П. Зитте, Э.В. Вайлер, Й.В. Кадерайт, А. Брезински, К. Кернер - Ботаника. Учебник для вузов. Том 2. Физиология растений (1134216), страница 80
Текст из файла (страница 80)
cap) на 5'-конце мРНК (англ. capping);• удаление нитронов в процессе, который называется сплайсингом (англ. splicing);• добавление полиА-хвоста к З'-концуподавляющего большинства мРНК.Процессированная зрелая мРНК покидает клеточное ядро через ядерные поры итранслируется в цитоплазме (см. 7.3.1.2).Реакции процессинга протекают котранскрипционно, т. е. уже во время элонгации РНК-полимеразой II первичноготранскрипта.Структура кэпа образуется, как толькоРНК-полимераза покидает 5'-конец образовавшейся РНК.
Гуанилилтрансфераза переносит ГМФ-остаток от ГГФ на концевую трифосфатную структуру РНК приотщеплении у-фосфатного остатка и образовании 5'-5'-трифосфатного мостика (рис.7.12). Гуанинметилтрансфераза метилируетдалее атом азота 7 присоединенного гуанина. Эта основная структура может бытьмодифицирована дальнейшим метилированием (по первому основанию РНК, ккоторому был присоединен остаток ГМФ,а также по 2'-ОН-группе рибоз первого и/или второго основания РНК). Предполагается, что кэп важен как для экспорта зрелой мРНК из клеточного ядра, так и дляинициации трансляции (см.
7.3.1.2) и, приизвестных условиях, для повышения стабильности мРНК.Удаление интронов, которое из соображений экономии места здесь не рассматривается подробнее, происходит очень точно по местам сплайсинга, которые характеризуются консервативными последовательностями (т.е. последовательностями,которые почти у всех генов идентичны)1.Границы интронов почти всех ядерных генов, кодирующих белки, определяютсяпоследовательностью оснований:5' - I GU ... AG1-У(стрелки указывают места сплайсинга).Состав оснований интронов, в целом, обогащен АТ-парами по сравнению с экзонами, следовательно, двойная спираль ДНК1Такие последовательности принято называть консенсусами. — Примеч.
ред.в области интронов может быть легче «расплавлена». В процессе сплайсинга наряду сбелковыми факторами участвуют несколько малых ядерных РНК (англ. small nuclearRNAs, snRNAs).Интроны генов рРНК или соответственнотРНК, а также интроны в пластоме и хондриоме, имеют другие структуры и другие механизмы сплайсинга.
Так, некоторые из этих интронов вырезаются из РНК самостоятельно (автосплайсинг: они автокаталитически действуют насобственный процесс сплайсинга). Энзиматически активные рибонуклеиновые кислоты называют рибозимами. Предполагают, что рибозимы являются атавизмом «РНК-мира» — оченьранней стадии эволюции жизни, химизм которой был основан преимущественно на реакциях рибонуклеиновых кислот. Также пептидилтрансферазная активность при образовании пептидных связей в ходе синтеза белков (см. 7.3.1.2),согласно сегодняшним представлениям, катализируется рибозимом, 23S-pPHK большойсубъединицы 708-рибосомы (или соответственно 28S-pPHK у 80S-PH6OCOM, см. 2.2.4).Полиаденилирование З'-конца мРНК,типичное для эукариотических мРНК (ноиногда отсутствующее), связано с терминацией транскрипции этих генов и катализируется независимой от матричной цепиРНК-полимеразой, поли(А)-полимеразой.Реакции предшествует гидролиз мРНКвблизи конца транскрипции, который даетновый З'-конец, к которому присоединяется поли(А)-хвост (последовательное добавление АМФ от АТФ, до нескольких сотен остатков).
Место процессинга часто, ноне всегда, отмечено короткой последовательностью РНК, которая, однако, у растений может быть довольно вариабельной.Помимо участия в терминации транскрипции полиаденилирование также, по-видимому, оказывает влияние на стабильностьмРНК. Является ли оно столь же значимымдля инициации трансляции, как предполагали ранее, еще предстоит выяснить.Крайне редко у кодируемых ядром мРНК,иногда у пластидных мРНК и чаще всего у митохондриальных мРНК последовательность оснований в определенных участках изменяетсяпостгранскрипционно.
