Льюин (Левин) - Гены - 1987 (947308), страница 127
Текст из файла (страница 127)
риал в митохондриях дрожжевых клеток другие белки, возможно участвующие в регуляторных процессах, или же он не экспрессируется? Сушествование генетической рекомбинации в митохондриях дрожжей (см. ниже) позволило создать генетическую карту генома митохондрий, которая была сопоставлена с физической картой при изучении возникаюших естественным путем делеций митохондриального генома (называемых петит-мутациями). Участок, занимаемый каждым геном, определяли по положению на карте соответствующей мРНК. На рис.
22.2 приведена карта митохондриального генома дрожжей, показывающая взаимное расположение генов для основной части РНК и белков (за исключением молехул тРНК, число видов которых составляет около 22 и гены для которых до сих пор полностью не картированы). Наиболее характерная особенность этой карты— пространственная разделенность покусов. Отличительная особенность митохондриального генома дрожжей состоит в пространственной разобщенности генов, кодируюших рРНК, что встречается крайне редко. Ген, кодируюший ! 55-рРНК, непрерывен и располагается на расстоянии около 25000 п.н. от гена для 215-рРНК.
В некоторых штаммах лрожжей последний ген имеет один интрон (как показано на карте), в других штаммах он не прерывается. Два наиболее интересных покуса — мозаичные гены Ьох (кодируюший цитохром Ь) и охи (кодируюший субъединиву 1 цитохром-оксилазы), организация которых уже была рассмотрена в гл. 20. Суммарная длина двух этих аь -гены, кодирующие субъедннины олиюмиднн-зувствлтелънай Дтркзъц ах~ гены, кадируюшис субъединицы литаврам-с — оксидззы, Ьах кодирует ннтокром Ь; Раг-фуикнии ие известны; гаг -кодирует малую субъсдинлну рнбасамнаго белка генов равна почти всей длине митохондриального генома млекопитающих! Мноз.ие длинные интроны этих генов имеют открытые рамки считывания, совпадаюшие с рамками считывания предыдущих зкзонов; по меньшей мере в некоторых случаях показано, что интрон транслируется.
Это обусловливает наличие в митохонлриях дрожжей нескольких дополнительных белков, по-видимому синтезируемых в небольших количествах. Остальные гены, по всей вероятности, непрерывны. Им соответствуют две другие кодируемые митохондриатьзззпми генами субъединипы цнтохром-оксидазы, субъединица (субъединицы) АТРазы н (в случае гпг)) рибосомный белок митохондрий.
Весьма значительная часть митохоидриального генома дрожжей (около 2~~,') состоит из коротких (А — Т)-богатых участков ДНК, вероятно не несуших функции кодирования. Однако значительная часть генетического материала все еше не изучена, и будет удивительно, если для оставшихся незаполненными участков карты не будут обнаружены другие гены. Но, даже допуская такую возможность, можно все же считать, что обшее число генов в митохондриях дрожжей вряд ли превуяпзает 20.
Компактная организация генома митохондрий млекопитающих Совершенно другая картина наблюдается в случае митохондриальной ДНК млекопитающих. Эта ДНК чрезвычайно компактно организована, иитронов в ней нет, некоторые гены перекрываются„и почти каждая пара Часть Ч1. Кластеры сходных последовательностей ДНК 286 н ахч еа.ррн к НРС4 (ПИР) НРС! СЯР! тРНК- е и ~ Коднруюаате уе — + укееюеает нанреененне тена от Ь.конца к 3 -концу оснований принадлежит какому-либо гену.
За исключением (3-петли, области, отвечающей за инициацию репликации ДНК, не более 87 из 16 569 п.н. митохондриального генома человека можно отнести к межцистронным участкам. Обнаружена значительная гомология в строении полных нуклеотидных последовательностей мит охондриальных геномов человека и мыши.
Карта митохондриального генома человека приведена на рис. 22.3. На ней имеется 13 областей, которые потенциально могут' кодировать белки. К ним относятся области, кодирующие цитохром Ь, три обычные субъединицы цитохром-оксидазы и одну из субъединиц АТРазы. Остальные рамки считывания обозначены как ()ЙР '(от англ. ииЫеисг()ет( теат((ид Гудах — неидентифипированные рамки считывания (НРС)1; функции кодируемых ими белков пока не известны. Организация генов имеет ряд поразительных черт, отражающих особенности экспрессии генов в митохондриях млекопитающих.
Большинство генов экспрессируется в одном и том же направлении; гены для тРНК располагаются между генами, кодирующими рРНК или белок. Во многих случаях гены вовсе не отделены друг от прута. Последнее основание одного гена соседствует с первым основанием следующего за ним гена. В некоторых случаях гены перекрываются, обычно в пределах одного основания, так что последнее основание одного гена оказывается первым основанием следующего за ним гена.
В пяти рамках считывания отсутствует терминирующий кодон; они оканчиваются на () или ()А, и поэтому при полиаденилировании транскрипта образуется охра-кодон (к Зсконцу митохондриальной мРНК присоединяется короткая ро1у(А)-последовательность). В трех случаях терминирующие кодоны-это АОА или АСС. обычно соответствующие аргинину (гл. 4), Почти все гены экспрессируются в направлении по часовой стрелке, как показано стрелками на карте. Из 15 областей, копирующих белок или рРНК, 14 транскрибируютоя в одном и том же направлении.
