И.Ф. Жимулёв - Общая и молекулярная генетика (1117666), страница 36
Текст из файла (страница 36)
Фрагменты Оказаки отстающей цепи сшиваются, образуя непрерывную цепь. Это требует активности двух ферментов: ДНК-полнмеразы 1 и ДНК-лигазы. В зто время ДНК-полимераза П1 отделяется от ДНК и ДНК-полимераза 1 продолжает синтез ДНК в направлении 5'-3', одновременно удаляя фрагмент РНК-праймера. После замены всех нуклеотидов РНК на нуклеотиды ДНК между двумя фрагментами ДНК остается одноцепочечная брешь, которая зашивается ДНК-лигазой. Итак, процесс репликации у прокариот очень сложен. Сейчас известно, что ключевые белки процесса репликации тесно ассоциированы и формируют репликационную машину, или реплисому, с определенным расположением цепей ДНК и ферментов (рис. 6.14). Отстающая цепь изгибается так, что ее ДНК-полимераза Ш комплексирует с ДНК-полимеразой Ш лидирующей цепи.
Этот изгиб подводит 3'-конец каждого уже синтезированного фрагмента Оказаки к участку, в котором начинается синтез нового фрагмента Оказаки. Комплекс праймаза-гелика- Гяаеа 6. СТРУКТУРА И ОРГАНИЗАЦИЯ ГЕНОМА !17 за движется вместе с вилкой репликации, синтезируя новые РНК-праймеры. ДНК-полимераза ГП на отстающей цепи используется вновь и вновь. продвигаясь вперед вместе с вилкой. Таким образом, ДНК синтезируется одинаково эффективно на обеих матричных цепях. Коррекция ошибок в ходе репликации ДНК. 1енетический материал живых организмов имеет огромные размеры и реплицируется с высокой точностью. В среднем в процессе воспроизведения генома млекопитающего, состоящего из ДНК длиной 3 млрд пар нуклеотидов, возникает не более трех ошибок.
При этом ДНК синтезируется чрезвычайно быстро (скорость ее полимеризации колеблется в пределах от 500 нуклеотидов в секунду у бактерий до 50 нуклеотидов в секунду у млекопитающих). Высокая точность репликации, наряду с ее высокой скоростью, обеспечивается наличием специальных механизмов„осуществляющих коррекцию, т. е. устраняющих ошибки. Суть механизма коррекции заключается в том, что ДНК-полимеразы дважды проверяют соответствие каждого нуклеотида матрице: один раз перед включением его в состав растушей цепи, второй раз перед тем, как включить следующий нуклеотид. Очередная фосфодиэфирная связь синтезируется лишь в том случае, если последний нуклеотид растущей цепи ДНК образовал правильную уотсон-криковскую пару с соответствующим нуклеотидом матрицы, Репликация осуществляется дискретно. Единица длины ДНК, в которой происходит индивидуальный акт репликации, называется репликоном.
Репликон содержит регуляторные элементы, необходимые для репликации. Он имеет ориджин, в котором репликация начинается, и может иметь терминатор репликации. Геноьс прокариотической клетки составляет единственный репликон, поэтому бактериальная хромосома является самым большим репликоном. Также отдельным репликоном является плазмида. Терминация репликации. Последовательности, которые обеспечивают терминацию, у Е.сой называются сег-сайтами. Они содержат короткую (около 23 пн) последовательность.
В участке терминации находится несколько Гег-сайтов 1рис. 6.15). Они располагаются примерно на 100 тпн дальше точки, в которой встречаются вилки репликации. Для терминации необходим продукт гена спк, который опознает эту последовательность, связывается с ней и предотвращает дальнейшее продвижение вилки репликации. ААТТАОТАТОТТОТААСТАААОТ М„кт„ТТААТСАТАС ААСАТТОАТТТСА яспмчп ркплпкзцпп 1 рспликкппп 2 Локализация терминаторов реплпкацнп у Е.спб 1Еея1п, 2000. Р.
354) б.3.2. Особенности реплинации ДИК у эунариот Молекулярно-биологические процессы, происходящие во время репликации ДНК, в основном похожи у эукариот и прокариот. Тем не менее существуют и различия. Во-первых, репликация ДНК у эукариот происходит на определенной стадии клеточного цикла.
Во-вторых, если бактериальная хромосома представляет собой единицу репликации --- репликон, то репликация ДНК эукариотической хромосомы осуществляется посредством разделения ее на множество отдельных репликонов. По эукариотической хромосоме в каждый момент времени может двигаться независимо друг от друга множество репликационных вилок. Остановка продвижения вилки происходит только при столкновении с другой вилкой, движущейся во встречном направлении, или по достижении конца хромосомы. В результате вся ДНК хромосомы в короткий срок оказывается реплицированной. Репликация в клеточяом цикле.
Клеточные циклы у эукариот качественно не различаются у разных видов и в клетках разных тканей одного вида. Замечены различия, главным образом, в длительности цикла. Среди высших эукариот некоторые клетки делятся через 1О минут, другие через 3 часа, третьи--- через 200 часов. 11в ОБЩАЯ И МОЛЕКУЛЯРНАЯ ГЕНГТИКА Обрвзовани" комплекса Н,-циклипв и Сйи; СгПг фоефорилируот солки, нсобходнмыс дня перех<щв клетки в Б-период в Деградация е Я"1 Ог-циклина .4г 11иклин-зависимая кипазв АНТАНТ О,-пиклин | (61 е1геехроои) ,,(~11! ~ ~у ,.'3 --- ГГ / 3 .Г' ~м М Сг /у ч~ч~ь, /ГГ~()~ггх О» е!геавро1вг Деградация М-пиклииов Митотические циклипы связываготся с Сг((г, образуя МРР (М-р1газс ргощобнд Гас1ог), когорьпг затем активируется и стимулиру~т цепь сооытий, продвиганнних клетку и М-фазу Некоторые события, контролирующие прохождение через клеточные циклы у дрожжей (Князе(1, 199е.
