Тирозин Треонин Фенилаланин Триптофан Цистеин 2 страница

Иногда ошибки в виде тиминовых димеров, а также некоторые другие не исправляются описанным образом. В таких случаях включается механизм пост(после)репликативной репарации, в основе которого лежит рекомбинация фрагментов молекул ДНК (рис. 2-30). Механизм пострепликативной репарации лишен специфичности в том смысле, что в нем отсутствует момент узнавания повреждения. По существу, речь идет о возможности репликации на матрице поврежденной молекулы ДНК без удаления повреждения. Ошибка в нуклеотидной последовательности вновь образованной биспирали ДНК, таким образом, сохраняется, но может быть удалена в последующем с использованием эксцизионного (см. здесь же, выше) механизма.

Рис. 2-30. Пострепликативная репарация ДНК (схема).

Процессы молекулярной репарации ДНК важны для обеспечения нормальной жизнедеятельности, о чем свидетельствуют серьезные с точки зрения нарушения здоровья людей фенотипические изменения в случае мутаций по соответствующим сайтам (генам). Классический пример — заболевание пигментная ксеродерма или XP (xeroderma pigmentosum: греч., xērós — сухой, derma — кожа; лат., pigmentum — краска). У пациентов наблюдается повышенная чувствительность к солнечному (более точно, УФ) свету, что клинически проявляется в увеличении частоты развития рака слизистой оболочки полости рта в 20 тыс. раз, сокращении длительности жизни и др. Для названного наследственного заболевания характерен аутосомно-рецессивный тип наследования. Установлено несколько генетических форм заболевания (феномен генокопирования, см. 4.3.1.1). Все они связаны с мутациями, то есть с функциональной «дефектностью» генов (нуклеотидных последовательностей, сайтов), участвующих в контроле процессов репарации повреждений макромолекул (цепей) ДНК ультрафиолетовым светом. Предположительно при отдельных формах нарушено распознавание поврежденного участка, его эксцизия, механизм пост(после)репликативной репарации и др.

Если клетка попадает в крайне неблагоприятные условия, количество повреждений ДНК может достичь таких величин, что обычные механизмы репарации не справляются с их коррекцией. В подобных ситуациях активируется «аварийная» группа ДНК-репарирующих индуцибильных (в данном случае, активируемых обстоятельствами) ферментов SOS -системы (англ., «S ave O ur S euls» или «Спасите наши души» — международный сигнал бедствия на море и в воздухе). Особенность функционирования SOS -системы заключается в том, что восстановление целостности поврежденных молекул ДНК происходит в срочном порядке без соблюдения правила комплементарности, вследствие чего по завершении процесса в таких молекулах обнаруживается значительное число «свежих» мутаций. При очень высоком количестве повреждений блокируется репликация ДНК и, как следствие, прохождение клеткой митотического цикла. Функционально-биологический смысл блока состоит в том, что клетка не делится и, следовательно, передачи в ряду поколений искаженной в связи с повреждениями ДНК информации не происходит.

Описанные выше способы коррекции и восстановления ДНК-текстов в случае искажения, назовем их активными, дополняются генетическими механизмами, блокирующими или снижающими неблагоприятные фенотипические последствия искажений, если они произошли и не были исправлены. Так, благодаря диплоидности эукариотических клеток измененные (мутировавшие) гены, если они проявляют свойство рецессивности, в гетерозиготах в формировании фенотипа не участвуют и, следовательно, не подпадая под действие естественного отбора, сохраняются в гено(аллело)фондах популяций. Свой вклад в минимизацию неблагоприятных фенотипических последствий нарушений в нуклеотидных последовательностях ДНК, состоящих в замене отдельных нуклеотидов, вносит вырожденность генетического кода (см. 2.4.5.2). Уместно вспомнить также явление экстракопирования генов, которые обусловливают контроль жизненно важных клеточных функций, в частности, кодирующих рРНК, тРНК, гистоны (см. 2.4.3.3). Механизмы такого рода можно назвать естественными антимутационными.

