БИОХИМИЯ - Л. Страйер - 1984

ТОМ 3

Часть IV ИНФОРМАЦИЯ

ГЛАВА 29. ЭУКАРИОТИЧЕСКИЕ ХРОМОСОМЫ И ВЫРАЖЕНИЕ ГЕНОВ У ЭУКАРИОТ

Заключение

Эукариотическая хромосома содержит одну молекулу двухспиральной ДНК, которая по крайней мере в 100 раз длиннее, чем молекулы ДНК в клетках прокариот. ДНК прочно связана с основными белками, которые называются гистонами. Хроматиновая нить представляет собой гибкую цепь нуклеосом. «Ядро» этого повторяющегося элемента (минимальная нуклеосома, кор) содержит фрагмент ДНК длиной 140 пар оснований, накрученный на октамер гистонов, в состав которого входят по две молекулы гистонов Н2А, Н2В, Н3 и Н4. Минимальные нуклео- сомы соединены между собой линкерной ДНК, длина которой обычно составляет 60 пар оснований, связанной с одной молекулой гистона H1. Благодаря нуклеосомам ДНК может укорачиваться в семь раз. Это - первый уровень конденсации ДНК. Эукариотическая ДНК реплицируется полуконсервативным путем и наполовину непрерывно (т.е. получает по одной из родительских цепей), причем репликация начинается в нескольких тысячах мест. Большое число точек инициации обусловлено огромной длиной эукариотической ДНК по сравнению с прокариотической.

Кинетика реассоциации денатурированной нагреванием ДНК показывает, что эукариотическая ДНК в отличие от прокариотической содержит много повторяющихся последовательностей оснований ДНК с большим числом повторов (сателлитная ДНК) обычно расположена вблизи от центромер. Некоторые сателлитные ДНК представляют собой гептануклеотидную последовательность, повторенную более 10⁴ раз. Другая фракция ДНК с умеренным числом повторов. В геноме многих эукариот гены рибосомных РНК и гистонов присутствуют в количестве десятков или сотен копий. Большая часть ДНК с умеренным числом повторов играет, по-видимому, какую-то регуляторную роль. Третья фракция - уникальная ДНК. Она состоит из последовательностей, которые встречаются в гаплоидном геноме только один или несколько раз. Многие из таких белков, как фиброин шелка, гемоглобин и овальбумин, кодируются уникальными генами. Эти гены дают большие количества стабильной мРНК. Уникальные последовательности обычно перемежаются с умеренно повторяющимися последовательностями. Кроме того, для высших эукариот характерно наличие вставочных последовательностей во многих генах, кодирующих белки.

РНК в эукариотических клетках синтезируется тремя типами РНК-полимераз. Первичные транскрипты претерпевают существенные изменения, прежде чем они перейдут из ядра в цитозоль в виде зрелых молекул рРНК, тРНК и мРНК. Информационные РНК получаются из гораздо более длинных первичных транскриптов (гяРНК) путем расщепления и воссоединения фрагментов. Эукариотическая информационная РНК имеет на 5'-конце «колпачок» и на 3'-конце обычно длинную роly(А)-последовательность. Единственный транслируемый участок мРНК обрамлен некодирующими последовательностями, иногда очень длинными. Набор мРНК в эукариотической клетке зависит от избирательного процессинга первичных транскриптов, а также от скорости транскрипции различных генов. Регуляция на уровне трансляции, по-видимому, играет менее важную роль при детерминировании набора белков, синтезируемых каждой данной клеткой. 80S-рибосома эукариот состоит из 60S- и 40S-субчастиц. Как и у прокариот, у эукариот имеется особая инициаторная тРНК, но она не формилирована. Инициация у эукариот регулируется каскадом протеинкиназ, инактивирующих один из факторов инициации (eIF-2). Митохондрии и хлоропласты содержат собственную ДНК, которая не связана с гистонами. Синтез белка в этих органеллах напоминает синтез белка у бактерий.

Секреторные и мембранные белки синтезируются рибосомами, связанными с эндоплазматическим ретикулумом. Многие из этих белков содержат сильно гидрофобную N-концевую последовательность, которая служит сигналом для прикрепления рибосомы к мембране ЭР. Затем синтезирующаяся полипептидная цепь активно протягивается через мембрану ЭР, а сигнальная последовательность отщепляется на внутренней стороне. Почти ко всем белкам, синтезированным на связанных с мембранами полисомах, ковалентно присоединяется один или несколько углеводных остатков. В ЭР происходит перенос универсального олигосахаридного блока с активированного донора долихола на специфическую аспарагиновую боковую цепь. Гликопротеины переносятся из ЭР в аппарат Гольджи в окаймленных пузырьках. Эти пузырьки, покрытые клатрином, участвуют во многих процессах обмена между мембранными структурами. В аппарате Гольджи происходит укорачивание и окончательное гликозилирование олигосахаридных остатков. Кроме того, здесь гликопротеины сортируются и отправляются по назначению. Углеводные остатки, по-видимому, играют важную роль в этом процессе сортировки.