В.И. Иванов - Генетика (1117686), страница 35
Текст из файла (страница 35)
В геномах эукариот точек начала репликации множество (несколько сотен или тысяч). Репликация ДНК начинается одновременно во многих точках, следовательно, геном представлен множеством репликонов. Как в любом матричном процессе, в репликации можно выделить три этапа: инициацию, элонгацию и терминацию. Раааа 9. РепликацилЯНКи хромпсом Мсв2р-М тазе ацнв Мса2р-Монтр Сбслбр у!с ' росе-ВС Рис. 9.8. Клеточный цикл и репликация ДНК у дрожжей Юасслагогиусех сегеилое. (Из: Веейпа1су ае Оег!л, 2002) Таблица 9.1. Гены н белки, вовлеченные в синтез ДИК у Е. соВ Белок Локуе ро1А ро1В дпаЕ дпаХ д г диайг диаД дна Т еугА ау гВ Ве диаС диаС дпаВ гроВ диа1 дпаА дпар опС ееб ДИК п р ДНК-полимераза П п-субъединицаДНК-полимеразы П! Субъединица ДНК-полимсразы П! Субъсдиница ДНК-полимеразы П ! Субъединица ДНК-полимсразы ПП Субьединица ДНК-полимеразы1П Субьединица ДН К-поли меразы 1П Субъедин ица Д НК-гиразы Субъединица ДН К-гиразы ДН К-лигаза Праймазная субъеди ница праймосомы Субъединипа праймосомы Субъединица праймосомы, геликаза Субъсдиница РН К-полимеразы Инициация репликации Инициация репликации Инициация репли кани и Сайт инициации рсплнкации БВВ-белок 154 Чпсть Ь гттпт тенетика по-видимому, функцио~ ~ ируют как репли кати ш шя и ли каза.
У всех изученных эукариот схема событий и белки, участвующие в ипи ~ ~иа~ ~ии, сходны. Однако есть и некоторые отличия. Так, у некоторых организмов (другой вид лрожжеИ, дрозофила, кое поп ус) для присоединения Мсш2р-Мсш7р к хроматину необходим дополнитель- ~ ил И белок Сг111. УдрожжеИ белки ОКС осгвются связанными с хроматином на всех стадияхх клеточного цикла, а у позвоночных во время митоза они отделяются от хроматина и вновь соединяются с ним только в стадии О1. До сих пор не ясно, как репликационная машина га Д НК-полимераза-праймаза и репликационный белок А) связывается с точ- коИ начала репликации, как части инициирующего комплекса 1Мспз2р-Мсш7р и Сбс45р) преобразуются в компоненты вилки репликации.
Гены, кодирующие основные белки, участвующие в инициации репликации ДНК у человека, приведены в табл. 9 2. Разделение двойной спирали происходит с помощью ДНК-геликазы и репликационного белка КРА 1от англ. — гелдсигГол лгогей А). Репликационный белок А, сост оящий из трех полипептидов, связывается с одноцепочечный ДН К, таким образом он выполняет ту же функцию, что и ЗЗВ-белки у кишечной палочки. Затем а- ДН К-полимераза-праймаза синтезирует короткие (длиной примерно 30 п.н.) РНК- праймеры на лидирующей и отстающей цепях.
После этого происходит замена а~ юлимсразного комплекса на комплекс б-ДНК-полимеразы — основного фермента рс~ ш икации ДНК у эукариот. 9.2.3. ЭЛОНГАЦИЯ ЦЕПЕЙ ДНК Синтез новых цепей ДНК осуществляется группой ферментов с общим названием ДН К-полимеразы. ДНК-полимеразы многих организмов выделены и хорошо охарактеризованы. Все полимеразы способны образовывать ковалентную связь между 3'-концом цепи и 5'-концом свободного нуклеотидтрифосфата. Следовательно, новая цепь растет в направлении от 5'-конца к 3'-концу вдоль матричной цепи, имеющей противоположное направление 3' — ~ 5' 1рис.