2.4.5.4. Внутриклеточное движение биологической (генетической) информации. Необходимые условия

Генетическая информация ДНК хромосом в обеспечении процессов жизнедеятельности клеток непосредственно не участвует. Механизмом актуализации этой информации является внутриклеточное образование белковых молекул с присущими им биокаталитической (ферментной), структурной, транспортной, рецепторной, сигнальной и другими функциями. Роль посредника, в задачу которого входит «перевод» наследственной информации с языка нуклеотидных последовательностей ДНК на язык аминокислотных последовательностей белков (полипептидов), играют рибонуклеиновые кислоты.

В клетке присутствует значительное число разновидностей РНК, принимающих участие во многих жизненно важных процессах. Ранее мы познакомились с РНК-праймерами (см. 2.4.5.3), запускающими репликацию ДНК, и snoRNA ядрышек (см. 2.4.3.3). Далее у нас будет возможность познакомиться с малыми интенферирующими РНК (см. 8.2.5.2), блокирующими образование определенных белков путем взаимодействия с и(м)РНК (на уровне трансляции). Предположительно эти же РНК могут подавлять экспрессию генов на уровне ДНК, влияя на структуру хроматина.

В отличие от ДНК, макромолекулы рибонуклеиновых кислот представлены единичной полинуклеотидной цепью, по ходу которой, однако, нередко и закономерно образуются двуцепочечные участки. Так, в молекулах транспортных РНК, наряду с 5-ю одноцепочечными участками, имеется 4 двуцепочечных.

Полинуклеотидная цепь РНК построена из четырех видов нуклеотидов. Каждый из них представлен пятиуглеродным сахаром рибозой, одним из четырех азотистых оснований (аденин, гуанин, цитозин, урацил) и остатком фосфорной кислоты. Таким образом, отличия между ДНК и РНК касаются сахара (дезоксирибоза/рибоза) и одного из 4-х азотистых оснований (тимин/урацил). Все РНК образуются на молекулах ДНК при участии ферментов РНК-полимераз с соблюдением правила комплементарности: адениловому нуклеотиду ДНК соответствует уридиловый нуклеотид РНК, цитидиловому — гуаниловый и гуаниловому — цитидиловый. В молекулах РНК встречаются химически модифицированные (неканонические) нуклеотиды (см. здесь же ниже: инозин антикодонов транспортных РНК). Их количество, как правило, невелико (минорные нуклеотиды), но в аланиновой тРНК на их долю приходится 13%.

В отличие от репликации, когда обе полинуклеотидных макромолекулы (цепи) двойной спирали ДНК функционируют в качестве матриц, матрицей для образования РНК служит одна (матричная) полинуклеотидная макромолекула (цепь), комплементарная второй (кодогенной) макромолекуле (цепи), на которой, собственно, и расположены гены (рис. 2-31, но см. также 2.4.5.2). Таким образом, процесс транскрипции является асимметричным. Особенность матричной цепи ДНК состоит в том, что на ней формируется открытый для РНК-полимеразы 3́-конец.

Рис. 2-31. Образование и(м)РНК на матричной цепи биспирали ДНК.

На рис. 2-31 видно, что с учетом замены тимидиловых (Т) нуклеотидов на уридиловые (У) последовательность кодонов и(м)РНК идентична последовательности триплетов кодогенной макромолекулы (цепи) биспирали ДНК.

В биосинтезе белков в эукариотических клетках непосредственно задействованы три типа РНК: информационная (матричная), или и (м) РНК, рибосомные, или рРНК, и транспортные, или тРНК. Соответственно, в этих клетках имеется три РНК-полимеразы — I, II и III. РНК-полимераза I участвует в синтезе молекулы-предшественницы пре-рРНК, РНК-полимераза II — ключевой фермент в транскрипции структурных (смысловых, транскрибируемых и транслируемых, эукспрессируемых) генов, кодирующих аминокислотные последовательности белков, а также нуклеотидные последовательности sno РНК и некоторых snRNA (англ., s mall n uclear RNA или малых ядерных РНК, см. здесь же ниже). РНК-полимераза III участвует в транскрипции генов тРНК, некоторых snRNA и других преимущественно низкомолекулярных видов РНК. Отдельные РНК-полимеразы эукариот различают «свои» промоторы, чем объясняется транскрибирование ими разных видов РНК.

