Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 99
Текст из файла (страница 99)
Трансггозиция играет ключевую роль также в жизненном цикле многих других вирусов. Наибольшего внимания заслуживают ретровирусы (ге1гоу)гизев), к которым относится и вирус А)1)Я (СПИД) человека, Н)Ъ' (ВИЧ). Вне клетки ретровирус существует в виде одноцепочечного РНК генома, упакованного в белковый капсид вместе с кодируемым $'в'траисмющцца, и'же)ибера«!тв)виая(сфщ'слвцифич~йая:ре)й)аабциацйя 49! у матр|чная цел ь РНК р попимврпзы епь ДНК ьшои палея» аН на дв активныи цент» РНКааи Н б) разрушает цепь РНК Рис.
5 72. Обратная транскриптаза. а) Трехмерная структура фермента изВИЧ (вир;са СПИД человек«), определенная с помощью рентгеновской кристаллографии б) Модель, по,азываюи зя работу фермента на матрице РНК, Обратите внимание, что домен полимеразы (желглый н ~ изображении б) имеет «о залентно присоединенный домен РНКазы Н (Н означает «гибридный») (красный). который деградиртгет нить РНК в гибридной спирали РНК-ДНК. Это действие помогает полимерззе превращать первоначальнуюю гибридную спираль в двойную спираль ДНК (Изображение а любезно предоставлено Тоги 5те Пз; изображение б переработано из 1. А. Койзтаедт ес а(., 5оелсе 258: 1783-1790, 1997 С великодушнсзго разрешения издательства ААА5.) 5.6.4.
Ретровнрус-подо6ньзе ретротрансповоньз иапоминакзт ретровир)гсьв но у ннк отсутствует Белковая ободочка Большое семейство транспозонов, называемых ретровирус-иодобкыми ретротрписпозонами (ге(гоу(га)-!йе ге(го(гапзрозопз; см. таблицу 5 3), перемешается в хромосоьзьг и из хромосом за счет механизма, который идентичен используемому ретровирусам,т. Такого рода мобильные элементы встречаются в разньгх организмах: у дрожжей, згьх и млекопитающих; в отличие от вирусов, им не свойственна способность покидать хозяйскую клетку, и они передаются всем потомкам этой клетки через нормальный процесс репликации ДНК и деления клеток. 11ервый шаг в из транспозиции — транс крипция транспозона пеликом с получением РНК копии мобильного элемента, кото рый обычно имеет длину несколько тысяч нуклеотидов.
Этот транскрипт, которь й транслируется клеткой хозяином как обычная матричная РНК, кодирует фермент обратную транскриптазу. Этот фермент синтезирует двухьеиочечную ДНК копию молекулы РН К через образование промежуточного продукта — гибрида РН К Д НК, что зеркально отражает ранние стадии инфицирования ретрозирусаьтт (см, рис. 5.71). Как и у регровирусов, молекула линейной двухцепочечной гГНК после этого встрав вается в участок на хромосоме, прибегнув к содействию фермента инте разы, которь|й также кодируется мобильным элементом (см. рис.
5.73). 5.6.5. Большая доля генома человека состоит из неретровирусньзи ретротранспозонов Значтггельная часть многих хромосом позвоночных состоит из повторяющихся последовательностей ДНК. В хромосомах человека такие повторы в большинстве 5.6. Транспозиция и юнсервативная сайт-специфическая рекоеебинация 495 Ситуация у мышей во многом отличается. Хотя геномы мыши и человека содержат примерно одинаковую плотность транспозонов этих трех типов, ретротранспозоны двух типов все еще активно транспонируются в геноме мыши и берут на себя ответственность за появление около 107' новых мутаций.
Хотя мы только начинаем понимать, как именно передвижение транспозонов сформировало геномы современных млекопитающих, предполагается, что всплески активности транспозонов послужили причиной определяющих событий видообразования в процессе расхождения эволюционных линий млекопитающих от общего предка — процесс, который начался приблизительно 170 миллионов лет назад. На данный момент мы можем лишь задаваться вопросом о том, сколько наших исключительно человеческих «достоинств» возникло как результат деятельности многочисленных подвижных генетических элементов в прошлом, останки которых сегодня разбросаны по нашим хромосомам.
5.6.6. Консервативная сайт-специфическая рекомбинация может привести к обратимой перестройке ДИК Механизм рекомбинации иного рода, известный как консервативная сайт специфическая рекочбинация, опосредует перестройки мобильных элементов ДНК других типов. В этом способе разрыв и соединение происходят на двух специальных участках, по одному на каждой из взаимодействующих молекул ДНК. В зависимости от позиций и относительных ориентаций этих двух участков рекомбинации может произойти встраивание ДНК, вырезание ДНК или инверсия ДНК (рис. 5.76).
Консервативная сайт-специфическая рекомбинация осуществляется специализированными ферментами, которые разрывают и воссоединяют две двойные спирали ДНК в специфических последовательностях на каждой из молекул ДНК. Та же ферментатианая система, которая соединяет две молекулы ДНК, может часто вновь их обособить, точно восстанавливая последовательность двух исходных молекул ДНК (см. рис.
5.76, а). Несколько особенностей отличаег консервативную сайт-специфическую рекомбинацию от транспозиции. Во-первых, консервативная сайт-специфическая рекомбинация требует наличия специализированных последовательностей (сайтов) как на донорной, так и на акцепторной ДНК (отсюда термин «сайт специфическая»).
