Регуляция действия генов на претранскрипционном уровне
|
|
Скачать 413.22 Kb.
|
| Регуляция действия генов на претранскрипционном уровне Это уровень до синтеза РНК. Определяет состояние хроматина (спирализацией) Изменение степени спирализации хроматина. Хроматин является не активным на нуклеомерном уровне, определяется гистоном Н1. Перевод с нуклеомерного уровня на нуклесомный обеспечивается ЦКЗ (циклин зависимыми киназами), они фосфорилируют гистон Н1, =>, обеспечивают деспирализацию хроматина. Для того, чтобы нормально шёл синтез необходимо ослабить связь между ДНК и коровой частицей. Мех-м: 1)Ацелирование гистонов. В кл. есть Е «гистоновые ацетил трансферазы», активация их обеспечивает переход на полу нуклесомный уровень. Кроме ацетилирования в кл. существует деацетилирование в результате которого связь ДНК с коровой частицей востанавливается. 2)Метилирование ДНК. ферменты «ДНК-цитозил-метилтрансферазы» (МТ). Они переносят метиловую группу на цитозин. Но их активность проявляется, если есть рядом гуанин. -Ц….Г- \ сайт метилирования -Г….Ц- / Метилирование обеспечивает активацию и деактивацию. Большое кол-во СМ обнаруживается в генах домашнего хозяйства. СМ образуют ГЦ остравки. МетилированиеГЦ островков вызываетизменение комформации ДНК. ГЦ островки встречаются в генах роскоши, здесь они вызывают инактивацию, путём препядствия присоед-я ТФ и РНК-полимеразы. Этот мех-м хорош тем, что ген остаётся выключенным пока кл не предпримет действий исправить это. ЦГ/ГЦ –Е Ц*Г\ГЦ* --репликация Ц*Г\ГЦ + ЦГ\ГЦ* --дометилрование Ц*Г\ГЦ* Существуют мех-мы сохранения выключеннных генов – импринтинг. В гаметогенезе метилирование генов в сперматозойде и яйцеклетке происходит по разному, но в зиготе имеется весь набор метлированных генов. Делеция (утрата Хр №15). Если делеция получена от отца, то наз синдром Прадер-Вилли(мышечная гипотомия, гипогонадизм, ожирение, умственная отсталость). Если от матери, то синдром Ангельмана(судороги, механическая походка,немотивированный смех,сильная задержка речевого развития, тяжёлая умственная отсталось. Глазной альбинизм. У гомозигот женшин, гемизигот мужчин глазное дно депигментировано полностью, У гетерозигот женщин оно мозаично депегментировано. Позитивная регуляция на транскрипционном уровне. Реализуется на этапе инициации транскрипции. Мех-ом реализации действия генов является взаимодействие инициатора с регуляторным белком. Регуляторные белки имеют участки взаимодействия с ДНК и РНК-полимеразой. В позитивной регуляции принимают участие активаторы(активат энхансеры транскрипция). Позитивная регуляция делится на: позитивную репрессию, активацию. Такой регуляцией регулируются гены цикл-зав протеинкеназы2(они обесп. Фосфорилирование белка RB) РБ CREB активатор генов адаптивного ответа СигналрецепторGбелокАЦцАМФПКАCREB Сопряжённая регуляция на уровне транскрипции Талосемия – отсутствие цепей гемоглобина: α 0 талосемия – гибель α + талосемия – совместисо с жизнью β 0 – гибель после рождения β + - протекает достаточно мягко γ Негативная регуляция на тр уровне Реализуется на этапе инициации транскрипции. Мех-ом реализации действия генов является взаимодействие инициатора с регуляторным белком. Регуляторные белки имеют участки взаимодействия с ДНК и РНК-полимеразой. В позитивной регуляции принимают участие репресоры(репсайленсерблок тр). Негатиная регуляция делиться на: репресию и активацию. Примеры: Ген, кодирующий алкилтрансферазы Лактозный оперон и триптофазный Цитоплазма (ЦП) Цитоплазма (ЦП) - это внутреннее содержимое клетки, исключая ядерный аппарат. В ее составе выделяют основную гиалоплазму, фибриллярные элементы и органоиды. ^ является жидкой микросредой ЦП - водным раствором, в котором расположены все остальные компоненты ЦП. В ней содержатся разнообразные химические вещества: ионы (Ca2+, Mg2), малые органические соединения (глюкоза, АК) и гидрофильные макромолекулы (белки и РНК). В целом, основная гиалоплазма обеспечивает нормальное функционирование органоидов и метаболическую связь между ПА клетки и ядром. ^ ЦП представлены тонкими фибриллами (2-4 нм), микрофибриллами (5-7 нм), скелетными фибриллами (10 нм) и микротрубочками (22-24 нм). Особое место занимают тонкие фибриллы, формирующие трехмерную сеть, пронизывающую всю основную гиалоплазму. С другой стороны, гиалоплазма является достаточно лабильной структурой, способной к быстрой реорганизации, т. е. обеспечивает возможность изменения положения компонентов ЦП, если в этом возникает необходимость. На тонких фибриллах сети могут фиксироваться и немембранные компоненты ЦП, например, рибосомы или ферментативные комплексы. Органоиды, или органеллы, эукариотических клеток подразделяются на 2 группы: мембранные органоиды и немембранные органоиды. Мембранные органоиды являются универсальными и специфичными для эукариотических клеток компонентами ЦП, имеющими в своем составе биомембраны. Они формируют функционально целостную эндомембраиную систему, включающую эндоплазматическую сеть, комплекс Гольджи, лизосомы и пероксисомы. Эта система функционально связана с митохондриями. Немембранные органоиды не содержат мембранных структур и также являются универсальными клеточными компонентами. К ним относятся рибосомы (все клетки) и клеточный центр (эукариотические клетки). ^ ЭПС представляет собой структурно единую мембранную систему - ее внутреннее содержимое изолировано от основной гиалоплазмы одной целостной мембранной и не подразделяется на обособленные друг от друга отсеки. ^ соответствует жидкостно-мозаичной модели. В ее БЛС обнаруживаются практически все виды мембранных липидов, исключая кардиолипин, холестерол. ^ и НАДФ-Н-цитохром с-оксидоредуктаза – маркерные белки ЭПС. ЭПС дифференцирована морфо-функционально на 3 отдела: шероховатую ЭПС, промежуточную ЭПС и гладкую ЭПС . Шероховатая ЭПС (шЭПС) представлена совокупностью уплощенных мембранных цистерн, на поверхности которых находится большое число рибосом, определяющих ее «шероховатость». Ее главные клеточные функции заключаются в сегрегации, гликозилировании и транспорте белков, синтезируемых на рибосомах. На первом этапе разделяются на 2: интернальные белки направляются в ЭПС, экстернальне белки не попадают в ЭПС. На втором этапе интернальные белки гликозилируются и еще раз подразделяются на 2 новых потока. Резидентные белки остаются в мембранах и полости ЭПС. Транзитные белки перемещаются из шЭПС в пЭПС, откуда транспортируются в КГ. Механизм сегрегации. Интернальные белки содержат на N-конце сигнальный пептид (СП).Синтез интернального белка может начинаться на любой цитоплазматической рибосоме. Во всех случаях сразу после образования СП синтез таких белков останавливается - возникает трансляционная пауза. Эта пауза индуцируется сигналраспознающей частицей (СРЧ). Диссоциация СП и СРЧ приводит к возобновлению синтеза белка, гидрофобный СП погружается в БЛС мембраны шЭПС, где связывается мембранным рецептором СП. Т.