П. Зитте, Э.В. Вайлер, Й.В. Кадерайт, А. Брезински, К. Кернер - Ботаника. Учебник для вузов. Том 1. Клеточная биология. Анатомия. Морфология (1134214), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Репликация ДНКОбе нити двойной спирали ДНК из-закомплементарное™ оснований находятсяв позитивном/негативном отношении другс другом. Таким образом, самой структурой предопределена возможность идентичного удвоения, репликации наследственного материала. Нити расходятся, и накаждой заново образуется комплементарная ей вторая нить спирали (рис. 1.7). Этамодель полуконсервативной репликациибыла многократно подтверждена экспериментально. Было показано, что все хромосомы эукариот реплицируются полуконсервативно.
Далее установили, что нереплицированные хромосомы содержаттолько одну двойную спираль ДНК (одноцепочечная модель; см. 2.2.3.2), а реплицированные (после S-фазы) — дведвойные спирали.В действительности, конечно, процессрепликации куда сложнее, чем показанона рис. 1.7. С одной стороны, разделение50| ГЛАВА 1 МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ОСНОВЫ — СТРОИТЕЛЬНЫЕ «КИРПИЧИКИ» КЛЕТОК17241,7171,7101,7171,710,эаIРостна средеc 14 NРостна среде15мРостна средеc 14 NIс "NПосле завершенияпервого цикла репликацииПосле завершениявторого цикла репликацииРис.
1.7. Доказательство полуконсервативной репликации ДНК в эксперименте Мезельсона—СталяВ присутствии тяжелого изотопа азота ,5 N в среде, на которой выращивали клетки бактерииEscherichia coli, образуется содержащая 15N ДНК с удельной плотностью 1,724 г см 3 (определяетсяпутем центрифугирования в градиенте плотности CsCI). Если затем клетки с наличием 15N и 14N растут синхронно, то после завершения первого и второго циклов репликации молекул ДНК соотношение получившихся плотностей (см числа на рисунке сверху) оказывается 1 1 Расщепление вконце второго цикла на два вида ДНК — средней плотности (одна из нитей не содержит тяжелогоизотопа 15N) или меньшей плотности (обе нити не содержат 15N) подтверждает правильность модели полуконсервативной репликации ДНКразрывы и затем ликвидируют их. Благодаря этому временно возникают точки свободного вращения, в которых удается выровнять торсионные напряжения и избежать опасных разрывов ДНК, не вовлекаяво вращение соседние части молекулы.С другой стороны, обе нити двойнойспирали антипараллельны, так что в мес-цепей молекулы ДНК с образованием репликационной вилки из-за спиральногозакручивания цепей ДНК вызывает быстрое вращение вокруг ее оси — до 300 об/с.Хаотическому образованию узлов и разрывов двойной спирали при этом препятствуют особые релаксационные ферменты(топоизомеразы I): они вносят цепочечные3' !IIIIIII!I 5 'T A G A G A A C G T1А Т С Т С Т=Т G С АЗ ' - т — i — i — i — i — i — i — i — i — г -TAGAGAACGTA T С Т5' ' ' ' ' 3'С А5'(ЕН-^3'Дефект3T A G A G A A C G TiiiiiiiiiTAGAGAACGTATCTCTTGCAA T C T C T T G C A5'3 -I—I—I—I—I—1—I—I—I—|—i^Место репарацииРис.
1.8. Репарация двойной цепи ДНК после индуцированного УФ образования тимидиновых димеров'1 — определение дефектного участка, разделение нитей ДН К и вырезание дефектного участка. В этомпринимают участие многие белки, среди которых у эукариот есть и общий транскрипционный фактор — TFIIH (см 7.2 2 2), работающий также и при синтезе мРНК Это объясняет, почему повреждения ДНК в транскрибируемой области (= переписываемой в РНК) восстанавливаются быстрее, чемв участке не транскрибируемого гена, 2 — заполнение поврежденного участка в направлении отсвободного З'-конца с помощью ДНК-полимеразы, 3 — связывание свободного З'-конца с 5'-фосфатом исходной цепи с помощью ДНК-лигазы вновь создает полноценную цепь ДНК1.2.
Нуклеиновые кислотыте репликационной вилки удлиняться должны как 3'-, так и 5'-конны. Однако ДНКполимеразы (и РНК-полимеразы) из-заособого механизма катализируемых реакций способны удлинять цепочки исключительно с З'-конца. Фактически постепенно удлиняется только нить со стороны З'конца (главная цепь; англ. leading strand),а на обратной цепи (англ. lagging strand)вторая цепь синтезируется кусочками —прерывисто — и уже затем с помощью лигаз эти новые отрезки связываются ковалентными связями (полунепрерывная репликация). Лигазы — ферменты, которыемогут связывать ковалентно свободные 3'концы со свободными 5'-концами.
