Osnovy_biokhimii_Uayt_tom_2 (1123310), страница 99
Текст из файла (страница 99)
В результате этого может произойти локальное разделение двух митей,при температуре значительно ниже температуры плавления. Можно предполагать, что этот белок может облегчать раскручивание двойной спирали впереди репликациоиной еа!лки (см., например, рпс. 25.2). Кроме того, обнаружены ферменты, катализирующие раскручнванне лвуспнральных молекул ДНК, сопряженное с гидролизом АТР до АОР и Р!. ДНК-гираза Е.
сой (равд. 25.31) специфически ннгпбируется антибиотиком новобиоцилом, который, как известно, ингибнрует репликацпю ДНК. Таким образом, функционирование этого фермента играет важную роль при репликацин хромосом организма. Исследование клеток, к которым во время роста на очень короткое время (от 5 до 30 с) добавлен радиоактивный тпмндин, показало, что вновь синтезированная ДНК Е. со(! находится в виде коротких фрагментов длиной от 1000 до 2000 нуклеотидов.
Эти короткие цепи ДНК затем включаются в основную реплппнрующуюся молекулу ДНК с .помощью соединяющего фермента— ДНК-лигазы. У мутантов, дефектных по ДНК-лигазе или ДНК-полимеразе 1, эт!! фрапмегггы могут составлять основную часть внсв! реплицнрованной ДНК.
Роль ДНК-полимеразы 1 в этом пропессе Обсуждается ниже. Так,как короткие вновь возникающие фрагиен- нь гяетлволизм 1орз рис. йбд, Прерывистая реплнкация дНК. Следует подчеркнуть, что так как реплнкация должна идти в направлении от 5' к 3' для обеих нитей, то полимериэация не может идти одновременно на обеих нитях. В результате этого и районе репликационной вилки должиы существовать временные однонитевые участки.
ты ДНК синтезируются,в нпправлении 5' — ~-3' (в направлении 3' — +-5' относительно матрицы) (рис. 25.7), прерывистый способ репликации может объяснить одновременную реплнкацию в направлении от 5' к 3' обеих нитей дуплекса ДНК. Следует отметить, что, согласно этой модели, только запаздывающая нить, которая формально реплицируется в напра~влепив от 3' к 5', должна реплицироваться прерывисто; ~ведущая:нить,может реплицироваться непрерывно.
Синтез фосфодизфирной связи, катализпруемый ДНК-лигазой, идет по механизму, отличающемуся от того,,который характерен для ДНК-полимеразы. Синтез происходит между соседними 5'-фосфатной и 3'-гидроксидной группами в двухспиральной ДНК, сопряженно с расщеплением пирофосфатной связи в )х)А0 (Е. сой и другие прокариоты) или у АТР (эукариоты) в три последовательные стадии. "1) перенос аденильной группы от ИА(У нли АТР,на в-аминогруппу лизинового остатка фермента с образованием кгявалентного промежуточного фермент-аденнлатного комплемса с фосфоамидной связью, что сопровождается выделением никотпнамидмононуклеотида или РР,; 2) активация 5-фосфорильного конца ДНК путем переноса аденильной группы с фермента л образование пирофоофатного производного — ДНК-аденнлата; 3) образованне фосфоднэфирной связи путем атаки 3'-гпдроксндного,конца ДНК по активированной 5'-фосфатной группе с,выделением АМР,(рис.
25.8). Хотя прерьувистый способ репликации ДНК может объяснить одновременное считывание в циаправлении 5' — 3'обеих нитей дуплекса ДНК, он оставляет .без ответа вопрос о механизме инициации. Соображение о том, как это может происходить. появилась при изучении рвпликапии мелкого бакториального вируса М13. Этот и родственные бвктериофаги содержат одну ~кольцевую молекулу однонитевой ДНК, состоящую из примерно 5500 нуклеотндов. На начальной фазе реплякации эта ДНК превращаепся ~в замкнутую кольцевую двунитевую,молекулу (гл. 28). !с!7 55. ГЕНЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ МЕТАБОЛИЗМА. ! гйзп~! Е-!суй-йнз О О и, з,н +А-Я-О-Р О-Р-О-й-й а-и.
