Lenindzher Основы биохимии т.3 (1128697), страница 46
Текст из файла (страница 46)
Кроме того, при работе этих ферментов должны решаться сложные механические проблемы, поскольку, прежде чем в дело вступят реплнцнрующне ферменты, должно произойтн расцлетание родительской двухцепочечной ДНК так, чтобы ферменты могли получить доступ к информации, закодированной в последовательности оснований внутри двойной спирали. Более того, в зукариотических клетках система репликации тесно связана со сложной трехмерной ор. ганизацией хроматина и нуклеосом Ферменты транскрипции также обладают необычными свойствами.
Онн способны не только катализировать синтез широкого набора различных РНК, но н начинать и заканчняать свое действие в особых точках хромосомы, реагируя на разнообразные регуляторные сигналы. В результате согласованного действия ферментов на определенных этапах жизненного цикла клетки транскрнбируются только определенные гены. Таким образом, ДНК- и РНК-полимеразы, хак, впРочем, и другие белки, помогающие осуществлять репликацию и транскрипцию ДНК, жизненно важны для сохранения в поколениях генетической информации.
28Д. ДНК реплицируетси полуконсеравтивиым способом Согласно пшотезе Уотсона-Крике, каждая из цепей двойной спирали ДНК служит матрнцей для репликации комплементарных дочерних цепей. При этом образуются две дочерние двухцепочечные молекулы ДНК, идентичные родительской ДНК, причем каждая из этих молекул содержит одну неизмененную цепь родительской ДНК. Гипотеза Уотсона-Крика была проиерена с помощью остроумных опытов, выполненных Мэтью Мезельсоном и Франклином Стилем я 1957 г.
Основная идея этих опытов иллюстрируется схемой, прняеденной ни рис. 28-1. Клетки Е. сой выращивали в течение ряда поколений в среде, содержащей в качестве источника азота хлористый аммоний (НН С1), в котором обычный распространенный изотоп ['~Х] был заменен на «тяжелый» изотоп ["Щ Вследствие этого все соединения клеток, имеющие в своем составе азот, в том числе н основания ДНК, оказались сильно обогащенными нзотопом ['~1ч]. Плотность ДНК, вьщеленной из этих клеток, была приблизительно на 1;/ выше плотности нормшгьной ['«Х] ДНК.
Хотя зто различие невелико, тем не менее смесь «тяжелой» ['»Х] и «легкой» ['~)ч] Гл. ук РепликАция и ТРАнскРипция днк Б Полуконсераатианая репликапяя А Консервативная репликация Родктельская "тяжелая"ЛНК вЂ” ЙЙ Рис. Зй-!. Принпип эксперимента Мезельсова- Стала, пелью которого бмло выбрать адин нз двух возможных механизмов репликвпии «тя- желой» 1з»Х1 ДНК (обозначена черным цве- том), когпа репликсция происходила в среде с «легким» нзотопом азота [мН1. «Легкие» цепи ДНК обозначены красным цветом. А.
Консер- вативный моюниэм репликации, Если бы реп- лнкация протекала по этому мекаявзму, то од- на из двух дочерних двухцспочечных молекул содержала бм дяе «легкие», а другая-дэе «тя- нллые» испи. Псследуююее удвоение лочерних молекул должно было бы привести к появле- нию четырех лвухпепочечньп молекул, одна из котормк была бы «тяжелой», а три других— «лагкими»; гибрилнме ДНК при этом не обра- зуются. К, Полуконссрватианый мгхввигм реп- лнкации. При этом типе репликапин «видав ю двух лочерзпм двумгесочечиык молекул ДНК лолжна была бы содержать одну родительскую 1«тюкелую») цепь и одну «легкую» цепь.
Пс следуююее удвоение дочерних молекул прива- дило бы к образованию двух гкбридиых и двук «легких» молекул ДНК. ДНК удалось разделить методом центрифугирования в концентрированном растворе хлористого цезиа Хлористый цезий использовали потому, что плотность его водного раствора может быть сделана достаточно близкой к плотности ДНК. Если такой раствор СяС1одолго центрифугировать в высокоскоростной ультрацентрифуге, то через некоторое время достигается состояние равновесия„ при котором в пробирке образуется непрерывный градиент плотности СяС1 благодаря сильному гравитационному полю, создаваемому центрифугой, концентрация СяС1 н соответственно плотность раствора у дна пробирки оказывается более высокой, чем наверху.
