И.Ф. Жимулёв - Общая и молекулярная генетика (1117666), страница 35
Текст из файла (страница 35)
Суперспирализованное состояние молекулы ДНК может возникать из-за различ- ных причин, например, в результате укладки в нуклеоиде или расплетения спирали в ходе репликации. При расплетении должно возни- Все живые организмы на Земле обычно делят на прокарнот и эукариот (от греч. карион— ядро). ! лавной особенностью прокариот является отсутствие у них в отличие от эукариот (от греч. эу — истинный) полноценного клеточного ядра, покрытого оболочкой. Генетический материал прокариот расположен в нуклеоиде— примитивном эквиваленте ядра эукариот. Клетки прокариот имеют очень неболыцие размеры — около ! мкм.
Объем эукариотичсских клеток в 800-! 000 раэ больше объема клеток прокариот. К прокариотам относятся бактерии и архен !или архебактерни), предки которых возникли около 4 млрд лет назад. В последнее время все чаще говорят о трех царствах живых существ: бактериях, археях н эукарнотах. Оукарноты могут быть как одноклеточными, так и многоклеточнымн.
Они появились на Земле примерно через 500 млн лет после прокариот !Кулаев. ! 998). Глав« 6. СТРУКТУРА И ОРГАНИЗАЦИЯ ГЕНОМА Нз кать напряжение, которое приведет к отрицательной суперспирализации и вращению молекулы ДНК. Эту суперспирализацию снимает группа ферментов, называемых топоизомеразами. Топоизомераза ! вносит временный разрыв в одну из цепей ДНК в области перед репликативной вилкой, что позволяет спирали ДНК вращаться вокруг своей оси.
После снятия избыточного напряжения разорванная цепь восстанавливается. Топоизомераза Н создает временный двухцепочечный разрыв, удерживая вместе оторванные друг от друга концы цепей. Присутствие этого фермента позволяет распутать сложные переплетения и узлы. Затем на релаксированный участок родительской молекулы ДНК, с которого начинается репликация и который называется точкой начала (или ориджином) репликации 1г» !С), садятся инициаторные белки. Лучше изучены ориджины у Е. со6 и Вас!1- йи сийг!!!зс Область начала репликации хромосомы, о1!С, включает в себя участки с так называемыми ДНК-боксамн и расположенными между ними короткими последовательностями.
ДНК-боксы со специфическим «мотивом» нуклеотидов, преимущественно в 9 пн, перемежаются фрагментами в 12-13 пн с высоким содержанием АТ. Сами 9-членные последовательности могут располагаться как в прямом, так и в инвертированном порядке по отношению друг к другу. Например, у В. Рнзйй!Гз в участке К имеется один фрагмент ТТАТССЛСА и два других девятичленных бокса, ориентированных в противоположном направлении, с заменой одной из пар нуклеотидов. Всего у В. «ий!!!!з на опС расположено !5 ДНК-боксов.
Область ог!С очень консервативна: ДНК-боксы сходного состава имеются в соответствующем месте хромосомы у других бактерий !хотя у Мусор!аята Ве»Г!нйшл, несмотря на наличие общих для всех бактерий ферментов репликации, ДНК-боксов найдено не было). Сами ДНК- боксы не кодируют белок или РНК, хотя между ними располагаются отдельные гены. Продукты этих генов также большей частью вовлечены в «обслуживание» репликации ДНК. Схема абстрактного «минимального ориджина» представлена на рис. б.9, Инициация репликации в ог!С в системе т Р!гго начинается с формирования комплекса, в состав которого входят шесть белков: ОпаА, ОпаВ, ОпаС, Н1!, Оугазе и ВВВ.
Сначала с 9-членной последовательностью связывается мономер ОпаА, затем 20-40 мономеров этого белка формируют болыпой агрегат, ДНК ориджина опоясывает его, и цепи ДНК разъединяются в области трех 13-членных последовательностей. На следу- ттхтмсАИА ОАтститтмтттт ИГ1Г11» ~~ ° ~Я~И 13-иле«илии З-иле»илии 343 ли Организация «минималыюго орилжина», состоящего из серии 9- и 13-»ленных повторов, раслоложе»ных иа определенном расстоянии друг от друга !Ееилп, 2000. Р.