Онииграют важную роль в реакциях репарации (восстановления) поврежденных участков цепей ДНК (рис. 1.8), но участвуюттакже и в репликации. У организмов с дефектными лигазами часть последовательностей в обратной цепи остаются не связанными, и могут возникать изолированные фрагменты Оказаки, названные такв честь исследователя, открывшего это явление.ДНК-полимеразы в отличие от РНКполимераз могут удлинять только уже имеющиеся З'-концы. Поэтому им требуется —кроме матрицы в виде одноцепочечнойДНК — также и праймер (от англ.
primer —затравка, пусковое устройство), чтобызапустить синтез ДНК. В качестве праймера на обратной цепи образуются на равных расстояниях — соответствующих длине фрагмента Оказаки — с помощью особой РНК-полимеразы (праймазы) короткие последовательности РНК, на З'-конпах которых затем вступают в работу ДНКполимеразы. В дальнейшем праймеры разрушаются, соответствующие бреши в последовательностях закрываются с помощью репарационных полимераз и лигаз.Молекулярная структура репликационной вилки в настоящее время представляется такой, как схематически показано нарис.
1.9. В принципе эта модель относитсяк репликации ДНК у прокариот, а такжев митохондриях, пластидах и клеточныхядрах эукариот. где всегда встречается какраз двухцепочечная ДНК. Однако в то время как сравнительно короткие кольцевые51ДНК органелл и прокариот (см. 7.2.1)имеют только одну стартовую точку репликации — точку инициации репликации(origin), — от которой в противоположныхнаправлениях от репликационной вилкипроцесс идет вдоль всего кольца ДНК. влинейных ДНК хромосом эукариот длиной от сантиметра до дециметра имеетсямного стартовых точек репликации; ина-иРНКПраймосомаSSBхЗ*г--л,Лигаза-«*• ДНК-попимераза IиРНК днк-полимераза IIIРис. 1.9. Репликация ДНК у Escherichia coli; репликационная вилка, движущаяся в направлениистрелки (по A. Kornberg, из И. Kleinig и U.
Maier):А — раскручивание двойной спирали ДНК с помощью специфических ферментов геликаз свременной стабилизацией отдельных цепейособым белком (SSB). На продолжающемсявперед (на рисунке вниз) конце нити сразу начинается непрерывный синтез новой комплементарной [антипараллельной] цепи (конецстрелки: растущий З'-конец) с помощью ДНКполимеразы III.
На обратной цепи (вверху) полимераза, напротив, работаете противоположном направлении (однако также 5 ' - * 3'); она удлиняет З'-конец РНК-праймеров, которые всвою очередь синтезируются праймазами (особыми ферментами праймосом) на равных расстояниях (прерывистая репликация).
РНК-праймер наконец перестраивается, бреши заполняются благодаря репаративному синтезу (ДНКполимераза ]) и сохраняющиеся разрывы одиночной цепи связываются ковалентно с помощью лигазы. В — гипотетическая модель «реплисомы», в которой все ферменты и белковыефакторы аппарата репликации объединены вкомплекс. Антипараллельность исходных родительских цепей ДНК локально сохраняется благодаря образованию петель на обратной цепи52| ГЛАВА 1.
МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ОСНОВЫ — СТРОИТЕЛЬНЫЕ «КИРПИЧИКИ» КЛЕТОКче сложный процесс удвоения хромосомы продолжался бы недели и месяцы,несмотря на высокую эффективность полимераз, которые при копировании наследственного материала должны работатьс очень большой точностью. Синтезированная с одной точки инициации репликации последовательность нуклеотидовназывается репликоном. Кольцевые ДНКбактерий и клеточных органелл эукариот являются монорепликонными1, тогдакак линейные ДНК эукариотическиххромосом полирепликонны. Другие отличия в удвоении эукариотических хромосом по сравнению с бактериальной репликацией (рис. 1.9) относятся к ДНКполимеразе: вместо прокариотическойДНК-полимеразы III работающая у эукариот ДНК полимераза а обладает собственной праймазной активностью, чтопозволяет синтезировать РНК-праймерыкак на «главной», так и на «обратной»цепи.
ДНК полимераза а, однако, неспособна к синтезу длинных участковДНК и заменяется главным репликационным ферментом (ДНК полимеразой8), если праймер был удлинен примерно на 30 нуклеотидов.Синтез ДНК идет примерно в 5 разбыстрее, чем синтез РНК во время транскрипции (см. 7.2.2.2). Так как во время репликации переписываются гены, предполагают, что ДНК-полимеразы приостанавливают свою работу, пока не завершитсясинтез молекулы РНК.1.2.4. Рибонуклеиновыекислоты (РНК, RNA)В отличие от ДНК, которая в виде одной нити встречается лишь у некоторыхвирусов и фагов, а во всех иных случаяхпредставлена двойной нитью, молекулыРНК чаще бывают однонитевыми.
За счетвнутримолекулярных спариваний азоти1Вопрос о числе репликонов в митохондриальном геноме до сих пор не решен окончательно. Возможно, в крупных митохондриальных геномах со сложной многокольцевой структурой есть несколько репликонов. — Примеч. ред.стых оснований (рис. 1.10, А, С) образуются стабилизированные вторичные структуры и, часто в результате ассоциации сбелками, третичные структуры. Поэтомуимеется несколько вариантов структурыРНК и рибонуклеопротеиновых комплексов (РНП, RNP).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
