1625914757-8aba282c54d2a3a371a92e361d6fe93d (843812), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Нетрудно видеть, что эта последовательность комплементарна полному гексамерному повтору и еще его половине. Теломераза связывает конец ДНК, оканчивающийся последовательностью TTG,достраивает 6 нуклеотидов GGGTTG по матрице своей РНК и затем сдви97гается на 6 нуклеотидов так, чтобы повторить весь цикл (рис. 120).
У многоклеточных организмов теломераза отсутствует в большинстве соматических клеток, находящихся в стадии терминальной дифференцировки, ноприсутствует в стволовых клетках; также фермента много в активно делящихся клетках опухолей.Рис. 120. Механизм действия теломеразыII.3. Жизненный цикл ретровирусовВ отличие от всех живых организмов и многих вирусов, геном ретровирусов состоит из молекул одноцепочечной РНК и поэтому не может непосредственно реплицироваться в клетке. Для воспроизводства копий ге98номной ретровирусной РНК родительский геном переводится в формудвуцепочечной ДНК и встраивается (интегрируется) в геном клеткихозяина, после чего геномная ретровирусная РНК синтезируется притранскрипции интегрированной ДНК клеточными РНК-полимеразами.Рис.
121. Образование двуцепочечного ДНК-генома из одноцепочечного РНК-генома ретровирусов99В состав ретровирусной частицы обычно входят две или более копиигеномной РНК, а также молекула тРНК, захваченная при упаковке вирусав предыдущей хозяйской клетке. Геном типичного ретровируса организован следующим образом. Непосредственно на 5’- и 3’-концах РНК расположены прямые повторы (R), к которым примыкают нетранслируемые(untranslated) районы U5 и U3.
Между U5 и U3 находится кодирующаячасть генома, в состав которой входят 3 гена – gag, pol и env. Ген gag кодирует белки вирусного матрикса, которые участвуют в упаковке геномной РНК, ген env – белки вирусной оболочки. Продукты гена pol обладаютактивностями протеазы, обратной транскриптазы (РНК-зависимой ДНКполимеразы), РНКазы H (фермента, гидролизующего РНК, которая находится в дуплексе с ДНК) и интегразы.
Протеазная активность продуктагена pol расщепляет его и другие вирусные полипептидные предшественники на отдельные функциональные белки. Цепь геномной ретровируснойРНК носит название (+)-цепи.Процесс копирования (+)-цепи РНК в двуцепочечную ДНК начинаетсяс образования комплементарного комплекса между тРНК, находившейся ввирусной частице, и (+)-цепью с 3’-стороны от области U5 (рис. 121).тРНК предоставляет праймер для обратной транскриптазы, которая копирует районы U5 и R(5’).
После образования гибридного РНК/ДНКдуплекса РНК в нем гидролизуется активностью РНКазы H, принадлежащей самой обратной транскриптазе. Синтезированная короткая цепь (–)ДНК переносится на 3’-конец другой молекулы вирусной геномной РНКза счет образования комплементарного комплекса между R(5’) (–)-цепиДНК и R(3’) (+)-цепи РНК, и синтез продолжается с копированием районов U3, кодирующей последовательности, U5 и R(5’). Деградация РНКазой H (+)-цепи РНК приводит к образованию коротких РНКолигонуклеотидов, один из которых, расположенный с 5’-стороны от района U3, служит праймером для синтеза (+)-цепи ДНК.
Синтез (+)-цепиДНК, таким образом, вначале приводит к копированию областей U3, R(3’)и U5. На этом же этапе гидролизуется молекула тРНК, служившая изначальным праймером. После синтеза короткого участка (+)-цепи ДНК происходит второй перенос цепи, на этот раз на 5’-конец (–)-цепи ДНК за счеткомплементарных взаимодействий районов R(5’) и U5(5’) (–)-цепи ДНК иR(3’) и U5(3’) (+)-цепи ДНК.
После этого синтез (–)-цепи ДНК продолжается с копированием участка U3, а синтез (+)-цепи ДНК – с копированиемучастков кодирующей последовательности, U3, R(3’) и U5. Таким образом,последовательность двуцепочечной ДНК-копии ретровирусного геномаотличается от одноцепочечной РНК-копии тем, что на концах ДНК-копиинаходятся повторы вида U3–R–U5, которые носят название длинных концевых повторов (long terminal repeats, LTR).100Обратная транскриптаза ретровирусов – самая неточная из всех известных ДНК-полимераз, поэтому при копировании РНК-генома часто возникают ошибки, приводящие к мутациям. В этом кроется механизм высокойизменчивости ретровирусов, который объясняет быстрое возникновениеих устойчивости ко многим лекарственным препаратам и к механизмамиммунной защиты.Рис. 122.
