Н.С. Зефиров - Химическая энциклопедия, том 4 (1110091), страница 166
Текст из файла (страница 166)
Все эти этапы Ро протекающие с высокой скоростью и исключит. точностью, обестмчивает комплекс. состоящий более чем из 20 ферментов н белков,-т. наз. ДНК-реплихазная система, нлн реплисома. Функцион. единица Р.-реплпкон, представляющий собой сегмент (участок) хромосомы нли впехромосомной ДНК, ограниченный точкой начала, в к-рой инициируется Р., и точкой окончания, в к-рой Р.
останавливается. Скорость Р. контролируется на стадие инипнапни. Однажды начавшись, Р. продолжается до тех пор, пока весь реплнкон не будет дуплицнрован (удвоен). Частота ннициацйи определяется взаимод. спец. регул,эпн>1>негх бе.екав с точкой начала Р. Бактериальные хромосомы содержат одни реплнкон: инициация в единств. точке начала Р. ведет к Р. всего генома. В каждом клеточном цикле Р. инициируется только один раз. Плазмиды и вирусы, являющиеся автономными генетич.
элементами, представляют собой отдельные репликоны, способные к многократной инициации в клоуне-хозяине. Эукариотнч, хромосомы (хромосомы всех организмов, за исключением бактерий и сииезеленых водорослей) содержат большое число реп>в!конов, каждый нз к-рых также однократно ннидннруется за один клеточный цикл. Начиная с точки инициации, Р, осуществляется в ограни ченной зоне, перемещающейся вдоль исходной спирали ДНК. Эта активная зова Р. (т, наз. репликац. вилка) может двигаться в обоих напранлениях. При однонаправленной Р. вдоль ДНК движется одна репликац. вилва.
При двунаправленной Р. от точки инициадии в противоположных направлениях расходятся две реллихац. вилки; скорости их движения могут разшргаться. При Р. ДНК бактерий и млекопитающих скорость роста дочерней цепи соетавлжт соотв. 500 и 50 нуклеотидов в 1 с; у растений эта величина не превышает 20 нуклеотидов в 1 с. Движение двух вилок в противоположных направлениях создает петлю, к-рая имеет вид «пузыряв илн «глазко. Продолжающаяся Р. Расширяет «глаз» до тех пор, пока ои не включит в себя весь репликон. В ходе Р. рост цепи осуществлжтся благодаря взанмод. дезоксярибонуклеозидтрифосфата с 3'-ОН концевым нуклеотидом уже построенной части ДНК; при этом о.пцепляется пирофосфат и образуется фосфодиэфнрная связь. Рост полннуклеотндной цепи (рнс.
2) идет только с ее 3'-конца, т. е. в направлении 5' -> У (см. Пуклешгнвые кислогпы). Фермент, катализирующий эту р-цню,— ДНК-полимераза (см. Полидезоксирибонуклеог>гнд-сиптепэазы) — не спосо. бен начать матричный синтез на одноцепочечиой ДНК, сели нет хотя бы олигонуклеотндного биспирального участка (т. наз. затравочного олигонуклсотнда) комплементарного матраце; затраво шым олшонуклеотвдом во мн. случаях является ве ДНК, а РНК. 3', , 5' Рэгс.
2. На елеотнлны нме лннн» вовне ценя ДНК (стрел>в нала>меам. я оравлевне нх роста); 1-ревниво. вилка. Энергия, затрачиваемая на образование каждой новой фосфодиэфнрной связи в цепи ДНК, обеспечивается расщеплением фосфатной связи между а- и (3-фосфатныьги группами нуклеозндтрнфосфата. ДПК-полнмераза имеет один центр связывания нуклеозидтрифосфага, общий для всех четырех нуклеотидов. Выбор нэ среды нуклсотида, основание к-рого комплементарно очсредно ну основанию матрицы, протекает без ошибок, б»ш одаряя определяющему влиянию ДНК-матрнцы (исходной цепи ДНК).
При нск-рых мутапионных повреждениях структуры ДНК-полнмердэм В Ряде случаев происхоДит вхлюченяе некомплементарных нуклеотидов. В процессе Р. нормальной ДНК на короткое время с вероятностью 10 4-10 ' возникают редкие таутомерные формы всех 4 азотистых оснований нуклеотндов, к-рые 496 з' у$' Рнс. 3.