(Исключительиы- Рнс. 223 В нуклеотндной последовательности мнтохондрнальной ДНК человека обнаруживаются 22 гена тРНК, 2 гена рРНК, 13 участков, возможно, коднрующнх белки (некоторые нз ннх соответствуют известным белкам). ЦО .пнтохромоксндаза. ми свойствами обладают трн (у'тсг"-гена. (1)(г"4(. и ()ВРА6(. необычайно сильно перекрываются с соседними генами. 13КР6 отличается от основной части генов только направлением его экспрессии.) Из 22 ~снов тРНК 14 экспрессируются в направлении по часовой стрелке и 8-против часовой стрелки. Был обнаружен только один случай, когда два гена, экспрессируюшиеся в направлении по часовой стрелке, оказались расположенными рядом (гены для АТРазы 6 и ЦОЗ). Во всех других случаях соседние кодирущщие участки разделены по меньшей мере одним геном тРНК. Были обнаружены мРНК, соответствуюгцие всем белоккодируюшим участкам, и во всех случаях инициаторный кодон располагался на расстоянии в пределах шести оснований от начала молекулы.
Ииициирующими кодонами, по-видимому, могут являться кодоны А()С, А()А или А(Л). Последние нуклеотиды мРНК- это нонсенс-кодоны или неполнтае нонсенс-кодоны. Поэтому у митохондриальных мРНК человека фактически отсутствуют нетранслируемые 5'- и 3'-участки. Прерывание участков, кодирующих рРНК и белки, генами тРНК не оставляет места для промоторов, подобных обнаруживаемым в эукариотическом ядре или бактериях.
По-видимому, для всех участков, транскрибируемых в направлении по часовой стрелке, имеется общий промотор, расположенный в области (3-петли. На основе этого создана модель транскрипции митохондриальной ДНК, приведенная на рис. 22.4. Транскрипция начинается непосредственно перед геном тРНК, расположенным перед геном 128-рРНК, проходит почти по всему кругу и терминируется в О-петле. Образующаяся при этом цепь называется Н-цепью (поскольку митохондриальную ДНК можно разделить на две одинаковые цепи — тяжелую (Беату) и дегкую (88(ут),— различающиеся по своей плавучей плотности).
Значение чередования тРНК-генов с генами, кодирующими рРНК и белки, заключается в том, что гены тРНК обозначают сайты расщепления. При расщеплении первичного продукта транскрипции по сайтам, располо- 22. Геномы клеточных органелл 287 женным по обе стороны каждого гена тРНК, на всех генах кроме генов АТРазы 6 и цитохромоксидазы 3 (ЦОЗ), синтезируются моноцистроиные продукты. Молекулы рРНК, по-видимому, синтезируются в больших количествах, чем молекулы мРНК.
Это может быль вызвано преждевременной терминацией синтеза части транскриптов в некоторой точке, после того как транскрибировались два гена РРНК. Таким образом, митохондриальная ДНК млекопитаюших представляет собой ближайший аналог бактериального оперона, обнаруженный у эукариот. Ее транскрипция осугцествляется при участии одного промотора, а индивидуальные тРНК и мРНК выделяются уже из транскрипта. Процессинг транскрипта поэтому является основным этапом экспрессии генон.
(Имеются также и бактериальные опероны, в которых разделение участков, соответстнуюших тРНК, рРНК и белкам, осуществляется посттранскрипционно; см. гл. 23.) Как же экспрессируются гены тРНК, кодируемью Ь- цепью? По-видимому, в этом случае действует сходный механизм, когда на Ь-цепи синтезируется гигантский транскрипт, от которого остаются только некоторые последовательности тРНК и, возможно, некоторые последовательности мРНК, тогда как все остадьные разрушаются. Точка начала транскрипции Ь цепи (происходящей против часовой стрелки) также располагается в области П-петли. Выделяемые транскрипты Ь-цепи могут достигать очень больших размеров, так что их процессинг происходит, по-видимому, некоторое иремя спустя после транскрипции. Больших транскриптов Н-цепи не обнаружено, поэтому можно предположить, что их процессинг происходит сразу же или почти сразу после завершения транскрипции каждой промежуточной тРНК.
ДНК Некоторых ортанелл участвует,'в процессе рекомбинации Предпосылкой для рекомбинации служит одновременное присутствие геномов двух родителей — условие, не выполняюзцееся при преобладании однородительского наследования генетического материала. Но, поскольку существуют примеры, когда потомству передаются геномы обеих родительских органелл, сразу возникает вопрос: как они могут взаимодействовать между собой? Возможна ли комплементация различных мутаций; может ли происходить рекомбинация между геномами? Для комплементации необходимо перемешивание продуктов экспрессии генов; для рекомбинации требуется расположение двух геномов физически рядом друг с другом.
Оба требования несколько противоречат устоявшемуся взгляду на индивидуальную органеллу, которьш мог возникнуть на основе представления об эндогенной экспрессии генов органеллы как о процессе, строго ограниченном ее пределами. Однако (по меньшей мере у одного из видов организмов) может происходить рекомбинация хлоропластных ДНК; а у другого вида между митохондриальными геномами может происходить и комплементация, и рекомбинация. У водорослей С.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
