Lenindzher Основы биохимии т.3 (1128697), страница 53
Текст из файла (страница 53)
28-23). Непрерывная осевая нить, проходящая через эти структуры, состоит из ДНК, связанной с белком Боковые, похожие на волосин фибриллы представляют собой не что иное, как растущие цепи РНК. Расположенные друг за другом участки ДНК, покрытые фибриллами РНК;это повторяющиеся гены рРНК: все они активно транскрибируются. Одновременно с одного гена тран- ГЛ 28. РЕПЛИКАЦИЯ И ТРАНСКРИПЦИЯ 919 Спвйсерны участок Д Почти полне трвнскри мый серный сток К Молекул полимер Инициация транскрипции 1! мям ! скрибируется большое число цепей РНК, каждая нз которых синтезируется молекулой РНК-полимеразы, перемещаю- шейся от одного конца гена к лрутому.
По мере движения фермента вдоль гена происходит удлинение цепей РНК. Темные точки на ДНК, лежащие в основании фибрилл РНК, представляют со- Рис 28-23. А. Схема, поясняющая пропесс транскрипции. Благодаря образованию вторич- ной структуры новосиитезированные однопепо- чечные молекулы РНК выгляпят гораздо «оро- че, чем ДНК, с которой они транскрибирева- иы. Б. Электронная микрофотография рибосом- ных генов Хепорго в пропыке транскрипции, осуществлаемой одновременно болыпим чис- лом молекул РНК-полимеразы. бой молекулы ДНК-зависнмой РНК-полимеразы.
Эти молекулы очень сильно сближены между собой: они движутся вдоль гена вплотную одна за другой, как говорят, бампер к бамперу. Размер участка ДНК, на котором происходит транскрипция, ижтавляет 2 — 3 мкм, что приблизительно соответствует длине ДНК, необходимой для кодирования 45$-предшественника рРНК эукариот. Нетранскрибируемые участки осевой нити представляют собой схгейсерную ДНК. 28,2б.
У РНК-содержащих вирусов ДНК считывается нрн помощя обратной траиснриптазы. Некоторые онкогенные РНК-содержащие вирусы животных, такие, кйк вирус саркомы Рауса, имеют уникальный фермент — РНК-зависимую ДНК-полнмера- зу, часто называемую обратной нгранскрнплгазой. После того как такой вирус попадает в клетку-хозяина, этот фермент спосчзбен катализировать синтез ДНК, комплементарной по отношению к вирусной РНК, которая играет при этом роль матрицы. В результате образуется ДНК, которая содержит гены, обусловливающие рак; эта ДНК часто встраивается в геном эукарнотической клетки- хозяин!ь где она может а течение многих поколений оставаться в скрытом, т.е.
неэкспрессируемом, состоянии (рис 28 — 24). При определенных условиях такие бездействующие вирусные гены могут активироваться и вызывать реплнкацию вируса; при других же условиях они могут способствовать превращению такой клетки в раковую. Существование обратных транскриптаз в РНКмхздержащих онкогенных вирусах было предсказано еще в 19б2 г. Говардом Темином нз Висконсинского университета, а наличие их в этих вирусах было в конце коннов продемонстрировано в 1970 г. как самим Темином, так и не- 920 члсть ъу, мехАнизмы пеРедАчи ГенетическОЙ инФОРмАции зависимо от него Дзвидом Балтимором из Массачусетского технологического института. Их открытие привлекло большое внимание главным образом потому, что оно представляло собой доказательство возможности передачи генетической информации в направлении от РНК к ДНК.