В прокариотических клетках функционирует одна РНК-полимераза. В стартовый мультибелковый ферментный комплекс входит диссоциируемая субъединица — фактор s. Этот фактор находит нуклеотидную последовательность ДНК (промотор), создающую условия для начала синтеза РНК, обеспечивает, присоединяясь к ДНК, расхождение цепей биспирали на коротком протяжении и на одной из цепей строит РНК-олигонуклеотид длиной порядка 10 нуклеотидов. В этот момент фактор s «покидает» стартовый комплекс, а процесс транскрипции при участии РНК-полимеразы переходит в фазу элонгации (наращивания) строящейся молекулы РНК путем последовательного присоединения на ее 3́-конце рибонуклеотидтрифосфатов-предшественников. Процесс продолжается до момента, когда фермент, следующий вдоль матричной цепи ДНК, достигает кодона-терминатора.

Ориентированный на обеспечение общеклеточных и специальных функций внутриклеточный трафик биоинформации — многоступенчатый процесс. В нем выделяют перенос (транскрипция) информации, записанной в нуклеотидных последовательностях (сайтах, генах) ДНК, на пре-и (м) РНК транскрипт, его пост (после) транскрипционные изменения, включающие процессинг пре-и(м)РНК транскрипта с образованием зрелой и (м) РНК, «выбраковку» и (м) РНК с ошибками (см. 2.4.5.7), транспорт и (м) РНК в цитоплазму, перенос (трансляция) с нее информации в процессе сборки на рибосомах (полисомах) полипептидов, их пост (после) трансляционные изменения, предусматривающие «выбраковку» дефектных полипептидов, транспорт белков в соответствующие внутриклеточные структуры или выведение их из клетки, образование вторичной, третичной (фолдинг) структуры белковых молекул и надмолекулярных мультимерных белковых комплексов (четвертичная структура). Одновременно на рДНК (см. здесь же ниже) синтезируются молекулы пре-рРНК транскрипта, происходит их процессинг, транспортировка в цитоплазму с образованием там рибосом. Для того чтобы процесс трансляции пошел, необходимы также сервисные и регуляторные факторы (главным образом, белковые), ферменты, низкомолекулярные предшественницы-аминокислоты, набор необходимых тРНК. Процесс транскрипции, процессинга и ядерно-цитоплазматического транспорта и(м)РНК рассмотрен в деталях ниже (см. 2.4.5.5).

У эукариот образование рРНК (см. 2.4.3.3) происходит в зоне расположения кластеров соответствующих генов (рДНК, ядрышковые организаторы) одним блоком (45 S пре-РНК транскрипт) и катализируется ферментом РНК-полимеразой I. В результате процессинга пре-рРНК транскрипта образуются молекулы 28 S, 18 S и 5,8 S рРНК (см. рис. 2-20). Гены 5 S рРНК транскрибируются отдельно ферментом РНК-полимеразой III. Особенностью рибосомных РНК является их относительное богатство гуаниловыми и цитидиловыми нуклеотидами. Во вторичной структуре рРНК много двухцепочечных участков и петель.

Транспортные РНК или тРНК — это небольших размеров (не более 100 нуклеотидов, наиболее часто — 76) молекулы, напоминающие по форме в схематическом изображении клеверный лист (рис. 2-32). «Стебли» с петлями образуются благодаря внутреннему спариванию азотистых оснований. В функциональном отношении наиболее важны участки: 3'-ЦЦА («гибкая рука») или акцепторный, к которому присоединяется аминокислота, и антикодоновый или триплет неспаренных нуклеотидов, спаривающийся с кодоном и(м)РНК.

Рис. 2-32. Структура тРНК (клеверный лист) в схематичном изображении.

Специфическое соединение («зарядка») тРНК со «своей» аминокислотой происходит в два этапа (рис. 2-33). На первом аминокислота взаимодействует с АТФ. Итогом является ее активация, то есть переход в высоко энергизированное состояние. На втором этапе такая аминокислота при участии фермента аминоацил-тРНК-синтетазы присоединяется к 3́-концу (акцепторному) тРНК с образованием аминоацил-тРНК или аа-тРНК. В этой форме аминокислота готова к участию в процессе трансляции.

Рис. 2-33. Образование аминоацил-тРНК.

