Lenindzher Основы биохимии т.3 (1128697), страница 54
Текст из файла (страница 54)
Ферменту необходимы 5'-дифосфаты рибонуклеозндов; с рибонуклеозид-5'-трифосфата- мн, с дезоксирибонуклеозид-5'-дифосфа- тами или в отсутствие ионов Мйл+ он работать не может. Полинуклеотидфосфорилаза катализируег синтез РНК-подобного полимера, содержащего 3',5'-фосфодизфирные связи, которые гидролизуются рибонуклеазой. Реакция гидролиза легко обратима н может быть сдвинута в сторону расшепления полирибонуклеотида путем увеличения концентрации фосфата.
Полинуклеотцлфосфорилаза не требует матрицы и не синтезирует полимер со специфической нуклеотидной последовательностью. Цепь РНК необходима ей лишь в качестве затравки, которая просто обеспечивает наличие свободного 3'-гидроксильного конца, к которому могут присоединяться дополнительные остатки.
Реакция протекает как в присутствии всех четырех исходных мономеров, так и в присутствии только одного из них. Нуклеотндный состав образующегося полимера отражает относительное соотношение в среде 5'-дифосфатов-предшественников. Поэтому маловероятно, чтобы в естественных условиях полинуклеотидфосфорилаза выполняла функцию РНК; скорее она участвует в деградации РНК. Полинукцеотцдфосфорилаза — очень пенный инструмент исследования, посколъку ее можно использовать для получения в лаборатории многочисленных РНК-подобиых полимеров с различной нуклеотндной последовательностью и разным содержанием оснований.
Такие синтетические РНК-полимеры позволили, как мы увидим дальше (гл. 29), оэставить словарь кодовых «слов» для аминокислот. Краткое содержание главы ДНК Е, со1г' реплицируегся полуконсервативным способом, так что каждая дочерняя двойная спираль состоит из одной родительской и одной новообразованной цепи. Кольцевая бактериальная хромосома реплицируется вдвухнаправлениях из одной и той же точки начала репликации.
Некоторые вирусные ДНК реплицируются по механизму «катящегося кольца». ДНК-полимераза 1 Е. сой катализирует ГЛ. 28. РИПЛИКАЦИЯ И ТРАНСКРИПЦИЯ ДНК синтез ДНК из четырех лезоксирибонуклеозид-5'-трифосфатов в присутствии ионов Мйз+ с высвобождением в ходе реакции пирофосфата, Цепь растет в направлении 5'- У.
Для протекания реакции необходимо наличие предсушесгвуюшей цепи ДНК, которая служит одновременно и матрицей„и затравкой. Фермент синтезирует цепь ДНК, комплементарную цепи-матрице; полярность ново- образованной цепи противоположна полярности матрицы. Клетки Е. сей содержат три ДНК-полимеразы. Главный фермент репликации-это ДНК-полимераза 1П, а ДНК-полимераза 1 выполняет при репликации вспомогательную функцию. Одна цепь ДНК (ведущая) реплицируется непрерывным образом в направлении 5'- 3', другая же цепь (отстаюшая) реплицируется с образованием коротких фрагментов, называемых фрагментамн Оказаки. Эти фрагменты, длина которых у прокариот может достигать 2000 нуклеотидов, синтезируются в направлении, противоположном направлению движения репликативной вилки.
Образование каждого фрагмента Оказаки начинается с катализируемого примаэой синтеза короткого комплементарного участка РНК, который играет роль затравки. Затем на 3'-конце этой РНК-затравки с помошью ДНК-полимеразы 1П синтезируется ДНК. После этого РНК- затравка вырезается и замешается комплементарной ДНК, которая затем ошивается с отстающей цепью при помощи ДНК-лигаэы.