Оно позволило представить, каким способом включаются в геном клетки-хозяина онкогены, нахолящиеся в РНК-содержащих вирусах в виде РНК. Именно благодаря этому открытию пришлось по-иному сформулировать центральную догму молекулярной биологии (рис. 28-258 Обладающие обратной транскрнптазой РНК-содержащие вирусы называют также ретпроннрусами вип + «ь ч Х Пустая Вирусная РНК оболочка Г з««к Нк Лз«Ь „ /~К ~ Вируоиая РНК Вирусная РНК х/ «./ ~ кДНК Репликацяя «~~"~~~у Двукцепочвчная 'ьу.у «32 г~ыьгу'щ 7тклеткя-козиина Встраивание гдНК Рнс. 28-2« Участке обратной транскринтазы в образовании комшжментврной ДНК на вирусной одноцевочечной РНК-матрипе в животной клетке. Полученная кДНК может встраиваться в геном клеши-ковкина. Решжкацня ДНК Обратна в транскрипция Транскрипция РНК Грвнслявы Белок Ркс 28-28.
Расширенное толкование центральной догмы молекулярной генетики, учитываюшее возможность передачи мистической информации от РНК к ДНК в связи с открытием обратньж транскрнп.газ. («ретро» по-латыни означает <пгазад»). Обнаружение обратной транскриптазы позволило отвеппь иа давний вопрос: как генетическая информация онкогенных РНК-содержащих вирусов может включаться в ДНК клетки-хозяина 7 Сейчас накапливается все болыпе данных о том, что в ДНК многих видов животных присутствуют гены, берущие начало от РНК-содержащих вирусов, даже если животные, из которых эта ДНК выделена, сами не подвергались воздействию таких вирусов. Этн наблюдения заставляют предположить, что гены ряда РНК-содержащих вирусов когда-то, возможно на ранних этапах биологической эволюции этих видов, траискрибировались в ДНК и встроились в хромосомы предков этих животных.
После этого они передавались из поколения в поколение при репликации всей ДНК клетки, в том числе и содержащихся в ней оикогенов, исходно принадлежавших вирусной РНК. Действительно, согласно одной из теорий происхсокдения рака, считается, что все мы несем в хромосомах «спящие», неэкспрессируемые, онкогены, которые попали в геном наших предков в виде РНК-содержащих вирусов, возможно, тысячи или миллионы лет назад. Эта теория далее предполагает, что такие онкогены обычно не транскрибируются, но если их активирокпь, например, воздействием канцерогенных агентов. то они транскрибируются и транслируются Гл. 28.
РнпликАция и тРАнскРипция днк 921 с образонанием продуктов, вызывающих трансформацию нормальных клеток человека в злокачественные. Вирусные обратные транскрнптазы, так же как все ДНК- и РНК-полимеразы, содержат ионы впа+. Они проявляют наибольшую активность при использовании в качестве матрицы РНК своего вируса, но способны синтезировать также ДНК, комплементарную к самым разным РНК. Обратным транскриптазам необходима затравка; синтез новой цепи ДНК они ведут в направлении 5'- 3' и вообще во многих отношениях напоминают ДНК-полимеразьь Обратная транскриптаза, подобно рестриктирующим эндонуклеазам (разд. 27.24), стала, как мы увидим дальше, очень важным биохимическим инструментом при изучении взаимоотношений ДНК вЂ” РНК, а также процесса клонирования ДНК.
Этот фермент сделал возможным искусственньй синтез ДНК, комплементарной любой матрице РНК, будь то мРНК, тРНК или рРНК. Синтетическую ДНК, полученную таким путем, называют комплемептарной ДИК (кДОК). С помощью обратной транскриптазы можно, например, получнп синтетический ген (т.е. кДНК), кодирующий одну из полипептидных цепей гемоглобина, исходя нз ее мРНК. мРНК, кодируюшие цепи гемоглобина, легко могут быть выделены из эритроцитов.
