Biokhimia_T3_Strayer_L_1984 (1123304), страница 9
Текст из файла (страница 9)
24.46). Первая из них - УФ-специфичная эндонуклеаза - находит место повре-Модель димера урацила, образованного под действием ультрафиолетовогооблучения.Тиминовый димер имеет примерно такую же структуру.ждения и вносит одноцепочечный разрыввблизи от димера, обычно с 5'-стороны.Участок, содержащий димер, выпячиваетсяиз двойной спирали, что позволяет ДНК-полимеразе I (или другой подобной полимеразе) провести репарационный синтез в направлении 5'—>3'.
Затравкой при этом служит3'-конец разорванной цепи, а матрицей - интактная комплементарная цепь. Затемобласть, где расположен пиримидиновыйдимер, вырезается под действием 5'—>—>3'-нуклеазной активности ДНК-полимеразы. Наконец, новосинтезированная цепьи остаток той же цепи ДНК соединяютсяДНК-лигазой. Другой путь репарации-фотохимическое расщепление пиримидинового димера.
Почти все клетки содержат фотореактивирующий фермент, который узнает димер и расщепляет его на исходныеоснования, используя энергию поглощенного синего света.24.25. Рак кожи при золотистой ксеродермеобусловлен нарушением нормальнойрепарации ДНКЗолотистаяксеродерма(Xerodermapigmentosum) - редкое заболевание кожиу людей. Оно наследуется как аутосомныйрецессивный признак. У гомозиготныхбольных кожа крайне чувствительна к солнечному и ультрафиолетовому свету. Серьезные поражения кожи наблюдаются ужев детстве, а с возрастом они принимают всеболее тяжелый характер. Кожа становитсясухой, и дерма в значительной степени атро24.
ДНК: генетическая роль,структура и репликация35Ксеродерма от греч. слов, означающих «сухая кожа». Этот термин был впервые использованF. Hebra и М. Kaposi в 1874 г. для описания «пергаментной кожи» и аномальной пигментации, наблюдавшихся у одного из больных.фируется. Появляются кератозы, веки покрываются рубцами, поражается роговица.Обычно во многих местах возникает рак кожи.
Многие больные погибают, не достигнув 30 лет, от метастазов этих злокачественных опухолей кожи.В ДНК человека, как и у E.coli, под действием ультрафиолетового света образуются пиримидиновые димеры. Более того, механизмы репарации у человека и у E.coli,по-видимому, сходны. Изучение фибробластов кожи больных золотистой ксеродермой показало, что одна из форм этой болезни сопровождается биохимическим нарушением.
В нормальных фибробластах половина пиримидиновых димеров, образовавшихся под действием ультрафиолетовогооблучения, вырезается менее чем за сутки.В фибробластах же, полученных от больныхзолотистой ксеродермой, за тот же промежуток времени вырезания димеров почти ненаблюдается. Какой этап репарации нарушен? Ответ был получен путем определениямолекулярной массы цепей ДНК из фибробластов, облученных ультрафиолетовымсветом. В нормальных клетках в течение нескольких часов после облучения происходитзаметное снижение молекулярной массыодноцепочечной ДНК. Это снижение молекулярной массы обусловлено первой реакцией процесса репарации, а именно расщеплением цепи ДНК рядом с пиримидиновым димером.
После УФ-облучения клеток золотистой ксеродермы, наоборот, снижения молекулярной массы не происходит.Следовательно, это кожное заболевание,возможно, вызвано инактивацией эндонуклеазы, которая гидролизует остов ДНК рядом с пиримидиновым димером. Тяжелыеклинические последствия этого ферментативного нарушения свидетельствуют об исключительной важности процессов репарации ДНК.24.26. ДНК содержит тимин вместо урацила,что делает возможной репарациюдезаминированного цитозинаЦитозин в ДНК спонтанно дезаминируетсяс измеримой скоростью, образуя урацил.36Часть IV.ИнформацияДезаминирование цитозина является потенциально мутагенным, так как образующийся урацил спаривается с аденином, и, следовательно, одна из дочерних цепей будетсодержать AU-пару оснований вместо исходной GC-пары:Эта мутация исправляется под действиемрепарационной системы, узнающей чужеродныйурацилвмолекулеДНК(рис.
24.47).ПреждевсегоурацилДНК—гликозидаза гидролизует гликозидную связь остатка урацила с дезоксирибозой. На этом этапе остов ДНК остаетсяинтактным, но одно основание отсутствует.Затем специфическая эндонуклеаза узнаетэтот дефект и расщепляет остов рядом с отсутствующим основанием. ДНК-полимераза I вырезает оставшийся дезоксирибозофосфат и вставляет цитозин, комплементарный гуанину в неповрежденной цепи.Наконец, репарированная цепь заделывается ДНК-лигазой.В течение многих лет оставалось загадкой, почему в ДНК присутствует тимин, а неурацил, ведь оба основания спариваютсяс аденином. Единственное различие междуними - метильная группа тимина на местеатома водорода при С-5 в урациле.
