Biokhimia_T3_Strayer_L_1984 (1123304), страница 47
Текст из файла (страница 47)
Один из них гидролизует dCTPс образованием dCMP, чтобы воспрепятствовать включению dCTP в ДНК фага Т4.Затем второй фермент вводит в dCMP гидроксиметильную группу, и образуется5-гидроксиметилцитидилат. Третий фермент превращает 5-гидроксиметилцитидилат в трифосфат, который служит субстратом для ДНК-полимераз. Наконец, четвертый фермент гликозилирует некоторыеиз содержащихся в ДНК остатки гидроксиметилцитозина.Синтез поздних белков сопряжен с репликацией ДНК фага Т4. На этом этапе образуются белки капсида и лизоцим. Когдасборка вирионов потомства завершена, лизоцим гидролизует клеточную стенку бактерии и разрушает ее.
Примерно через 20 минпосле заражения возникает около двухсотновых вирусных частиц.30.5. В упорядоченной сборке фага Т4участвуют вспомогательные белки ипротеазыСборка фага Т4 - гораздо более сложныйпроцесс, чем сборка ВТМ, так как капсидфага Т4 значительно сложнее по своейструктурной организации и содержит примерно 40 различных белков. Еще тринадцать дополнительных белков (по сравнениюс ВТМ) участвуют в сборке фага Т4, но невходят в состав капсида. Механизм сборкиэтого вируса был исследован с помощью сочетаниягенетических,биохимическихи электронно-микроскопических методов.Работы Вильяма Вуда и Роберта Эдгара(William Wood, Robert Edgar), посвященныемутантам фага Т4, дефектным по способности к сборке, позволили установить следующее.1. Существует три основных пути превращений, которые приводят к образованиювupуca.
В результате этих превращений независимо формируются головка, отростоки нити отростка (рис. 30.11). Если блокировать образование одного из перечисленныхкомпонентов, это не повлияет на синтездвух других.2. Каждая из этих последовательностейпревращений идет в строго определенномпорядке. Все белки капсида синтезируютсяодновременно во второй половине цикла заражения. Таким образом, строгой последовательности сборки головки, отростка и нитей отростка способствуют структурныеособенности самих промежуточных продуктов. Ни один из этих процессов ассоциации неможет идти с заметной скоростью, пока незакончится предыдущий. Возможно, часть30.
Вирусы173и протеазы. Например, для образованияцентральной «втулки» базальной пластинкиотростка нужны три белка, которые не входят в состав собранного отростка. Эти вспомогательные белки служат временными шаблонами для ассоциации компонентов«втулки». Протеазы играют важную рольв сборке головки. Основной белок головкис массой 45 кДа, который называется gp23*(gp - от англ. gene product - продукт гена),образуется из предшественника gp23 с массой 55 кДа. Расщепление происходит в тотмомент, когда головка частично собрана;это свидетельствует о том, что оно запускает механизм втягивания ДНК в головку.Известны еще три белка головки, которыерасщепляются в процессе сборки.
Такимобразом, фаг Т4 образуется путем самосборки и сборки с участием вспомогательных (морфопоэтических) белков и ферментов.30.6. В репликации фага T4 участвуетконкатемерный промежуточный продуктРис. 30.11.Морфогенез фага Т4. Числавозлестрелокобозначаютгены, продукты которых необходимы для соответствующихэтапов сборки. (Wood W.В.,Geneticmechanismsofdevelopment, Ruddle F. H., ed.,Academic Press, 1973, p. 29.)энергии связывания на каждом этапе используется для снижения энергии активацииследующего процесса ассоциации и такимобразом увеличивает его скорость.3.
Головка и отросток должны бытьполностью собраны, прежде чем они соединяются друг с другом. Затем готовые нитиотростка присоединяются к базальной пластинке. И в этом случае строгая последовательность событий обеспечивает выходтолько готовых вирусных частиц.Образование вирионов фага Т4 идет нетолько путем самосборки. Важную роль нанекоторых этапах этого процесса играютвспомогательные ( морфопоэтические ) белки174Часть IV.ИнформацияПри репликации линейных молекул ДНК,в частности ДНК фага Т4, возникает особаяпроблема. 5'-концы новообразованной дочерней ДНК застроены не до конца, так какРНК-затравка была удалена, но не была замещена ДНК (рис.
30.12). Напомним, чтоДНК-полимераза не способна синтезировать цепи ДНК de novo в направлении 3'—>5'(разд. 24.19). При репликации кольцевыхмолекул ДНК такой проблемы не возникает, так как 3'-конец новой цепи служит затравкой для завершения синтеза дочернейцепи. Как же решают эту проблему фаг Т4и другие вирусы, геном которых представляет собой линейную ДНК? Важным указанием на то, как решается эта проблема,послужило открытие, что эти линейные молекулы обладают концевой избыточностью,т.е. последовательность оснований левогоконца ДНК в точности повторяется на правом конце:К тому же при репликации этих молекулДНК образуются длинные конкатемеры,Эти открытия позволили предложить механизм заполнения 5'-концов дочерних цепей.Поскольку одноцепочечные концы новообразованных двухцепочечных молекулвзаимно комплементарны, они быстро реассоциируют (рис. 30.13). Эта комплементар-Рис.
