Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 87
Текст из файла (страница 87)
В простых клетках наподобие бактерий или дрожжей точки начала репликации задаются последовательностями ДНК из нескольких сотен пар нуклеотидов. Эта последовательность ДНК содержит и короткие последовательности, которые распознаются инициаторными белками, и отрезки ДНК, которые особенно легко расплетаются.
Мы видели на рис. 4.4, что пара оснований А — Т скреплена меньшим числом водородных связей, чем пара оснований Π— С. Поэтому ДНК, обогащенную парами оснований А — Т, относитель точка начала репликации à — 3 пюиапнгапиппниппвпаипагиппнааппп нанианннни наинананинннннпанипииы ЛОКАЛЬНОЕ РАЗМЫКАНИЕ СПИРАЛИ ДНК ,кп мань нн гнпп нпаппа Миан. мамин н" Книаке ОБРАЗОВАНИЕ РНК-ЗАТРАВКИ гпнгиуиигн и иниип~п~птппнФ ' " ' т анииннипп аааынаан, Киаааиииы~ "н ~'О~ниии НАЧАЛО СИНТЕЗА ! ВЕДУЩЕЙ ЦЕПИ ДНК и ~~пнипннга .
анпанпанн ннинииитГйнгнннингпин аиаианаип ГЬ йииаюииаа пщаии панкина н 1 нпп капп~ ~и нанна и аан З ени ведущая цепь отстающая цепь репликационной вилки 1 репликационной вилки 2 реппиквгагрнная реэикйцио инея а — вилке 5 вилка 2 -н . Геном Е. сой заключен в единственную кольцевую молекулу ДНК размером 4,6 10е пар пуклеотидов. Реплшощия ДНК начинается в единственной точке начала репликации, и две образовавшиеся репликационные вилки движутся (со скоро стью около 500 †1 0 нуклеотидов в секунду) в потивоположных направлениях, пока не встретятся — примерно посередине кольцевой хромосомы (рнс. 5.26). Единственная точка, в которой Е. со11 может управлять репликацией ДНК, — это инициация: после того как вилки будут собраны в точке начала репликации, синтез ДНК идет с относительно постоянной скоростью до тех пор, пока репликация не будет завершена.
Поэтому неудивительно, что запуск репликации ДНК тщательно регулируется. Процесс начинается, когда многочисленные копии инициаторных белков связываются с определенными участками в точке начала репликации, вклиниваются в ДНК, которая теперь обвивает их, и таким образом формируют крупный ДНК белковый комплекс. Затем к этому комплексу присоединяется ДНК хеликаза, связанная с погрузчиком спирали; хеликаза размещается вокруг соседней ОБРАЗОВАНИЕ РНК-ЗАТРАВОК ЗАПУСКАЕТ СИНТЕЗ ОТСТАЮЩЕЙ ЦЕПИ отстающая цепь ведущая цепь репликационной вилки 1 репликационной вилки 2 Рис. 5.25.
При запуске репликационной вилки образуется репликационный глазок. На данной схеме представлены основные агапы инициации репликационных вилок в точках начала репликации. Структура, образуемая на последнем этапе, в которой обе цепи родительской спирали ДНК отделены друг от друга и служат матрицами для синтеза ДНК, называется релликационным глазном. но легко разъединить, и области ДНК, обогащенные парами А — Т, обычно встречаются в точках на чала репликации. Хотя основной процесс залу ска репликационной вилки, изо браженный на рис.
5.25, в основе своей одинаков у бактерий и эу кариот, самый способ, которым этот процесс выполняется и регу лируется, отличается у этих двух групп организмов. Сначала мы рассмотрим более простой и луч ше изученный пример — бакте рий, а затем обратимся к более сложной ситуации, имеющей ме сто у дрожжей, млекопитающих и прочих эукариот.
точка начала репликации Рис. 5.26. Репликация ДНК бактериального генома. У Е. соя на удвоение своего генома размером 4,6 10« пар нуклеотидов уходит около 40 минут. Для простоты фрагменты Оказаки на отстающей нити не показаны. Что происходит, когда обе репликационные вилки сходятся друг с другом в конце цикла репликации, еще до конца не ясно, хотя операция демонтахга репликационных машин предусмотрена в общем процессе. репликация начинается одинарной нити ДНК, основания которой оказались Ф' экспонированными в ходе сборки комплекса нни 'г циаторный белок — ДНК. Установщик хеликазы похож на погрузчика зажима, с которым мы ветре чались вьппе; но у него есть дополнительная обя занность — поддерживать хелнказу в неактивной форме, пока она не будет должным образом уста новлена на зачаточную репликациопную вилку.
Ьу дучи установлена, хеликаза начинает раскручивать ДН К, открыв достаточно одноцепочечной Д11К для завершена того, чтобы праймаза синтезировала РНК затравку, которая положит начато ведущей цепи (рпс. 5.27). За этими событиями быстро следует сборка осталь ных белков и образование двух репликационных ':, 2 вилок; прн этом белковые комплексы движутся относительно точки начала репликации в противо положных направлениях.