Интеграция двуцепочечного генома ретровирусовИнтеграция двуцепочечной ДНК-копии вирусного генома в ДНК хозяина катализируется ферментом интегразой. Сначала с каждого из 3’101концов линейной двуцепочечной ДНК-копии вирусного генома с тупымиконцами отщепляются по 2 дезоксинуклеотида (рис. 122). Затем в геномную ДНК хозяина вносятся два разрыва на расстоянии 4-х звеньев друг отдруга, так, что получаются два выступающих 5’-конца длиной 4 звена.ДНК вируса встраивается в ДНК хозяина, при этом происходит копирование клеточными ДНК-полимеразами тетрануклеотида, находившегосявнутри разрыва ДНК хозяина, удаление выступающих 5’-концов вируснойДНК и лигирование разрывов.
В итоге вирусная ДНК теряет по 2 п.н. скаждого конца, а в ДНК хозяина дублируется участок размером 4 п.н., чтооставляет характерный «след» интеграции ретровируса.В районе U3 ретровирусных LTR находится сильный промотор, с которого после интеграции начинает синтезироваться вирусная РНК. В случае,если интеграция происходит с 5’-стороны от какого-нибудь гена хозяина,промотор в 3’-LTR, который не принимает участия в синтезе вируснойРНК, способен активировать транскрипцию этого гена хозяина, что можетвести к нарушению регуляции и злокачественному перерождению клетки.II.4.
Повреждения ДНКДНК всех живых организмов постоянно подвергается воздействию повреждающих факторов как эндогенной (гидролиз, побочные продукты кислородного метаболизма, внутриклеточные электрофильные агенты), так иэкзогенной природы (ионизирующая радиация, ультрафиолетовое излучение, ксенобиотики). При этом могут повреждаться как азотистые основания, так и сахарофосфатный остов ДНК (рис. 123). Чаще других в ДНКпоявляются продукты дезаминирования оснований (из Cyt возникает урацил, из Ade – гипоксантин, из Gua – ксантин), продукты электрофильногоприсоединения к основаниям (по положениям N3 Ade, N7 и O6 Gua), продукты окисления оснований (из Gua в основном возникают 8-оксогуанин и2,6-диамино-4-оксо-5-формамидопиримидин, из Ade – 8-оксоаденин и 4,6диамино-5-формамидопиримидин, из Thy – тимингликоль, 5гидрокситимин, 5-формилурацил и дигидротимин из Cyt – цитозингликоль, урацилгликоль и дигидроурацил).
Также с большой частотой возникают апурин-апиримидиновые сайты – продукты спонтанного гидролизаN-гликозидной связи в дезоксинуклеотидах. Под влиянием ультрафиолетового излучения соседние друг с другом основания Thy могут образовывать циклобутановые пиримидиновые димеры. Ионизирующая радиациячасто приводит к появлению в цепи ДНК одно- или двуцепочечных разрывов; в простейшем случае разрыв содержит 3’-OH и 5’-фосфат на образовавшихся концах ДНК, но нередко эти концы модифицированы, например,потеря основания и окисление оставшегося фрагмента дезоксирибозы даетна 3’-конце остаток фосфогликолата.
Повреждение ДНК может вызыватьмутации (при включении при репликации dNMP, не соответствующего102исходной последовательности) или гибель клетки (при неспособностиДНК-полимеразы преодолеть повреждение при репликации).Рис. 123. Некоторые распространенные повреждения ДНКЕще одним источником появления неканонических структур в ДНКслужит ошибочное включение некомплементарных dNMP ДНК103полимеразами при репликации. Вероятность такого события составляет10–3–10–5 для разных ДНК-полимераз в отсутствие корректирующей активности и 10–7–10–8 в ее присутствии, что соответствует 60–600 ошибокна геном человека на клеточное деление. Одним из механизмов такихошибок является таутомеризация оснований ДНК.
Например, основной 6кето-таутомер Gua образует каноническую пару оснований с Cyt, в то время как минорный 6-енол-таутомер Gua образует не менее стабильную парус Thy.Рис. 124. Образование неканонических пар в ДНК при таутомеризации оснований на примереG:TII.5. Репарация ДНКНасчитывается 6 основных механизмов репарации ДНК.Реактивация. Этот процесс подразумевает наличие фермента, специфического по отношению к повреждению, который катализирует превращение поврежденного звена ДНК в каноническое в отсутствие каких-либовспомогательных белков. Например, бактериальный фермент фотолиазаиспользует энергию видимого света для того, чтобы расщепить связи между основаниями в циклобутановом тиминовом димере, превращая его вдва основания Thy:Рис. 125.
Реакция, катализируемая фотолиазой104Фермент O6-алкилгуанинметилтрансфераза репарирует основания O6метилгуанина, перенося метильную группу с атома O6 Gua на один из собственных остатков Cys:Рис. 126. Реакция, катализируемая алкилгуаниналкилтрансферазойРис. 127. Эксцизионная репарация основанийЭксцизионная репарация оснований. По этому пути происходит репарация небольших поврежденных оснований и апурин-апиримидиновых сайтов, не вносящих значительных искажений в структуру ДНК (рис. 127).Сначала поврежденное основание узнается ферментами ДНКгликозилазами, которые гидролизуют его N-гликозидную связь. ДНК105гликозилазы обладают групповой специфичностью – некоторые выщепляют из ДНК только окисленные пурины, другие – окисленные пиримидины, третьи – алкилированные основания, четверные – урацил и т. п.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