Этот процесс называется редактированием РНК. При этом цитозинызаменяются урацилом (и реже, наоборот, урацил заменяется цитозином), и только так по-1.2. Генетические основы развития |А5'СН2H2NО"Гуанозинтрифосфат (ГТФ)ГуанилилтрансферазаО"-О-Р-О-Р-О-Р-О"I!I!IIоэннф267ФФН VооО"О"О"1115'" О - Р - О - Р - О - Р - О - СН 2 Основание 1IIIIIIОООуа-Т-ФнО—Р-О— СН 2 Основание 2GpppN,pN 2 'ОГуанинметилтрансферазаОН7-CH 3 -GpppN,pN 2"0-Р-0-СН2II'ОIмРНК З'-КонецДругие метилтрансферазыСНзINH2NANA|СН2-0-Р-0-Р-0-Р-0-СН2Основание 1 -ЭННСЯV"о-р-о-сн 2IIоОснование 2«Другие возможные сайты метилированияООН*~0-Р-0-СН2II'ОIмРНК З'-КонецР и с .
7 . 1 2 . О б р а з о в а н и е 5'-структуры кэпа у п е р в и ч н о г о т р а н с к р и п т а к о д и р у е м ы х я д р о м .генов.Синтез п р о т е к а е т к о т р а н с к р и п ц и о н н о , как только 5 ' - к о н е ц с и н т е з и р у е м о й мРНК о с в о б о ж д а е т с я отР Н К - п о л и м е р а з ы . N,, N 2 — любые н у к л е о т и д ы ; р — фосфат (этот с п о с о б з а п и с и отличается от т р а д и ц и о н н о г о для б и о х и м и и , но ш и р о к о употребляется для нуклеиновых кислот)лучается правильная мРНК-матрица для трансляции.
Редактирование митохондриальных РНКу водорослей и мхов пока не обнаружено, онотипично для кормофитов (папоротникообразных, покрытосеменных и голосеменных). О механизмах редактирования известно мало. Посттранскрипционно происходит также образование редких оснований в рРНК и особенно втРНК(см. рис. 1.10).От инициации транскрипции гена дообразования зрелой мРНК может пройтинесколько минут. При средней активностиРНК-полимеразы II - 2 000 оснований вминуту одна только элонгация мРНК у генасредней величины (3,5 — 5 тыс.
п.н.) продолжается - 2 — 3 мин.Транскрипция пластидных генов осуществляется двумя ДНК-зависимыми РНК-полимеразами, одним кодируемым пластидами ферментом, который по строению обладает большим сходством с бактериальной РНК-полиме-268| ГЛАВА 7. ФИЗИОЛОГИЯ РАЗВИТИЯразой и может образовывать комплексы с различными промоторспецифичными сигма-факторами (все они кодируются ядром), и однойкодируемой ядром РНК-полимеразой, устроенной иначе; по строению она имеет сходствос обеими РНК-полимеразами митохондрий,также кодируемыми ядром. Этот второй типполимеразы обладает сходством с РНК-полимеразами бактериофагов; он отличается, предположительно, очень высокой скоростью синтеза и используется в пластидах для синтезаболее длинных транскриптов.
Возможно, что ещедо вступления в эндосимбиоз (эндосимбиотическая теория, см. 2.4) прокариотические предки хлоропластов и митохондрий были инфицированы фагами. С помощью антибиотиков итоксинов можно сильно подавить процессытранскрипции. Так, рифамицины из Streptomyces(или соответственно полусинтетическое производное рифампицин) подавляют инициациюсинтеза РНК путем ингибирования прокариотической, но не эукариотической РНК-полимеразы.
Актиномицин D из другого штаммаStreptomyces подавляет транскрипцию в про- иэукариотах путем связывания с двойными цепями ДНК, которые из-за этого больше не могутиспользоваться в качестве матрицы для синтезаРНК. Грибной токсин а-аманитин из Amanitaphalloides сильно подавляет ДНК-зависимуюРНК-полимеразу II (слабо — РНК-полимеразуIII, совсем не подавляет РНК-полимеразу I) иблокирует, таким образом, фазу элонгации синтеза мРНК, в первую очередь ядерных генов,кодирующих белки.Концентрация определенной мРНК вклетке зависит не только от частоты инициации транскрипции на соответствующемпромоторе и эффективности процессирования, но также от стабильности мРНК вклетке, т.е.