Препарат ДНК, растворенный в СяС1 приходит в равновесное состояние в том месте пробирки, в котором плотность ДНК равна плотности раствора СяС1 Поскольку [гэХ~ ДНК чуть тяжелее, чем [14)ь) ) ДНК, полоса, в которой она достигает равновесия в грйдиенте СйС1, расположена Ближе ко дну пробирки, чем полоса с [зеХ1 ДНК (рис, 2$.2). Мезельсон и Сталь перенесли к))етки Е. сой, росшие на среде с [1ЯХ1 и содержа. шие «тяжелые» цепи ДНК, на свежую среду, в которой находился ХНеС) с обычным нзотопом [га)11, На втой среде они выращивали клетки в течение времени, 896 ЧАСТЬ (и МеХАНИЗМы пеРЕДАчи ГЕНЕТИЧескОЙ инФОРМАЦИИ Напрааление седиментацяи — Р Исходная ( 'ЯН) ДНК (обе цепи тжкелые! Н, (и!,!1 Ду! с двумя "легкиьж цепями Легкая' ДНК Выло ды Результаты эксперимента Перноо удясояие: Обе молекулы ДНК содержат ПО Ояпсйбытхс(ГИ ОДНОЙ "тяжелой цепи дНК пссле О! ного удвоения на ('чн)нн,с! ВторОе удяоеипе: сбразопелись дна молекулы гибридной ДНК и две "легкой " ДЗК после двух удеоений " Легкан" Гибржжая ДНК ДНК необходимого для удвоения клеток.
3'!- тем из этих клеток выделяли ДНК и анализировалн ее плотность с помощью описанного выше метода седиментации. В градиенте СзС1 была обнаружена лишь одна полоса ДНК, плотность которой оказалась средней между плотностью нормальной «легкой» (те(ч(] ДНК и плотностью «тяжелой» (ээЩ ДНК (рис. 28-2), Именно такого результата и следовало ожидатг, если двухцепочечная ДНК дочерних клеток содержит одну старую ээ(ч(-цепь от родительской ДНК, и одну новую га)ч(-цепь (рис. 28-2).
Если выделить ДНК нз клеток, которые прошли два цикла удвоения на среде с (эл(ч(), то она разделится на две полосы: одна с плотностью, соответствующей плотности нормальной лептой ДНК, а другая с плотностью гибридной ДНК, наблюдавшейся после первого удвоения клеток. На основании этих данных Мезельсон и Сталь пришли к выводу, что в строгом соответствии с гипотезой Уотсона-Крика каждый дочерний дуплекс ДНК после двух циклов удвоения клеток сапер!пал одну родительскую Ряс 28-2 Реэультаты эксперимента Мемльсона-Стали.
В градиенте плотностп СяС! «тяжелая» Рты) ДНК постигает раенояесия е полосе, которая расположена ближе ко дау пробирки, чем полоса раеноаесия «легкой» ('»ЩДНК. Рааноассное положение гибридной ДНК окаэыеастся промежуточным. Определение плотности дочерних ДНК после верного и второго удаоений показало, что репликяпия ДНК осупнствлнется по полуконсераатиеному мехениэму. и одну новообраэованную цепь ДНК.
Такой механизм репликацин назвали далукансервативным, поскольку в каждой дочерней ДНК сохраняется лишь одна родительская цепь (рис. 28-1 и 28-2). Т(олученные результаты полностью исключили кансврвативный способ рвплипации, при котором одна дочерняя ДНК должна была бы содержать обе исходные цепи, а другая состояла бы из двух новосинтезированных цепей. Опыт Мезе льсона и Сталя позволил также отвергнуть так называемый дигпвргивный механизм реплихании, при котором каждая дочерняя цепь ДНК состоит из коротких участков как родительской, так и новообразованной ДНК, соединенных между собой случайным образом. гл.
зб. Репликйция и трднскрипция днк .м рыликативной вилкой Движение вилки Начало репликвции вижение вилки 28.2. Кольцевая ДНК реплииируется в двух направлениях Мы уже ющели, что ДНК бактерий и многих ДНК-содержащих вирусов представляет собой кольцевую двойную спираль. Как только было сделано это открытие, возник вопрос о том, как реплицнруется кольцевая ДНК. Расщепляется ли сначала кольцевая ДНК перед репликацией, превращаясь в линейную молекулу, или же она способна реплицироваться в виде кольца? Важные эксперименты, выполненные Джоном Кэрнсом, показали, что ДНК в непоарейщенных клетках Е. сой реплнцируется, оставаясь в кольцевой форме. Кзрнс выращивал Е.
сод на среде, содержащей тимтщин, меченный радиоактивным изотопом водорода — пгрцглйслг (зН). При этом ДНК в клетках Е. сой становилась радиоактивной. Когда ее осторожно выделяли в релаксированной форме и наносили на фотографическую пластинку, радиоактивные остатки тимидина вызывали на экспонируемой пластинке образование «трекою> из зерен серебра, создающих изображение молекулы ДНК. На основании этих изображений Кэрнс заключил, что ннтактная хромосома — это гигантское кольцо; этот вывод согласуется с полученной ранее генетическими методами кольцевой картой ДНК Е.
сей. Однако в радиоактивной ДНК, выделенной из клеток в процессе репликации, была выявлена дополнительная радиоактивная петля трио. 28-3). Кэрис предположил, что эта петля в ДНК возникает в результате образования двух радиоактивных дочерних цепей. комплементарных родительским цепям, по мере того как репликативная вилка движется по кольцу родительской ДНК.
Первоначально считали, что репликация начинается в фиксированной точке родительской ДНК (она называется точкой начала репликации) и что единственная репликативная вилка движется по кольцевой молекуле ДНК в одном направлении (рис. 28-3) Однако последующие эксперименты, проведенные на хромосомах Е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