403) ющем этапе ОпаВ!ОпаС присоединяется к комплексу шзС)ОпаЛ, формируя агрегат размером около 480 кДа, соответствующий сфере с радиусом б нм. В результате формируется вилка репликации. Порядок расположения ДНК-боксов, промежуточных областей и их количество позволяют думать, что эволкн1ионная дивергенция ог!С шла главным образом за счет дупликаций и трипликаций. Область оПС у Е. со!! и В.
зяб!!!!ть будучи лигированной с фрагментами некоторых плазмид, превращается в «мини-хромосому», способную к автономной репликации. Денатурация и выпрямление двойной спирали ДНК. Эти процессы катализируются ферментом ДНК-геликазой. Поскольку синтез ДНК происходит на одноцепочечной матрице, ему должно предшествовать обязательное разделение двух цепей ДНК. Участок начала расхождения цепей называется репликационной вилкой из-за характерной У-образной формы !рис. 6.10). Именно в этой репликационной вилке ДНК- полимеразы синтезируют дочерние молекулы ДНК. Участок ДНК, в котором репликация уже завершилась, выглядит как пузырек или «глазок» в нереплицированной ДНК. Репликационные «глазки» образуются в тех местах, где находятся точки начала репликации, или ориджины. Существуют различные методы для характеристики ориджинов репликации. Одним из наиболее современных является метод двумерного электрофореза реплицирующейся ДНК.
Он основан на изменении электрофоретической подвижности молекулы ДНК в зависимости от изменения ее пространственной структуры, возникающей в ходе репликации. Вначале рестрикционные фрагменты ДНК разделяются в первом направлении по массе. Во втором направлении разделение больше за- 114 ОБЩАЯ И МОЛЕКУЛЯРНАЯ ГЕНЕТИКА висит от формы молекулы. Разные типы реплицирующихся молекул создают характерные кривые (рис. 6.11). Фрагмент с одной вилкой создает простую кривую с точкой перегиба в положении, когда все три ветви имеют одинаковую длину и структура молекулы максимально отлична от линейной. Аналогичные рассуждения можно привести для фрагмента с двумя вилками или «пузырьком». Асимметричный пузырек описывается двумя кривыми с разрывом в точке, где «пузырек» превращается в у-вилку, когда одна из вилок «добегает» до конца фрагмента ДНК.
Для того чтобы цепи ДНК разъединились, функционирует особый ферляент -- ДНК-гели- каза 1продукт гена «йаВ), который связывается с белками, инициирующими процесс репликации, а затем переходит на молекулу ДНК. Этот фермент движется по одиночной цепи ДНК и, встречая участок двойной спирали, разрывает водородные связи между основаниями, разделяет цепи и продвигает репликационную вилку. Прерывистая репликации отстающей цепи. Антипараллельная структура двух цепей молекулы ДНК создает ряд проблем для репликации. По мере движения вилки одновременно должны синтезироваться две дочерние цепи. Вилка движется в направлении от 5' к 3' я ! Ролптсяьскяя ДНК Реплика««но«ппяй глазок « с аллой вилкой »" Реплнкапнонная анака Ренлнкапнонныа «сн«зок с акума янлкамн Ренлякацнонная яялка Реплнкапнонная лянка Образование репликационного «глазка» с одной нли двумя репликационными вилками. Тонкие стрелки указывают направление, в котором расплетаезся ролвтельская ДНК, жирные — точки начала Реплнкацни Асимметричнтяй «пузырек» Двойная вилка Одиночная вилка «Пузырек» Размер фрагмента увеличивается в ходе рсплнкации Во втором направлении усиливается вклад различий в форме молекулы ! «нн ! тнн ! ~он Разделение по массе в первом направлении Зависимость формы кривой распределения реплнцирук>щегося рестрикционного фрагмента в двумерном электрофорезе от положения орилжинов и числа вилок репликации 1ье«т!и, 2000.
