Д.Г. Кнорре, С.Д. Мызина - Биологическая химия (1128707), страница 45
Текст из файла (страница 45)
3 2.3) можно записать в виде к ьз т,,;-- т!,-т,—- ! ! ! ! "° РЙХЗ-! рс(ХВ-ОН+ ррро(ХВ„-ОН ...рС(ХьлрС(Х; рдХзь!-ОН + РР; (К2) Рис. 49. Схема процессов, происходящих е активном центре матричного ферментз, прн элонгзцнн: У вЂ” коднрук!щне элементы матрицы; Х вЂ” мономерные звенья растущей цепи; Х, — свобод- ный мономер; ! — отбор мономерл; 2-'образование химической связи; Л вЂ” ! рлнслокзцня концом растущей цепи, который в результате занимает участок отбора мономера. Кроме того, при правильном протекании процесса каждый кодирующий элемент должен участвовать в одном акте роста цепи и затем уступить свою роль непосредственно следующему за ним кодирующему элементу. Поэтому после присоединения мономера в участке связывания кодирующего элемента оказывается уже прочитанный фрагмент матрицы. Иными словами, система оказывается не готовой для следующего акта элонгации.
Чтобы сделать его возможным, необходимо перемещение растущей цепи с освобождением участка отбора мономера и одновременно перемещение матрицы на один кодирующий элемент. Такое перемещение матрицы и продукта называется транслоканиец. Таким образом, каждый акт элонгацин складывается нз трех основных элементов: отбора мономера, химического превращения и транслокации. Фактически, по крайней мере в случае бносинтеза белков, элонгация является еще более сложным событием, требующим участия специальных белковых факторов и расходования энергии.
Несколько подробнее этот вопрос рассмотрен в ! 5.6. Проведенное рассмотрение, а также множество экспериментальных данных свидетельствуют, что в ходе матричного биосннтеза происходит направленное перемещение матрицы относительно активного центра полимеразы нуклеиновых кислот или рибосомы. В этом смысле процесс считывания информации с молекул ДНК и мРНК скорее напоминает не снятие отпечатков с типографских матриц, а работу магнитофонной ленты, протягиваемой через считывающее устройство. Поэтому и говорилось, что термин матричный биосинтез и само понятие матрицы являются не вполне удачными. Здесь сделана попытка сформулировать общие принципы матричного биосинтеза, свойственные всем сестемам, осуществляющим биосинтез белков и нуклен- ! 7В Из этого уравнения видно, что ДНК-полимеразы являются представителями класса трансфераз. Более полная запись должна учитывать обязательное присутствие комплементарной матрицы.
Обозначая произвольную пару комплементарных дезоксирибонуклеозидов как !)Ху!(Хл уравнение ДНК-полимеразной реакции с участием матрицы можно записать в виде ( 5') "рбХ„, рбх;-ОН (3' ) + рррбХ„,-ОН ( 3 ) .бХвырдХ! рбХвырбХ~ 2р. (5' ) (5') рдХ, ! рбХ; рбХз„— ОН (3'!. (3') дХ; ~ рбХ; рс(Х, рбХ(юр ° (5') Использование в,)сачестве субстратов дезоксирибонуклеозид-5'"грифосфатов делает процесс образования фосфодиэфирных связей термодинамически выгодным, поскольку неблагоприятное в водном растворе образование фосфодиэфира нз монофосфата и гидроксикомпонента (ззб > 0) протекает сопряженно с гидролиэом ангидридной пирофосфатной связи.
Необходимая энергия запасается на предыдущих нематричных стадиях фосфорилирования дезоксирибонуклеозидмонофосфатон, происходящего с участием соответствующих нуклеозидмонофосфати нуклеозиддифосфаткиназ (см. 2 4.2). На этих стадиях расходуется АТФ, т. е. потребляется энергия, запасенная в пирофосфатных связях этого универсального аккумулятора энергии в биологических системах. Как видно из уравнения (7.3), в реакции помимо фермента участвует три компонента: матрица, растущая цепь и субстрат.
Наличие в системе фрагмента нуклеиновой кислоты, комплементарного матрице, является необходимым условием функционирования ДНК-полнмераз. Этот фрагмент называют затравкой по аналогии с затравочным кристаллом, вносимым в насыщенный раствор при кристеллизации, илн, чаще прайжсролз (русифицированный вариант английского термина рг)иег). В клетках как прокариот, так и эукариот имеется несколько различных ДНК- 177 ой полимераз. В частности, для Есо(з гцть известно три ДНК-полимеразы: 1, Ц ! и 111. Функции ДНК-полимеразы П мало изучены, и она не являегсл 1 г ~ ь жизненно необходимым ферментом— мутанты с дефектной ДНК-полимеразой 11 жизнеспособны и могут размно(зч1 жаться. ДНК-полимераза 1 являетсл ' первым открытым матричным фермен- том (А.Корнберг, 1956) и к настояще,му времени изучена наиболее полно, Она представляет собой белок, построенный из одной полипептидной цепи, имеет молекулярную массу свыше 100 кДа и является ферментом репарации.
