Osnovy_biokhimii_Uayt_tom_2 (1123310), страница 97
Текст из файла (страница 97)
25.1. 25.3.1. Топология репликации ДНК Радпоавтографические н электронно-микроскопические наблюдения реплнцирующихся молекул бактериальной н вирусной ДНК показали, что роплнцируются одновременно обе нити и репликация начинается 1в определенной фиксированной точке и идет в одном нли в обоих направлениях. В случае кольцевой молекулы ДНК, как, например, хромосомы Е.
сой (табл. 7.4), реплнкация идет в двух направлениях. Средняя скорость, с которой,две точки роста, нлн репликациокные вилки, двигаются при репликацин этой хромосомы, составляет примерно 45000 оснований на вилку н минуту при 37'С. Так как на один оборот спирали приходится 10 пар оснований, то скорость раскручивания исходного дуплекса в каждой вилке составляет примерно 4500 об/мнн (рис. 25.2). В связи с тем что при раокруч|эва~ннн в одной,валке исходный дуплекс должен вращаться в противоположную сторону по српв- зз. ге!!Гзп'и сьие Ас!и'кти метаволизмл. ! О Рис.
25.2. Репликация кольцевой молекулы ДНК в обе стороны, иачииая с фиксироааииой точки О. Тонкие ливии обозиачают вновь сиитезироваииую пить, а стрелки показывают иаправпеиие движения двух рспликациоииых вилок. Лля простоты пе показапз спиральпая структура двухиитевой ДНК. нению с тем, что нсобход>гмо для рвскруч>звания в другой вилке, молекула ДНК должна содержать шарнир. Такой шарнир может возникнуть при расщеплении одной фосфодизфириой связи в исходном дуплексе под действием дезоюсирцбонуклеазы. Деиствительно, были обнаружены белки, способные сн>!мать супервитки у сверхскрученной .кольцевой ДНК (гл. 7), вероятно, путем расщепления и воссоединения фосфолпзфпрной связи.
Такие раскручивающпе белки, или «расплетаэы», могут облегчить раскручивание прп расплетан>ти двух цепей во время репликацпи кольцевой молекулы ДНК. Были также обнаружены ферменты, назваггные ДОК-гиразами, которые катализпруют образование супорвитков в кольцевой ковалентно замкнутой ДНК. Репликация линейной молекулы ДНК баитериофага Т7 также начинается в одной точке и плет одновременно л обе стороны.
Эта точка отстоит от одного кочща молекулы ДНК па 6600 пар оснований. Из-за асимметричного расположения точки начала репликацин на ДНК сначала образуется «глаз» из двух репликационных вилок, а затем, когда очна из милок достигает,конца ДНК, возникает У-образная форма, до тех,пар пока не кончится репчпкация,н во второй !вилке (рис. 25.3). Начало реп,тпкацип в одном пли обоих дочерних дуплексах можно инициировать до того, как закончится репли!кация родительской Т7 ДНК, так что более чем две вилки .могут работать одновременно на одном промежуточном репликацнонном комплексе.
Это дает !возможность быстрее увеличивать количество реп- 100В 111. ЫЕГАБОЛР1ЗЛ1 лик одной родительской ДНК без увеличения скорости продвижения вилок или инициации реплнкации в других точках молекулы ДНК фага Т7. Аналогичное ускорение активации ииицяации репликацни наблюдается, в определенных условиях, и для кольцевой хромосомы Е. сой.
Скорость движения вилки при рецлнкацим эукариотных хромосом згочти на порядок ниже, чем у Е. со11, хотя их очень длинная молекула ДНК (табл. 7.4) ччожет быть реплнцирована за более короткое время, чем необходимо для репликации хромосомы Е. соИ. Большая скорость репликацин достигается благодаря последовательному расположению точек инициации, на каждой из которых образуется две реплнкационные ~вилки, д~вигаюгциеся Чгорг«а „гаван' У-абра«на« Чарва Рис.
25.3. Двунаправленная репликацня линейной ДНК бзктериофага Т7. Репликация начинается в точке О, отстоящей от одного конца нв ББ00 пар оснований, и образует форму «глазаа и У-образную форму. Последняя диаграмма иллюстрируег активацию репликации в одном из дочерних дуплексов до завершения реп- ликвцин родительской молекулы ДНК. 1оов ГЕНЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ МЕТАБОЛИЗМА. ! ! Рис.
25л. Репликзции очень длинной зукзриотной молекулы ДНК. Тонкие стрелки показывают расположение точек ииицизции репликзцин, в каждой из которых возникают по дзе реплнкзционные вилки, двигзюгцкесн в противоположных нзпрзвлениих. в противоположные стороны. Топологические проблемы репликацяи, т.