Р. 353) Гдово б. СТРУКТУРА И ОРГАНИЗАЦИЯ ГЕНОМА 3' пая спь Отстающая цель 3 5 Матрица ддя синтеза всдущ й цепи ДНК-подимсраза на всдущсй цепи Новосинтсзированная пспь Топоизомсраза Синтез второго фрагмснтаОкюаки начинается гдссь ДНК-полип-раза, мканчивающая синтез п рното фрагмента Оказаки на отстающей псин ДНК-гхщнсаза Венок Яйн ДНК« ~раймаза РНК-затравка Матрица для спит а отстающей пепи Направдсни двггьснпя рсплпьационной вилки Расположение основных белков н реплнкационной вилке на одной цепи и от 3' к 5' — на другой. Однако нуклеиновые кислоты синтезируются только от 5'- к 3'-концу. Проблема решается таким образом, что на одной из родительских цепей новая цепь синтезируется непрерывно в направлении 5'-3' (рис. 6.12), что совпадает с движением вилки репликации.
Это лидирующая (или ведущая) цепь. Другая цепь — отстающая— растет за счет синтеза коротких фрагментов также от 5' к 3', однако они синтезируются в направлении, противоположном движению вилки. Длина фрагментов у прокариот составляет 1000 — 2000 пн. Они названы «фрагментами Оказаки» по имени открывшего их ученого. Участие белков, расплетающих молекулу ДНК, Когда цепи ДНК разъединены, молекула становится довольно подвижной. Все возможные нарушения в структуре одиночных цепей исключаются благодаря действию белков ББВ 1гйпй1е-зггапд ПХА-Ь)пб)пц ргоге)пз, или Ье!)х-г)езгаЬ)11х)пя рго1е)пз).
Они связываются с одиночными цепями, стабилизируют их, при этом не закрывая оснований и оставляя их доступными для ДНК-полимеразы. Тетрамер из четырех одинаковых субъединиц белка ББВ связывается с сегментом ДНК длиной 32 пн. Более 200 молекул этого белка присутствуют в каждой репликационной вилке 1рис. 6.13).
РНК-затравка 3 Строение репдикационной вилки. Направленно синтеза ДНК совпадает с направлением распдетания двойной спирали янщь ддя одной нз новосинтезнрованных делей — ведущей. Вторая цепь— отстающая — синтезируется прерывисто, в виде коротких фрагментов Оказаки. В результате обе дочерние цепи растут в направлении от 5' к 3' 116 ОБЩАЯ И МОЛЕКУЛЯРНАЯ ГЕНЕТИКА Отстающая пспь ЛНК-полимсраза Ш Фрагм сит Оьааахи РНК-прав мср Матр пспь 5' Рплитсльсиа» ЛНК 3 Лилиру 3 Матра ~лая пспь Схема рспликации ДНК (имодсль тромбона») Иницинацня синтеза новых цепей ДНК.
ДНК-полимеразы не могут начинать синтез ДНК на матрице, а способны только добавлять новые дезоксирибонуклеотидные звенья к 3'-концу уже имеющейся полинуклеотидной цепи. Такую заранее образованную цепь, к которой добавляются нуклеотиды, называют затравкой (или праймером) (см. рис. 6.12), она состоит нз РНК. Короткую РНК-затравку синтезирует из рибонуклеозидтрифосфатов фермент, не обладающий корректирующей активностью и называемый ДНК-праймазой. Праймазная активность может принадлежать либо отдельному ферменту, либо одной из субъединиц ДНК-полимеразы. Праймаза связывается с геликазой и ДНК, формируя структуру, называемую праймосомой, н синтезирует РНК- праймер.
РНК-праймеры удлиняются действием ДНК-полимеразы П1, которая затем синтезирует новые цепи ДНК, комплементарные матричным цепям. Действие ДНК-полимеразы П!. ДЫК-геликаза продолжает разделять цепи молекулы ДНК все дальше от точки инициации. На матрице лидирующей цепи постоянно синтезируется новая лидирующая цепь. На матрице отстающей цепи собираются ВВВ-белки„удерживая цепь в выпрямленном состоянии, затем синтезируются РНК-праймеры - процесс, ка- талнзируемый праймазой, которая все еще связана с гелнказой. Праймер удлиняется за счет действия ДНК-полимеразы П!, которая вытесняет белки ВВВ по мере синтеза нового фрагмента Оказаки. Сшивка фрагментов отстающей цепи.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