Для репликации необходимы также хеликаза и ДНК-связывающие белхи, которые расплетают матрицу и удерживают цепи ДНК в разведенном состоянии, помогая ДНК-полимеразе начать работу. Кроме того, расплетанию цепей способствует врашение молекулы ДНК, осушествляемое ДНК-гиразой. После репликации ДНК-гираза необходима также для образования сверхспнральных молекул ДНК. ДНК-полимераза 1 обладает как 3' 5'-, так и 5' — 3'-экзонуклеазной активностью. Первая из них служит для исправления ошибок — с ее помошью вышепляются неспаренные нуклеотиды, тогда как вторая активность обеспечивает удаление РНК- затравок из фрагментов Оказаки и репарацию ДНК. ДНК-полимераза П1 тоже обладает этими экзонуклеазными активностями.
Процесс транскрипции катализируепж ДНК-зависимой РНК-полимеразой— сложным ферментом, который синтезирует из рибонуклеозид-5'-трифосфатов цепь РНК, комплементарную одной из цепей двухцепочечной ДНК. Для узнавания промоторной области ДНК, т.е. сигнала инициации синтеза РНК, прокариотической РНК-полимеразе необходима особая субьединица о (сигма). С одного гена одновременно может транскрибироваться много цепей РНК. рРНК и тРНК образуются из более длинных РНК-предшественников, которые укорачиваются с помощью нуклеаз и далее ферментативным путем модифицирую ггж, преврашаясь в зрелые молекулы. Эукариотические мРНК образуются из предшественников большего размера, которые известны под названием гетерогенных ядерных РНК (гяРНК). Впоследствии они модифицируются путем присоединения длинного ро1у(А)-хвосга к 3'-концу и остатка метил гуано зина (як зная) к 5'-концу.
Интроны удаляются с помощью малых ядерных РНК (мяРНК). В животных клетках, зараженных онкогенными РНК-содержашими вирусами, образуются РНК-зависимые ДНК-полнмеразы, называемые также обратными транскриптазами. Эти ферменты транскрибируют вирусную РНК-хромосому с образованием комплементарной ДНК. Таким путем гены, обусловливаюшие рак (онкогены), могут включаться в геном животных клеток. В бактериальных клетках, зараженных некоторыми РНК-содержашими вирусами, были найдены РНК-зависимые РНК- реплнказы.
Они обладают специфичностью по отношению к вирусной РНК- матрице. Выделенная из бактерий полинуклеотидфосфорилаза может обратимо синтезировать РНК-подобные полимеры из рибонуклеозид-5'-дифосфатов. Хотя этот фермент способен добавлять рибонуклеотиды к 3'-гидроксильному концу полимера и удалять их оттуда, обычно он выполняет функцию деградации РНК. 924 ЧАСТЬ !Ч. МЕХАНИЗМЫ ПЕРЕДАЧИ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ ЛИТЕРАТУРА Ренликацил А]Ьгггг В., Ягегнд!анг К.
Кесеп! Ехсйепюц ш гйе ОЫА Кер!кайоп Ргойеш, Ь]агате, 269, 655-661 (1977). Прекрасный обзор сложиых проблем, касающихся репликадии и сверхспиральиосги молекул ДНК, а также расплетвиив и точности воспроиэведеиия цепей ДНК. Катдегу А. Азресы о! ОЫА Кер!кабоп, Сой] Брппй НагЬог Бугпр. Оиапг. Вю]., 43. 1-9 (!9791 Обзор современного состояиия проблемы репликвции ДНК и постановка иоиых вопросои Уквзаииый том содержит миожестио цепиых статей. Котдгтд А.
ОЬ]А Кер1кабоп, Ргеешап, Бап Ргапсысо, Слй!., 1980. Самая последияв моиография по репликапии, ДНК, содервтшвя полный перечень ссылок по данной проблеме ДНК-лигаза улйтан 1. К. ОЬ]А Е]йвзея Я!гитисе, МесЬап!зш. Рипсйоп, Бс!епсе, 186, 790-797 (1974). Транскрипция СЬФ«Ьегй» М.А КЫА Ро!ушегшея Ап Отеебев. 1п: Еозк]г К. апб СЬщпЬегйп М.1. (едз.), КЬ]А Ро!ушегаяе. рр. ! 7-67, СоЕА Бргшй НагЬог ].вЬогагогу, Ь]еы ЧогК 1976. Мй!ег 0.1., ув ТЬе Ч!зиайхвцоп о( Сепах !п Асйоп, Бсь Апз., 228, 34-42, Макй !973.
