С.Г. Инге-Вечтомов - Генетика с основами селекции (1117682), страница 23
Текст из файла (страница 23)
3' — 5'-зкзонуклеазная активность свойственна всем трем ДНК-полимеразам Е. со!1, что обеспечивает высокую точность реплнкации ДНК. Поскольку все ДНК-полимеразы для синтеза ДНК нуждаются в свободных 3'-ОН концах, легко представить непрерывную репликацию только одной из двух комплементарных цепей с образованием так называемой ведущей', или лидирующей, цепи ДНК. Что же происходит в «вилке» репликации со второй цепью? Р. Оказаки, используя очень кратковременное (несколько секунд) мечение реплицирующейся ДНК с помощью ')Н-тимидина, показал, что значительная часть вновь синтезированной ДНК выделяется в виде коротких меченых фрагментов — 1000— 2000 нуклеотидов.
Эти фрагменты, получившие название фрагментов Оказаки, соответствуют коротким участкам репликации второй комплементарной цепи. На ней ДНК .также синтезируется в направлении 5' — 3'. Каждый фрагмент Оказаки инициируется коротким полирибонуклеотидом (около 10 звеньев), который и служит затравкой для дальнейшего роста полидезоксирибонуклеотида (рис. 6.11). После удаления РНК и заполнения бреши с помощью ДНК-полимеразы 1 фрагменты соединяются ковалентно.
Эту реакцию выполняет фермент ДНК-лигаза, замыкающая фосфоднзфирные связи. У условно летальных мутантов бактерий, лишенных активности ДНК-лигазы, в непермиссивных условиях ковалентного соединения фрагментов Оказаки не происходит. Нить ДНК, синтезируемая в виде фрагментов Оказаки, получила название залаздыеающей. Молекулы ДНК в клетке суперспирализованы (рис. 6.12), т. е. двойная спираль образует витки более высокого порядка — так называемые супервитки. Необходимая предпосылка репликации раскручивание суперспирализованной ДНК, разделение и удержание комплементарных цепей в расправленном состоянии, т.
е. локальная денатурация нлн плавление ДНК. сущей Се»ересей Свиизу) ресмиквции Рис. 6.12. Электронная микрофотогйафин части<но суперспиралитованной (А) и полностью релаксиронанной (Б) ДНК вируса полиомы (!. У1покгад е! а)., 1965) Все эти операции также осуществляют ферменты. Сбрасывание супервитков, или релаксацию молекул, проводят ферменты, относящиеся к классу толоизомераз.
Особый белок (раскручивающий цепи) осуществляет плавление ДНК. Кроме того, особый класс белков, связывающихся с ДНК, удерживает нити ДНК разделенными. Это так называемые белки, дестабилизирующие двойную спираль. Благодаря действию всех этих белков на ДНК образуется участок локальной денатурации и две «вилки», в которых в дальнейшем и происходит репликация (рис. 6.13). 3 б' ' ело Лнкт.
~3 т с )~ )О бело, рас руаиааюший бала, аасуабилиа руюш и а ойлую сп рала Гйб 5-1305 Рис. 6.13. Белки, раскрывающие ДНК яяя нослелующей реплика- нии Согласно концепции Б, Альбертса и А. Корнберна большин- ство ферментов, ответственных за репликацию ДНК, работает в мультиэнзнмном комплексе, связанном с ДНК в виде так называемой реллисомы. Благодаря непосредственному взаимодействию Основные белки, ответственные за репликацию ДНК у Е. сод Функция Сбрасывание супервнтков ДНК Плавление ДНК Топоизомераза Белок, раскручивающий двойную спираль (АТФ-зависимый) Белок. дестабилизирующий двойную спираль РНК-полимераэа (впраймаза») ДНК-полимераза (П ДНК-полимервэа 1 Стабилизация однонитевых участков Инициация синтеза ДНК Синтез ДНК, корректорские функции Удаление РНК-затравки, заполнение однонитевых участков, коррекюрские функции Ковалентное соединение фрагментов Оказаки ДНК-лигаэа 14»х(ввь'.* ад .У °, в и "'в Стрток у св в прот о тлп втм (10 .'.".',.(ф „;~.".~'у ,Я(,а '":Ф-' )3"..,и ,'; из :;.кув,: ц, (,".)А, Рис, б,! 4.
Рспликаци» хромосомной ДНК (). тпс(пупу яаитт (Юо)з(аппо(гпе, !973). котнввют пв рвплплвчповннт валки, лв пуппптпвополокннх квпрввптппвх и острвуую~цие твк ме «тввтли к и~ вттырп* ртплпктапп \Л вЂ” Ю всех этих белков ДНК Е. сой реплицируется с почти фантастической скоростью. Вся ДНК кишечной палочки (4Х Х 1О п. н.) воспроизводится за 20 мин при 37 'С. Скорость репликации таким образом достигает 4 000 000 = 2 10з 20 и. н.
в 1 мин, или около 3000 п. н. в 1 с. Хотя репликация у эукарнот изучена ие столь подробно, как у прокариот, очевидно, что основные этапы так же, как и основные белки репликации, по своим функциям сходны у разных организмов. У эукариот скорость репликации значительно ниже (! Оо — 300 п. н. в 1 с). При этом нужно учитывать что нх хромосомы поли- репликонны в отличие от Е. соа1, у которой вся хромосома— один реиликон. Репликоном называется единица репликации, в пределах которой она начинается и заканчивается.