Почемуэто метилированное основание используется в ДНК, но не в РНК? Напомним, что наметилирование дезоксиуридилата с образованием дезокситимидилата расходуетсямного энергии (разд. 22.16). Открытие сравнительно недавно активной системы, репарируюшей дезаминирование цитозина, служит убедительным ответом на эту загадку.Урацил-ДНК—гликозидаза неудаляеттимина из ДНК. Таким образом, метильнаягруппа тимина служит меткой, позволяющей отличать его от дезаминированного цитозина. Если бы этой метки не было, урацил, стоящий на правильном месте, было быневозможно отличить от урацила, образо-24.27. Рестриктирующие эндонуклеазысовершили переворот в анализе ДНКФерменты рестрикции - эндонуклеазы, способные узнавать определенные последовательности оснований в двухспиральнойДНК и расщеплять обе цепи.
Эти исключительно тонкие скальпели - великолепныйподарок природы биохимикам. Существование ферментов рестрикции позволилопроводить эксперименты, о которых нельзябыло даже и мечтать всего лишь нескольколет назад. Они представляют собой незаменимые инструменты для исследованияРис. 24.46.Репарация участка ДНК, содержащего тиминовый димер,в результате последовательного действия специфической эндонуклеазы, ДНК-полимеразыи ДНК-лигазы. Тиминовый димер показан синим цветом,а новосинтезированный участок ДНК - красным. [Наnawalt P.C, Endeavor, 31, 83(1972).]вавшегося в результате дезаминирования.Дефект остался бы незамеченным, и в однойиз дочерних молекул ДНК неизбежно произошло бы мутационное замещение однойGC-пары на AU-пapy.
Система репарации,которая выискивает урацилы и оставляеттимины, подавляет такие мутации. По всейвероятности, тимин используется в ДНКвместо урацила для увеличения надежностигенетической информации. В противоположность этому РНК не репарируется, ив ней используется урацил, так как он представляет собой менее дорогой строительный блок.Рис. 24.47.Остатки уранила в ДНК вырезаются и замещаются цитозином - исходным основанием.24. ДНК: генетическая роль,структура и репликация37Палиндром(перевертыш) слово, предложение или стих, которые читаются одинаково слева направои справа налево.Примеры:РадарТо не ясли ломал, а молился енот.А роза упала на лапу Азора.Нажал кабан на баклажан.Roma tibi subito motibus ibit amor.Происходит от греческого слова palindromos - бегу назад.структуры хромосомы, определения последовательностинуклеотидоввоченьдлинных молекулах ДНК, выделения генови получения новых молекул ДНК для клонирования.
Разработку всех этих методовначали Вернер Арбер, Гамилтон Смит и Дэниел Натанс (Werner Arber, Hamilton Smith,Daniel Nathans).Рестриктирующие эндонуклеазы обнаруживаются у самых различных прокариот.Биологическая роль этих ферментов состоит в том, чтобы расщеплять чужеродныемолекулы ДНК. Собственная клеточнаяДНК при этом не расщепляется, так какучастки, узнаваемые своими ферментамирестрикции, у нее метилированы. Взаимосвязь между ресткрикцией и модификациейрассматривается в гл.
30 (разд. 30.9). Важное значение имеет тот факт, что многиеферменты рестрикции узнают специфические последовательности ДНК длиной отчетырех до шести пар оснований и гидролизуют фосфодиэфирные связи в обеих цепяхв этой области. Удивительная особенностьтаких участков расщепления - их симметрияотносительно оси вращения второго порядка. Другими словами, узнаваемая последовательность пар оснований представляет собой палиндром.Расщепляемые участки расположены симметрично относительно оси второго порядка. Например, фермент рестрикции изStreptomyces achromogenes узнает последовательность38Часть IV.ИнформацияВ каждой цепи эта эндонуклеаза рвет фосфодиэфирную связь между G и С, дистальную по отношению к оси симметрии. К настоящему времени очищено и охарактеризовано более 80 ферментов рестрикции. Ихназвания состоят из сокращенного до трехбукв названия микроорганизма (например,Есо от E.coli, Hin от Haemophilus influenzae,Нае от H.aeguptins), обозначения штаммаи римской цифры.
Специфичность некоторых ферментов показана на рис. 24.48.Обратите внимание, что производимые вдвух цепях разрывы могут быть расположены либо со сдвигом относительнодруг друга, либо строго против другдруга.Ферменты рестрикции используются длярасщепления молекул ДНК на определенные фрагменты, которые более удобныдля анализа и манипулирования, чем исходная молекула.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
