемещаются между ними в организованном порядке сообразно с потребностями клетки (см.
Рис. 6.48; также см. Рис. 4.69). частично собранныв впРНП Ь, ф,. ядерная оболочка белки впРНП тельца кахапя и ОемЗ з)г гранул РЕЦИКЛИНГ впРНП хромосомные области вновь синтезированные г','. впРНК участки актив транскрипци и сппайсинга Р ЗЗКЛ$ОЧЮНИ9 Прежде чем ничнется синтез пюго или иного белки, должна быть транскриби ровани соответствуюи(ая молекула.мРНК. Бактерии содержат РНК полимеразу (фермент, которыи выполняет тринскрипцию ДНК в РНК) одного типа. Этот фермент запускиет транскрипцию ни промоторе, синтезирует РНК элонгициеб цени, оспюнавливиет транскрит(ию на терминиторе и высвобожг)ает и матрицу ДНК, и зиконченную люлекулу м РНК.
В клелгках эукариот процесс тринскрипции Рис. 6.49. Схематичное представление субъядерных структур. Типичное ядро позвоночного содержит несколько телец Кахаля, которые, предположительно, служат участками, где зпРНП и зпаРНП подвергаются заключительным модификациям. Скопления интерхроматиновых гранул, предположительно, являются местами хранения полностью зрелых зпРНП. Типичное ядро позвоночных имеет 20-50 скоплений интерхроматиновых гранул. После своего первичного синтеза молекулы зпРНК зкспортируются из ядра, чтобы подвергнуться обработке 5с и 3ч концов и быть собранными вместе с семью общими белками зпРНП (названными белками 5пг]. эти комплексы импортируются обратно в ядро, и зпРНП подвергаются заключительной модификации, направляемой каРНК, в тельцах Кахаля.
Кроме того, зпоРНК участвуют в химической модификации гг6 зпРНП в ядрышхе. Места активной транскрипции и сплайсинта (приблизительно 2 000-3 000 участков в одном ядре позвоночных) соответствуют кперихроматино вым фибр иллам», наблюдаемым в злектронный микроскоп. (Переработано из г. О. глшгз апа О. Тойегуеу, 5сгелсе 288: 1385 — 1389, 2000. С любезного разрешения издательства ААА5.) 562 Часть 2. Основные генетические механизмы намного сложнее, и поэтому у них три РНК-поли черазы: 1, П и П1, — которые эволюи,ионна родственны друг другу и бактериальной полимеразе. РНК-полимераза П синтезирует мРНК эукариот. Этот фермент требует ряди вспомогательных белков — общих факпюров транскрипции — для инициации транскрипции на очищенной матрице ДНК и еще больше белков (включая комплексы перестройки хроматина и гистон-модифицирующие ферментъП для инициации транскрипции на хроматиновых матрицах в клетке.
В период фазы элонгации транскрипции сингпезируе чая РНК подвергается событиям процессинга трех типов: специальный нуклеотид присос()иняется к ее 5'-концу (кэпирование), последовательности интронов удаляются из внутренних частей молекулы РНК (сплайсинг) и формируется 3скоггец РНК (расщепление и полиаг)енилирование). Каждый из этих проггессов зипускается белками, копюрые путешествуют вместе с РНК-полимеразой П, связившись с участками на ее длинном, выступающем ниружу С-кенар. Необычность сплайсинга состоит в том, что многие из его ключевых шагов выполняются специализи1юван ными молекулами РНК, а не белками. Правильно процессированные молекулы ~иРНК проходят через ядерные паровые комплексы в цитозоль, где транслируются в белок. Конечным продуктом некоторых генов является РНК.
У эукари от такие гены обычно транскрибируюпгся или РНК-полимеразой 1, или РНК-полимеразой П1. РНК-полимераза 1 производит рибосомные РНК. После синтеза в виде большого предшественники молекулы пре-рРНК подвергаются химической модификации, расщеплению и уже в виде рРНК вЂ” сборке в г)ве рибосомные субчистицы. Все эти процессы происходят в ядрышке — обособленной субьядерной структуре, которая помогает процессировать также и некоторые РНК-белковьге комплексы меньшего размери. Дополнительные субьядерные структуры (включая тельца Кахаля и кластеры интерхроматиновы х гранул) служат участками, в которых компоненты, вовлеченные в процессинг РНК, собираются, хранятся и вновь запускаются в оборот. 6.2. От РНКкбелку В предыдущем параграфе мы узнали, что конечным продуктом некоторых генов являются молекулы РНК вЂ” такие как входящие в состав зпРНП и рибосом.