Слома мскаасзма Г цлнканнн: А-мдущак дс -фрагмсят Оказккл. Рнс. 5. слома рсасякаояя цо мсканнзму катнцсгоса кольна (воска молекула ДНК наказная лрзьтн. Г '. м): 1-Зчконщ ДНК; 2-5«конец НК. образуют неправильные пары. Высокая точность Р. (вероятность ошибок не превышает 1О с) обусловлена наличием механизмов, осуществляющих коррекцию (релараяию). Репликац.
вилка асимметрична. Нз двух синтезируемых дочерних цепей ДНК одна строится непрерывно, а другая-с перерывами. Первую иаз. ведущей, нлн лидирующей, цепью, а вторую — отстающей. Синтез второй цепи идет медленнее; хотя в целом эта цепь строится в направлении Т вЂ” с 5', каждый нз ее фрагментов в отдельности наращивается в направлении 5'- 3' (рис. 3).
Благодаря такому прерывистому механизму синтеза, Р. обеих антипараллельных цепей осуществляется с участием одного фермента — ДНК- полжмеразы, каталнзнрующего наращивание нуклеотндной пепи только в направлении 5'- 3'. В качестве затравок для синтеза фрагментов отстающей цепи служат короткие отрезки РНК, комплементарные матричной цепи ДНК. Эти РНК-затравки (праймеры), состоящие примерно ю 10 нуклеотидов, с определеииымн интервалами синтезируются на матрице отстающей цешу нз рнбонуклеозидтрифосфатов в направлении 5'- 3' с помощью фермента РНК-праймазы.
РНК-праймеры затем наращиваются дезоксннуклеотидамн с 3'-конца ДНК-полимеразой, к-рая продолжает наращивание до тех пор, пока строящаяся цепь не достигает РНК-затравки, присоединенной к 5ьконцу предыдущего фрагмента. Образующиеся таким образом фрагменты (т. наз. фрагменты Оказаки) отстающей цепи насчитывают у бактерий 1000-2000 дезокснрибонуклеотидных. остатков; в животных клетках их длина не превышает 200 нуклеотидов.
Чтобы обеспечить образование непрерывной цепи ДНК из многих таких фрагментов, в действие вступает особая система репарации ДНК, удаляющая РНК-затравку и заменяюлгая ее на ДНК. У бактерий РНК-затравка удаляется нуклеотид за нуклеотндом благодаря 5' — Р-экзонуклеазной активности ДНК-полнмеразы. Прн этом каждый отщепленный рнбонуклеотндный мономер замещается соответствующим дезоксирнбонуклеотндом (в качестве затравки используется 3'-конец синтезированного на старой цепи фрагмента). Завершает весь процесс фермент ДНК-лигаза, хатализирующнй образование фосфоднэфирной связи между группой 3'-ОН нового фрагмента ДНК и 5'-фосфатной группой предыдущего фрагмента. Образование этой связи требует затраты энергии, к-рая поставляется в ходе сопряженного гидролиза пирофосфатной связи кофермента — никотянамидадениндинуклеотнда (в бактернальных клетках) или АТФ (в животных клетках н у бактериофагов).
Раскручивание двойной спирали н пространств. разделение цепей осуществляется прн помощи песк. спец. белков. Т. наз. гелнказы расплетают короткие участки ДНК, находящиеся непосредственно перед реплнкац. вилкой. На разделение каждой пары оснований расходуется энергия гидролнза двух молекул АТФ до адснозинднфосфата и фосфата. К каждой из разделившихся цепей присоединяется песк, молекул ДНК-связкяяаюншх белков, к-рые препятствуют образованию комплементарных пцр н обратному воссоединению лелей. Благодаря этому нукзсогнлныс последовательности 407 РЕПЛИК АЦИЯ 253 цепей ДНК оказываются доступными для репликативной системы. Др. специфич. белки помогают праймазе получить доступ к матрице отстающей цепи.