Так как количество смысловых кодонов для отдельных аминокислот равно 61, логично предположить, что число разных тРНК такое же. На самом деле количество тРНК, хотя и выражается десятками (порядка 40 тРНК задействовано в биосинтезе белка в цитоплазме эукариотических клеток; в митохондриях используется 22 разных тРНК), но меньше названной цифры за счет того, что антикодон одной тРНК может узнавать несколько кодонов, правда, если они «шифруют» (кодируют) одну и ту же аминокислоту. Это обеспечивается механизмом неоднозначного спаривания или «качания» тРНК. Суть его состоит в том, что благодаря гибкости близлежащего к антикодону участка молекулы транспортной РНК третий нуклеотид антикодона, например У, взаимодействует в кодоне не только с А (канонический вариант), но и с Г, а Г не только с Ц (канонический вариант), но и с У. Таким образом, один и тот же антикодон «3'ЦГГ5'» взаимодействует с кодонами «5'ГЦУ3'» и «5'ГЦЦ3'». Оба названных кодона соответствуют аминокислоте “аланин”. Для более гибкого взаимодействия «антикодон тРНК — кодон и(м)РНК» антикодон нередко содержит нестандартное азотистое основание, в частности, гипоксантин (или инозин), узнающий Ц, У и А нуклеотиды кодонов (читается в направлении от 5' к 3'). Молекула тРНК связывается с кодоном одной аминокислоты, если третий нуклеотид антикодона (читается в направлении от 3' к 5') Ц или А, с кодонами двух аминокислот, если третий нуклеотид У или Г, и с кодонами трех аминокислот, если третий нуклеотид инозин. Молекулы тРНК образуются на матрице ДНК при участии фермента РНК-полимеразы III (также как 5 S рРНК).

2.4.5.5. Внутриклеточное движение генетической (биологической) информации. Транскрипция и пост(после)транскрипционные процессы. Транспорт и(м)РНК из ядра в цитоплазму

Транскрипция — процесс образования молекул РНК на матричной полинуклеотидной цепи двойной спирали ДНК (см. рис. 2-31). Среди РНК выделяют информационные, рибосомные и транспортные, принимающие непосредственное участие в биосинтезе белка, а также ряд других видов, главным образом, низкомолекулярных, выполняющих регуляторные, коценсусные и иные функции (РНК-овые праймеры при репликации ДНК — см. 2.4.5.3, snoRNA, участвующие в процессинге пре-рРНК транскрипта — см. 2.4.3.3, snRNA, участвующие в процессинге пре-и(м)РНК транскрипта – см. 2.4.5.5, малые интерферирующие РНК, участвующие в регуляции экспресии генов на уровне трансляции и, возможно, на уровне ДНК – см.2.4.5.4, 8.2.5.2, 13.1.2). Если иметь в виду внутриклеточный трафик генетической (наследственной, биологической) информации, то речь должна идти, прежде всего, об информационных (мессенджер; англ., messenger, см. 2.4.2) РНК — и(м)РНК.

Для осуществления транскрипции необходимо наличие, кроме ДНК-матрицы, пула предшественников (аденин-, гуанин-, цитозин- и урацилтрифосфатнуклеотиды) и соответствующего фермента (РНК-полимераза). Важная роль принадлежит условиям, определяющим доступ РНК-полимеразы к ДНК и модифицикацию структуры двойной спирали, «разрешающую» считывание информации, а также синтез молекулы РНК, начинающийся и завершающийся в определенных точках матрицы (речь, по существу, идет о протяженности гена или, в более общем виде, транскрибируемого сайта ДНК), длина которой заведомо меньше длины макромолекулы (цепи) ДНК в хромосоме. Избирательная транскрипция генов, в частности, связанная с выполнением дифференцированной клеткой синтезов для нужд многоклеточного существа («luxury proteins»), требует включения функционально-генетических элементов эукариотического генома в регуляторный контур организма, что обеспечивается отчасти специальными (сервисные, конценсусные, регуляторные) нуклеотидными последовательностями ДНК, а отчасти подключением белков — общих и специфических транскрипционных факторов, энхансеров, сайленсеров (см. здесь же ниже). Транскрипция — матричный процесс, в котором выделяют стадии инициации, элонгации и терминации.