Редеггон Т. Меззепйег КЫА В!озупйяшй ал6 Ыис!евг Я!гостите, Аш. Ясь, 69 П), 76-84 (!981). Обратно» транскритяил Тенин Н. КНА-Ойесгед ОЬ]А Бупйгш!к, Бег. Аш., 226„24-33, ]впиагу 1972. Процессинг РНК АЬе(юн Л К1ЧА Ргосезыпй апг] йк Ьягегтепшй Бециепсе Ргоыеш. Аппп. Кет. В!осйегл 48, 1035-1069 (1979). Вгввросм и задачи 1. Выводы из эксперимента Меэлльгана- Сталя. Результаты эксперимента Мезельсоиа -Сталя доказали, что репликация ДНК в Е.
сай протекаег по полукоисервативиому механизму. Согласно так называемой «дисперсивиой» модели, цепи родительской ДНК расщепляются при репликации иа фрапчеиты произвольиого размера, в затем соединяются с фрагментами иовосии- тезироваииой ДНК, образуя дочериие дуплексы, в которых обе цепи содержат в случайном парилке как родительскую («тяжелую»), так и дочериюю («легкую»] ДНК. Объясиите, почему эксперимент Мезельсоиа — Стаяв исключил эту малага,. 2. Эксперимент Кэрнса. а) Почему Кэрис при изучении хода репликеции ДНК испольэовал радиоактивиый тимилии? б) Можно ли было с тем же успехом использовать радиоактивный вдеиозии или гуалозии? в) Покажите фермеитативиый путь, по которому радиоактивный тимидии включается в ДНК Е.со11 3.
Число абер»так хромосомы Е. со!й Сколько оборотов вокруг своей оси должиа совершить хромосома Е. са!г при раскручиваиии в процессе репликации? 4. Время ренликации у Е.сай. а] Исходя из данных, приведеицых в этой главе, рассчитайте, сколько времеви заиимает репликация хромосомы Е.сай при 37'С, если две репликативиые вилки движутся из точки начала репликации? б) При опрелелеииых условиях клетки Е. сай могут расти и делиться с иитервалами в 20 мии. Обаясиите, каким образом это происходит? 5. Ренликтгшвные вилки в Е.сай и е клетках человеки.
а) Какое время иеобходимо длв репликации гена рибонуклеазы Е. сай (104 амииокислотиых остатка), если репликативиая вилка движется со скоростью 750 пвр осиоааний в секуиду7 б) Репликативиая вилка в клетке человека движется всего лишь в 10 раз медленнее, чем в Есай. Какая дополиительиая ииформация потребуется вам, чтобы рассчитать минимальную скорость репликации гена человека, кодируюшего белок из 104 амииокислотиых остатков? 6. Спаривание оснований нри ргнликации и транскрипции.
в) Напишите иуклеотидиую последовательиость участка ДНК, сиитезируемого ДНК-полимеразой, иа указанной июке матрице ДНК.имея в виду. что иуклеотидиые последовательиости принято писать в направлении 5'- 3'. (5') АОСТТС»СААСОТТОСАТТАО (3') б] Теперь напишите иуклеотидиую последовательиость участка матричной РНК, траискрибируемой РНК-полимеразой при использовании в качестве матрицы иовосиитезироваииой цепи ДНК, получеииой в п. а) этой задачи. ГЛ. 7Х.
РЕПЛИКАЦИЯ И ТРАНСКРИПЦИЯ ДНК 925 7. Состав оснований тронсхрипта РНК. Цепь ДНК, содержащая 10з нуклеотидных остатков в соотношении А. 2!лл' Π— 29 ы С вЂ” 2У~У, и Т вЂ” 21;/ реплицируется при помощи ДНК- полимерезы с образованием комплементарной цепи. Полученную двухцепочечную ДНК затем используют в качестве матрицы для РНК-полимеразы, которая транскрибирует новую цепь ДНК. В результате синтезируется РНК такого же размера, как матрица. а) Определите нуклеотнцный состав образующейся РНК.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