о., белок, имеющий СП, фиксируется в мембране. Экстернальные белки не имеют СП и с мембраной шЭПС не взаимодействуют. Второй этап. Транспорт белков интернального потока в полость шЭПС. Взаимодействие СП с транслокационным комплексом индуцирует перемещение синтезирующегося полипептида через комплекс в полость шЭПС. Одна из пептидаз транслокационного комплекса удаляет СП, благодаря чему полипептид после окончания синтеза оказывается в полости шЭПС. В ходе транспорта белков в шЭПС или после ее завершения они подвергаются химической модификации - гликозилированию. В шЭПС 2 типа гликозилирования: О-гликозилирование и N-гликозилирование. Белки в шЭПС могут подвергаться: фосфорилированию, ацетилировании, образовывать липопротеины. дисульфидные связи. Часть интернальных белков, остается в этом органоиде. Они имеют сигналы задержки. Белки, не имеющие сигналов задержки, - транзитные белки - направляется в пЭПС. Гладкая ЭПС (гЭПС) функции: синтез липидов и липоидов, регуляция концентрации Са2+, детоксикация определенных химических веществ, участие в метаболизме гликогена. Синтезе клеточных липидов обеспечивается мембранными ферментами, функционирующими с наружной стороны гЭПС. Благодаря этому на мембране гЭПС синтезируются все фосфолипиды и церамид. Липиды из ЭПС могут транспортироваться в другие мембраны в составе мембранных пузырьков. Функцией гЭПС является и участие в синтезе стероидов. В ее мембране локализованы ферменты, катализирующие образование холестерола. При разнообразных поражениях печени, может развиваться гипохолестёринеия. Следствием этого являются анемии, обусловленные изменениями формы и функций эритроцитов. Так как прогестерон является предшественником и тестостерона, блок синтеза кортикостероидов приводит к усилению синтеза тестостерона. Такой сдвиг вызывает у девочек ложный женский гермафродитизм. У мальчиков приводит к раннемуполовому созреванию. Второй общеклеточной функцией гЭПС является регуляция концентрации Са2+ в основной гиалоплазме. Осуществляется с помощью переносчиков данного катиона локализованных в мембране гЭПС, и Са2+связывающих белков.При взаимодействии с ИФз канал открывается, и уровень Са2+ в основной гиалоплазме увеличивается, даже если превышает уровень спонтанного закрытия. С другой стороны, канал инактивируется после фосфорилирования его протеинкиназами, прежде всего Са2+ кальмодулинзависимой протеинкиназой (КМЗПК), активируемой комплексом Са2+-кальмодулин.Кроме КМ3ПК, Са2+-канал может быть инактивирован с помощью протеинкиназы А, стимулируемой цАМФ..Еще одной функцией гЭПС является участие в детоксикации химических веществ. эта функция гЭПС развита в гепатоцитах. Промежуточная ЭПС (пЭПС) обеспечивает транспорт транзитных белков из ЭПС. ^ КГ выполняет важные функции - участвует в формировании компонентов ПА клетки, лизосом и секреторных пузырьков. В составе этого органоида. обнаруживаются мембранные цистерны, мембранные пузырьки и мембранные трубочки. Между цистернами расположены фибриллярные компоненты, соединяющие цистерны в единую систему - диктиосому. Вокруг диктиосомы находится мембранные пузырьки, которые формируют вакуолярную зону. Участок гиалоплазмы, окружающий органоид, отличается от основной гиалоплазмы и называется цитозолем КГ. В нем располагается большое количество рибосом, принимающих участие в синтезе белков, функционирующих в КГ. КГ дифференцирован на 3 отдела: цис-отдел, медиальный отдел и транс-отдел []. Цис-отдел представлен уплощенными мембранными цистернами. расположенными ближе к ядру клетки, называют проксимальным полюсом КГ. В районе этого полюса обнаруживаегся большое количество мелких мембранных транспортных пузырьков, «курсирующих» между цис-отделом и пЭПС или ядерной оболочкой. ^ транзитные белки в комплексе с причальными белками этого отдела. В мембране цистерны спасения КГ имеются протонные насосы, которые создают в ее полости низкий уровень рН, благодаря чему транзитные белки, попав в полость этой цистерны, диссоциируют от причальных белков. Освободившиеся причальные белки затем оказываются в составе мембраны пузырьков, отделяющихся от цистерны спасения и направляющихся в пЭПС. Таким образом, цистерна цис-отдела КГ обеспечивает возврагцение (рециклирование) причальных белков, функционирующих в ЭПС. ^ транспортируются из цистерны спасения в соседнюю цистерну цис-отдела КГ транспортными пузырьками. Функции этой цис-цистерны связаны с мембранными N-ацетилглюкозаминилтрансферазой и фосфогликозидазой, которые катализируют фосфорилирование олигосахаридных компонентов белков. Первый из двух ферментов обладает специфичностью и к белковым компонентам гликопротеинов, поэтому в цис-отделе фосфорилируются по маннозе только определенные гликопротеины. Таким образом, в данном отделе осуществляется химическая сегрегация транзитных гликопротеинов на 2-группы - одна из них маркирована маннозо-6-фосфатом, а другая - нет. ^ КГ поступают все транзитные белки, которые переносятся из цис-отдела с помощью транспортных пузырьков клатриноподобных белков. Цистерны медиального отдела расположены в середине диктиосомы. Этот отдел выполняет модификации транзитных гликопротеинов, и N-ацетилглюкозаминотрансферазы, которые действуют только на гликопротеины без маннозо-6-фосфата, т.е. не фосфорилированные в цис-отделе КГ. Фосфорилированные по маннозе гликопротеины не модифицируются в медиальном отделе, а нефосфорилированные укорачиваются по углеводному компоненту и приобретают маркер N-ацетилглюкозамин. Таким образом, в медиальном отделе КГ осуществляется дальнейшая дифференцировка двух потоков гликопротеинов, поступивших из цис-отдела. Обе группы белков в составе мембранных пузырька, образующихся с помощью клатриноподобных белков, транспортируются в транс-отдел КГ. Транс-отдел КГ. В нем происходит гликозилирование белков и липидов, синтез гликозаминогликанов, образование протеогликанов, частичный протеолиз некоторых белков, сегрегация транзитных белков на 3 потока и их транспорт из КГ. В транс-отделе КГ содержатся разнообразные трансферазы (глюкозилтрансферазы, галактозилтрансферазы, фукозилтрансферазы, сиалилтрансферазы и другие), с помощью которых осуществляются различные варианты гликозилирования. Благодаря этому гликопротеины приобретают здесь специфический компонент в виде олигосахаридов. Транс-отдел КГ - это отдел, в котором гликозилируются не только белки, но и определенные липиды, синтезируются специфические полисахариды гликозаминогликаны, часть которых ковалентно присоединяется к определенным белкам с образованием протеогликанов, сулъфатирование углеводных и белковых компонентов определенных гликопротеинов и гликозаминогликанов, частичный протеолиз некоторых белков осуществляемый с помошъю протеаз. ^ onyxoли поджелудочной железы). нарушается частичный протеолиз проинсулина и в кровь секретируется мало активный инсулин таком случае возникают симптомы инсулинзависимого сахарного диабета. Определенные полипептиды в транс-отделе КГ подвергаются «разрезанию» сразу на несколько пептидных фрагментов с помощью эндопептидаз. Это приводит к формированию нескольких разных биологически активных пептидов из одного неактивного. Такие полипептиды называют полипротеинами. Сегрегация в специализированной части транс-отдела КГ - транс-распределительной сети КГ. В ней происходит разделение веществ, сформировавшихся в органоиде, на 3 потока. Первый сегрегационный поток называют конститутивной секрецией. По пути конститутивной секреции направляются гликосфинголипиды, гликопротеины. Этот путь секреции осуществляется с помощью мембранных пузырьков, отделяющихся от транс-распределительной сети с участием клатриноподобиых белков. ^ формирующийся в транс-отделе КГ, называют индуцируемой секрецией. По пути индуцируемой секреции направляются секретируемые белки, функционирующие за пределами ПА клетки. Они упаковываются в мембранные секреторные пузырьки, отделяющиеся от мембраны транс-отдела КГ. Этот процесс происходит с участием клатринов, т.е. белков, не идентичных обеспечивающим путь конститутивной секреции. КГ наиболее развит именно в клетках, специализирующихся на секреции, - секреторных клетках. Третий сегрегационный поток, реализуемый в КГ, завершается не в ПА клетки, а в цитоплазме, и называется лизосомальным потоком. ^ Это мембранные пузырьки, сформировавшиеся с участием КГ. Главная клеточная функция ЛС - расщепление сложных органических молекул на более простые с помощью набора ферментов, относящихся к классу гидролаз. На основе этого в клетке осуществляется гидролиз разнообразных веществ, продукты которого используются для синтетических процессов. Таким образом, ЛС являются органоидом катаболического звена обмена веществ Первичная ЛС - это только что образовавшаяся ЛС, не проявляющая своей катаболическои активности, т.