Представление о процессе считывания информации с ДНК дает знакомство со структурой транскриптона ¹ — единицы транскрипции у эукариот, включающей как собственно биоинформативную часть, так и элементы, необходимые для инициации, осуществления, терминации и регулирования образования требуемых и(м)РНК (рис. 2-34). Некоторые элементы транскриптона определяют свойства зрелых и(м)РНК, например, продолжительность их жизни в цитоплазме и, следовательно, длительность периода синтеза, то есть количество соответствующих полипептидов (см. 2.4.5.6).

¹В настоящее время термин «транскриптон» не употребляется широко и повсеместно. Тем не менее, он удобен, особенно в учебной литературе, своей конкретностью.

Рис. 2-34. Транскриптон эукариот (схема).

Особенностью клеток многоклеточных эукариот является избирательность транскрипции генов (генетической активности сайтов ДНК): по месту — разные типы клеток, по времени — разные периоды и фазы клеточного цикла или онтогенеза особи, по интенсивности — изменения функционального состояния клеток.

Биоинформативная область транскриптона полностью транскрибируется. Вместе с тем, несмотря на то, что названная область целиком транскрибируется, в ней присутствуют участки ДНК, которые далее (по ходу внутриклеточного потока биоинформации) транслируются или не транслируются. В большинстве, но не во всех эукариотических генах участки транскрибируемой части, транслируемые (экспрессируемые в аминокислотные последовательности белка) — экзоны, перемежаются с участками, нетранслируемыми (неэкспрессируемыми в аминокислотные последовательности белка) — интроны. Количество экзонов и интронов в генах варьирует. Так, в геноме людей относительно небольших размеров ген b-глобина гемоглобина протяженностью 2000 п.н. имеет 3 экзона, а более крупный ген фактора VIII свертываемости крови (его мутации приводят к развитию одной из форм гемофилии) протяженностью 200 тыс. п.н. — 26 экзонов. В геноме человека на долю экзонов приходится до 1,5% ДНК, на долю интронов — 24%. Гены основных (щелочных) белков хроматина гистонов лишены интронов.

Интрон/экзонный формат структуры генов порождает самостоятельную проблему процессинга пре-и (м) РНК транскрипта путем вырезания участков, соответствующих интронам, и точного воссоединения «конец в конец» (сплайсинг) участков, соответствующих экзонам. Для того чтобы исключить ошибки, границы интронов и экзонов представлены так называемыми конценсусными нуклеотидными последовательностями. В пре-и(м)РНК транскрипте подавляющее большинство участков, соответствующих интронам, на одном из концов имеют последовательность ГУ, тогда как на другом - последовательность АГ. Предположительно с такими «пограничными» конценсусными последовательностями соединяются специальные малые ядерные РНК (мяРНК, англ., s mall n uclear RNA — snRNA), являющиеся составным элементом рибонуклеопротеиновых частиц — сплайсосом. О важной роли конценсусных последовательностей для точного сплайсинга говорит следующий пример. В пре-и(м)РНК транскрипте b-полипептида гемоглобина на 5́'-конце интрона «Г» может быть заменен на «А», что ведет к искажению биоинформации сначала в зрелой b-глобиновой и(м)РНК, а затем через «дефектный» или отсутствующий b-глобиновый полипептид и в гемоглобине. Результат состоит в развитии одной из форм наследственной болезни человека b-талассемии, в клинический фенотип которой в качестве ведущего признака входит анемия.

Согласно распространенной точке зрения, интрон/экзонный формат организации генов эукариот возник в связи с необходимостью решать определенные задачи в рамках эволюционного процесса. В частности, благодаря такой организации и феномену альтернативного сплайсинга (см. здесь же ниже) удается повысить информационную емкость генома без увеличения количества ДНК. Предположительно 35–59% пре-и(м)РНК транскриптов в клетках млекопитающих и человека подвержены альтернативному сплайсингу с образованием, в среднем, двух и более разных зрелых и(м)РНК. В качестве примера приведем и(м)РНК, возникающие вследствие альтернативного сплайсинга пре-и(м)РНК транскрипта гена a-тропомиозина, специфичные для разных типов клеток (рис. 2-35).