Однако в большинстве своем находящиеся в клетке гены производят молекулы мРНК, которые служат посредниками иа пути к белкам. В этом параграфе мы изучим вопрос о том, как клетка преобразует заложенную в молекуле мРНК информацию в молекулу белка. Это «чудо перевода» было в центре внимания биологов в конце 1950-х гг., когда задача его разгадки называлась «проблемой кодирования»: как информация в линейной последовательности иуклеотидов РНК переводится, или транслируется, в линейную последовательность из набора совершенно иных в химическом отношении единиц — аминокислот в белках? Этот занимательный вопрос будоражил умы ученых того времени. Перед ними была тайнопись, задуманная природой, которую по прошествии более чем 3 миллиардов лет эволюции мог, наконец, расшифровать один из ее продук тов — человек. И действительно, ие только сам код был взломан шаг за шагом, ио в 2000-м году и структура сложнейшей машины, при помощи которой клетки считывают этот код, — рибосомы — была, наконец, определена с точностью до отдельных атомов.
и каждый кодон или описывает какую-либо аминокислоту, или задает остановку процесса трансляции. Этот генетический код используется единообразно во всех современных организмах. Хотя в коде и обнаружено несколько небольших отличий, они в основном относятся к ДНК митохондрий. Митохондрии имеют свои собственные системы транскрипции и синтеза белка, которые работают совершенно независимо от таковых в остальных частях клетки, и поэтому вполне объяснимо, что они слегка «переработали» универсальный код, приспособив его к своим маленьким геномам (обсудим это подробнее в главе 14).
В принципе, последовательность РНК может быть транслирована с любой из трех разных рамок считывания (геайпд Ггашез) в зависимости от того, где процесс расшифровки начнется (рис. 6.51). Однако только одна из трех возможных рамок считывания в мРНК кодирует необходимый белок. Позже мы увидим, как специальный сигнал «пунктуации» в начале каждого РНК сообщения устанавливает верную рамку считывания на старте синтеза белка. ВФ з 1 СОС . АОС ООО , АСС,„ЛΠ—.
(.вц — бег — — Ов( — --Тге —- С„( ОСА, ОСО .~ ООЯ((Свемям,ки 2 — Бег — -- А(в -- — Ьви — Ртов СО „ САО, СОО, ОАС САО з "' '"' — Шп — Ага — — Туг — И(в— Рис. 6.51. Три возможные рамки считывания при синтезе белка. В процессе трансляции последовательности иуклеотидов (синяя] в последовательность аминокислот (красноя) нуклеотидная посл едовательноаь молекулы мРНК считывается в направлении от 5сконцз к Зсконцу последовательными группами по три нуклеотидв. Поэтому, в принципе, одна и те же последоввтельнооь РНК может «описывать»три совершенно разные последовательности аминокислот — в зввисимости от выбранной рамки считывания. Однако в действительности только одна из таких рамок считывания служит «ключом к настоящему сообщению». Находящиеся в молекуле мРНК кодоны не опознают напрямую аминокислоты, которые они кодируют: группа из трех нуклеотидов, например, не связывается непосредственно с аминокислотой.
Трансляция мРНК в белок зависит от молекул. адаптеров, которые могут распознавать кодон и связываться и с кодовом, и — другим участком их поверхности — с аминокислотой. Такие «переходники» представлены набором маленьких молекул РНК, известных под названием транспортных РНК (тРНК; сгапзрогс КХА). Длина тр1!К составляет около 80 нуклеотидов. Ранее в этой главе мы обнаружили, что молекулы РНК могут складываться в точные трехмерные структуры, и молекулы тРНК являют нам яркий пример такой способности. Четыре коротких сегмента свернутой тРНК являются двух- цепочечными, за счет чего образуется молекула, напоминающая собой клеверный лист, если ее изобразить схематично Грзтс. 6.52). Например, последовательность 5' — ССНС вЂ” 3' в одной части полинуклеотидной цепи может достаточно сильно взаимодействовать с последователыюстью 5' — ОАОС вЂ” 3' в другой области той же молекулы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