е. неактивная ЛС. Она представлена лизосомалъной мембраной и лизосомальным матриксом расположенным в полости ЛС. Основу мембраны ЛС составляет БЛС с расположенными в нем мембранными белками. Мембрана ЛС содержит фосфатидилхолин, сфингомиелин, фосфатидилэтаноламин и лизофосфатидилхолгш, холестерола. Мембранные белки ЛС разнообразны по строению и функциям. Среди них важнейшее значение имеют гидролазы. Кроме гидролаз, в мембране находятся - ингибиторы гидролаз, препятствующие расщеплению, мембранных компонентов. Важным белковым элементом ЛС являются мембранные протонные насосы, Основу лизосомалъного матрикса составляют гликозаминогликаны, синтезированные в КГ. В ЛС возможен гидролиз почти любых типов. химических связей в органических молекулах, особенно олиго- и полимерных. Общеклеточные функции ЛС определяются участием в фагических циклах, в ходе которых осуществляется расщепление макромолекул на более простые органические соединения, используемые для синтеза новых макромолекул: белков, нуклеиновых кислот, липидов, олиго- и полисахаридов. Выделяют 2 вида фагических циклов: аутофагический цикл, и гетерофагический цикл. В обоих видах циклов принимают участие первичные ЛС. Аутофагический цикл характеризуется тем, что расщепляются собственные клеточные, макромолекулы. Аутофагический цикл является важнейшим элементом внутриклеточной регенерации Аутофагический цикл существует в нескольких вариантах. Типичный вариант, начинается с формирования мембранного пузырька - аутофагосомы, в котором заключены клеточные компоненты, подлежащие гидролизу. После образования аутофагосомы происходит ее сближение, с первичной ЛС. Оно завершается контактом и слиянием мембран аутофагосомы и первичной ЛС. В результате этого формируется единая мембранная структура -аутофаголизосома. В аутофаголизосоме весь набор лизосомальных гидролаз становится активным, и ее содержимое начинает расщепляться. С этого момента аутофаголизосома - вторичная ЛС. Функционирование вторичной ЛС происходит инактивация и гидролиз ее собственных компонентов. В результате этого образуется телолизосома. Т.о., универсальной функцией макроаутофагии является обеспечение регенерации внутриклеточных структур. Кроме макроаутофагии, есть – микроаутофагия. Особенностью микроаутофагии является то, что она происходит без образования аутофагосом. В этом случае макромолекулы попадают в ЛС непосредственно через ее мембрану. Такой вид транспорта сопряжен с фосфорилированием определенных мембранных белков ЛС с помощью протеинкиназ. При голодании интенсивность аутофагии резко возрастает и в клетке начинают расщепляться нормально функционирующие макромолекулы и структуры - происходит эндогенное питание клетки. ^ характеризуется тем, что в нем осуществляется гидролиз макромолекул, не являющихся компонентами данной клетки. Формируется гетерофагосома, образующаяся в эндоцитозе и содержащий вещества, подлежащие расщеплению. Гетерофагосома сближается с первичной ЛС, и путем слияния их мембран формируется гетерофаголизосома. Начиная с этого момента, события, происходящие в гетерофагическом цикле, идентичны таковым аутофагического цикла. Вторичная ЛС может сливаться с новыми первичными ЛС, гетерофагосомами и аутофагосомами, но через определенное время теряет активность, превращаясь в телолизосому. Кроме эндогетерофагии, возможна экзогетерофагия, при которой не происходит образование гетерофагосомы ^ Этот мембранный органоид, как и лизосомы, относится к органоидам катаболического обмена, т.е. принимает участие в расщеплении сложных соединений на простые. ПС являются универсальным компонентом эукариотических клеток, что определяется их главной функцией -расщеплением жирных кислот. Структурно ПС представляют собой мембранные пузырьки. Мембрана ПС имеет типичное жидкостно-мозаичное строение. В отличие от лизосом, ПС не могут формироваться с участием других органоидов. Новые ПС образуются только путем дробления уже существующих, так что клетка, утратившая все ПС, не способна восстановить их. Функции ПС определяются набором пероксисомных белков, включающих переносчики и ферменты. Большинство ферментов ПС относятся к классу оксидоредуктаз. Оксидазы ПС катализируют перенос водорода с субстрата на молекулу кислорода с образованием (Н2О2), а не (Н2О), благодаря чему, органоид назвали пероксисомой. Кроме специфических оксидаз, универсальным ферментом ПС является каталаза, ответственная за взаимодействие молекул пероксида водорода с образованием кислорода и воды (Н2О2—> 02+2 Н2О). Общеклеточной функций ПС-является β-окисление жирных кислот, в котором образуется ацетил-кофермент А (Ац-КоА) - активированная коферментом А уксусная кислота (ацетат). Продукты β-окисления выводятся из ПС в основную гиалоплазму, где Ац-КоА используется в синтезе разнообразных органических молекул. Таким образом, главная функция ПС - обеспечение клетки Ац-КоА для синтеза более сложных соединений, например, жирных кислот и холестерола. Процесс β-окисления жирных кислот осуществляется не только в ПС, но и в митохондриях. Однако, только в ПС происходит расщепление длинноцепочечных жирных кислот (С26 и более). Кроме того, β-окисление жирных кислот в ПС не протекает до конца, прекращаясь на стадии октаноил-КоА. Этот продукт расщепления, поступающий из ПС в гиалоплазму, транспортируется в митохондрии, где из него образуются 4Ац-КоА. В ходе β-окисления жирных кислот генерируется Н2О2, который токсичен для клеток. Неблагоприятное действие этого метаболита нейтрализуется универсальной для ПС гидроксипероксидазой - каталазой. Нарушения β -окисления жирных кислот в ПС приводит к тяжелейшим последствиям. У человека известен наследственный синдром Боуэна-Цельвегера, который характеризуется отсутствием ПС в клетках. При этом заболевании рост и масса тела новорожденного значительно ниже нормы, аномально развиты многие органы. Еще одной важной функцией ПС является детоксикация органических соединений, вредных для клетки: спиртов, альдегидов и кислот. В этом случае ферменты катализируют окисление гидроксильных, карбонильных и карбоксильных радикалов. Окисленные в ПС молекулы или становятся менее токсичными, или метаболизируются после вывода из ПС до нетоксичных производных. Детоксикационная функция ПС сильно выражена в печени и почках. Вероятно, именно поэтому в клетках этих органов обнаруживается особая форма ПС, характеризующаяся более крупным диаметром. Примером пероксисомной детоксикации является окисление этанола до ацеталъдегида и воды. В ПС гепатоцитов этой модификации подвергается около 50% этанола, поступающего в организм. Оставшаяся половина спирта окисляется алкогольдегидрогеназой основной гиало-плазмы клеток печени, причем без участия кислорода и образования воды. Универсальным ферментом ПС клеток почек и печени является оксидаза a-D-аминокислот. Она катализирует реакцию окислительного дезаминирования с образованием аммиака, аммиак нейтрализуется в гепатоцитах образованием мочевины. У высших приматов, включая человека, уриказная активность ПС отсутствует. ^ Этот немембранный органоид. Его универсальность определяется участием в биосинтезе белка. Эукариотические PC образуются в ядрышке и представляют собой пуклеопротеидные частицы с константой седиментации 80S. В составе эукариотических PC обнаруживается 4 разные молекулы РНК, называемых рибосомалъными РНК (рРНК). Кроме рРНК, PC содержат рибосомальные белки, число которых составляет 73 у эукариот. Все белки, исключая один, представлены в PC единичными копиями. Все PC состоят из двух субъединиц: малой субъединицы (МС) и большой (БС). МС PC имеет константу седиментации 40S и включает одну 18S рРНК. БС (60S) рибосом состоит из трех разных рРНК; 5S, 5,8S и 28S, и 49 молекул белков. МС и БС имеют специфическую форму и в присутствии ионов Mg2+ взаимодействуют друг с другом, образуя PC. При взаимодействии МС и БС в PC формируются ее активные центры: аминоацильный, пептидильный и трансферазный. ^ . Функцией А-центра. является связывание аминоацил-тРНК, т.