Рис. 2-35. Цитотипические (тканеспецифичные) и(м)РНК, образующиеся вследствие альтернативного сплайсинга пре-и(м)РНК-транскрипта гена a-тропомиозина.

Наряду с названными выше, в состав транскриптона как функциональной единицы транскрипции эукариот включены нетранслируемые (хотя частично транскрибируемые) фрагменты ДНК, расположенные относительно биоинформативной части как с 5́ (направление «вверх по течению», англ., upstream), так и с 3́ (направление «вниз по течению», англ., downstream) ее конца, а также сайты, находящиеся на расстоянии сотен и тысяч пар нуклеотидов от биоинформативной части по обоим направлениям — upstream и downstream.

Важные в функциональном отношении нетранслируемые нуклеотидные последовательности транскриптона расположены на 5'-конце матричной макромолекулы (цепи) биспирали ДНК перед точкой начала транскрипции (направление upstream). Они составляют область промотора. Функция промотора состоит в создании условий для инициации (начала) транскрипции, а также в регуляции некоторых параметров транскрипции, например, тканеспецифичности и скорости. Ключевой участник транскрипции и(м)РНК эукариот — РНК-полимераза II — не может самостоятельно взаимодействовать с биспиралью ДНК и, в частности, определить точку начала транскрипции. Предварительно с ДНК должны провзаимодействовать белки — общие транскрипционные факторы. Это взаимодействие происходит в области промотора, имеющего в своем составе определенную нуклеотидную последовательность. В промоторах примерно 60% генов, транскрибируемых РНК-полимеразой II, — это «ТАТА»- последовательность или ТАТА-бокс, располагающийся на расстоянии примерно 25 п.н. от стартовой точки (инициирующего кодона). В остальных генах, но и в генах с последовательностью «ТАТА» присутствует последовательность «ЦААТ», либо выполняющая, либо способствующая выполнению функции последовательности «ТАТА». В рассматриваемой области транскриптона есть и другие знаковые нуклеотидные последовательности. Важнейшая функция промотора, как уже говорилось, состоит в правильном позиционировании фермента РНК-полимеразы относительно точки инициации (начала) транскрипции. Вместе с тем, 5́-нетранслируемая область и, в частности, зона промотора служит структурой, на базе которой собирается сложный мультимакромолекулярный регуляторный комплекс, обусловливающий такие параметры транскрипции, как ее скорость (в частности, благодаря взаимодействию с энхансерами и сайленсерами), а также избирательность процесса считывания биоинформации, включая тканеспецифичность (рис. 2-36).

Среди образуемых эукариотическими клетками белков, выполняющих, прежде всего, биокаталитическую функцию, различают конститутивные и индуцибильные. Первые синтезируются клетками на постоянной основе, вторые — периодически по мере возникновения необходимости в конкретной биохимической реакции (или совокупности реакций). Наиболее часто индуцибильные ферменты образуются при появлении в клетке соответствующего субстрата, в метаболизме которого участвует данный фермент. Очевидно, что в отсутствии субстрата синтез такого фермента функционально бессмысленен. Понятно также, почему роль индуктора выполняет обычно молекула субстрата. Индуцибильные синтезы являются правилом для прокариот и относительно редки у эукариот. С другой стороны, конститутивные белковые синтезы есть и у прокариот. Существует мнение, что для запуска транскрипции индуцибильных генов в эукариотических клетках существует самостоятельный механизм. Известно, что 5́-конец эукариотических и(м)РНК «кэпирован» (англ., cap — шапка, колпачок), т.е. «прикрыт» нетранслируемым участком в виде метилированного гуанилового нуклеотида. В случае взаимодействия с участком ДНК, ответственным за кэпирование, соответствующего регуляторного белка (специфический транскрипционный фактор, см. комплекс цитозольных белков «теплового шока» с молекулой стероидного, например, полового гормона — см. 2.4.3.1 и рис. 2-9) запускается транскрипция генов индуцибильных белков. Согласно еще одной точке зрения, в запуске транскрипции индуцибильных генов определенным своим фрагментом участвует область промотора. У высших многоклеточных животных функция индуктора выполняется нередко гормонами (стероидные половые — см. 2.4.3.1; адреналин — см. 2.4.2). В организме млекопитающих и человека индуцированные синтезы достаточно типичны для клеток печени, выполняющих, наряду с прочими, детоксицирующую функцию в отношении так называемых ксенобиотиков, например, инсектицидов, удобрений, некоторых лекарств. Соответствующие химические соединения, являясь индукторами, вызывают транскрипцию генов, контролирующих образование ферментов детоксикации (уничтожение и/или выведение попадающих в организм человека разными путями чужеродных, нередко вредоносных для живых существ веществ, ранее ни им, ни их эволюционным предкам не встречавшихся, имеющих научное название ксенобиотиков, к коим, в частности, относятся многие инсектециды, пестициды и удобрения, предлагаемые в соответствующих магазинах и аптеках парфюмерия, бытовая химия и даже лекарственные средства, в основном, синтетического происхождения, не прошедшие должного контроля на безопасность), например, из семейства цитохромов Р 450.

