Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 97
Текст из файла (страница 97)
Во-первых, как и следовало ожидать, индукция таких дополнительных ферментов репарации ДНК повышает выживаемость клетки после повреждения ДНК. Вовторых, несколько из индуцируемых белков кратковременно увеличивают частоту мутаций, повышая число ошибок, допускаемых при копировании последователь ностей ДНК. Эти ошибки обусловлены производством ДНК полимераз низкой точности, которые могут эффективно использовать поврежденную ДНК в качестве матрицы для синтеза ДНК.
Тогда как такое «подверженное ошибкам» восстановле ние ДНК может быть губительно для отдельных клеток бактерий, в долгосрочной перспективе оно, по-видимому, является преимуществом, потому что производит в популяции бактерий всплеск генетической изменчивости, который увеличивает вероятность появления мутантной клетки, более приспособленной к выживанию в изменившейся окружающей среде. 5.5.8. В ходе гомологичмой реиоаабимацмгл часто образуются струитурьз Холлидея Гомологичную рекомбинацию можно рассматривать как серию взаимосвязанных реакций, которая использует внедрение одинарной нити, миграцию точки ветвления и ограниченный синтез ДНК для обмена ДНК между двумя двойными спиралями с подобными друг другу последовательностями нуклеотидов.
Обсудив вклад гомоло гичной рекомбинации в точность репарации поврежденной ДНК, теперь мы обратимся к ней как к средству создания молекул ДНК с новой последовательностью. В ходе этого процесса часто образуется специальный промежуточный продукт ДНК, кото рый содержггг четыре нити ДНК, поделенные между двумя спиралями ДНК. В этом ключевом промежуточном продукте, известном как структура Холлидея (НоПЫау )ппсбоп), образующемся в процессе обмена с перекрещиванием цепей (сгсы зсгапг)ес) ехсЛипде), две двойных спирали ДНК перекрестно обмениваются партнерами. Струк тура Холлпдея может принимать множество конформаций, и специальный набор рекомбинапионных белков связывается с открытым, симметричным изомером и та ким образом стабилизирует его (рис.
5,Я). Используя энергию гидролиза АТР для координирования реакций мшрации двух ветвей, эти белки могут быстро перемещать точку, в которой соединены обе спирали ДНК, по этим двум спиралям (рис. 5.62). Четырехцепочечные структуры ДНК, образующиеся в ходе гомологичной ре комбинации, присутствуют в клетках лишь кратковременно. Таким образом, чтобы Рис. $.61. Структура Холлидея. Изначально образуемую структуру обычно изображают двумя перекрещивающимися )внутренними) нитями и двумя неперекрещивающимися )внешними) ая нитями. В результате изомеризации структуры Холлидея образуется открытая, симметричная структура. Это форма, с которой связаны белки йочд и ВоуВ )см.
рис. 5.62) Структура Холлидея была названа по имени ученого, который впервые предположил ее образование. ДВИЖЕТСЯ ВНУТРЬ ,. ф., ° „. ДВИЖЕТСЯ НАРУЖУ движется НАРУЖУ ДВИЖЕТСЯ ВНУТРЬ Рис. 5.61. Ферментативно катализируемая миграция точки двойного ветвления в структуре Холлидея. У Е. сов тетрамер белка аччА (зеленыб) и два гексамера белка йочВ (бледно-серыб) связаны с открытой формой структуры, Белок йччв, который напоминает гексамерные хеликазы, принимающие участие в репликации ДНК (рис. 5.15), использует энергию гидролиза АТР для быстрого перемещения точки перекреста спаренных спиралей ДНК, расширяя тем самым гетеродуплексную область, как показано на рисунке. (Изображение любезно предоставлено Р Анап юх; переработано из 5.
С. ууезт, Се!) 94; 699-701, 1998. С благосклонного разрешения издательства Евеч(ег) Гомологичная рекомбинация во время мейоза начинается с решительного шага: специализированный белок (названный зро11 у почкующихся дрожжей) разрывает восстановить две отдельные спирали ДНК и, следовательно, завершить процесс рекомбинации, цепи, соединяющие зти две спирали в структуре Холлидея, долж ны в конечном счете быть разрезаны, каковой процесс был назван разрешением (гезо(иггоп), У бактерий, где мы понимаем этот процесс лучше всего, специали зированная эндонуклеаза (названная йцчС) расщепляет структуру Холлидея, оставляя надрезы в ДНК, которые ДНК-лигаза может легко заделать. Однако во время мейотических процессов, в ходе которых у зукариот образуются клетки зародышевой линии (у животных зто сперматозоиды и яйцеклетки), механизмы «разрешения», по-видимому, намного сложнее.