Эти последовательности содержат опознавательные участки для специфической рекомбиназы, которая «берется» за катализ перестройки. В отличие от сайт-специфической рекомбинации, при транспозиции требуется только наличие специализированной последовательности на транспозоне, при этом для большинства транспозонов последовательность акцепторной ДНК не важна. Во-вторых, механизмы реакции в основе своей различны. Рекомбиназы, которые катализируют консервативную сайт-специфическую рекомбинацию, напоминают топоизомеразы — в том смысле, что они образуют кратковременные высокоэнергетические ковалентные связи с ДН К и используют эту энергию для завершения перестроек ДНК. Таким образом, все фосфатные связи, которые разрываются во время события рекомбинации, восста.
навливаются по его завершении (отсюда термин «консервативная»). Транспозиция, напротив, основана на реакции переэтерификации, в ходе которой не образуется промежуточного звена в виде ковалентно связанных ДНК и белка. Этот процесс оставляет в ДНК однонитевые пробелы, которые должны бьггь вновь заштопаны ДНК-полимеразой и ДНК-лигазой — ферментами, которые требуют энергетической подпитки, поступающей от гидролиза нуклеотидов. н»юм ) Х У ВЫРЕЗАНИЕ У вЂ” 'А »— В А»вЂ” ~'/ ИНВЕРСИЯ Рис.5.76. Перестройки ДНК двух типов, которые происходят при консервативной сайт-специфической рекомбинации. Единственное отличие между реакциями на схемах а и б кроется в относительной ориентации двух коротких участков ДНК (обозначенных сл)репками), в которых происходит событие сайт-специфической рекомбинации. а) В ходе реакции интеграции кольцевая молекула ДНК может быть включена во вторую молекулу ДНК; посредством обратной реакции (вырезания) она может высвободиться и вновь образовать первоначальное кольцоДНК.
Многие бактериальные вирусы «входят» в хромосомы хозяина и «выходят» из них таким вот способом (см. рис. 5.77). 6) Консервативная сайтспецифическая рекомбинация может также инвертировать определенный сегмент ДНК в хромосоме. Хорошо известный пример ин вереи и ДН К посредством саят специфической рекомбинации наблюдается в бактерии 5а(п)оле!)а Гурп)п)ипил), которая часто бывает причиной пищевого отравления у людей; инверсия сегмента ДНК изменяет тип жгутика, который продуцируется втой бактерией (см. рис.
7.64). 5.б.9. Консереатианал сайт-специфическая рекомбинацин была открьзта на бактериофаге А Вирус бактерий, бакптериофаг Л, — первый подвижный ДНК элемент, который был охарактеризован с точки зрения биохимии «от и до». Когда этот вирус попа дает в клетку, он направляет синтез кодируемого вирусом фермента рекомбиназы, названного Л интегразой. Этот фермент опосредует ковалентное присоединение вирусной ДНК к хромосоме бактерии, в результате чего вирус становится частью этой хромосомы и реплицируется автоматически — как часть ДНК хозяина. Про цесс рекомбинации начинается, когда несколько молекул белка интегразы прочно связываются со специфической последовательностью Д)1К на кольцевой хромосоме бактериофага, наряду с несколькими белками хозяина. После этого такой ДНК- белковый комплекс может связаться в участке прикрегпения на ДНК бактериальной хромосомы, сводя хромосому бактерии с хромосомой бактериофага воедино.
Затем интеграза катализирует требуемые реакции разрезания и гшивки, каковые имеют место в процессе рекомбинации. Из за короткой области гомологии последователь ностей в двух обьединяемых последовательностях в этой точке обмена формируется крошечное гетеродуплексное сочленение (рис. 5.77). Тот же вариант механизма сайт-специфической рекомбинации задействован прн высвобождении ДНК бактериофага Л с участка ее интеграции на хромосоме Е. со1т — в ответ на определенные сигналы, — для стремительного размножения в бактериальной клетке 1рис.
5.78). Вырезание катализируется комплексом кольцевая хромосома бактериофага лямбда епьности, щив крепления интегразный белковый пьнбДц~(гб(ЕН(б~' комплекс бактериофага лямбда яявттяФ":::.;:;;: ~'- гвтеродуплексные сочленения Д ДНК бакгериофага, встроенная в хромосому бактерии Рис. 5.77. Встраивание кольцевой крояюсомы ДНК бактериофага Л а хромосому бактерии. В данном примере консервативной сайт-специфической рекомбинации фермент Л-интеграза связывается со специфичной последовательностью ДНК, определяющей участок (сайт( его прикрепления на каждой хромосоме, и делает разрезы, в которые встраивается короткая гомологичная последовательность ДН К. После этого интеграза раскручивает партнерские цепи и вновь залечивает их, образуя гетеродуплексное сочленение длиной в семь пар нуклеотидов.
В общей сложности требуется четыре реакции (разрыва и соединения нитей); для каждой из них энергия расщепленной фосфодиэфирной связи запасается в коаалентных связях, образующихся в переходном состоянии между ДНК и ферментом, так что для заделывания нити ДНК не требуется присутствия АТР или ДНК-лигазы. фермента интегразы и хозяйских факторове со вторым белком бактериофага, зксцизионазой', который производится вирусом, только когда клетка его хозяина претерпевает стресс, — в таком случае в интересах бакгериофага покинуть клетку хозяина и снова размножаться в виде вирусной частицы. 5.6.1О.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
