Рост растений и дефференцировка -
Скачать (прямая ссылка):
' " *\сер_______
'Ш&М .... У///ЛУ////У/А . УШ/Ш
Предшественник ри5осомн<?й PH/С (JJ-JSS)
<85
Яооиессинг
?
ZJS S3-РНК
и
Присоединение белков
Нери&есомная
рт
ЯдрО Малая (—^
'^~'Су5ъ единица -
Цитоплазма
Плюс
Белки
__ большая
С J суЗ'ьедища
-&-в—
Лалиеома
Рис. 13.5. Схема синтеза и процессинга предшественника рибосомной РНК и
образования рибосом.
Экспрессия генов и детерминация клеток в развитии
457
последовательности ДНК, никогда не транскрибирующиеся в РНК. Их называют сисйсерной ДНК.
5S-PHK, входящая в состав большой субъединицы рибосомы, по-впдимому, транскрибируется отдельно, Имеется несколько генов, кодирующих 5S-PHK, но они, очевидно, локализованы не в ядрышке.
Матричная РНК (мРНК) также образуется в результате транскрипции ДНК в ядрышке. Одпако исходно синтезируемые в ядре молекулы РНК гораздо крупнее, чем мРНК, которая выходит из ядра в цитоплазму. Следовательно, представляется вероятным, что как и в случае предшественника рибосомной РНК, исходный крупный трапскрипт для его превращения в мРНК должен подвергнуться нроцессннгу. Размер исходных крупных транскриптов (т. е. число содержащихся в них нуклеотидов) сильно варьирует, поэтому их называют гетерогенной ядерной РНК (гяРНК).
В последнее время обнаружены удивительные факты, касающиеся процессинга гяРНК в тканях животных. Анализ генов эукариот показал, что кодирующие последовательности ДНК расположены не непрерывно, а прерываются одним или более участками «молчащей» ДНК, не кодирующей белки. Дальнейшие исследования показали, что эти молчащие последовательности вырезаются в ходе процессинга, а остающиеся участки «сшиваются» с образованием мРНК. Итак, гетерогенная ядер-пая РНК состоит из длинных продуктов транскрипции, из которых путем сплайсинга образуются гораздо меньшие по размеру молекулы зрелой информационной (матричной) РНК.
Пока еще слишком рано применять эти новые концепции к проблеме регуляции экспрессии генов у эукариот, но ясно, что должен существовать очень точный механизм ферментативного вырезания участков гяРНК; такой механизм должен участвовать и в процессинге рибосомной РНК. мРНК образуется из оставшихся фрагментов с помощью ферментов лигаз.
13.5. ИНФОРМАЦИОННАЯ РНК
В прошлом исследование синтеза мРНК сильно осложнялось трудностями, связанными с ее идентификацией и очисткой. Кроме того, специфические мРНК часто содержатся в клетке в очень низких количествах. Однако благодаря ряду усовершенствований в методах многие из этих трудностей теперь преодолены, и наши знания о мРНК быстро пополняются. Во-первых, разработка методик с использованием бесклеточных белоксин-тезирующих систем in vitro позволила исследовать способность фракции РНК направлять синтез специфических белков. Во-вторых, тот факт, что во многих РНК присутствует последовательность полиадениловой кислоты [poly(А)], сыграл важную роль
458
Глава 13
в разработке методов очистки poly (А)-содержащих фракций
мРНК.
Растительные клетки обычно синтезируют большое число различных белков, так что в соответствии с этим в и их содержится большое число мРНК, каждая из которых присутствует в' сравнительно низкой концентрации. Однако если клетка синтезирует много какого-то одного белка, как в случае образования леггемоглобина в клубеньках иа корнях сои, то там имеются большие количества соответствующей мРНК, и ее можно выделить. Это было сделано для леггемоглобина, и очищенную мРИК использовали в бесклеточиой системе из зародышей пшеницы, причем белок, синтезированный in vitro, оказался легге-моглобииом. Подобные результаты получены и с мРНК для малой субъединицы рибулозо-1,5-бисфосфаткарбоксилазы и для фенилаланин—аммиак-лиазы.
Метод рекомбинации ДНК применим также для изучения молекул РНК. С помощью фермента обратной транскриптазы, использующего мРНК в качестве матрицы, можно синтезировать одноцепочечную ДНК-копию (кДИК), а затем с помощью ДНК-полимеразы Е. coli синтезировать вторую, комплементарную ей цепь ДНК и образовать двухцепочечную ДНК. Эту ДНК можно встраивать в плазмиды и клонировать, как это рассмотрено выше (с. 454). Таким способом удалось определить нуклеотидную последовательность ряда специфических мРНК эукариот. Использование подобных ДНК, комплементарных специфическим мРНК, позволило идентифицировать и впоследствии выделить индивидуальные гены из генома.
У растения табака примерно 60% вссй массы мРНК состоит из сравнительно немногих ее специфических типов, представленных тысячами копий иа клетку. Однако остальные 40% мРНК составляют виды РНК, представленные всего несколькими копиями на клетку (уникальная мРНК), и число таких различных видов очень велико. Известно, например, что число специфических мРНК в листе табака составляет около 27 ООО, а в целом растении за время его жизни экспрессируются по меньшей мере 60 000 различных структурных генов!
