Д.Г. Кнорре, С.Д. Мызина - Биологическая химия (1128707), страница 41
Текст из файла (страница 41)
ДНК в хромосомах существуег в виде сложного агрегата с большим набором белков — хроматина, описанного в Э 3.8. Сравнительно небольшие молекулы ДНК, как правило, в несколько десятков тысяч пар куклеотидов, содержатся в митохондриях. Эти ДНК несут программы для синтеза многих митохондриальных РНК и нескольких митохондриальных белков. Автономные наследственные программы, на порядок большего размера, чем у митохондрий, имеют хлоропласты фотосинтезирующих организмов. Размеры ДНК для некоторых вирусов и живых организмов приведены в табл. 5.1.
дуемая информация. Вслед за этим в 1952 г. Херш и Чейз опубликовали результаты исследований, в которых было показано, что при заражении клеток Е.соН бактериофагом Т4 в клетки проникает только ДНК фага и это достаточно для воспроизведения внутри клетки фагового потомства — как молекул ДНК, так и всего набора свойственных фагу белков.
Весь дальнейший ход развития генетики и биохимии полностью подтвердил положения, вытекавшие из этих экспериментов, а именно, что двунитевая ДНК является носителем информации у всех клеточных организмов и у ряда вирусов. В то же время у большого числа вирусов носителями наследственной информации могут быть однонитевые молекулы ДНК и как одно-, так и двунитевые молекулы РНК. Особенности наследственных программ таких вирусов рассмотрены в 3 5.7. Процессы в живых организмах, происходящие с непосредственным участиеи их ДНК, можно разделить на две основные группы. Одна группа — это использование записанной в молекулах ДНК информации для производства молекул РНК, с помощью которых, в свою очередь, синтезируется весь набор белков, свойственных данному организму. Этот процесс приводит к выражению или, как чаще говорят, к экспрессии ~енетичсскоа информации.
Вторая группа процессов связана с сохранением, размножением, реорганизацией и изменением информационного содержания молекул ДНК. Как уже говорилось в з 1.1 и 2.3, ДНК программирует работу ферментов РНК-полимераз, которые катализируют синтез новых молекул РНК из нуклеотндов с последовательностью, комплементарной одной из цепей программирующей ДНК. Этот процесс называют транскрипцией. Конечным итогом этого процесса является образование информационных, рибосомных, транспортных РНК, а также ряда не очень больших молекул РНК со специальными, далеко не всегда установленными функциями. Образующийся при этом первичный транскрипт в большом числе случаев не является готовой к выполнению своих функций молекулой РНК, а подвергается дополнительной серии превращений, объединяемых общим термином арочесснш.
Эти превращения могут заключаться в отщепленнн от первичного транскрипта определенных олигонуклеотидов с одного или обоих концов, в химической модификации некоторых мономерных звеньев транскрипта, в присоединении, уже без непосредственного участия ДНК, дополнительных остатков нуклеотидов. Особенно следует отметить наличие в первичных транскриптзх эукариот больших вставок от нескольких десятков до тысяч мономерных звеньев, так называе мых англреное, которые подлежат выщеплению в процессе созревания РНК.
Разделяемые интронами участки, сохраняющиеся в зрелой РНК, в этом случае называют эхзояажи. Выщепление интронов из первичных транскрнптов называют салайсишож, Он проходит или при участии специальных ферментов, или в неко торых случаях самопроизвольно вследствие наличия в составе интронов особых последовательностей, катализирующих расщепление цепи в определенных точках. Здесь проявляется способность самих молекул РНК выступать в качестве катализаторов расщепления рнбонуклеотидных цепей, т.
е. служить ферментами. Такие построенные из РНК ферменты получили название рибозижов. Синтез РНК должен начинаться с вполне определенных участков ДНК. Кроме того, он должен быть управляемым — включаться в одних и выключаться в дру гнх физиологических ситуациях. В связи с этим на ДНК имеются специальные »к«»».»«» «ото»ых «нйоом»««»» -, омм ° - .... л»ме предназначены для связывания РНК-полимераз перед началом транскрипции нли для взаимодействия со специальными молекулами, участвующими в регуляции процесса транскрипции. Такие области получили название нетранскрибируеиых участков ДНК.