е. транспортных РНК с аминокислотным остатком. Пептидильный центр, его функция состоит в связывании пептидил-тРНК, т.е. транспортной РНК с пептидом, состоящим т двух и более аминокислотных остатков. ^ . Функция этого центра - катализ реакции переноса пептида с пеп-тРНК, находящейся в Р-центре, на аминокислотный остаток аа-тРНК, расположенной в А-центре. В результате этого образуется пептидная связь. Функцией PC является участие в биосинтезе белков. ^ Данный немембранный органоид. Функцией КЦ представляет собой центр организации микротрубочек (ЦОМТ). В КЦ осуществляется процесс полимеризации МТ. Этот органоид содержит почти весь клеточный у-тубулин. необходимый для инициации полимеризации а- и |3-тубулинов, входящих в состав МТ. Строение КЦ у различных эукариотических организмов характеризуется разнообразием. В общем виде КЦ представлен центросомой и центросферой. Центросома клеток животных выглядит как частица, расположенная вблизи ядра. Центросфера фактически является совокупностью МТ, расходящихся радиально от центросомы во все стороны. Кроме МТ, в составе центросферы обнаруживаются микрофиламенты и скелетные фибриллы, которые, очевидно, фиксируют КЦ в определенном районе гиалоплазмы, взаимодействуя с ядерной оболочкой. Универсальным элементом центросомы клеток жизютяых являются центриоли, которые можно рассматривать в качестве самостоятельных немембранных органоидов клетки. В центросоме неделящейся клетки, как правило, находятся 2 центриоли, называемые диплиосомой. Центриоль - это цилиндрическая структура. Основным элементом стенки этого цилиндра являются триплеты МТ, состоящие из трех МТ. Одна из МТ триплета, МТ-А, представляет собой полную МТ, включающую 13 тубулиновых протофиламентов. Вторая МТ, МТ-В, является неполной - содержит 11 протофиламентов и замыкается на стенке, МТ-А. Третья МТ, МТ-С, аналогична по строению МТ-В и взаимодействует с ее стенкой. Вдоль МТ-А расположены парные динеиновые ручки - молекулы динеина, взаимодействующие своими стержневыми доменами со стенкой МТ-А. Формирование цилиндрической структуры центриоли происходит за счет связи между глобулярными доменами одной из пары динеиновых ручек МТ-А одного триплета с МТ-С другого триплета. При таком взаимодействии каждый триплет оказывается расположенным под углом 45° к окружности цилиндра, и 9 триплетов образуют замкнутую стенку этого цилиндра. Нередко и центре цилиндра обнаруживается белковая стержневая структура - ось или втулки, от которой отходят 9 белковых фибрилл -спиц. Каждая спица одним концом закреплена на оси, а другим взаимодействует с внутренним участком соседней спицы, формируя достаточно жесткий внутренний скелет центриоли. При этом каждая из спиц своим внутренним участком связывается с глобулярным доменом одной из пары динеиновых ручек, которая не взаимодействует с соседним триплетом МТ. Ось со спицами локализована не по всей длине цилиндра, а только внутри одного из его концов. Снаружи стенки центриоли покрыты аморфным центриолярным матриксом, к которому прикрепляются центриолярные сателлиты. Каждый сателлит состоит из базальной части, взаимодействующей с центриолярным матриксом, и головки. Именно головка сателлита и выполняет функцию ЦОМТ - здесь сконцентрированы молекулы у-тубулина. В головках сателлитов зафиксированы «-»концы МТ, поэтому рост МТ происходит за счет полимеризации на «+»концах. В диплосоме сателлиты расположены только на одной из центриолей. Таким образом, центросома представляет собой 2 органоида клетки (ЦОМТ и центриоли), связанных между собой структурно. Центриоли способны к удвоению, что происходит перед делением клетки. В этом случае центриоли диплосомы, расположенные перпендикулярно друг другу, расходятся на некоторое расстояние. Рядом с каждой из таких материнских центриолей происходит формирование новой, дочерней центриоли, в результате чего образуются 2 диплосомы. Перед делением клетки происходит не только удвоение центриолей, но и преобразование связанных с ними ЦОМТ. В ходе этого процесса на материнской центриоли с сателлитами происходит их дезинтеграция и образование перицентриолярного гало - аморфного пояска, окружающего центриоль по ее окружности. Во второй диплосоме, материнская центриоль которой не имела сателлитов, сразу формируется перицентриолярное гало. В обеих диплосомах, которые в дальнейшем становятся полюсами деления клетки, перицентриолярные гало выполняют функции ЦОМТ - в них начинается полимеризация МТ, которые входят в состав веретена деления клетки. Поверхностный аппарат ядра. Включает 3 основных элемента, связанных между собой структурно и функционально: ядерную оболочку, поровые комплексы и периферическую плотную паластинку. Ядерная оболочка, или кариолемма, представлена двумя мембранами – наружной и внутренней, между которыми находится перинуклеарное пространство. В некоторых районах участки наружной и внутренней мембран сливаются и формируют поры. Обе мембраны имеют типичное жидкостно-мозаичное строение, различаясь, главным образом, по набору белков. Липидный состав кариолеммы характеризуется низким содержанием холестерола и наличием кардиолипа8на, типичного для внутренней мембраны митохондрий. Среди белков обнаружены разнообразные ферменты, переносчики, рецепторы и причальные белки. Наружная мембрана ядерной оболочки структурно объединена с мембраной шЭПС, являясь фактически ее продолжением. В результате этого перинуклеарное пространство свободно сообщается с полостью шЭПС. Основная функция ядерной оболочки - изоляция генетического материала от цитоплазмы. Это позволяет сконцентрировать его в отдельном мембранном отсеке (компартменте) клетки, эффективно осуществляя и регулируя такие матричные процессы, как репликация и транскрипция. Поскольку кариолемма имеется только в эукариотических клетках, ее существование связано с характерным для эукариот процессингом молекул РНК до их поступления в цитоплазму. Наличие в мембранах ядерной оболочки большого количества различных ферментов свидетельствует о ее активной метаболической функции. Кроме того, наряду с гЭПС и митохондриями, кариолемма участвует в регуляции уровня Са2+ в основной гиалоплазме. ^ (ПК). Они локализованы в порах кариолеммы - участках слияния ее наружной и внутренней мембран, где осуществляют транспорт определенных макромолекул (РНК и белков). Структура ПК разнообразна, особенно в деталях, тем не менее, существует типичный вариант их строения. В данном случае ПК представлен образованием, включающим 17 белковых глобул. 