Р. 362) Точки проверки обозначены черными треугольниками Клеточный цикл у большинства соматических клеток высших эукариот подразделяют на 4 стадии: Сг, (яар1, предсинтетический период, или период подготовки к синтезу ДНК), В (зуп(1зез(з, период синтеза ДНК), 0„(дар 2, постсинтетический период подготовки к клеточному делению) и М (питоз(з, собственно процесс клеточного деления).
Иногда выделя- ют бв — стадию между М и Схг В культуре клеток человека весь цикл занимает примерно 24 ч, при этом на стадии бн й, О, и М приходится 10, 9, 4 и 1 ч соответственно. Фазы Сгн В и Сг, вместе составляют интерфазу. Наиболее детальные сведения получены при изучении клеточных циклов дрожжей (рис. 6.16). Данные генетических н молекулярных нсследова- Гама б СТРУКТУРА И ОРГАИИЗАЦИЯ ГЕНОМА ний показали, что клеточные циклы включают ряд этапов, на которых осуществляется контроль продвижения клетки от одной фазы к другой — точки проверки (сЬес)сро!пгз).
Первая стадия проверки у дрожжей называется 8ТАКТ, у млекопитающих — б, сЬес1сро!пп Если клетка не выросла до необходимглх размеров и окружающая среда недостаточно хороша, клетка будет оставаться в бп т. е. не будет сигнала к синтезу ДНК (В-период). В 8-фазе разные участки генома реплицируются, по-видимому„в разное время.
В культуре клеток человека сначала синтезируется ДНК, которая выявляется в К-бэндах метафазных хромосом (см. разд. 9.4.3), которые обогащены генами. В конце 8-периода синтезируется ДНК б-бэндов. Полагакэт, что между этими отрезками 8-периода также существует стадия проверки (проверка целостности ДНК, сЬес(сро!п( ОНА !п(е8г!(у).
Стадия проверки б, находится на границе б, и М. Если не завершилась репликация всей ДНК, если клетка не выросла до нормальных размеров и окружающая среда недостаточно хороша, клетка не способна перейти к стадии М. Третья проверка происходит в течение фазы М: хромосомы должны быть надежно прикреплены к нитям митотического веретена, чтобы начать разделение хроматид. Ключевыми компонентами, вовлеченными в регуляторные события, являются белки, известные под названием циклинов (сус11пз) и циклин-зависимых киназ (Сс)(с).
У дрожжей в стадиях проверки б, и б, функционирует одна и та же Сс()с, у млекопитающих — две разные. Специфичность каждой нз стадий проверки определяется типом участвующих в этом циклинов. В стадии проверки б, у дрожжей (ВТАКТ) один или более бсциклинов связывается с Сс()с (С(УС28!сс)с2 киназой) и активирует ее. Затем Сс(!с фосфорилирует ключевые белки, необходимые для перехода в 8-период. Как только циклин активирует Сс((с, уровень цнкдинов уменьшается из-за усиления процессов протеолиза. Аналогичный процесс протекает на стадии проверки б„когда один или более митотических циклинов связывается с Сс((с с образованием комплекса, стимулирующего переход к М-фазе, — - МРР (М-рЬаяе ргошойпй Рас(ог). Затем, когда другие ферменты фосфорилируют и дефосфорилируют его, МРР активируется и стимулирует собьпия, необходимые для перехода клетки в митотическую стадию.
В ходе митоза, сразу после метафазы, митотический циклин деградирует, что приводит к инактнвации МРР, позволяющей клетке завершить митоз (см. рис. 6.16). Полирепликонность у эукариот. У дрозофилы в ходе раннего эмбрионального развития (первые два часа после оплодотворения яйцеклетки сперматозоидом) ядра делятся каждые 9,6 мин (при 24 'С). Так как интерфаза в этих делениях занимает 3,4 мин, можно предположить, что каждая молекула ДНК реплицируется в течение этого короткого периода. Если размер генома дрозофилы составляет 185 000 тпн и скорость репликации -- 2,6 тпн!Гвин, число репликонов должно составлять около 20 тыс. Однако как скорость репликацин, так н размеры и число репликонов тканеспецифичны. У той же дрозофилы в культуре соматических клеток продолжительность 8-фазы составляет 600 мин.
Аналогичные различия в продолжительности 8-фазы найдены у тритона (1 ч в ядрах бластулы и 200 ч в предмейотической 8-фазе сперматоцитов). Полагают, что длительность 8-фазы определяется не скоростью синтеза ДНК, а числом ориджинов репликацин.
В ДНК клеток нейрулы тритона они находятся на расстоянии около 40 мкм друг от друга, а в соматических клетках --- около 100 мкм (В!шпеп(!за! е( а1., 1974; Са11ап, 1973!. Ориджины репликации у эукариот. Полагают, что у эукариот гомологамн ориджинов репликации являются автономно реплицирующнеся последовательности, или А)со" (аптопопюпз!у гер!!са(!п8 зес)пепсез), открытые в 1980 г. Р. Дэйвисом и Дж. Карбоном. Сначала у дрожжей 5асслаготус ез сегеясс!ае были выделены особые последовательности, которые, будучи включенными в экстрахромосомную ДНК, обеспечивали репродукцию этих ДНК в дрожжевой клетке.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
