1625913344-8903f4a71ad640872a209e228a3a0bd4 (531148), страница 24
Текст из файла (страница 24)
Благодаря действию всех этих белков на ДНК образуется участок локальной денатурации и две «вилки», в которых вдальнейшем и происходит репликация (рис. 5.13).Согласно концепции Б. Альбертса и А. Корнберга большинствоферментов, ответственных за репликацию ДНК, работает в муль3’Рис. 5.13. Белки, раскрывающие ДНК для последующей репликации124 ФЧасть I. Наследственностьтиэнзимном комплексе, связанном с ДНК в виде так называемойреплисомы. Благодаря непосредственному взаимодействию всехэтих белков ДНК Е.
coli реплицируется с почти фантастическойскоростью. Вся ДНК кишечной палочки (4 х 106 п. н.) воспроизводится за 20 минут при 37 °С. Скорость репликации, таким образом,достигает 4 ОООООО/ 20 = 2 х 105 п. н. в минуту или около 3 ООО п. н.в секунду.Основные этапы, так же как и основные белки репликации, посвоим функциям сходны у разных организмов. Тем не менее репликация ДНК у эукариот — более сложный процесс, чем у прокариот.В репликации эукариот участвуют десятки белков, которые образуют динамичные мультисубъединичные комплексы.
Кроме белков, непосредственно участвующих в синтезе хромосомной ДНК, ввилку репликации привлекаются дополнительные регуляторные факторы, белки репарациии ДНК-полимеразы, способныеосуществлять синтез ДНК в обход повреждений. Основные белки, участвующие в репликациинизшего эукариота — дрожжейсахаромицетов, представлены втаблице 5.3.У эукариот скорость репликации значительно ниже, чем у прокариот (100-300 п. н. в секунду).При этом нужно учитывать, чтоих хромосомы полирепликонны вотличие от «хромосомы» Е. coli,у которой вся хромосома — одинрепликон.Репликоном называется единица репликации, в пределахкоторой она начинается и заканчивается.
Как у прокариот, так иу эукариот репликация обычно Рис. 5.14. Репликация хромосомной ДНКдвунаправленна, т. е. вилки ре D. melanogaster (Wolstenholme, 1973)пликации, возникающие в зоне Стрелки указывают на репликационныеинициации репликации, удаляют вилки, движущиеся в противоположных нася друг от друга по мере синтеза правлениях и образующие так называемыеДНК (рис. 5.14) до тех пор, пока «глазки» или «пузыри» репликации (A-D)Глава 5. Молекулярные основы наследственности125Таблица 5.3Белки репликации ДНК у дрожжей (по P.
Garg and М. J. Burgers, 2005)Белок или мультисубъединичныйкомплексORC(Origin ofreplicationRecognitionComplex)Пререпликационный комплексГенНеобходимость длявегетативного ростаАктивностьФункцияORCl,ORC2,ORC4,ORC5дадададаСвязывание ДНКв ориджине репликации, АТФазнаяактивностьПривлечениефакторовинициациирепликациив ориджинрепликацииCDC6,CDC45,MCM2MCM7дададаСвязывание ДНК вориджине репликации, АТФазная активность. ГеликазаPOL1POL 12дадаПолимеразаАктивирует праймазу, взаимодействует с ORCP R llPR12дадаПраймазаPOL2нетDPB2даDPB3DPB4нетнетПолимераза и 3'-5‘экзонуклеазаОбеспечиваетвзаимодействиесубъединиц внутри комплексаВзаимодействуютс ДНК и белкамирепликацииРепликация,репарация,контрольклеточныхделенийPOL3даPOL31даПолимераза и 3‘5‘-экзонуклеазаОбеспечиваетвзаимодействиесубъединиц внутри комплексаВзаимодействуетс PCNA, R evl,ДНК-полимеразойа и другими белкамиРепликацияи репарацияФактор процессивности**Репликацияи репарацияДНК-полимераза аДНК-полимераза еДНК-полимераза 6PCNAProliferating CellNuclear AntigenPOL32нетPQL30даИнициациярепликацииИнициация,репликацияи репарация*126 *Часть 1.
НаследственностьТаблица 5.3 (окончание)Белки репликации ДНК у дрожжей (по P. Garg and М. J. Burgers, 2005)Необходимость длявегетативного ростаБелок или мультисубъединичныйкомплексГенRFCReplication Factor СRFC1RFC5даRFAReplication Factor ARFA1RFA2RFA3дададаRNH201RNH202RNH203нетнетнетРНКаза HFenl FlapendonucleaseЛигазаRAD27CDC9нетдаАктивностьФункцияФактор «загрузки»PCNAРепликация ирепарацияСвязываниеоднонитевой ДНКИнициацияи регуляциярепликации,репарация,рекомбинацияРибонуклеазаУдаляет РНКпраймер,созреваниефрагментовОказакиЭндонуклеазаУдаляет РНКпраймер,созреваниефрагментовОказакиДНК-лигазаСшиваниеоднонитевыхразрывов,созреваниефрагментовОказакиПримечание.
