Biokhimia_T3_Strayer_L_1984 (1123304), страница 49
Текст из файла (страница 49)
Удаление этой оболочки активирует РНК-полимеразу, содержащуюся в сердцевине вириона. Эта РНК-зависимая полимераза полностьютранскрибирует10молекул(+)РНК, так что образующиеся (+)мРНКимеют такую же длину, как фрагменты ге-Рис. 30.23.30.13. Геном реовируса состоит из десятиразличных молекул двухцепочечной РНКРеовирус, содержащий двухцепочечнуюРНК, поражает клетки млекопитающихи представляет третий тип вирусных генетических систем.
Сердцевина вириона содержит десять различных двухцепочечных молекул ( ± ) Р Н К , ассоциированных с белка-30.ВирусыЭлектронная микрофотография вируса везикулярного стоматита. (Williams R. С., FisherН. W., Electron MicrographicAtlas of Viruses, С. С. Thomas,1974. Печатается с любезногоразрешения издателя.)181Реовирус вирус, содержащий двухцепочечную РНК, выделен из дыхательных путей и желудочно-кишечного тракта людей и других млекопитающих; насколько известно, он не вызывает заболевания.
Приставка рео составлена из первых букв английских слов respiratory enteric orphan, что означает энтеро-респираторныйвирус-сирота (сирота, поскольку бродит «не пристроенный» ни к какойболезни).Рис. 30.24.Рис. 30.25.182Электронная микрофотография реовируса. (Williams R. С.,Fisher H. W.,Anelectronmicrographic atlac of viruses,С.
С. Thomas, 1974. Печатаетсяс любезного разрешения издателя.)Синтез мРНК в сердцевине реовируса. Молекулы мРНК выглядят нитями, отходящими оттемныхтелец-сердцевин.[Bartlett N. М.,Gillies S. G.,Bullivant S.,Bellamy A. R.,J. Virol., 14, 324 (1974).]Часть IV.Информациянома. (±)РНК матрица транскрибируетсяасимметрично и консервативно, т.е.
образуются только (+)РНК, а исходные(±)РНК разрушаются. В сердцевине вириона к 5'-концам этих мРНК присоединяются«колпачки» под действием ферментов. Затем эти концы выходят через каналы в сердцевине (рис. 30.25). Следовательно, сердцевина - высокоорганизованная система синтеза мРНК. Каждая из этих десяти мРНКдает при трансляции один белок. Затемвесь набор десяти (+)РНК соединяетсяс некоторыми вирусными белками и образует предшественник сердцевины («прекор»), в котором синтезируется десять(—)цепей.Для чего геном реовируса разделен нафрагменты? Как уже было указано выше,вирусы животных не могут иметь полицистронных мРНК.
Вирус полиомиелита решает эту проблему путем расщепления гигантского белка-предшественника, а вирусвезикулярного стоматита транскрибируетРНК вириона в виде коротких мРНК, каждая из которых соответствует одному белку. Стратегия реовируса состоит в том,чтобы иметь отдельную «хромосому» длякаждого синтезируемого белка.Четвертый путь выражения генетическойинформации РНК-содержащих вирусов использование ДНК-посредника, интегрирующей с геном клетки-хозяина. Это болеесложная генетическая система, которую используют ретровирусы (РНК-содержащиеопухолеродные вирусы).
Мы обсудим ее ниже в этой главе (разд. 30.19).30.14. Мелкие РНК-содержащие фагисодержат перекрывающиеся геныТакие РНК-содержащие фаги, как R17 (MS2,F2) и Qβ, относятся к простейшим вирусам.Они имеют форму правильного многогранника и диаметр около 200 А. Капсид этихблизкородственных фагов содержит 180 молекул белка оболочки массой 14 кДа и однумолекулу белка А (созревания) массой38 кДа.
Кроме того, одноцепочечная(+)РНК кодирует одну из субъединиц репликазы. До сих пор считалось, что эти мел-кие РНК-содержащие вирусы содержаттолько три гена. Однако обнаружение мутанта фага, образующего нормальные вирионы, но не способного при этом лизировать клетку-хозяина, повлекло за собойпоиск еще одного кодируемого вирусомбелка. Действительно, у РНК-содержашихфагов имеется четвертый ген, кодирующийбелок, необходимый для лизиса бактериихозяина. Ген этого белка лизиса перекрывается с генами белка оболочки и субъединицы репликазы (рис.
30.26). Эти мелкиеРНК-содержащие фаги, подобно маленькомуДНК-содержащемуфагуφX174(разд. 26.11), используют перекрывающиесягены для того, чтобы вместить больше информации в свои маленькие геномы. Молекула ( + ) Р Н К вириона служит матрицей и длясинтеза четырех белков, и для синтеза(—)РНК. Затем (—)РНК используется в качестве матрицы для образования множествакопий (+)РНК. Таким образом, по генетической системе эти фаги напоминают вирусполиомиелита.Репликаза, синтезирующая (+)- и (—)цепи фаговой РНК,- очень интересный фермент. Он проявляет высокую специфичность к гомологичной фаговой РНК. Поэтому молекулы РНК клетки-хозяина не конкурируют с фаговой РНК при репликации.Qβ-репликаза состоит из четырех субъединиц, из которых только одна кодируется фаговой РНК.