16 из 17 глобул ПК представляют периферические глобулы, формирующие 2 кольцевые структуры (по 8 глобул в каждой). Одно поровое кольцо располагается с наружной стороны поры, другое -- с внутренней. В периферических глобулах имеются гликопротеины с гидрофобными доменами. С помощью этих доменов периферические глобулы ПК фиксируются в мембранах кариолеммы, образующих пору. С периферическими глобулами связаны тонкие белковые фибриллы, локализованные как в основной гиалоплазме, так и в кариоплазме. Кроме периферических глобул, в ПК, как правило, входит и центральная глобула. Этот элемент располагается в центре ПК (поры) и связан с периферическими глобулами тонкими белковыми фибриллами. Особенностью строения центральной глобулы является наличие в ней канала. Главная функция ПК - транспорт определенных биополимеров из ядра В цитоплазму и из цитоплазмы в ядро. Ионы, мелкие и средние органические молекулы, а также олигомеры могут относительно свободно диффундировать через поровое пространство между глобулами или через канал центральной глобулы. Глобулы ПК необходимы для выведеаdия молекул РНК, синтезированных в ядре, в цитоплазму и транслокации определенных белков, синтезированных в цитоплазме, в ядро. ^ ПК содержат комплекс из 8 молекул нуклеопоринов обеспечивает перенос всех тРНК. Центральная глобула ПК необходима для транспорта иРНК. При переносе данных РНК через центральную глобулу происходят определенные варианты процессинга РНК, в частности, ее взаимодействие со специфическими белками. Через ПК из ядра выводятся и рРНК, но уже в составе субъединиц рибосом ПК осуществляют перенос определенных полипептидов из гиалоплазмы в кариоплазму. Такие полипептиды называют нуклеофильными белками. Нуклеофильные белки имеют специальный сигнальный пептид, т.е.белки без него не транспортируются через ПК в ядро. Благодаря этому ПК осуществляет не только транспорт, но и сегрегацию белков, необходимых для функционирования именно в ядерном аппарате. Периферическая плотная пластинка (ППП), или ламина, является элементом поверхностного аппарата ядра, объединяющим его с ядерным матриксом. Ламина состоит из белков ламинов, взаимодействующих между собой и образующих ортогональную сетчатую структуру. Эта ламиновая сеть располагается сплошным слоем под внутренней мембраной кариолеммы, исключая области пор. По своей структуре и свойствам, ламины -относятся к промежуточным филаментам, другие типы которых представлены в цитоплазме и поверхностном аппарате клетки. У млекопитающих обнаружены 3 вида таких белков: ламин А, помин В иламин С. Строение и свойства ламины определяют одну из ее функций - она является основным элементом кариоскелета. Более того, в районе пор ламины взаимодействуют с цитоплазматическими скелетными фибриллами. В результате формируется структурная связь ламины с опорными элементами поверхностного аппарата клетки. Это обеспечивает единство всех скелетных структур клетки. Еще одной функцией ламины является фиксация поровых комплексов в поверхностном аппарате ядра. Это достигается взаимодействием ламинов с периферическими глобулами, по крайней мере, внутреннего кольца комплекса. Существенной функцией ламины является участие в пространственной организации генетического материала. Хотя ламина и представляет собой жесткую скелетную структуру, она можат дезинтегрироваться. В частности, это происходит при переходе клетки к процессу деления и связано с активацией специальных протеинкиназ. Кариоплазма, является универсальным компонентом ядра, аналогичным основной гиалоплазме. Этот компонент ядра представляет собой водный раствор разнообразных ионов и органических молекул, ограниченный ядерной оболочкой. Кариоплазма может рассматриваться в качестве жидкой микросреды, обеспечивающей протекание всех внутриядерных процессов. Качественный состав кариоплазмы сходен с таковым основной гиалоплазмы, что определяется наличием в ядерной оболочке пор значительного диаметра. Через поры происходит двухсторонний свободный транспорт ионов, малых, средних и даже крупных органических соединений, например, низкомолекулярных белков. Кариоплазма содержит все водорастворимые. Специфика белкового состава кариоплазмы определяется набором нуклеофильных белков, транспортируемых из гиалоплазмы через центральную глобулу поровых комплексов. К таким белкам, например, относится нуклеоплазмин ядерный белок-шаперон, необходимый для пространственной организации генетического материала. В кариоплазме обнаружены практически все неорганические ионы. Однако, содержание некоторых отличается от цитоплазматического. В кариоплазме располагаются 2 сложные надмолекулярные структуры: ядерный матрикс и генетический материал ядра. Хроматин, из которого состоят хромосомы, - комплексом ДНК с белками. ДНК хроматина (хромосомы). Именно ДНК является носителем генетической информации - ее определенные участки представляют собой гены. Гены составляют важнейшую часть ДНК, число разных генов у человека оценивается величиной 105. Абсолютное большинство генов представлено уникальными последовательностями ДНК. Такие гены являются матрицами для синтеза иРНК. Определенные гены представлены в ядерной ДНК большим числом копий. Они выявляются во фракции умеренно повторяющихся последовательностей ДНК, встречающихся в отдельных молекулах или полном их наборе 10000 раз. Часть таких генов кодирует структуру белков, например, актинов (до 30 копий гена), тубулинов (15 копий). Другая часть генов, входящих во фракцию “умеренных повторов”, является матрицами для синтеза тРНК и рРНК. Наличие большого числа копий определенных генов, очевидно, объясняется высокими потребностями клетки в отношении продуктов этих генов. Третьей фракцией ДНК хроматина являются высокоповторяющиеся последовательности ДНК, не содержащие генов и названные сателлитной ДНК. Белки хроматина характеризуются структурным и функциональным разнообразием. Их масса в хроматине приблизительно равна массе ДНК, что указывает на важность этого компонента, который выполняет структурную, регуляторную и метаболическую функции. Белки хроматина принято подразделять на 2 фракции: гистоновые негистоновые белки. Гистоновые белки, являются количественно преобладающей белковой фракцией хроматина, специфичной для эукариотических клеток. Все гистоны характеризуются основными (щелочными) свойствами. Известны 5 главных видов гистонов: HI, Н2А, Н2В, НЗ и Н4, - которые в составе хроматина находятся в молярном соотношении 1:2:2:2:2, соответственно. Все гистоны имеют сходную третичную структуру. Она характеризуется наличием гидрофобного глобулярного домена, определяющего способность гистонов взаимодействовать друг с другом. Гистоны представляют собой белки, обеспечивающие структурную организацию (компактизацию) хроматина, влияя и на его функциональную активность(гистон HI). В специализированных клетках, не требующих генетической активности ядра, гистоновый состав хроматина может существенно меняться. Негистоновые белки. Их количественный и качественный состав зависит от типа дифференцировки и уровня метаболической активности клеток. К ним относятся ферменты, обеспечивающие синтез нуклеиновых кислот, химическую модификацию гистонов, регуляторные белки, влияющие на интенсивность синтеза РНК. Формулируются 3 универсальных, уровня пространственной организации хроматина: нуклеосомный, нуклеомерный и хромомерный. Нуклеосомный уровень организации хроматина характеризуется образованием нуклеосом []. Нуклеосома - это комплекс участка молекулы ДНК с белками-гистонами. Коровая частица взаимодействует с участком молекулы ДНКвеличиной 145-146 пар нуклеотидов, который обвивает поверхность сердцевины почти 2 раза []. Такой комплекс участка ДНК с коровой частир6ей называют коровой нуклеосомой. С коровой нуклеосомой связывается одна молекула гистона HI (глобулярным доменом - с сердцевиной, концевыми доменами - с ДНК), в результате чего формируется полная нуклеосома, включающая 9 гистоновых молекул. Межнуклеосомные участки ДНК, не взаимодействующие с коровой частицей, получили название линкерных ДНК. На данном уровне организации хроматиновая нить выглядит в виде ряда бусинок, соединенных нитью (линкерной ДНК). Нуклеосомный уровень не