йй уУ О Н О ! и Е-!Еууу-й~-Р— Π— й-А 1 ! Н О ймй + инм РР А- й -Π— Р- О - Р - Π— Р -О О О О !АТМ Н О а-й.уа1-й -Р-О-й-А+ 2 Н О ААЩ. НОО,О,::~З.З О О ч о о О О-й-А е-!Еуу!-Рига "'Г' ! Е-ауз1-йиа О Н + О ! О -Р=О О й ! А "'Ч ой~ ~,л,)" 6 й О О й-А То, что этот процесс ингибируется рифазгпицином, антибиотиком, !Тнгт!бирующи!м РНК-полн~меразу, которая способна инициировать полирибонуклеотидную цепь 1гл. 26), дает основание предполагать, что праймер для репликацни ДНК может образовываться в результате транскризт!Тин. Дальнейшее исследование этого явления !и ч)чо и !п чйго а!оказало, что тзк оно и есть.
Так, после инфицирования Е. Сой фагом М!3 РНК полнмераза бактерии катализирует синтез короткого фрагмента РНК на специфическом участке фаговой ДНК. Этот фрагмент РНК служит праймером для синтеза ДНК, катализнруемога комплексом из ДНК-1!олнмеразы 111 и некоторых дополнительных белков. Для этого процесса необходимы АТР и белки, опецифичеокн овязывающиеся с ознонятевымн ДНК. Удаление инициаторной РНК и заполнение пробела, образукмцегося прт! этом, осущест!вляется путем ннк-трансляции, катализируемой ДНК-полимеразой 1 (равд.
26.3.2.1). Ковалентно замкнутая кольцевая двухнитевая ДНК образуется при действии ДНК-лигазы (риис. 26.9). 31 — 1 368 Рнс. 26.8. Механизм ДНК-лигазной реакпии. 1ТМЫ вЂ” никотинамндмононуклеотин 1догйЬеге А., Бс)епсе, 168, 14!О, 1969. СорупкЫ 1969 Ьу ТЬе Агпепсап Азаос1а1!Оп 1ог 1Ье Аауапсептеп! о1 зс1епсе). 1п. метлэолпззп $0!8 ма ДНК-сая- змаающий салоп дик- поли. мераза днк-поли. меразз ц днх-пигзза помппезо ДНК.
полимеразм М Рис. 25.9. Схема преврагпення одионнтевой ДНК фага Ы!3 в двухивтепую ДНК при действии репликационных оелков Е. со!Д Показана двухннтеван ыпплька в том месте„где начинается синтез РНК, по аналогии с лромоторами транскрипции диуспнральной ДНК (гл.
26). Детали см. в тексте !Яслеяглаа Л., П"е!пега А., Когпэега А., Бс!енсе, !88, 987, 1974). Анализ реплнкацнн 1п чйго одионнтевой кольпевой ДНК нз другого бактернофага ФХ!74„которая является более сложным процессом, чем реплнкацня ДНК фага М13, н не ингнбнруется рпфампг!пином, показал необходимость доз!олннтельных ферментов н факторов, которые могут также принимать участие ~в реплмкацган хромосомы Е.
со!2 В дополнение к ферментам, необходимым для ре!!лнкацнп М13, в этом случае нужны также продукты генов с)лаВ, С, !з и некоторые нз мнх былн получены в гомогенном (фнз!ачески) сосгояннн как н другие белки, гены которых еше не картнрованы. Как было отмечено выше, продуктом гена и!паВ является ДНК-полнмераза Ш. Продуктом гена с)лаСг является, по-ввднмому, РНК-полнмераза, устойчивая к рнфампнцнну, которая синтезирует фрагмент РНК, необходимый для инициации реплнкацнн ДНК фага гзХ174. Так как реплнкацня ДНК у Е. со1! нечувствительна к рнфампнцнну, то продукт гена гЬаСг может быть ферментом, ответственным за синтез фрагмента РНК, необходимого для сннтеза растущих фрагментов ДНК.
Правдоподобная, хотя не вполне подввержзенная еше модель реплнкэцнн ДНК Е. со)г', которая может быть распространена п,на другие, более сложные органнэмы, была построена на основе упомянутых ~выше весле!Дованнй. Согласно этой молелен, реплнкацпя ДНК ндет,путем локального прерывистого синтеза фрагментов ДНК. Имнцнацня этих фрагментов осуществляется сннтсзом короткпх фрагментов РНК, что каталнзнруется гулаСз РНК-полпмеразой. Удлнненне цепи катал~нзн~руется комплексом ДНКчполг!меразы П1.