30.12. 5'-концыновосинтезированныхлинейныхмолекулДНК застроены не до конца.Родительские цепи ДНК показаны красным цветом, а дочерние - синим.Рис. 30.13.30.7. ДНК фага Т4 вводитсяв преобразованную головкуКак образуется молекула ДНК, соответствующая одному фаговому геному, и какона упаковывается в головку? Эта проблеманевероятно сложна: ДНК имеет контурнуюдлину 56 мкм и при этом должна уместиться в головку, длина которой по большей оси0,1 мкм.КтомужеобъемДНК(1,8•10-4мкм3) ненамного меньше объемаголовки (2,5•10-4 мкм3).
A priori имеютсядве возможности: ДНК может входитьв предобразованную головку или головкаможет собираться вокруг «ядра» конденсированной ДНК. Выделение пустых головокфага, способных упаковать ДНК, прямо доказывает, что ДНК фага Т4 вводится в предобразованные головки (рис. 30.14). В то время как ДНК входит в головку и свертывается в структуру, напоминающую мотокпряжи, происходит расщепление несколькихбелков головки. Одновременно происходитразбухание головки.
Наконец, когда в головку входит фрагмент ДНК, соответствующий длине одного генома, конкатемернаяКонкатемерныйпромежуточный продукт репликациилинейных двухцепочечных молекул ДНК. ДвухцепочечныемолекулыДНКснезастроенными концами ассоциируют друг с другом благодаряспариванию комплементарныходноцепочечных концов (АВс ab). Затем одноцепочечныепробелы застраиваются.ность - следствие концевой избыточностипоследовательности оснований.
В конкатемерной цепочке, состоящей из повторяющихся звеньев - двухспиральных молекулфаговой ДНК, 3'-конец одной молекулыслужит затравкой для заполнения 5'-концадругой.Рис. 30.14.30. ВирусыСхема упаковки ДНК присборке головки фага Т4.175Рис. 30.15.Электронная микрофотография вируса кустистой карликовоститомата.(Печатаетсяс любезного разрешения д-раRobley Williams.)ДНК расщепляется. Нуклеаза действует непутем узнавания какой-либо определеннойпоследовательности, а расщепляет ДНКименно в тот момент, когда головка наполнена. Этим и объясняется тот факт, чтоконцы молекул ДНК Т4 обладают концевойизбыточностью, ДНК упаковывается такимобразом, что она может быть очень быстровведена в бактерию при следующем циклезаражения. Чем обеспечивается такая поразительная подвижность, остается загадкой.30.8. Гибкость белка оболочки ВККТпозволяет ему образовыватьикосаэдрический капсидВирус кустистостой карликовости томатов(ВККТ) - сферический вирус, иллюстрирующий другой принцип организации вируса(рис.
30.15). ВККТ содержит одну молекулуРНК длиной 4800 нуклеотидов, окруженнуюоболочкой из 180 идентичных белковыхсубъединиц массой 41 кДа. Как уложеныэти субъединицы оболочки? Максимальновозможная симметрия изотермической оболочки достигается в случае икосаэдраи имеет порядок 60 (рис. 30.16, А). Другими176Часть IV.Информациясловами, не более 60 идентичных субъединиц могут быть упакованы в сферическуюоболочку с соблюдением абсолютной симметрии. Но ВККТ и ряд других сферическихвирусов содержат 180 идентичных субъединиц.
Биологическое преимущество построения оболочки из 180 вместо 60 субъедиництакого же размера состоит в том, что в более крупный вирион можно упаковать больше нуклеиновой кислоты. Это достигаетсяне нарушением симметрии, а некоторым ееослаблением (рис. 30.16, Б). Рентгеноструктурный анализ структуры ВККТ высокогоразрешения, проведенный Стивеном Харрисоном (Stephen Harrison), показал, что химически идентичные субъединицы его оболочки можно отнести к трем группам (А, В и С),каждая из которых состоит из 60 белков,подчиняющихся строгой икосаэдрическойсимметрии. В то же время молекулы из разных групп расположены по отношению другк другу несколько по-разному; поэтому ихназывают квазиэквивалентными.Как объяснить квазиэквивалентностьс физической точки зрения? Рентгеноструктурный анализ показал, что каждая субъединица состоит из S-домена, образующегочасть поверхности оболочки; Р-домена, выступающего наружу; N-концевого участка,направленного внутрь.
Р- и S-домены всехсубъединиц имеют примерно одинаковоестроение. В то же время угол между Р- и Sдоменами в субъединицах группы С сильноотличается от угла в субъединицах А и В. Ри S-домены соединены шарниром, обеспечивающим поворот на угол до 20°. Еще одноотличие состоит в том, что N-концеваячасть в субъединицах группы С упорядочена, а в субъединицах А и В находится в беспорядочной конформации. Благодаря такойгибкости структурной организации субъединицы, принадлежащей к различным группам,могут взаимодействовать друг с другом почти идентичным образом, что необходимодля самосборки. С другой стороны, РНКвнутри частицы, по-видимому, не находитсяв какой-нибудь определенной конформации.Гибкие N-концевые участки субъединицоболочки проникают внутрь и взаимодействуют с РНК.30.9. Бактериальные рестрикционныеэндонуклеазы расщепляют чужеродныемолекулы ДНКМы уже видели, что фаг Т4 обладает ферментативной системой для избирательногорасщепления ДНК клетки-хозяина.
Подоб-Рис. 30.16. Икосаэдрическая поверхностная решетка, демонстрирующая упаковку 60 совершенноодинаковых субъединиц (А)и180 квазиэквивалентныхсубъединиц (Б). Обратите внимание, что все контакты типа«хвост к хвосту» на рис. Аобразуются кольцевыми группами по пять субъединиц, а нарис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