препятствует образованию матрицы для синтеза ДНК и РНК. Нуклеомерный уровень организации хроматина формируется на основе нуклеосомного путем образования нуклеомер. Переход хроматина с нуклеосомного уровня на нуклеомерный осуществляется с помощью гистона HI в составе полной нуклеосомы. Взаимодействие молекул гистона HI соседних нуклеосом по типу “голова к хвосту” приводит к формированию комплекса из нескольких (4-12) нуклеосом (нуклеомерой). Образование нуклеомеры приводит к тому, что участок ДНК,входящий в ее состав, теряет способность быть матрицей в процессах синтеза ДНК и РНК. Таким образом, гистон HI может служить одним из элементов регуляции действия генов (синтеза РНК) путем компактизации и декомпактизации хроматина. Из этого следует, что гистон HI выполняет в составе хроматина не только структурную, но и регуляторную функцию. Хромомерный уровень организации хроматина формируется взаимодействием специфических участков молекулы ДНК хромосом с белками ядерного матрикса с образованием хромомер. Концы каждой петли и нескольких соседних петель фиксируются в одном районе ядерного матрикса, в результате чего образуется “розетка” из нескольких петель, называемая хромомерой. Хромомерный уровень организации хроматина необходим не только для компактизации. С его помощью оптимизируется обеспечение таких матричных процессов, как репликация и транскрипция. Существенно, что нуклеомерный хроматин хромомерной петли может переходить на нуклеосомный уровень организации. Это открывает возможность активной работы определённых генов, локализованных в ДНК петли, без нарушения хромомерной организации хроматина. Ядерный матрикс (ЯМ) является универсальным белковым компонентом ядерного аппарата эукариотических клеток. Его универсальность определяется тем, что он обеспечивает оптимальную пространственную организацию и функционирование генетического материала. В составе ЯМ выделярeт периферический ЯМ и внутренний ЯМ. Периферический ЯМ, или периферическая сеть ЯМ, представляет собой ламину, т.е. один из элементов поверхностного аппарата ядра. Такая ситуация отражает структурное единство данных компонентов ядра. Внутренний ЯМ структурно связан с периферическим (ламиной) и представляет собой сложную систему белковых фибрилл, расположенную во всем объеме кариоплазмы. Большинство белков ЯМ относятся к группе кислых белков. Внутренний ЯМ дифференцирован на 2 зоны: итерхроматиновую сеть ЯМ и ядрышковую сеть ЯМ. Белковый состав интерхроматиновой сети чрезвычайно разнообразен изучен в недостаточной степени. В частности, по этому показателю могу различаться ядра клеток одного и того же многоклеточного организма. Относительно универсальными элементами сети этого типа являются актинаeвые микрофибриллы. Ядрышковая сеть ЯМ, представляет собой зону плотно упакованных фибрилл, состоящих, из основных белков.. Одна из функций ЯМ заключается в том, что он представляет собой элемент кариоскелета. Важной функцией ЯМ является обеспечение определеного пространственного расположения генетического материала (хромосом) в ядре. Белки ядрышковой сети взаимодействуют с участками хромосом,содержащими множество копий генов рибосомальных РНК. Такие участки получили название ядрышкового организатора, который вместе с ядрышковой сетью и созревающими субъединицами рибосом формирует специфическурe субструктуру ядра - ядрышко. Важнейшей функцией ЯМ является регуляторно-метаболическая. Она опредeляется наличием в ЯМ регуляторных белков, связывающих участки ДНК, вкоторых начинаются процессы синтеза ДНК или РНК. Кроме того, на компонентах ЯМ могут фиксироваться ферменты, участвующие в метаболизме ДНК и РНК. Таким образом, ЯМ является важным компонентом ядра, влияющим на функциональную активность генетического материала. Это проявляется в том, что определенные элементы ЯМ развиты сильнее в активно функционирующих клетках, чем в покоящихся, и что по-разному дифференцированные клетки одного организма различаются по спектру белков ЯМ. ТРАНСКРИПЦИЯ Транскрипция - это матричный процесс, в ходе которого в клетке синтезируются разнообразные молекулы РНК. В эукариотических клетках транскриптон содержит ген., в прокариотических - оперон. Инициация транскрипции осуществляется путем взаимодействия транскрипционных факторов инициации (ТФи) с элементом Ини -промотором. Среди ТФи всегда имеется белок, непосредственно связывающий участок промотора - промотор-связывающий белок (ПСБ). Присоединение ТФи к промотору обеспечивает взаимодействие с ним и ПОЛ, которая образует комплекс ФИТ-ПОЛ. Комплекс ТФи-Пол обладает геликазной активностью, т.е. способен к локальной деспирализации дцДНК с разрывом водородных связей. Благодаря этому на этапе инициации транскрипции в области промотора формируется транкрипционный глазок, аналогичный репликативному. В результате образуются 2 комплементарных района оцДНК, которые ПОЛ может использовать в качестве матриц синтеза РНК []. Структура ТФи и ПОЛ таковы, что транскрипция осуществляется только в одном направлении от промотора - транскрипционный глазок имеет всего одну вилку транскрипции. Благодаря этому матрицей синтеза РНК служит одна из двух комплементарных оцДНК. Эту цепь ДНК репликона называют смысловой цепью. Таким образом, особенности инициации синтеза РНК определяют то, что в каждом транскриптоне смысловой цепью всегда является одна и та же оцДНК. Промотор выполняет не только функцию присоединения ПОЛ к Пни. Нуклеотид начала ДНК называют точкой начала транскрипции и обозначают символом +1. Особенностью большинства промоторов является наличие в них короткой последовательности нуклеотидов, содержащей высокий процент А-Т-пар. Элонгация транскрипции происходит путем последовательного присоединения отдельных рибонуклеотидов к 3'-концу РНК-копии. Этот процес осуществляется с помощью РНК-ПОЛ При элонгации в транскрипционном глазке образуется гибридная двухцепочечная нуклеиновая кислота, одна цепь которой (матрица) представлена ДНК, а другая (копия) - РНК. Такой гетеродуплекс неустойчив в присутствии оцДНК. Терминация транскрипции происходит в Тер (терминаторе) -фланговом участке транскриптона, имеющем специфическую последовательность нуклеотидов. Именно эта последовательность служит сигналом терминации, после которого ПОЛ теряет свою геликазную и, как следствие, полимеразную активность. Механизмы терманации синтеза РНК изучены недостаточно, что объясняется, в частности, существованием разнообразных по структуре Тер. В большинстве случаев прекращение синтеза РНК осуществляется с помощью белковых транскрипционных факторов терминации (ТФт). Некоторые ТФт взаимодействуют со специфическими последовательностями 3'-конца РНК, комплементарного смысловой цепи Тер. Другие ТФт. связываются непосредственно с определенными участками дцДНК Тер. Наконец, нельзя исключить возможность того, что существуют ТФт, инактивирующие ТФэ- антитерминирующие факторы ПОЛ. Известны, по крайней мере, 2 вида Тер - олигоадениловые и па-линдромные. Механизмы транскрипции у прокариот и эукариот не имеют принципиальнрbхотличий. Прокариоты характеризуются наличием одной универсальной трааdскрипционной ПОЛ, и несколькими вариантами ТФц, который у бактерий называют а-фактором. Благодаря этому ПОЛ моа6ет взаимодействовать с Ини, отличающимися элементами промотора. У эукариот обнаружено 4 разных Иии: Ини1, ИниП, ИниШ к Ини1-IIA. Ини1 входит в состав транскриптонов, несущих информацию о структуре 45S-pPHK. ИниП является элементом транскриптонов, с которых “считываются” все иРНК и большанство мяРНК. ИниШ находится в транскриптонах всех тРНК, а ИниI-IIA - 58-рРНК. Синтез РНК в соответствующих транскриптонах начинается с участием специфических наборов ТФи: ТФц1, ТФиП и ТФиШ. Эукариоты имеют 3 различных транскрипционных РНК-ПОЛ: ПОЛ1, ПОЛИ и ПОЛИ1. ПОЛ1 взаимодействует с Ини1, ПОЛП - Ини II, ПОЛШ - ИниШ и ИниША. Ини11, с которым взаимодействует ПОЛП, содержит универсальный промоторный элемент - последовательность ТАТААА (несмысловая цепь). Именно ТАТА-бокс определяет точку начала синтеза РНК в матричной части транскриптона. Если этого элемента в Ини11 нет, транскрипция иРНК может начинаться с различных, хотя и близких, нуклеотидов матрицы. Инициация синтеза 458-рРНК с помощью ПОЛ1 осуществляется способом, сходным для ПОЛП. Промотор ИниП содержит 2 специфических последовательности, разделенных участком ДНК. Одна из них — центральный элемент промотора (ЦЭП) - расположена в области начала транскрипции, адругая - дистальный элемент промотора (ДЭП) - локализована вне матрицы транскриптона. Инициация транскрипции ПОЛШ имеет свои особенности - некоторые элементы ИниШ и ИниША расположены в матричной зоне транскриптонов. В составе транскриптонов с ИниШ, несущих информацию о структуре тРНК, обнаружены 2 специфические последовательности - бокс А и бокс В. С боксами А и В связывается очень крупный ТФШС. С проксимальным доменом этого фактора взаимодействует ТФП1В, содержащий ТСБ – универсальный для ТФи всех ПОЛ белок, который оказывается вне матрицы транскриптона. После этого к комплексу ТФи присоединяется ПОЛШ. Благодаря этому оба бокса являются частью матрицы синтеза тРНК. Транскриптоны с ИниША, включающие матрюды для 58--рРНК, содержат бокс С - последовательность нуклеотидов, расположенную внутри матрицы транскриптона . В ходе инициации бокс С связывается ТФША, после чего к этому фактору присоединяется ТФШС, участвующий и в инициации синтеза тРНК. Дальнейшие события инициации повторяют таковые для ИниШ - с ТФШС взаимодействуют ТФШВ и ПОЛШ. ^ Молекулы 5S рРНК после своего синтеза ПОЛИН практически не изаcеняются. Они взаимодействуют в ядрышке с рибосомальными белками и в составе большой субъединицы рибосомы выводятся через поровые комплексы из нуклеоплазма в основную гиалоплазму. Молекулы 45S рРНК с помощью нуклеаз сначала укорачиваются по 5'-концу, а затем расщепляются на 2 неравных фрагмента. Более короткий 20S-фрагмент уменьшается за счет гидролиза своего 3'-конца и формирует зрелую 18S рРНК, которая в ядрышке взаимодействует с рибосомальными белками, образует малую субъединицу рибосомы и выводится из ядра через поровые комплексы. Более крупный 328-фрагмент расщепляется на 2 неравных, один из которых представляет собой зрелую 28S рРНК. 7S-фрагмет укорачивается по 5'-концу и становится зрелой 5.8S рРНК, связывающейся комплементарно с участком 28S рРНК. Этот комплекс взаимодействует в ядрышке с рибосомальными белками и в составе большой субъединицы рибосомы, содержащей и 5S рРНК, транспортируется в основную гиалоплазму. Молекулы тРНК после синтеза их ГЮЛШ формируют специфическую вторичную структуру, называемую “клеверным листом”, за счет водородных связей между комплементарными нустеотидами. Эта структура характеризуется наличием участков оцРНК на обоих концах и трех “шпилек” (центральной и двух боковых), образованных участками диРНК. Процессингу подвергаются оба конца тРНК - они укорачиваются. От 5'-конца отщепляется весь одноцепочечный участок - точкой расщепления служит связь между последним нуклеотидом оцРНК и первым нуклеотадом дцРНК. Эта реакция осуществляется с помощью специфической эндорибонуклеазы - РНКазы. 3'-конец незрелой тРНК укорачивается с помощью неспецифической 3"-экзонуклеазы (РНКазы D), которая последовательно удаляет по одному нуклеотиду до тех пор, пока на 3'-конце не остается 1 нуклеотид, не входящий в дцРНК. После этого с помощью соответствующих нуклеотидилтрансфераз к укороченному 3'-концу присоединяются поэтапно 3 нуклсотида: 2 цитидиловых и 1 адениловый. В результате все зрелые тРНК имеют универсальный тринуклеотидный 3'-конец -ЦЦА. Имение к гидроксилу рибозы аденилового нуклеотида в дальнейшем присоединяется транспортируемая АК. “Клеверная” конформация тРНК не является ее окончательной третичной структурой. В результате зрелая тРНК приобретает L-образную структуру, на одном конце которой расположен антикодон, а на другом - оцРНК 3'-конца с универсальным тринуклеотидом ЦЦА. После созревания молекулы тРНК с помощью периферических глобул порового комплекса выводятся из кариоплазмы в гиалоплазму. Молекулы иРНК эукариот подвергаются в ядре нескольким вариантам процессинга: кэпированию 5'-конца, укорочению и полиаденилированию 3'-конца, взаимодействию с информатинами и сплайсингу. В результате процессинга зрелая иРНК содержит 3 функциональных района: лидерный, матричный и трейлерный. Незрелые иРНК, которые называют пре-иРНК, начинают синтезироваться ПОЛП со своего 5'-конца. Благодаря этому существует возможность расщепления данного конца РНК с помощью неспецифических 5'-нуклеаз еще до завершения синтеза молекулы. Эта опасность предотвращается специфической модификацией 5'-конца пре-иРНК - его кэпированием. Кэпирование представляет собой нестандартное ковалентное присоединение гуанозинтрифосфата (ГТФ) к первому 5'-нуклеотиду пре-иРНК и метилирование нового концевого нуклеотида по гуанину. Благодаря кэпированию 5'-конец пре-иРНК становится фактически 3'-концом, не доступным действию 5'-нуклеаз. Кроме того, метилирование гуанина существенно затрудняет удаление кэпа и 3'-нуклеазами. Т.о., кэпирование 5'-конца пре-иРНК увеличивает ее стабилрcность Вторым вариантом процессинга пре-и-РНК является ее взаимодействие с информоферами — белковыми глобулами. Третьим видом процессинга пре-иРНК является модификация 3'-конца - его расщепление и полиаденилирование. Оба варианта модификации связаны структурно и функционально - точка расщепления одновременно представляет собой и точку полиаденилирования. Благодаря этому 2 смежных нуклеотида 3'-конца, между которыми разрывается ковалентная фосфодиэфирная связь, называют сайтом расщепления и полиаденилирования (СРП). Сплайсинг является еще одним вариантом процессинга пре-иРНК эукариот. Такую модификащоо проходят и незрелые тРНК, однако, механизмы сплайсинга этих видов РНК имеют существенные различия. В ходе сплайсинга пре-нРНК из нее удаляются определенные внутренние участки - интроны. Оставшиеся фрагменты исходной молекулы - экзоны — ковалентно соединяются и образуют зрелую иРНК, которая оказывается значительно короче исходной пре-иРНК. Сплайсинг' пре-иРНК происходит в рибонуклеосомах - участках РНК, находящихся в комплексе с информоферами. Если рибонуклеосомы не образуются, удаления интронов не происходит. Сам процесс сплайсинга обеспечивается комплексом рибонуклеопротеидных частиц, в которых находятся мяРНК. Взаимодействуя с рибонуклеосомой, эти РНП-частицы формируют сплапсосому. После завершения сплайсинга, масштабы которого зависят от числа интронов в пре-иРНК и, соответственно, количества рибонуклеосом происходит транспорт зрелой иРНК из ядра в цитоплазму через центральную глобулу перового комплекса. Не исключено, что эта глобула принимает участие и в самомпроцессинге пре-иРНК. В ходе транспорта иРНК происходит диссоция информофер -они распадаются на отдельные молекулы информатинов, которые остаются в нуклеоплазме. Таким образом, на завершающем этапе процессинга иРНК теряет свою рибонуклеосомную организацию. ^ Среди спонтанных повреждений ДНК наиболее частым является апуринизация. Это изменение представляет собой утрату пуринового основания (А или Г) из состава соответствующих нуклеотидов. В результате апуринюации цегш ДНК остаются структурно целостными (фосфодиэфирные связимежду нуклеотидами сохраняются), но возникает апури новый сайт -“нуклеотид” без пуринового основания. При использовании цепи ДНК с апуриновым сайтом в качестве матрицы репаbикации происходит блокирование активности ДНК-ПОЛ. Так как они работают по правилу комплементарности, отсутствие в матрице азотистого основания вызывает остановку репликации в aпуриновом сайте. Виды репарации классифицируют по различным критериям . В частности, различают конститутивную репарацию и индуцибельную репарацию. Конститутивная репарация характеризуется постоянным наличием в клетке соответствующих ферментов репарации, т.