В результате праймаза связывается с ДНК и синтезирует РНК-затравки для фрагментов отстающей цепи. Для формирования новых спиралей не требуется ни затрат энергии, ии участия к.-л. «закручивающего» фермента. В случае кольцевого репликона (напр., у плазмиды) описанный процесс наз. 0-репликацией. Т.к. кольцевые молекулы ДНК закручены сами на себя (суперспиралюованы), при раскручнванни двойной спирали в,процессе Р.
они должны непрерывно вращаться вокруг собств. оси. При этом возникает торсионное напряжение, к-рое устраняется стутем разрыва одной ю цепей. Затем оба конца сразу же вновь соединяются друг с другом. Эту ф-цию выполняет фермент ДНК-топоилодмраза. Р. в этом случае обычно происходит в двух направлениях, т.е. существуют две репликац. вилки (рис. 4).
После завершения Р. появляются две двухцепочечные молекулы, к-рые сначала связаны друг с другом как звенья одной цепи. При их разделении одно из двух колец временно разрывается. Рнс.а. Одна нз мскаянзмоя рсолнкацнн ллсзмндм (начало рсолнкацнн обоямчсно точками); нацраалсанк днннсняк рсолнкац. ылкн лояьзанм стрслкамн, образуюмасса новые цедя ДНК-цуактдром Альтернативный вариант Р.
кольцевого репликона предполагает разрыв в одной из цепей двухспиральной молекулы ДНК. Образовавшийся при этом свободный 3'-конец ковалентно наращивается, оставаясь связанным с матрицей (второй, неразорванной цепью), а 5чконец постепенно вытесняется новой полинуклеотидной цепью (рис. 5). Таким образом одна цепь разматывается и непрерывно удлиняется, а репликац. вилка скользит вокруг кольцевой матричной цепи (механизм <чкатящегося кольца»). По мере роста новой цепи вытесненная цепь с освободившимся 5ьконцом стано- витек линейной матрнпей для синтеза новой комплементарной цепи. Этот синтез на линейной матрице продолжается до тех пор, пока ие образуется дочерняя цепь ДНК, комплементарная одному обороту кольцевой матрицы, т. е.
целому репликону. Таким путем с кольцевой матрицы может сходить большое число комплемевтарных копий. Такой механизм обнаружен у нек-рых вирусов, а также в ряде клеток эукарнот. Еще одна схема Р. предполагает формирование структуры, названной Бьпетлей. Согласно этому механизму, сначала реплицируется только одна из цепей кольцевого реплнкона, .то~да как вторая цепь, оставаясь интактной, вытесняется, образуя петлю. Р. второй цепи начинается с др. стартовой точки н только после того, как реплнцировалась часть первой цепи.
Такой механизм Р. обнаружен, напр., у митохондриальньсх ДНК. Р. РНК (снитез РНК на РНК-матрице) изучена меньше. Она осуществляетса только у нек-рых вирусов (напр., у вирусов полиомиелита и бешенства). Фермент, катализирующий этот процесс,— РНК-зависимая РНК-полимераза (его называют также РНК-репликазой или РНК-синтетазой).
Известно песк. типов Р. РНК: 1) вирусы, содержащие матричные РНК, или мРНК (т. паз. (+)РНК), в результате Р. образуют комплемсптараую ей цель ((-)РНК), не являющуюся 498 гч Ржппк мРНК, к-рая используется как матрица для синтеза (+)РНК; 2) виру7лл, содержащие ( — )РНК, в результате Р. синтезируют (+)РНК; 3) вирусы, содержал(ие двухцепочечную РНК Е(+)РНК и ( — )РНК), в результате асимметрической Р. синтезируют (+)РНК. Гипотеза о механизме Р. сформулирована в 1953 Дж.
Уотсоном и Ф. Криком, к-рые предположили, что две комплементарные цепи ДНК после их разделения могут вьшолшпь ф-ции матриц для образования на нвх новых цепей ДНК. В 1958 М. Мезельсон н Ф. Сталь эксперименталъно подтвердняи такой механизм Р. лала« стелт г., келаялар Р., мелекуллряая телевик, пер. е аягл., м., 1981, е. 499-528; КогпЬегк А., ПКА гер!ыз11ега 8, Р„198О Ока«ге т, Окака87 т„«Апа ааг. В1««Ьеш»,!980, т.49, р. 421-57. ПЛ. Лилие.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