Некоторые наиболее четко установленные сведения об этих областях приведены в э 5.5 при рассмотрении процессов транскрипции и при описании регуляции транскрипции (см. с з10.3). Каждая программа, записанная на ДНК, может быть многократно транскрибирована, а каждая молекула мРНК, полученная при транскрипции определенного гена, может многократно участвовать в программировании трансляции. Поэтому в принципе клетке достаточно иметь по одной программе для каждого белка, каждой из рибосомных и транспортных РНК. Практически же некоторые, наиболее широко используемые программы, особенно у эукариот, имеются в виде нескольких или даже многих копий.
Например, хромосомы эукариот содержат много десятков программ для рибосомных РНК и десятки — для каждой из всего набора транспортных РНК. Даже эта достаточно сложная картина информационного содержания ДНК ие является исчерпывающей. Полное представление о всем богатстве информации, заложенной в этих гигантских молекулах, еще подлежит выявлению. По-видимому, оно начнет постепенно вырисовываться по мере появления данных о полной структуре генома эукариот и в том числе генома человека, на установление которой направлены в настоящее время усилия огромной армии ученых всего мира. Способность ДНК к точному самоудвоению при произвольной последовательности нуклеотидов в ее цепях заложена в самом принципе построения ДНК в виде двунитевой структуры со взаимно комплементарными последовательностями.
Это означает, что каждая из цепей содержит полную информацию о строении противоположной цепи. Поэтому при расхождении цепей у каждой сохраняется информация, 'необходимая для воссоздания из мономеров новой цепи, идентичной ушедшей. Рассмотренный принцип построения новых цепей ДНК на разошедшихся цепях исходной двунитевой ДНК (реализация ДНК) реализуется с помощью ферментов ДНК-полимераз. Биохимические процессы, лежащие в основе репликацни ДНК, рассмотрены в 3 5,4. Согласно изложенному принципу удвоение происходит так, что в составе новой двунитевой структуры содержится одна полностью сохранившаяся материнская цепь и одна вновь синтезированная дочерняя.
Такую 'тему синтеза дНК называют аолухенсереатионоа. Впервые полуконсервативный принцип репликации был экспериментально "одтаержден в изящных экспериментах Мезельсона и Сталя. Бактерии Есо14 бмлн выращены на среде, содержащей в качестве единственного источника азота соли п1%;. Естественно, что ДНК таких бактерий была построена из тяжелого "затопа азота. Полученные клетки были перенесены на среду с легким изотопом "зета '4Х, а ДНК, выделенная из клеток, прошедших один илн два цикла деле""й на этой среде, была подвергнута ультрацентрифугнрованию в градиенте плотности хлорида цезия (см. 1 7.3). В такой системе разделение молекул полиров проходит по их плавучей плотности, которая в случае молекул идентичного "имического строения однозначно определяется их изотопным составом.
Схема и результаты эксперимента приведены на рис. 43. В полном ссютветствни с полукон нсервативной схемой репликации дНК из бактерий, прошедших оЛин цикл !о! \о! !'1 ! !н,...,......... !и !'!-""-"-"---- !о! 1йь (Ч !о! (2] " (2]-- - - -.. н ..,.......,„(2] ! ! — """ !о! дна Р с. 43. С пи 2 н и .
43. Схема эксперимента Мезельсани н Стиля (сдеиз) я профиль апти 4ескаи плот а при ' 00 нм (Одяа) вдень центрифухгнаи ячеикя при разиавггнам центрифугиравння» е грядцентя концентрации СзС! ДНК иэ бактерии, вырнщенных в среде г !УНН( (а), и '(НК ИЗ ПЕРВан (б) я ИЭ Второй (а) ГЕНЕрацИИ, ПаяУЧЕННЫХ ПРИ ПОСЛЕдуЮщЕМ яЫращИВИНИО Ни среде с !4НН4' (справя).
Цифры 0, 1, 2 абаэнячают саатвсггтвенна исходные цепи ДНК я цепи, синтезированные в первом и втором циклах рецликнцин Меннон ма рс"аралин генстнчесшог пев действием азотистая кислоты, приобретает особое значение в связи с широким использованием нитрнтав в качестве Удобрений, консервантов в пищевой промышленности и поступлением в атмосферу значительных количеств НОз вместе с выхлопными гаэаын.
1бб размножения на среде с 14](, была представлена одной полосой, соответствовавшей 50%-ному содержанию каждого из изотопов. ДНК, прошедшая два цикла репликации, представлена двумя полосами: одной, соответствовавшей 50%-ному содержанию каждого из изотопов, и второй, соответствовавшей 100%-ному содержанию изотопа 44Н.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