Рис. 2-36. Принципиальная структура инициаторно-регуляторного комплекса транскриптона эукариотической клетки (схема). TATA, ЦААТ, ГЦ — см. 2.4.5.5; TBP, TAFs, TFIID — мультибелковые комплексы.

Уточнение функционально-биоинформационной роли 5́ (направление upstream, см. рис. 2-34) и 3' (направление downstream, см. рис. 2-34) нетранслируемых нуклеотидных последовательностей ДНК продолжается. Некоторые сведения по указанному вопросу относительно 5́-участка изложены здесь же выше, а относительно 3'-участка транскриптона приведены в 2.4.5.6-а и 2.4.5.7.

Таким образом, в структуре транскриптона как функционально-генетической единицы (единицы транскрипции) эукариотической клетки можно выделить располагающиеся компактно биоинформативную часть, характеризующуюся для большинства структурных генов интрон-экзонной организацией, а также 5́ (направление upstream) и 3' (направление downstream) части. Нуклеотидные последовательности первой из названных частей участвуют в биоинформационном обеспечении фенотипа непосредственно, тогда как нуклеотидные последовательности двух других частей выполняют сервисные, конценсусные, регуляторные функции. Энхансерные и сайленсерные (см. 2.4.5.5-а) нуклеотидные последовательности выполняют регуляторную функцию. Они располагаются вне транскриптона.

По завершении процессинга пре-и(м)РНК транскрипта молекулы и(м)РНК некоторое время остаются в ядре в составе особых рибонуклеопротеиновых частиц размером порядка 30 S — ядерные информосомы. Кроме стабилизации структуры, соединение и(м)РНК с белками решает задачу ее перемещения из ядра в цитоплазму на ядерном отрезке «маршрута». Переход молекул и(м)РНК в цитоплазму происходит со сменой белков. Белковый компонент ядерных информосом остается в ядре, а присоединение к и(м)РНК цитоплазматических белков дает цитоплазматические информосомы. В составе последних и(м)РНК сохраняются в цитоплазме клетки в течение часов и суток.

 

2.4.5.5-а. Регуляция генетической активности (транскрипции, экспрессии генов)

Для прокариот типичен полицистронный, а для эукариот моноцистронный формат транскрипции или экспрессии генов (см. 2.4.5.6-б). В геномах прокариот преобладают гены, контролирующие индуцибильные белковые синтезы, тогда как в геномах эукариот большинство генов связаны с конститутивными белковыми синтезами (см. 2.4.5.5). Все это заставляет предполагать разные механизмы регуляции функционально-генетической активности у представителей подимперий доядерных и ядерных организмов (см. 1.9). В пользу такого предположения говорит также разная форма организации наследственного материала или двойной спирали ДНК: у названных организмов биспираль ДНК имеет, соответственно, кольцевую и линейную форму. У эукариот, чего нет у прокариот, ДНК исходно находится в составе нуклео-белкового (нуклеогистонового) комплекса, а разные участки ДНК интерфазных хромосом находятся в состоянии эухроматизации или гетерохроматизации. Существует также семейство белков – транскрипционных факторов (общих и специфических), имеются энхансеры и сайленсеры. Принципы регуляции транскрипции генов прокариотических и эукариотических клеток действительно во многом различаются. Важная роль в регуляции функционально-генетической активности сайтов ДНК эукариот принадлежит нуклео-белковым и белок-белковым взаимодействиям.