от дальнейшего метаболизмамолекулы, причем биологический периодполураспада (время, которое требуется приостановке синтеза для распада 50 % молекул) может составлять от нескольких минут до нескольких лет (мРНК в семенах).О распаде растительных мРНК известноочень мало. Он, по-видимому, часто, каку других эукариот, начинается с удаленияполи(А)-хвоста и 5'-кэпа и катализируется5-экзонуклеазами, энзимами, которыегидролитически высвобождают мононуклеотиды с 5'-конца. Есть данные о том, чтораспад мРНК может регулироваться, однако конкретные механизмы регуляцииеще не изучены.7.2.2.3.
Контроль транскрипцииХотя на пути от гена к белку присутствуют множественные точки контролябиосинтеза (см. рис. 7.9), которые в целомопределяют количество соответствующегобелка в клетке, лежащая в основе процессов развития дифференциальная активность генов в значительной степени регулируется через процесс инициации транскрипции. Здесь определяется, какие генывообще транскрибируются и в каком объеме. Сюда же относятся регуляторные механизмы, затрагивающие ген, которые касаются структуры хроматина (7.2.2.2). Контроль активности отдельных генов осуществляется в основном через образованиеэнхансеосом (см. рис.
7.10). Для этого, с одной стороны, важны соответствующие цисэлементы и их комбинация в области промотора, кроме того, часто необходимы дополнительные энхансеры и сайленсеры (см.рис. 7.8; 7.10) и, с другой стороны, имеющиеся в определенной клетке (или соответственно образующиеся в зависимостиот потребности) транскрипционные факторы и состояние их активности. Ядерныйгеном Arabidopsis thaliana (см. бокс 7.1) содержит более 1700 генов, которые кодируют различные транскрипционные факторы; это более 5 % всех генов. Как транскрипция генов для образования определенных регуляторных траскрипционных факторов, так и состояние активности этихбелков контролируются эндогенными иэкзогенными факторами. Таким образом,часто проходят многоступенчатые каскады процессов регуляции генов.
В пространстве и во времени высокоспецифичныйнабор активностей регуляторных геновтранскрипции способствует в конце процесса регуляции дифференцированномууправлению активностями многих клеточных генов, которые кодируют структурныебелки и ферменты, осуществляющие вконце концов фенотипическое выражениепризнаков при развитии организма.Так, известны реагирующие на гормоны г<ис-элементы, с которыми при воздействии фитогормона на клетку связываются специфичные активирующие транскрипцию белки или реагирующие на свет7.3. Клеточные основы развития | 2 6 9цис-элементы, которые способствуют регуляции светом определенных генов (см. рис.7.86).
Индукция образования de novo энзимов через субстраты (пример: нитрат-редуктаза, индуктор: нитрат) или репрессияобразования de novo ферментов через продукты (пример: репрессия нитратредуктазы ионами аммония и глутамином, глутаминсинтетазы глутамином) уже были упомянуты в главе, посвященной физиологииобмена веществ; это примеры метаболитного контроля транскрипции. Такие процессы хорошо изучены у прокариот (см.учебники по микробиологии). Однако многие молекулярные процессы контролятранскрипции у эукариот и особенно увысших растений еще неизвестны.Наряду со специфичными цис-элементами и соответствующими транскрипционными факторами в промоторах генов,способных к регуляции, находятся такжег<ис-элементы, которые имеются во многих различных генах и с которыми связываются соответственно широко распространенные транскрипционные факторы.
Этоведет к общей, но не селективной активации транскрипции этих генов, которыетолько благодаря образованию комплексовсо специфичными г<ис-элементами и ихтранскрипционными факторами селективно регулируются. Два хорошо охарактеризованных г<ис-элемента, которые имеютсяв промоторах многочисленных регулируемых генов в типичной или измененнойформе, это G-бокс (5'-CACGTG-3') иGT-1-бокс (5'-GGTTAA-3'), соответствующие связывающие белки которых быливыделены и охарактеризоны. Благодаря генспецифичной комбинации основного промотора с общими регуляторными цис-элементами и придающими специфичностьг<ис-элементами возможен чрезвычайноразнообразный контроль экспрессии генов.Спектр возможностей повышается в результате эволюции семейств генов, членыкоторых благодаря комбинации с соответствующим собственным промотором могут транскрибироваться и подвергатьсядействию различных регуляторных факторов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