Как у прокариот, так и у эукариот репликацня обычно двунаправленна, т. е. две вилки репликации, возникающие в зоне инициации репликации, удаляются друг от друга по мере синтеза ДНК (рис. б.14) до тех пор, пока они не встретятся с вилками репликации соседних репликонов или друг с другом, как это происходит у Е. со)е, имеющей одну кольцевую хромосому (см. гл. 9). 6.4. Репарация ДНК Удивительная стабильность генетического материала — ДНК связана отнюдь не с ее консервативностью, а с существованием . клетках всех живых организмов специальных систем репират)ии, устраняющих нз ДНК возникающие в ней повреждении.
Явление репарации, или восстановления жизнеспособности клетки, после действия на нее у- и рентгеновых лучей было от- 11. и р( ( с н -С, 1 ОН уф Фх с в г ....... ц с, ф ..( н Ф Г' с с Т...А и н — С вЂ” А Г ~сРис. б.(5. Основные типы повреждений, обнаруженные в ДНК, зкстрасированной нз клеток, облученных ультрафиолетовым светом (по К. Смиту, Ф. Хзнеуолту, 1972): С вЂ” сахар, Ф вЂ” фосфат 131 г -.;,":.': е' Рис.
6.16. Локальная денатурания (разрыл аодородиык связей) ЛНК бактериофага й, нодаергнутой ультрафиолетовому облучению (Н. 3. Бганогф О. Р. Аньои, Н. О. Пади, 1925) крыто в 1958 г. В. И. Корогодиным у диплоидных дрожжей. Повреждения ДНК, возникающие при действии излучений и химических агентов, в конечном счете приводят к нарушению регулярной Уотсон-Криковской структуры (рис.
6.15), что выражается в локальной денатурации молекулы (рнс. 6,16) и приводят к частичному или полному блокированию репликации. Именно такие нарушения конформации, а не конкретные изменения мономеров служат мишенью для большинства систем репарации ДНК. В настоящее время выявлены трн основных механизма репарации ДНК: фотореактивацил, зксцизионнал репарация и постренликативная репарация (рис. 6.17). Последние два типа называют также темновой репарацией. Фотореактивацня Явление фотореактивации заключается в восстановлении биологической активности клеток нлн молекул ДНК, поврежденных ультрафиолетовым излучением в результате по~ зедунчпего всзчзсйствия видимою света. При фотореактивации происходит мономеризация циклобутановых димеров тимина и других пиримидиновых димеров (п яш. Известна так называемая неферментативная коротковолновая фотореактивация, которая заключается в мономеризации димеров при действии ультрафиолетового света с длиной волны 240 нм, а также ферментативная фотореактивация.
Именно последнюю обычно и подразумевают под собственно фотореактивацией. Фотореактивация при действии видимого света (300 — 400 нм— наиболее активная часть спектра) была обнаружена в 1949 г. в нескольких лабораториях. Механизм этого явления был раскрыт в начале 60-х годов нашею века после выделения К. Рупертом из клеток микроорганизмов фермента фотореактивацнн — дезоксирибопиримидинфотолиазы. Экстракты дрожжей оказались способными восстанавливать трансформирующую активность ДНК Наеторйу((из (п)(иепгае на свету. 132 Б УФ УФ УФ !!иримиднновый димер — — 3 3' 5 Инцизия 5' — ' 3' Репликация ! Связывание фермента фотореак тивации с димером ! 5' — — 3 3' ! 5 Рекомбинацня 5' — 3' Эксцнзия и ресннтез +фозореактивируюший свет -Х!3 И-Расщепление — днмера ! Освобоидение фермента 4 — 3' ! 3' — — 5 ! Ресннтез н сшивание 5' — — — 3 Сшиванне 5' 3' 5 3' 5 Интакзная ЛНК Непрерывные дочерние низи ДНК Репарированная ДНК ! ! Репликация Репликация Репликация Рнс.
6.17. Схема механизмов репарации на примере постраднациоинопз (УФ) восстановления структуры дНК (по Р. Напаиа1з, 1975, и. 3У1зхзп, 197би А — фотореактивация, " — эксциаианнан репарация;  — пострепликативная репарация 133 Субстратом фермента фотореактивации служат димеры пиримидиновых оснований, с которыми он образует комплекс в темноте (с неповрежденной ДНК фермент не связывается). На свету комплекс распадается„при атом происходит мономеризапия димеров. В клетке зукариот фермент локализован в ядре, у прокариот — в непосредственной близости к нуклеоиду.
В частности, он не обнаруживается в безнуклеоидных миниклетках, которые образуют некоторые мутанты Е. сой. Известен мутант р3зг Е. сей, у которого блокирована фоторе- активация. При облучении видимым светом у этого мутанта не исчезают тиминовые димеры из ДНК. Фермент фотореактивации широко распространен в природе и обнаружен даже у таких примитивных свободноживущих микроорганизмов, как микоплазмы, найден он в клетках многих высших растений и животных.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