9.9). Реакцию присоединения нуклеотида эти ферменты осуществляют только в присутствии одно~~спочечной матрицы и короткого двухцепочечного участка со свободным 3'- кш гном — праймера. Первый дезоксирибонуклеотид присоединяется к 3'-концу РН К-праймера. Затем ДНК-полимераза один за другим присоединяет нуклеотиды, строя, таким образом, цепочку ДНК. Поскольку все полимеразы способны сгроить цепь только в одном направлении, на 3' — 5' родительской цепи синтез ~ юной цепи будет идти непрерывно, эту цепь принято называть лидирующей. Лидирующая цепь растет в направлении движения вилки, для ее элонгации необходимм лишь один акт инициации. На другой цепи синтез осуществляется короткими фрагментами, которые называют фрагмевтамв Оказаки по имени исследовашля, впервые их обнаружившего (рис.
9.9). Эта цепь называется запаздьаающей, или отстающей. Длина фрагментов Оказаки составляет 1 000 — 2 000 п.н. у прокариот и 100 — 200 п.н. у эукариот. Отстающая цепь растет в направлении противоположном движению вилки, при ее синтезе необходимо множество актов инициации. Фрагменты Оказаки объединяются в непрерывную цепь ДНК после удаления Р Н К-прай ме ров и застраи пан и я освободившихся участков дезокс и рибонуклеотида- )лана й РеиаикииииДНКихрамоеам 155 ми. Реакцию сшивания фрагментов осу- з з щестилнют ферменты ДНК-аигизы, которые кщализирукп обраювание ковалентной связи между 3'-ОН одного фрагмента и 5'-фосфатом следующего.
Обгцая схема процессов, происходящих при элонгации цепей, одинакова у про- и эукариот. У кишечной палочки в репликации ДН К участвуют два фермента: ДНК-полимсраза 1 и ДНК-полимераза Ш. Ключе- з' пым ферментом репликации является ДНК-полимераза Ш. Полный комплекс ДНК-полимеразы Ш, способный осущесгвлять реакцию полимеризации, включа- Отсгающаи ет, по крайней мере, 20 разных белков, но цепь каталитическую функцию выполняют 3 субъединицы — а !альфа), обладающая по- . Лидирующая лимеразной активностью, е !эпсилон), обладающая 3' — ь 5'экзонуклеазной активно- з Фрагмент стью, и 0 (тета), функция которой пока Оказаки 5' неясна.
Функции других субъединиц тоже з неизвестны. Одна из них — 13 — уменьшает вероятность отделения фермента от мат- рис. д.д. Схема вилки репликации. (Из: рицы до завершения процесса копирова- Опйт)те ет а1., 2002) ния. В каждой вилке репликации находится две молекулы холофермента, а в клетке — 10 — 20 молекул. Он синтезируетДНКлидирующей и отстающей цепей. ДНК-полимераза 1 участвует в синтезе отстающей цепи.
Этот фермент состоит из одной полипептидной цепи и имеет 3 ферментативные активности. Благодаря 5' — ь 3'-экзонуклеазной активности он удаляет РНК-праймер, отщепляя рибонуклеотиды с 5'-концов фрагментов Оказаки. Его полимеразная активность обеспечивает наращивание цепи ДНК предыдущего фрагмента. 3' — ~ 5'-экзонуклеазная активность позволяет контролировать правильность присоединения каждого нуклеотида и удалять ошибочно вставленные неспаренные нуклеотиды с растущего конца цепи.
В реил и кативном синтезе ядерной ДНК эукар нот участвуют два фермента: 8- и е- ДНК-полимеразы. Наращивание лидирующей и отстающей цепей обеспечивает сложный белковый комплекс, в составе которого самое вюкное значение имеет 8-ДИК-полимераза, реял икационный фактор ЙГС !от англ. гер7!еагтолзгаегог Ц и белок РСЫ А !от ан гл. ргоЯегаггля ее!! лис!еаг апг!Кеп). Репликационный фактор В РС состоит из пяти субьединиц различной молекулярной массы (140/145, 40, 38, 37 и 36.5 кДа). Этот белок связывается с 3'-концом только что синтезированного праймера и блокируетего наращивание, выполняемое а-ДНК-палимеразой) придлине примерно 30 иуклеотидов.
На этой стадии КГС способствует связыванию ДНК с белком РС)ь)А, который, по-видимому, играет роль связующего звена между полимеразами и нагим Л 06~идя,яяиявикд Лидирующая цепь Ро! а-праймааа Рис. 9 10. Вилкарепликацииуэукариот (Из Лаврикссоавт.,2003) другими белковыми факторами комплекса. В результате этих процессов а-ДНК-пол и мс раза вьпесняется с 3'-конца растущей цепи. Дальнейший синтез продолжается другими ферментами — б- и е-полимеразами. б-ДНК-полимераза человека — мульти мерный белок, состоящий из четырех субьединиц! 25, 50, 68 и 12 кДа. Тройной комплекс КРС вЂ” РСХА — б-ДНК-полимераза обеспечивает элонгацию обеих цепей Д Н К (рис. 9.10).
Кроме репликации б-ДНК полимераза участвует и в репаративных сиптезахДНК. Удаление праймеров и сшивание фрагментов Оказаки происходит с участием б- ДН К-полимеразы, РНКазы Н, ДНК-лигазы и флэп-эндонуклеазы. РНКаза Н катализирует расщепление РНК в гибридных РНК-ДНК-молекулах, флэп-эидонуклеаза отшепляет так называемые «свисающие 5'- концы», которые образуются в результате того, что б-ДН К-полимераза обеспечивает синтез с вытеснением цепи. Синтез м итохондриальной ДНК осуществляет у-Д НК-полимераза.
Но механизм репликации ДНК в митохондриях несколько отличается от репликации хромосомной ДН К прокариот и эукариот. Наиболее важная особенность репликации митохогшриальной ДНК вЂ” наличие сайтов инициации, специфичных для каждой из комплементарных цепей ДНК.
Ген Р02й, кодирующий у-ДНК-полимеразу у человекаа, локализован в 1 5г)25. Праймер синтезируется м итохоидриал ьной ДН К-зависимой РНК-полимеразой, отвечающей как за экспрессию митохондриальных генов, так и за создание РНК-праймера для инициации репликации митохондриального генома. У человека этот белок кодирует ген РОАЯМТ, локализованный в 19р13.3.
Продукт этого гена больше похож на РНК-полимеразы фатов и митохондриальные полимеразы низших эукариот. 1й7 Гьмм а Iврмикаиии дня и 1лимасам Другис м~ кяочисленные ДНК-полимера на ~укариот обсе~ ючивают синтез ДН К, нсобхолимый ллн репарации повреждений )1! ! К и рекомбинации.
9.2.4. ТЕРМИНАЦИЯ РЕПЛИКАЦИИ У кишечной палочки существует учаспж, который обеспечивает терминацию репликации ДН К. В этом участке содержится несколько коротких последовательностей, так называемых гег-сайгон (длиной =23 п.н.). Прекращение движения репликлционной вилки обеспечивается связыванием продукта гена гиг с сайтами терминации, Точки терминации — не обязательный элемент репликона.
При двунаправленной репликации синтез ДН К прекращается, когда нстречаются репликационные вилки. У ау кар нот синтез прекращается, когда встречаются вилки соседних репли конов. 9.2.5. СКОРОСТЬ РЕПЛИКАЦИИ Скорость роста новой цепи практически постоянна. У е. со(г скоросп копирования составляет примерно 1 500 нуклеотидов в секунду. Скорость движения репликационной вилки в эукариотических клетках много ниже — 10 — 100 п. н, в секунду.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