Три другие субъединицы репликазы - белки клетки-хозяина, которые фагприспособил для собственных нужд. Два изних - факторы элонгации синтеза белкаEF-Tu и EF-Ts, а третий - один из компонентов 30S-субчастицы рибосомы. Так фаг Qβсоздает весьма специфичный фермент максимально экономичным способом.Регуляторные механизмы обеспечиваютправильную временную последовательностьтрансляции и репликации.
( + ) Р Н К служитодновременно матрицей для синтеза белкаи для синтеза (—)РНК. Было бы нежелательно, чтобы оба процесса происходилиодновременно на одной и той же ( + ) Р Н К ,поскольку рибосомы, движущиеся в направлении 5'—>3', сталкивались бы с репликазой, движущейся в направлении 3'—>5'.Этого не происходит, так как Qβ-репликазасильно ингибирует связывание рибосом с(+)РНК до тех пор, пока не синтезируетсядостаточное число молекул ( — ) Р Н К .Четыре фаговых белка синтезируютсяв различных количествах.
Белок оболочки,который синтезируется на протяжении всегоРис. 30.26.Перекрывающиеся гены в РНКвирусов R17 и Qβ. Одна рамкасчитывания показана желтымцветом, другая - синим.периодаинфекции,- основнойпродукттрансляции. Одна из причин этого состоитв том. что рибосомы гораздо прочнее связываются с участком инициации соответствующего цистрона, чем с другими участками инициации в (+)РНК.
Кроме того,белок оболочки подавляет трансляцию генарепликазы, блокируя его участок инициации. Таким образом, белок оболочки - специфический релрессор трансляции. БелокА транслируется только с незаконченныхмолекул (+)РНК, так как в полных молекулах РНК его участок инициации блокированв результате спаривания оснований. Вторичная структура полной молекулы РНК позволяет транслировать лишь небольшое количество белка А.30.15.
Дарвиновская эволюция фаговой РНКвне клеткиОчистка РНК фага Qβ и Qβ-репликазы отпримесей нуклеаз позволила Солу Спигелману (Sol Spigelman) изучать эволюционныесобытия вне живой клетки. Один из вопросов был сформулирован следующим образом: что произойдет с молекулами РНК, ес30. Вирусы183ли единственное предъявляемое к ним требование - это как можно быстрее размножаться? Молекулы РНК и репликазы фагаQβ и рибонуклеозидтрифосфаты инкубировали в течение 20 мин.
Такое время инкубации способствует отбору мутантных молекул РНК, которые быстро реплицируются.Образец этой инкубационной смеси переносили и разводили в свежей порции стандартной реакционной смеси, содержащей Qβ-репликазу и рибонуклеозидтрифосфаты. Проводили 75 переносов и затем анализировалиобразовавшиеся РНК. Продолжительностьинкубации постепенно снижали, так как молекулы РНК на протяжении экспериментареплицировались все быстрее. Самым удивительным было то, что после 75 переносов(«поколений») длина молекул РНК составляла всего 12% длины исходной РНК фагаQβ.
Нуклеотиды, ненужные для репликации,были утрачены, так как укороченные молекулы реплицировались быстрее. Основноеограничение, которое накладывали условияэтого эксперимента,- сохранение в мутантных молекулах инициирующей последовательности, которую узнаетQβ-репликаза.30.16. Лизогенные фаги могут включатьсвою ДНК в состав ДНК клетки-хозяинаУ некоторых бактериофагов существует двавозможных пути, по которым может пойтиих дальнейшее развитие после зараженияклетки-хозяина: они могут размножатьсяи лизировать зараженную клетку (литический путь развития) или же их ДНК можетвключиться в ДНК зараженной клетки, непроявляя способности к размножению и лизису (лизогенный путь развития).
Вирусы,которые не всегда убивают клетку-хозяина,называются умеренными. Лучше всего изумеренныхвирусовизученфагλ (рис. 30.27); мы уже говорили о нем раньше в связи с регуляцией транскрипции(разд. 28.11). Напомним, что репрессор фагаλ связывается с двумя группами операторных участков OL и OR и что он регулирует свой собственный синтез.ДНК вириона λ - линейная двухцепочечная молекула длиной 48 kb. 5'-конец каждойее цепи представляет собой одноцепочечную последовательность из 12 нуклеотидов.Эти последовательности называются липки184Часть IV.ИнформацияРис. 30.27.Электроннаямикрофотография фага λ.
(Печатается с любезногоразрешенияд-раA. Dale Kaiser.)ми концами, так как они взаимно комплементарны и могут спариваться друг с другом. На самом деле они соединяются сразупосле заражения. В результате 5'-фосфат каждой цепи оказывается рядом со своимсобственным 3'-гидроксильным концом.ДНК-лигаза клетки-хозяиназаделываетразрывы, и в результате образуется кольцевая молекула ДНК фага λ (рис. 30.28).Репликация этой кольцевой молекулыДНК фага λ происходит путем взаимодействия белков, кодируемых фагом λ, с репликационными механизмами клетки-хозяина.В другом случае кольцевая ДНК фага λ может включиться в бактериальную хромосому с помощью одного акта реципрокной рекомбинации между специфическими участками ДНК фага λ и E.coli длиной по 15 парРис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