Какбудетсказано в главе21, интенсивная гомологичная рекомбинация происходит как неотьемлемая часть процесса, посредством которого хромосомы распределяются гю зародышевым клеткам в ходе мейоза. Результатом таких событий рекомбинации являются как нроссингоаер, или перекрест (сгозз(пд опег), хромосом, так и конверсия генов (депе сон оегзтоп), дающие гибридные хромосомы, которые содержат генетическую информацию и от материнских, и от отцовских гомологов (рнс. 5.63, а). Как мы увидим в дальнейшем, во время мейоза и кроссинговер, и конвер сия генов генерируются механизмами гомологичной рекомбинации, которые, в сущности, напоминают те, что используются для устранения двухцепочечных разрывов.
д~я и ь~ и ч~.«» ьт ~ ~ г--'- *--- --— У з' СПАРЕННЫЕ ГОМОЛОГИЧНЫЕ ХРОМОСОМЫ 3' У 6 .ЕР нукпеазныи Ф комплекс Мге11 с Ъ-~ с 3' ' 3' з' З~ РАЗРЕЗАНИЕ ОДНОЙ ХРОМОСОМЫ ЗКЗОНУКЛЕАЗА ОБНАЖАЕТ ОДНОЦЕПОЧЕЧНЫЙ ЗсКОНЕЦ присоединение ф белка типа Лесд дпя обмене цепями ВНЕДРЕНИЕ ~ ЦЕГ)И ОБЬЕДИНЛЕТ ~У ХРОМОСОМЫ 3' У 1 синтез ДНК 3' 3Р продопжмоцмйся синтез ДНК с последующим липгроеанием цепей ~з СТРУКТУРА ХОЛЛИДЕЯ ~3' АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ Ф 3! 3' 3' У 3' 6' ! 'С4~ЕЛЮ ЗгКАФ)))ВАКУУМА,,МЕФ);А ЩРЫ$ВЦЦМФДНК: 3 3' 3' 3' хромосомы, не подвергшиеся кроссингоееру хромосомы, п)мтерпеешие кроссингоеер Рис.5.64.
Гомологичная рекомбинация в процессе мейоза монет привести к кроссингоееру. После того как специфический для мейоза белок 5ро11 и комплекс Мге11 разорвут дуплекс ДНК и процессируют концы, гомологичная рекомбинация проходит через двойную структуру Холлидея. Многие последовательные операции, а результате которых происходит кроссинговер хромосом а процессе мейоза, напоминают те, которые используются клеткой для устранения двухцепочечных разрывов (рис. 5.59). Однако а мейозе зтот процесс тесно сопряжен с другими мейотическими собьпиями и направляется белками, такими как 5ро11, которые вырабатываются только а мейотических клетках.
5.5. Гомологичная ракомбинация 481 5.5.10. Гомологичная рекомбинация часто приводит к конверсии генов Все воспроизводящиеся половым путем организмы подчиняются фундаментальному закону генетики, согласно которому каждый родитель вносит равный генетический вклад в потомство, наследующее один полный набор ядерных генов от отца и один их полный набор от матери. В основе этого закона лежит очень точное распределение хромосом по зародышевым клеткам (яйцеклеткам и сперматозоидам), которое происходит во время мейоза.
Таким образом, когда диплоидная клетка подвергается мейозу, чтобы произвести четыре гаплоидные клетки зародышевой линии (обсудим это в главе 21), точно половина генов, распределенных по этим четырем клеткам, должна быть материнской (гены, которые диплоидная клетка унаследовала от своей матери), а вторая половина — отцовской (гены, которые диплоидная клетка унаследовала от своего отца).
В некоторых организмах (грибы, например) возможно воссоздать и проанализировать все четыре гаплоидные гаметы, произведенные из единственной клетки в процессе мейоза. При исследовании таких организмов обнаружены редкие случаи, когда распределение генов нарушает стандартные законы генетики. Временами, например, мейоз дает три копии материнского варианта гена и только одну копию отцовского аллеля (см. рис. 5.63).
Альтернативные варианты одного и того же гена называют аллелями, а отклонение от их ожидаемого распределения в процессе мейоза получило название конверсии гена или генной конверсии (пепе соптегв(оп). Генетические исследования показывают, что только маленькие отрезки ДНК обычно подвергаются конверсии генов и во многих случаях изменяется только часть гена. Конверсия генов может быть обусловлена несколькими процессами, происходящими в клетке. Во-первых, синтез ДНК, который сопровождает ранние этапы гомологичной рекомбинации, будет давать области двойной структуры Холли дея, в которых на одном гомологе присутствуют три копии последовательности (см. зеленые нити в нижней части рис. 5.64); эти области и будут образовывать участки конверсии генов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