Эти белковые мапгины продолжают синтезировать ДНК до тех пор, пока вся матрица ДНК за каждой из вилок не окажется реплицированной. У Е. сой взаимодействие инициаторного белка с точкой начала репликацни тщательно регулируется, при этом инициация происходит только в том случае, если у бактерии достаточно питательных веществ для совершения полного цикла репликацин. Под контролем находится не только активность инициаторного белка, но и точка начала репликацин, которая только что пребывала в «периоде невоз будимости», или рефрактерном периоде (ге(гас1огу репой), который напрямую связан с задержкой в метнлированин недавно синтезированных А нуклеотидов. Дальше инициация репликации блокируется, пока все такие А нуклеотиды не будут метилированы (рис. 5.28). 5.3.3.
В хроьтосомпх эукпрмот алнояспстпо точняк нпчппп Рпппмкпцмм Мы познакомились с тем, квк у бактерий в единственной точке начала реплика ции появляются две репликационные вилки, которые движутся в противоположных направлениях, удаляясь от начальной точки, пока вся Д1!К в единственной коль цевой хромосоме не будет реплицирована. Ьактерпальный геном небольшой, и две такие репликанионные вилки могут управиться с его удвоением приблизительно за 10 минут. 11амного больший размер большинства хромосом эукариот требует какой то иной стратегии — которая обеспечит их сноенременную репликацию.
Метод определения общей схемы репликации хромосом эукариот разработан в начале 1960 х гг. Культуру клеток человека выршцивают в течение короткого времени в присутствии «Н.тимидина, так что ДНК, синтезированная в течение это точка нмюпа реппикации (юдитепьская спираль ДНК СВЯЗЫВАНИЕ ИНИЦИАТОРНОГО БЕЛКА с точкой ндчдлд РЕПЛИКАЦИИ ДНК-хеп со сво пиваю НЕНИЕ КАЗЫ К НОМУ УСТАНОВКА ХЕЛИКАЗЫ НА ДНК | ХЕЛИКАЗА РАСКРЫВАЕТ СПИРАЛЬ И ПРИСОЕДИНЯЕТ ДНК-ПРАЙМАЗУ ( ОБРАЗОВАНИЕ РНК-ЗАТРАВКИ ' ПОЗВОЛЯЕТ ДНК-ПОЛИМЕРАЗЕ НАЧАТЬ СИНТЕЗ НОВОЙ ЦЕПИ ДНК ИНИЦИАЦИЯ СИНТЕЗА ЕП(Е ТРЕХ ЦЕПЕЙ ДНК И ОБРАЗОВАНИЕ дНК- имер РНК затравка РЕПЛИКАЦИОННЫХ ВИЛОК начинает синтез ведущей цепи ' ДВЕ РЕПЛИКАЦИОННЫЕ ВИЛКИг ДВИЖУ(ДИЕСЯ В РАЗНЫХ НАПРАВЛЕНИЯХ го периода, несет радиоактивную метку. Затем клетки бережно лизируют и ДНК штрихом наносят на поверхность предметного стекла, покрытую фотографической эмульсией.
Г)роявление эмульсии дает картину распределения меченой ДНК мето Рис. Б.?7. Белки, которые запускают реплииацию ДНК у бактерий. Представленный механизм был установлен в ходе экспериментов гл Итго, проведенных с использованием смесей высокоочищенных белков. При репликации ДНК Е соб главный инициаторный белок, хеликаза и праймаза представлены, соответственно белками опад, опав и ппа6. На первом этапе несколько молекул инициаторного белка связываются со специфическими последовательностями ДНК в точке начала реплика ции с образованием компактной структуры, в которой ДНК обвита вокруг белка.
Затем хеликаза вводится в игру белкомустановщиком (погрузчиком) хеликазы (белок 0паС), который ингибирует хеликазу, пока она не будет должным образом установлена а точку начала репликации Установщик хеликазы,таким образом, оберегает хеликазу от случайного взаимодействия с другими одноцепочечными отрезками ДНК в геноме бактерии. При содействии белка, связывающего одноцепачечную ДНК (не показан), установленная хеликаза расплетает ДНК, тем самым позволяя праймазе войти в свои права и синтезировать затравку на ведущей цепи ДНК.
На последующих этапах (не показаны) инициируются три дополнительные цепи ДНК, и в конечном счете собираются две полноценные репликационные вилки, палуметилированные точки начала полностью метилированная репликации не восприимчивы точка начала репликации к сигналам инициации инициация происходит точки начала репликации при наличии достаточною становятся полностью количества ресурсов дпя метилированными и теперь завершения одного раунда снова способны воспринимать репликации ДНК сигналы инициации Рис. 5.2В.
У Е. сад задержка метилирования точки начала репликации — это период рефрактерносги инициации ДНК. Метилирование ДНК происходит в последовательнооях ВАТС, 11 из которых обнаружены в точке начала репликации (н охватывают приблизительно 250 пар нуклеотидов). В метнлированном состоянии точка начала репликации связана с белком-ингнбитором (5ец А, не показан)„который блокирует доступ ни и циаторных белков к этому участку ДНИ. В конечном счете (спустя приблизительно 20 минут после запуска репликацин) метилированные наполовину тачки начала репликации полностью метили руются ферментом ДНК-метнлазой; после этоса белок 5ец А отделяется.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
