1.5.7. Созревание пластидной рнк – многоступенчатый процесс, основа регулирования работы пластидных генов.

После процесса транскрипции происходит процесс созревания пластидных РНК. К нему относится сплайсинг транскриптов, у которых есть интрон-экзонная структура; формирование зрелых концов у транскриптов; редактирование некоторых мРНК (рис. 1.11).

Пластидные интроны отличаются от ядерных прежде всего способностью к автосплайсингу. Это означает, что вырезание пластидных интронов происходит автокаталитически, то есть без участия каких-либо ферментов.

Одной из своеобразных модификаций информационных РНК пластид является их редактирование - химическая модификация некоторых пиримидиновых оснований в мРНК. В результате редактирования происходит замена одного основания на другое, что изменяет нуклеотидную последовательность транскрипта и кодирование соответствующей информации. Обычно происходит замена цитозина на урацил. Поцесс редактирования может приводить к образованию инициаторного кодона, отсутствующего в исходной РНК, замене нонсенс-кодонов на смысловые триплеты или превращение одних смысловых кодонов в другие (рис. 1.12). Редактирование мРНК является мощным регуляторным механизмом экспрессии пластидных генов. Важно отметить, что до сих пор все известные случаи редактирования пластидных мРНК обнаружены только для хлоропластов высших растений.

Стабильность РНК является одним из основных факторов, способных регулировать экспрессию пластидных генов. Большинство зрелых пластидных РНК содержат в своей З'-некодирующей области характерную шпильку. Подобная вторичная структура предохраняет молекулу РНК от разрушающего действия рибонуклеаз (рис. 1.13). Однако, наличие З'-концевой шпильки не гаранттрует сохранность РНК. При определенных условиях (например, в темноте) такая шпилька распознается специфическими белковыми комплексами, которые разрушают З'-конец молекулы РНК, после этого молекула РНК становится доступной для рибонуклеаз.

Даже при эффективной защите своего 3'-конца, зрелые пластидные мРНК подвержены быстрой деградации за счет рибонуклеазной атаки с 5'-конца. Этого не происходит лишь при трансляции мРНК – когда она связана с пластидными рибосомами. Таким образом, стабильность пластидных мРНК находится в тесной зависимости от уровня их трансляции.

1.5.8.Трансляция белков в пластидах: слуга двух господ.

Отличительной чертой пластидного аппарата белкового синтеза является то, что он находится под двойным генетическим контролем. Одни компоненты этого аппарата кодируются ядерными генами, другие (в том числе рибосомные и все транспортные РНК, а также приблизительно треть рибосомных белков) кодируются пластидной ДНК.

Рибосомы пластид значительно отличаются от цитозольных рибосом растительной клетки, но близки к рибосомам эубактерий. Пластидная рибосома содержит существенно меньше белков, чпм цитозольная. Это приводит к заметному снижению ее коэффициента седиментации (70S вместо 80S). Рибосомы пластид, как правило, содержит четыре типа рРНК, три из которых (23S, 5S и 16S) характерны для эубактерий. Четвертая рРНК (4.5S) гомологична З'-концу 23S-рРНК и не обнаруживается ни в одном другом типе рибосом. Пластидные рибосомы близки эубактериальным и по комплексу белков. Оба типа рибосом содержат практически одинаковое количество белков, обладают похожими иммунологическими характеристиками и чувствительны к одним и тем же антибиотикам (хлорамфеникол, стрептомицин). Для большинства белков пластидной рибосомы показана высокая степень гомологии с соответствующими полипептидами эубактерий.

Весь набор пластидных тРНК кодируется приблизительно 30 различными генами trn, локализованными в пластидной ДНК. Подавляющее большинство этих генов представлено единственной копией.

Синтез белка в пластидах эффективно регулируется различными факторами, прежде всего светом. Показано, что у некоторых пластидных мРНК (например, мРНК psbA хламидомонады) 5' область имеет характерную шпильку, способную распознаваться крупным белковым комплексом, содержащим белок с молекулярной массой 47 кДа (RB47). В темноте этот белок находится в окисленной форме и не способен взаимодействовать со шпилькой мРНК. Освещение хлоропласта приводит к восстанавлению сульфгидрильных групп белка RB47. В восстановленной форме он способен связываться со шпилькой, что является обязательным условием инициации трансляции. Таким образом, синтез белка, кодируемого геном psbА, активно идет на свету, но останавливается с наступлением темноты.

Белки, кодируемые в пластидном геноме. Процесс фотосинтеза в хлоропластах осуществляется сложными пигмент-белковыми комплексами, расположенными в тилпкоидных мембранах. К ним относятся фотосистемы I и II, b₆f-комплекс, пластидная АТФ-синтаза. Формирование этих белковых структур находятся под двойным генетическим контролем, то есть каждый белковый комплекс, обслуживающий процесс фотосинтеза, содержит как белки, кодируемые ядерным геномом, так и белки, кодируемые в геноме хлоропластов.

Хлоропласты высших растений содержат около 40 генов, кодирующие «рабочие» белки пластид. У разных организмов набор генов хлоропластного генома может быть различным. В целом можно отметить следующую закономерность: функциональные белки фотосинтетического аппарата чаще кодируются в геноме хлоропластов, тогда как регуляторные или «дополнительные» - в ядерном геноме. Например, в хлоропластном геноме кодируются основные белки реакционных центров обоих фотосистем, апопротеины цитохромов b₆ и f, α и β субъединицы АТФ-синтазы, большая (каталитическая) субъединица рибулезобисфосфат карбоксилазы (Rubisco). Под ядерным генетическим контролем находится весь спектр антенных хлорофилл-связывающих белков, малая (регуляторная) субъединица Rubisco.