В этом и во многих других случаях, когда выделение природного гена, копирующего какой-либо полипептид эукариот, довольно сложно, а его мРНК доступна, можно получить синтетический ген этой мРНК прн помощи обратной транскриптазы. Позже мы увнлнм, как кДНК используются для клонирования рекомбинантных ДНК (гл. 30). 23.27. Некоторые вирусные РНК реплицнруютсп с помощью РНК-зависимой РНК-полнмеразы У некоторых бакте риоф ага в Е. са!1 хромосома представляет собой не ДНК, а РНК. Эти вирусы, к которым относятся такие фаги, квх, например, )2, М$2, В17 и О() (табл.
27-1), стали важным сред- ством исследования структуры и функции мРНК. РНК этих вирусов, которые при синтезе вирусных белков выступают в роли мРНК, реплицируются в клетке- хозяине под действием ферментов, называемых РНК-зависимыми РОК-полимвразами, или РНК-рвпликазами Эти ферменты обычно отсутствуют в клепах Е. сой и появляются в нвх лишь в ответ на присутствие вирусных РНК.
РНК-реппиказа, выделенная из клеток Е.со(ь зараженных вирусом (Щ катализирует образование РНК, комплементарной вирусной РНК, из рибонуклеозид-5'- трифоелратов. Уравнение этой реакШ1и аналогично уравнению реакции, катализируемой ДНК-зависимой РНК-полимеразой: 1 Р В и Р З е н а я Р Н К- т Р РНК (1ЧМР)„„+ РР, Удлиненная РНК Синтез новой цепи РНК происходит в направлении 5' — 3'. РНК-репликаза не может использовать в качестве матрицы ДНК; для этой цели ей необходима РНК. В отличие от ДНК- и РНК-полимераз РНК-реплнказы обладают специфичностью к матрице.
Так, РНК-репликаза фага Об способна использовать в качестне матрицы только РНК этого вируса, а РНК клетки-хозяина этим ферментом не реплицируются. Это обстоятельство объясняет, почему РНК-содержащие вирусы имеют преимущество при репликацни своей РНК в клетке-хозяине, содержащей большое число РНК других видов. Таким образом, очищенная РНК-репликаза вируса О() может осуществлять синтез новых биологически активных молекул О()-РНК. Используя в качестве матрицы инфекционную (+ )-цепь РНК вируса, очищенная репликаза способна синтезировать комплементарную ( — )- цепь, которая затем в присутствии того же фермента может служить матрицей для образования полностью инфекционной О(З-РНК, идентичной с исходной (+)-нитью.
Из этого следует, что центральная догма молекулярной генетики 922 ЧАСТЫ'гг. МЕХАНИЗМЫ ПЕРЕДАЧИ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ Реплни вцик ДНК ~ дНК Обратная Транонрипцнл Репликацня РНК Траиоляцня палок Рис. 28-26. Дальнейглее уточнение центральной догмы с учетом аоямоннооги реплнкапин РНК. должна быть сформулирована в несколько измененной форме, приведенной на рис.
28-26. Расшифровка полной нуклеотцдной последовательности РНК-хромосомы вируса 817 и аминокислотных последователъностей трех вирусных белков, кодируемых этой РНК, позволила получить важную дополнительную информацию о генетическом коде и о специфических сигналах инициации и терьгинации синтеза полипептилных цепей (гл.
лн). 28.28. Поляиуклеотидфосфорилаза позволяет осуществлять синтез РНК-подобных полимеров с неспецифической нуклеотядной последовательностью В 1955 г. Марианна Грюнберг-Манаго и Северо Очоа обнаружили лолинуклеотндфпсфорилазу — первый фермент, оказавшийся способнъгм «згнтезировать длинные цепи полинуклеотидов. (Чуть позже Артур Корнберг сообщил об открытии ДНК-полимеразьь) Полинуклеотидфосфорилаза, которая, видимо, встречается только в бактериях, катализирует реакцию МЭР + ()ЧМР)н м ()ЧМР)ь е г + Р, где )ч)(3Р— нуклеозид-5'-дифосфат, ()ЧМР)п+ г — уллиненный полинуклеотид, а Р;-отцепившийся фосфат.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