Удаленне нннцнаторной РНК н заполнение образовавшегося пробела осуществляются ДНК-полнмсразой 1, одной плн совмеспно с РНазой Н, что позволяет образовавшнряся фрагмонта~м ДНК объедвняться ~в реплнцнрующуюся хртзмосому с помошью ДНК-лнгазы, чем н заканчивается весь процесс. До снх та. ГН!еТИЧЕСКиЕ АСПЕКТЫ метАБОЛИЗМА. 1 Рис. 25.10. Структура тиминового димера. Соседние тимндиновме основания в цени ДНК коцкеисируются с образованием цикдобутанового кольца. О и сахар О и сахар пор неизвестно, только запаздывающая нить или обе нити дуплекса ДНК реплицируются прерывисто.
До сих пор нет информации о функциях остальных Г(пп-генов в этом процессе и о роли факторов, которые контролируют образование,репликационной 1вилки,в уникалиюй точке хромосомы и. следовательно, включение цикла реплнкацин ДНК. 25.3.3. Репарация повреждений ДН К Понреж1дения ДНК, вызванные химячесяими и физическими возденствинми, могут быть,репарированы с помощью ряда механизмов. Наяболее изучены механизмы репарации повреждений, вызванных ультрафиолетовым облучением ДНК. Прн дейс.пвии ультрафиолетового излучения на ДНК образуются тиминовые димеры в результате конденсации двух соседних тиминовых остатков с образованием циклобутанового кольца (рис.
25.10). Образование тнминового днмера вызывает нарушение геометрии спирали, 1препятспвует реплнкацин, и поэтому он должен быть удален из ДЙК. Предполагается, что у Е. со(1 это осуществляется преимущественно с помощью «темновогов процесса вььщепления, который вдет в три стадии (рис. 25.11): 1) расщепление нити ДНК непосредственно возле или вблизи от днмера специфической эндонуклеазой; 2) одновременное еыщепление олегонуклеотида, содержащего тнмнновый дямер,,и заполнение бреши, включением нуклеотнпов, что осуществляется 5' — х3'-экзонуклеазной и полимеразной функциями ДНК-полимеразы 1. Это процесс ннк-трансляции (перемещения разрыва). У других организмов выщепленне и репаратттвная реплпкация могут .катализнроваться отдельными полимеразамн и экзонуклеавамн; 3) образование фосфоднэфирной связи между вновь синтезированным фрагментом и остальной ДНК, катализнрупмое ДНК-лнгазой. 1919 пь мнтлаолизм Так как известны жизнеспособные мутанты Е.
соИ, у которых делегирован ген, кодирующий спепифическую зндонуклеазу, то должны быть и другие механизмы для репарации ультрафиолетиндуцированных повреждений ДНК. Один из путей,включает действие фотореактнвируюшего фермента, который, вероятно, специфически ввязывается с пирнмиднновым (тиминовым) днмероы. Поглощение видимого света хромофором, который ассоциирован с ферментом, предоставляет необходимую для раощеплсиня цнклобутанового,кольца знергию, причем регенернруются два соседиих тнминовых ядра. Фотореактивнрующий фермент был обнаружен в самых разных клетках, таких, как микоплазма, Е. со11 и лейкоциты человека. Некоторые редкие наследственные заболевания человека связаны с дефекта~ми в зкоцизионной репарации.
К ннм относятся нигментная ксеродерма анемия Фанкони, синдром Блума и преждевременное старение. Больные ксеродермой ненормально чувснви- з' а' ИФ-снеанфн" лесная анаанцнлансн ннииаии ДНК. лалнмерааа 1 а манфссаснзпм ннн- мрансланнн ас а' З' ансаелление днн-лнгваа+ нлдс сынаанне Рис. 25.11. «Темноаая» репарация ДНК, содержащей тиминоные днмеры. Обратите анимание на процесс ник-трансляции 1перемещение бреши), который каталнзир1ется дНК-полимеразой 1Квир 1с.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