Таблица составлена на основании биохимических и генетических данных.* — о репарации ДНК см. гл. 6.** — процессивность — здесь — характер и скорость репликации.они не встретятся с сигналами терминации репликации. У Е. coliрепликация начинается в участке ori (origin) и заканчивается напротивоположной части хромосомы — кольцевой молекулы ДНК(см. гл. 10) в участке ter (termination).5.4. Компактизация ДНК и структура хроматинаОчень длинные молекулы ДНК упакованы в клетке в небольшомобъеме. Например, у Е.
coli в клетке диаметром в несколько микрометров находится молекула ДНК длиной около 1 мм (4 х Ю6 п. н.).Общая длина ДНК хромосом человека (около 1,8 м) упакована в ядреГлава 5. Молекулярные основы наследственностиФ127ДНКСклады ваниеСуперспирализацияЧастичное перевариваниеД Н К азо йЧастичное перевариваниеРНКазойРазры вР азры вРис. 5.15. Схема укладки ДНК в нуклеоиде Е.
coli (по D. Е. Pettijohn, 1974)диаметром меньше одного микрометра. Это означает, что в клеткеДНК компактизована.У бактерий ДНК уложена в несколько десятков петель или доменов, удерживаемых небольшим числом специальных основных белков, отличных от гистонов эукариот (одна молекула одного из такихбелков приходится на 400 н. п.
ДНК), и молекулами РНК. В пределахкаждого домена ДНК суперспирализована (рис. 5.15). Так образуется компактный нуклеоид, фиксированный на мембране. Обработка128 &Часть 1. НаследственностьРис. 5.16. Схема строения нуклеосом и их укладки в структуру соленоидавыделенных нуклеоидов РНКазой и протеолитическими ферментами приводит к разрыхлению центральной области нуклеоидов, а короткая обработка ДНКазой — к снятию сверхспирализации петель идекомпактизации всего нуклеоида.Значительно сложнее организованы хромосомы эукариот.
Основная структурная единица хроматина — нуклеосома. Ядро нуклеосомы составляют четыре типа гистонов: Н2А, Н2В, НЗ и Н4. Молекулакаждого из них в общем октамере повторена дважды. Участок ДНКдлиной в 140 п. н. вокруг гистонового октамера делает 1,75 витка.Диаметр нуклеосомы около 10 нм. Еще одна молекула гистона Н1ассоциирована с комплексом гистоновое ядро — ДНК и служит длястабилизации спиральной наднуклеосомной структуры — соленоида диаметром около 300-500 нм (рис.
5.16).В интерфазном ядре соленоидная структура, в свою очередь, уложена в спираль диаметром около 2000 нм. Переход от интерфазного хромаГлава 5. Молекулярные основы наследственности129тина к метафазным хромосомам, по-видимому, сопровождается возникновением еще одного уровня спирализации с образованием структурдиаметром около 6000 нм. При этом следует помнить, что укладка хроматина в разных участках хромосом (эухроматин, гетерохроматин, зоныпервичной и вторичной перетяжек и т. д.) может варьировать.Таким образом, нуклеосомная и наднуклеосомная структуры хроматина способствуют компактизации ДНК.5.5. Уникальные и повторяющиеся последовательности в ДНККак мы уже упоминали, двойную спираль ДНК можно расплавить (денатурировать), нагревая раствор ДНК до температуры100 °С.
При этом комплементарные цепи вследствие разрыва водородных связей расходятся. При постепенном охлаждении растворакомплементарные цепи могут вновь ассоциировать, восстанавливаяструктуру двойной спирали.Этот подход используют для выяснения присутствия в ДНК повторяющихся нуклеотидных последовательностей. Если таковыеимеются, то некоторая фракция ДНК будет ренатурировать быстрее,поскольку соответствующим одноцепочечным участкам легче найтипартнера. Участки ДНК, представленные уникальными последовательностями, ренатурируют медленнее.ДНК бактерий почти не содержит повторов, в то время как в ДНКэукариот повторы многочисленны. Так, около 70 % ДНК мыши представлены уникальными последовательностями, около 10% содержаточень часто повторяющиеся (до 106 раз) участки.
Остальные 20%ДНК — это нуклеотидные последовательности, повторяющиесяумеренно — от 102 до 105 раз на геном. Повторяющиеся последовательности в геноме злаков составляют основную часть ДНК, так чтона долю уникальных последовательностей приходится 1-3 %. Примеры распределения различных фракций ДНК в геноме некоторыхживотных представлены в таблице 5.4.Принято считать, что подавляющее большинство функционирующихгенов является уникальными последовательностями. Из этого правилаесть исключения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