По-видимому, она участвуй> ет также в некоторых заключительных стадиях репликации. ДНК-полимеразв Рис. 50. Схема репликвцин линеннои лнунитевои ДНК 11 состоит из семи субъединиц, в ! — » .вш гя д~унншвая дик; э л „„,,,„„сумме составляющих около 380 кДз, ные гтрчнтуры до доггнмення внпьон ргплнаации причем собственно ДНК-полимеразной левше венца Дик, 4 — гчомекуточная у-поравняя активностью обладает ее самая больформв„у — разошедшиеся новые двчннтеьые гт зук- — р д чз ' "'" '"рух шая субъединица с молекулярной пи. гонвон — дочерние; стрелки опознгы. шит „,„массой около 140 кДа.
Она является ленив вдоль цепи от з — к 3 -концу ферментом реплнкации. Если ДНК- полимеразы 1 в клетке присутствует несколько сотен копий, то реплицирующей ДНК-полимеразы 111 содержится 10 - 20 копий. В то же время в реакции элонгации она работает со скоростью, превышающей в 15 раз скорость работы ДНК- полимеразы 1. У эукзриог достоверно установлено наличие нс менее трех ДНК-полимераз. В рсплнклции ДНК хромосом участвует ДНК-полимераза а, в репарации — скорее всею ДНК-полимераза 11, ДНК-полимераза у является ферментом, осуществляющим репликацию ДНК митохондрий.
Репликация двунитевой ДНК в клетках является сложным, далеко не во всех деталях исследованным процессом. Реакция (7.3) является не единственным химическим событием, происходящим в ходе репликации. Ниже рассмотренв другие наиболее достоверно установленные и имеющие общее вначение химические превращения, необходимые для полного удвоения материнских молекул ДНК. Репликаци» не начинается, как правило, с концов линейных двунитеввх молекул. Это тем более верно для кольцевых молекул, у которых такие коням просто отсутствуют. В классическом варианте репликация начинается в строг~ определенных участках, получивших название участков ог) (сокращение от тер мина ог(5(в о1 гер1(сасйоп), и от этого участка распространяется в обе оторопи Поскольку двунитевые ДНК хорошо видны под электронным микроскопом, то возможно визуальное наблюдение процессов как для линейной ДНК (рис.
50) "л примере ДНК бактериофага Т7, так и для кольцевой ДНК (рис. 51) на пример~ плазмидной дНК и вирусной ДНК обезьяньего вируса 40 (Вт40). В случае линей вой ДНК первоначально образуется фигура, имеющая фор- ам му глаза. Затем, когда реплнкация одной из нитей достигнет конца молекулы, структура принимает г'-образную форму. При репликации коль- ! х ценой двунитевой ДНК промекуточная структура называется д-образной в соответствии с тем, как она выглядит в середине цикла репликации. В обоих случаях в обе стороны от участка ог( перемещаются области, в которых непосредс- 4 твенно проходит репликацня и Рис 51. Схема реплнкации кольцеьон лнунитенои которым предшествуют точки ДНК (обозначения те же, <то ня риг.
з0 П разветвления материнских ! — исходная кольцевая ДНК; ' — нзгчаг~ьн,гн фаза ре~злгзшгцепей ДНК. Участок, примы- пинг э — срелння фаза реалггнацгзи: 1 — структур» неваолго кающий к точке разветвления, ло конца реплиняции и расхождения левых двунптевых называют репликационной вилкой. Ниже рассматриваются процессы, происходящие в вилке ренликлзми, перемещающейся влево от наблюдателя.
События, предшествующие началу реплнкации в участке огь, сложны н до конца не изучены, поэтому они рассматриваться в этом курсе не будут. Для того чтобы новые участки материнских нитей становились доступными репликации, должно происходить разделение нитей. Это достигается с помощью специальных ферментов — теликаз, которые перемещаюуся в рассматриваемом случае влево вдоль обеих цепей материнской ДНК, раскручивая их. Такое направленное перемещение ферментов требует затраты энергии, н каждый акт перемепьення обеих геликаз сопровождается гидролизом пирофосфатной связи в молекулах АТФ.
Таким образом, геликазы обладают АТФазной активностью. Геликазы неидентичны, поскольку им приходится двигаться в различных физических направлениях двух полинуклеотидных цепей. В ходе продвижения вилки репликвции в определенном направлении, в рассматриваемом случае влево, вилка, а следовательно, и геликазы, в силу антипараплельной ориентации комплементарнвх материнских цепей, по отношению к одной из них движутся от 3'- к 5'- концу, а по отношению к другой от 5'- к 3'-концу. В случае Е.со(в первая полу"нла название геликазы а или лер-белка, вторая — геликазы 11.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