е. необходимость шарниров для раскручивания исходного дуплекса, точно такие же и в этом случае,,как при репликацпи ДНК Е. сой (рнс. 25.4). У различных животных и даже в ядрах различных клеток одного животного, расстояния между соседними точками инициации варьируют,в широких пределах. Например, в оплодопворенньж яйцах ВгозорЫ1а гпе1апойаз1ег, Гаошеташих в стадию быстрого клеточного деления, ореанее,расстояние между танками инициации составляет 7000 — 8000 пар оснований. Следовательно, если две валки двигаются в противоположных направлениях со скоростью всего 2000,пар Оснований на вилку в минуту, то полная репликация длинной хромосомной ДНК дрозофилы может быть аавершена за несколько минут.
Интересным примером однона~правлевной рвпликации с использованном одной репликационной вилки является катящееся кольг1о. Такой механизм был обнаружен у некоторых вирусов Ьнапример, у бактериофага Ф Х174). Было показано, что с помошью этого механизма амплнфипируются гены рпбосомальной РНК ш.метАБОлизм ю!О 3' 5' Рис. 25.5. Репликвция в одном направлении катьцевой звикиутой двухиитевой молекулы ДИК по механизму катящегося кольпд. Процесс начинается с рвсщеплеиия фосфодизфириой связи в одной из нитей.
Удлииеиие Зскоица и вытесиеиие Вскоицв цепи образует репликациоикуча вилку. Кольцеввя пить предстввляет собой бесконечную матрицу. Когда сиитезироввииый участок становится длиннее мвтрицы п содержит гомологическую последовательность более длины одного генома, то образоввв1пвися молекула подвергается рзсщеплевию, вероятио, под дей- ствиеи зидоиуклевзы. (разд. 25.3.6.1) в ооцитах южноафриканской шпорцевой лягушки Лепориз 1цео(з. При этом расщепление ед1гнсгвент|ой фосфоднэфирной связи в ковалелгно замкнутой кольцевой ДНК предоставляет кпраймер» для удлинения цепи на 3' конце. Репликация,вокруг кольца является, таким образо|м,;вытеснением 5'-фосфатного конца молекулы, который мажет быть связан с некими структурамн, что приводит к образованию единственной репликационной вилки Вытесненная цепь может затем реплицнроватнся в направлении от 5'- к 3".концу. В суцьности катящееся кольцо дает возможность тапдемного расположения повторяюгцихся последовательностей на матраце с единичной, последовательностью (рис.
25.5). 25.3.2. Ферменты реплнквции ДНК 26.3.2Л. Проивриотические ДИК-полимеразы Хотя модель Уотсона — Крика (гл. 7) дает общее представление о том, как,может идти реплпкация ДНК, она ме дает представления о химических процессах, протекающих при этом. Исследование механизма синтеза ДНК в экстрактах Е. сой привело к идентификации и последующему выделению фермента — ДНК-полпмеразы, которую сейчас обозначают ДНК-полимераза 1. Этот Ж ГЕНЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ МЕТАБОЛИЗМА, 1 1011 Р он 3' м риц * он- р ~ мер Рис.
26.6. )Ыодедь комплекса матрнпа --прайиер, на котором Д11К-полпмераза 1 может катализировать поднмсризанию нуклсотидов в направлении от б к 3'. Показано образование фосфоднзфирной связи между прайиером и втодя~иин бтт!з )сермпил У. В. Яс1епсе, 166. 797. 1974). фермент каталпзирует полимернзацпю нуклеотидов, спеццфичность которой определяется матрнцей ДНК. Этот фермент послужил прототипом для всех известных в настоящее время зависящих от матрицы полнмераз нуклеиновых кислот.
ДНК;полимераза 1 состоит из одной,полипептцдной цепи (Л1 110000). Это металлофермент, содержащий одни или два атома Хпьз еГа .молекулу фермента. Синтез фоофодиэфириой связи, катализпруемый ДНК.полцсмеразой 1 идет по уравнению мя'+ (быйЯР)„+ ФХТР ~~ (ВЫА1Р)н,т+ РР; где (Г)ХМР), обозначает полимер, состоящий из а дезокснрнбонуклеотидных остатков, а Г)ХТР— дезоксирибонуклеозидтрифосфаты. Полисмеризация влет исключительно ~в напра~алонии 5'- 3' путем присоединения мононуклеотппных блоков из дезоюсирибонуклеознд-5'-трифосфатов к 3'-гпдроксиду концевого нуклеотида полвнуклеотида — затравки (прайлсера) (Г)НМР),.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