е. не требует их специального синтеза при возникновении повреждений ДНК. При индуцибельной репарации повреждения ДНК стимулируют активацию генов и, соответственно, синтез белков, которые участвуют в этом виде репарации. Конститутивную репарацию подразделяют на реактивационную, эксцизионную и рекомбинационную. При реактивационной репарации происходит одноэтапное восстановление исходной структуры измененной ДНК. Эксцизионная репарация включает более одного этапа, одним из которых является эксцизия (удаление) поврежденных нуклеотидов, Рекомбинационная репарация начинается с рекомбинации - обмена участками оцДНК между измененной и неизмененной молекулами диДНК. Поскольку две идентичных молекулы ДНК, необходимые для обмена, образуются после репликации, рекомбинационную репарацию называют также пострепликативной репарацией. Реактивационная репарация (реактивация) может осуществляться не_1колькими механизмами в зависимости от типа повреждений ДНК. Один из ввдоа2 реактивации происходит только на свету - требует участия видимой р7асти спектра света. Он получил название световой репарации, или фаeтореактивации. Все остальные виды репарации являются фотонезависимыми и объединяются в группу темповой репарации. Фотореактивация предназначена для восстановления повреждений, которые вызываются преимущественно ультрафиолетом, - пиримидиновых димеров (димеров гпимина). Она осуществляется с помощью фотолиазы, активируемой видимым светом и катализирующей разрыв ковалентных связей между тиминовыми основаниями в димере, образующемся после действия ультрафиолетовых лучей на ДНК. В результате этого восстанавливается исходная структура ДНК -димер трансформируется в 2 нормальных мономера тимина. Темновая реактивация может осуществляться, по крайней мере, тремя механизмами (в зависимости от типа повреждения ДНК). ^ (“нуклеотиды” с удаленным пурином) репарируются с помощью пуриновых ДНК-инсертаз. Данные ферменты осуществляют вставку (инсерцию) отсутствующего в алуриновом сайте азотистого основания по правилу комплементарности. В результате этого восстанавливаетсяисходная структура нуклеотида и конформация соответствующего участка ДНК. Эксцизионная репарация характеризуется тем, что в ходе ее осущест_2ления происходит эксцизия (удаление, вырезание) измененного участкаДНК. Этот процесс в большинстве случаев включает действие эндонуклеаз - ферментов, катализирующих разрыв фосфодиэфирных связей между нуклеотидами в районе повреждения. Простая эксцизия не требует участия эндонуклеаз и осуществляется на основе удаления измененных пуриновыхоснований без разрыва фосфодиэфир1-ых связей ДНК. Этот механизм репарар6ии обеспечивается существованием в клетках ДНК-Н-гликозилаз, катализирующих гидролиз гликозидной связи между дезоксирибозой и модифицированным азотистым основанием. Сложная эксцизия происходит с участием ДНК-эндонуклеаз и может осуществляться несколькими механизмами. Один из них реализуется после действия ДНК-Н-гликозилаз. В этом случае участок ДНК без азотистого основания является субстратом специфичных к нему АП'-эндонуклеаз - апурин-апиримидиновых эндонуклеаз, катализирующих разрыв фосфодиэфирной связи между измененным и соседним нуклео гидами. Примером наследственного дефекта эксцизионной репарации является синдром Луи-Бар (атаксия телеангиэктазня). Причина этой болезни - аномалии "у-эндонуклеазы, участвующей в восстановлении повреждений, вызываемых у-облучением. Заболевание характеризуется нарушениями функций мозжечка (атаксией) и иммунной системы (дефицитом определенных антител - иммуноглобулинов А). У больных с высокой вероятностью возникают разнообразные опухоли. Часть повреждений ДНК не успевает репарироваться путем реактивации или эксздзии до репликации (например, в случае большого числа повреждений).Такие нарушения могут исправляться с помощью конститутивной темновой рекомбинационной (пострепликативной) репарации Так как ДНК-ПОЛ не способны использовать поврежденный участок в качестве матрицы, при репликации напротив повреждения образуется одноцепочечная брешь. ОцДНК этой бреши связывается специальным РЕК-белком, индуцирующим рекомбинацию (обмен) районов ДНК между поврежденной и неповрежденной копиями. В результате этого исходное нарушение и брешь оказываются в разных молекулах ДНК, образовавшихся после репликации, и могут репарироваться с помощью реактивации-эксцизии (повреждение)или сразу ДНК-ПОЛр и ДНК-лигазой (брешь). РЕК-белок связывает одноцепочечные концы бреши и обеспечивает их комлементарное взаимодействие с оцДНК неповрежденной дцДНК. SOS-репарация индуцируется РЕК-белком, функционирующим и в паeсгрепликативной репарации. Этот белок активируется оцДНК брешей и связывается с репрессором SOS-генов, который является а-топротеазой. Взаимодействие репрессора с РЕК-белком вызывает саморасщепление первого и освобождение промоторов SOS-генов. В результате активации 1ранскрипции в клетке появляются SOS-белки, которые взаимодействуют с ДНК-ПОЛ. Это приводит к тому, что ПОЛ приобретают способность использовать поврежденную оцДНК в качестве матрицы. В результате одноцепочечные бреши в копии при репликации не образуются, и опасность фрагментации ДНК устраняется. Действие SOS-белков проявляется в подавлении принципа комплементарности, по которому работают ДНК-ПОЛ в норме. Благодаря этому ПОЛ в районе повреждения матрицы удлиняют 3 -конец копии любыми нуклзотидами. В итоге копия, образовавшаяся на поврежденном участке, имеет измененную последовательность нуклеотидов -мутации типа замены, вставкиили выпадения нуклеотидов. Таким образом, предотвращая фрагментацию ДНК, SOS-репарация генерирует менее опасные с точки зрения выживаемости изменения ДНК – генные мутации. Благодаря этому данный механизм восстановления повреждений называют мутагенной репарацией, или склонной к ошибкам репарацией. Регуляция на посттранск.ур-не Осущ на уровне процессинга РНК. Может осущест. 1)Альтернативная деградация. Она происходит в мотивах нестабильности (АУУУА). Пример: рецептор трансферина(перенос FeII) 2)Альтернативный сплайсинг. С одной РНК обр много разных иРНК. Алт.сп. могут подверг и некодир уч. Пример: CYP 19(цитохр Р450) кодир ароматозы. 3)Алт. Редоктир. Врезультате возможно появление стоп кадона. Пример: Na+-Ca2+-каналов, где то только проводится Na. Регул на трансляц ур-не Осущ на стадии инициации трансляции. Путём образов информасом. С ДНК реагир белок кот не позволяет соед с рибосомой. Пример: большое обр иформосом происходит в оогенезе. В крови цирк бел трансферин, кот связыв Fe при избытке ферротрансферин. Гем(FeII) + Гемин(FeIII) + ГКИ - ИФ2 + трансляция + глобин + Гем(FeII) - Гемин(FeIII) - ГКИ + ИФ2 - трансляция - глобин – (ГКИ-ген контр ингибир) Регуляция на посттрансляционном ур-не Альтернатив. Процессинг белка 1)Альтерн деград белка (CYP2E1(цит Р450)) участв в окислеие этанола. Если в кл нет этанола, то белок разрушается. 2)Альтерн процесс на ур-не протеолиза. В аденогипофизе проопиомеланокартин ращипл на В-липотроп гарм, АКТГ. |
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Похожие:
База данных защищена авторским правом ©MedZnate 2000-2016
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям