Biokhimia_T3_Strayer_L_1984 (1123304), страница 46
Текст из файла (страница 46)
Вирусы решают эту задачу генетической бедности, образуя оболочку из большого числабелковых субъединиц одного или нескольких168Часть IV.ИнформацияСамый простой и лучше всего изученныйпроцесс сборки вируса - сборка ВТМ. ЭтотРис. 30.2.Электронная микрофотография частицы вируса табачноймозаики (ВТМ). (Печатаетсяс любезного разрешения д-раRobley Williams.)Рис. 30.3.Модель икосаэдра.палочковидный вирус имеет длину 3000 А,диаметр 180 А (рис. 30.4) и массу примерно40000 кДа.
2130 идентичных субъединицбелка оболочки плотно упакованы в спираль вокруг одноцепочечной РНК, содержащей 6390 нуклеотидов. РНК глубоко погружена в белок, что делает ее неуязвимой длярибонуклеаз. Каждая белковая субъединицавзаимодействует с тремя нуклеотидами. Отделившись от белкового капсида, РНК весьма лабильна, тогда как интактный ВТМ сохраняет инфекционность десятилетиями.Субъединицы ВТМ не связаны между собой ковалентно. Можно вызвать диссоциацию ВТМ на белок и РНК с помощью, например, концентрированной уксусной кислоты. В 1955 г. Хайнц Френкель-Конрати Робли Уильяме (Heinz Fraenkel-Conrat,Robley Williams) показали, что в соответствующих условиях диссоциированные субъединицы оболочки и РНК ВТМ спонтанно реассоциируют и образуют вирусные частицы,неотличимые от исходного ВТМ по структуре и инфекционности.
Это был первыйпример самосборки активной биологической структуры. Процесс самосборки - этотакой процесс, при котором в подходящихусловиях среды происходит спонтанная ассоциация компонентов и образуется специфическая структура.30.3. При сборке вирусной частицы ВТМбелковые диски присоединяютсяк петле РНКA priori простейший механизм сборки ВТМзаключался бы в ступенчатом присоединении отдельных белковых субъединицк РНК. Трудность, однако, состоит в этомслучае в том, что скорость нуклеации будетчрезвычайно мала. Прежде чем комплекс замкнется сам на себя, образовав один оборотспирали, и таким образом стабилизируется,к гибкой молекуле РНК должно присоединиться примерно 17 субъединиц оболочки.Эта проблема может быть решена присоединением к РНК сразу целого комплекса измногих субъединиц. Действительно, белокоболочки легко образует двухслойный дискиз 34 субъединиц. Каждый слой диска представляет собой кольцо из 17 субъединиц;примерно столько субъединиц (16 1 / 3 ) приходится на один оборот спирали ВТМ.
Клуги его сотрудники исследовали трехмернуюструктуру диска (рис. 30.5) и показали, чтоон представляет собой главный промежуточный продукт при сборке ВТМ. Важнейшее свойство диска состоит в том, что егосубъединицы скользят относительно другдруга и образуют спираль их двух оборотов,такназываемую«запорнуюшайбу»(рис.
30.6).Диск гораздо быстрее взаимодействуетс РНК ВТМ, чем с чужеродной ДНК. Следовательно, РНК ВТМ, по-видимому, содержит последовательность оснований, которую специфически узнает диск и котораяРис. 30.4.30. ВирусыМодель части ВТМ, на которойпоказана спиральная укладкабелковых субъединиц вокругодноцепочечноймолекулыРНК. [Klug A., Caspar D. L. D.,Advan. Virus Res., 7, 274 (1960).]169Рис. 30.5.Карта электронной плотностибелкового диска ВТМ. Показанслой толщиной 6 А. (Печатается с любезного разрешенияд-ра Aaron Klug.)инициирует сборку. Эта область инициациибылавыделенаследующимобразом.К РНК ВТМ добавляли несколько дисков,чтобы покрыть область инициации, и затемрасщепляли остальную РНК нуклеазой.
Защищенный фрагмент содержит примерно 65нуклеотидов, которые прочно и специфичносвязываются с дисками. Последовательность оснований в этой области инициациидает все основания думать, что этот фрагмент РНК образует структуру шпильки состеблем, состоящим из спаренных оснований, и петлей (рис. 30.7). Самое интересное.что петля содержит в каждом третьем положении G.
Такое расположение основанийв триплетах соответствует стехиометрии170Часть IV.Информациясубьединиц оболочки вируса - одна субъединица на три нуклеотида. Следовательно,по всей вероятности, петля связываетсяс первым диском, и с этого начинается сборка вирусной частицы.Неожиданно оказалось, что петля инициации расположена далеко от обоих концовРНК. Точка начала сборки расположена нарасстоянии 5300 нуклеотидов от 5'-концаи примерно 1000 нуклеотидов от 3'-концаРНК. Другой неожиданностью было то, чтооба конца РНК выходят с одной и той жестороны растущей частицы ВТМ (рис.
30.8).Длина 3'-конца на протяжении процессасборки остается более или менее постоян-Рис. 30.6.Схема превращения белковогодиска ВТМ в спиральную форму «запорной шайбы». [KlugA., Fed. Ргос., 31, 40 (1972).]ной, а 5'-конец по мере удлинения вируснойчастицы становится короче.Наиболее вероятная модель образованиячастиц проиллюстрирована на рис. 30.9.Сборка начинается с проникновения петлиинициации в центральное отверстие двухслойного белкового диска. Петля связывается с первым оборотом диска, и прилегающий стебель, состоящий из спаренныхоснований, раскрывается.
Это взаимодействие переводит диск в форму спиральнойзапорной шайбы, и диск захватывает РНК.Так начинается построение спирали вируса.Затем к новообразованной петле РНК, торчащей из центрального отверстия, присоединяется еще один диск. Благодаря протаскиванию 5'-конца через центральное отверстие растущей вирусной частицы при добавлении каждого следующего диска образуется новая петля. Наконец, происходитодевание 3'-конца каким-то пока непонятным способом.Помимо того что двухслойный диск обеспечивает быструю нуклеацию, он существенно увеличивает специфичность образования оболочки. Диск может связываться сомногими нуклеотидами, тогда как однасубъединица - только с тремя.
Следовательно, диск обладает гораздо более высокой избирательностью по отношению к РНКВТМ по сравнению с мРНК клетки-хозяина,чем одна субъединица. Еще одно важноесвойство дисков состоит в том, что в физиологических условиях они не образуют спиралей без РНК. В этом отношении важнейшую роль играют две карбоксильныегруппы в каждой субъединице. При нейтральном значении рН в спиральной формеионизированы обе карбоксильные группы,а в диске - только одна. Электростатическоеотталкивание между близко расположенными карбоксилат-ионами в спиральной форме благоприятствует образованию диска.Связывание РНК со спиральной формой сопровождается достаточным изменениемсвободной энергии, чтобы преодолеть электростатическое отталкивание карбоксилатныхионов.Итак,карбоксилатионы - негативный регулятор, препятствующий образованию спирали без РНК.Рис.30.7.Рис.
30.8.30.4. Заражение фагом Т4 полностьюперестраивает синтез макромолекулв клетке E.coliБактериофаг Т4 - гораздо более сложныйвирус, чем ВТМ. Его двухспиральная ДНКсодержит примерно 165 генов по сравнению30. ВирусыУчасток РНК ВТМ, обеспечивающий инициирование сборки вирусной частицы ВТМ.Электронная микрофотография частично реконструированных частиц ВТМ. Видныдва хвоста РНК, отходящие откаждого растущего вириона.[Lebeurier G.,Nicholaeff A.,Richards К. Е., Ргос. Nat. Acad.Sci. USA, 74, 150 (1977).]171Рис.
30.9.Схема сборкиВТМ.Аобласть инициации в РНКобразует петлю и проходитв центральное отверстие белкового диска. Б - диск переходитв спиральную форму «запорной шайбы». В - к тому концуРНК, где расположена петля,присоединяются новые диски.Г - одна из концов РНК всевремя протаскивается черезцентральное отверстие и взаимодействует с новыми дисками. Д - схематическое изображение молекулы РНК в частично собранном вирусе.
Направление движения РНК, обозначено стрелкой. (Butler P. J.G.,Klug A., Sci.Amer., 1978.)с 6 генами ВТМ. Однако структура, размножение и процесс сборки фага Т4 изучены довольно хорошо, так как он подвергался интенсивному генетическому и биохимическому анализу. Вирион Т4 состоит из головки.отростка и шести нитей (фибрилл) отростка (рис. 30.10). Его молекула ДНК плотноупакована внутри икосаэдрической белковой оболочки и образует головку вируса.Отросток состоит из двух соосных трубок,соединенных с головкой короткой шейкой.В отростке сократительный чехол окружаетцентральный стержень, через который ДНКвводится в бактерию-хозяина. Отросток несет на конце базальную пластинку с шестьюкороткими зубцами, от которой отходитшесть длинных тонких нитей.Концы нитей отростка связываютсяс определенными участками на клетке E.coli.В результате АТР-зависимого сокращения172Часть IV.Информациячехол подтягивает головку фага к базальнойпластинке и нитям отростка, и в результатецентральный стержень проникает через клеточную стенку, но не через мембрану клетки.
Затем обнаженная фаговая ДНК проникает через клеточную мембрану. По истечении несколько минут все реакции синтезаклеточных Д Н К , РНК и белка останавливаются и начинается синтез вирусных макромолекул. Другими словами, заразившийклетку вирус овладевает синтетическимимеханизмами бактериальной клетки и замещает ее гены своими.В ДНК фага Т4 имеется три группы генов,которые транскрибируются на различныхстадиях заражения: предранние, ранние и по-Рис. 30.10.Электронная микрофотография фага Т4. (Williams R. С., Fisher Н. W.,Anelectronmicrographic atlas of viruses,С.
С. Thomas,Springfield,Illinois, 1974. Печатается с любезного разрешения издателя.)Таблица 30.2. Гены фага Т4 [Wood W.B., Revel H.R.,Bacteriol. Rev., 40, 860 (1976)]ТипЧислоМетаболические, необходимыеМетаболические, необходимыми не являютсяСборка частицы, структурные белкиСборка частицы, другие белкиОбщее число идентифицированных генов22604013135здние. Предранние и ранние гены транскрибируются и транслируются до того, как синтезируется ДНК фага Т4. Некоторые белки,кодируемые этими генами, обеспечиваютвыключение синтеза клеточных макромолекул.
Вскоре после заражения ДНК клеткихозяина распадается под действием дезоксирибонуклеазы, кодируемой одним из раннихгенов фага Т4. ДНК самого фага Т4 негидролизуется под действием этого фермента, поскольку в ней нет кластеров (сгруппированных остатков) цитозина. В ДНКфага Т4 вместо цитозина находится гидроксиметилцитозин (ГМЦ). К тому же остатки ГМЦ в ДНК Т4 глюкозилированы.Эти производные цитозина включаютсяв ДНК бактериофага Т4 благодаря действию нескольких фагоспепифических ферментов, синтезирующихся на ранней стадиизаражения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
