Айала, Кайгер - Современная генетика - т.2 (947305), страница 28
Текст из файла (страница 28)
Эти мутации заметно повышают частоту спонтанных мутаций во всех генах организма. Наиболее полно система исправления ошибок реплнкации изучена у Е, со!1 Для нормального функционирования аппарата исправления ошибок, связанных с включением неправильных нуклеотидов, необходимо располагать механизмом, позволяющим отличать новосинтезированную цепь ДНК от родительской матричной цепи. В противном случае с вероятностью 1/2 будет происходить «исправление» нуклеотцда в родительской цепи, приводящее к закреплению потенциально мутагенной ошибки, допущенной ДНК-полимеразой.
Вероятно, для установления различий между родительской и дочерней цепями ДНК в Е. сой используется метилирование аденина в последовательности БАТС, Эта палиндромная последовательность обычно метилирована в обеих цепях родительской ДНК. Прн полуконсервативной репликацни метилированной ДНК образуется дочерняя ДНК, в которой одна цепь, пришедшая от родительской ДНК,метилирована, а новообразованная цепь в течение некоторого времени после выхода из области репликативной вилки остается неметилированной.
Следует заметить, что метилнрование новообразованной цепи ДНК осуществляется ферментом, отличным от метилаз, входящих в систему рестрикции — модификации, обсуждавшуюся в гл. 9. Бактерии аазн, дефектные по метилированию аденина в результате нарушения синтеза соответствующей метнлазы характеризуются повышенной частотой спонтанных мутаций, что подтверждает гипотезу об участии метилазы з(ат в системе исправления ошибок репликации.
Система исправления ошибок в ДНК включает несколько различных ферментативных функций. Процесс исправления начинается с вырезания участка новообразованной цепи, содержащей неправильно встроенный нуклеотнд, за которым следует заполнение образовавшейся бреши в ходе репарационного синтеза с использованием в качестве матрицы верной нуклеотидной последовательности родительской цепи.
Было установлено участие в процессе вырезания четырех генов, точная функциональная роль каждого из которых пока неизвестна. Мутации в любом из этих генов (тшН, тиз!ь тиз5 и исг!1) вызывают проявление «мутаторного» фенотипа. Локализация этих генов на генетической карте Е. сой показана на рис. 13.12. Полной инактнвацин системы исправления ошибок, описанной выше, можно достичь совмещением мутаций в этих генах в пределах одного и того же штамма Е. со!1 Такой штамм характеризуется частотой спонтанных мутаций около 10 ь-10 ' ошибок на нуклеотнд, т.е. такой же величины, что и прн действии ДНК-полнмеразы П1 зп «1!го.
Таким образом, крайне низкий уровень спонтанных мутаций, наблюдаемый в норме у Е со!1, обусловлен действием корректирующих функций ДНК-полнмераз 1 н Ш, которые дополнительно подстрахованы системой исправления ошибок в новообразованной цепи ДНК. Помимо ошибок, возникающих при репликации, ДНК также подвержена повреждениям, которые могут возникать слон~анно или под воздействием особых условий окружения. Для инициации удаления поврежденных нуклеотидов используются два основных типа репарационных Экспрессия генетического материала Рис.
13.12. Локализа- ция генов Е. сой, уча- ствующих в исправле- нии ошибок реплика- цнн н репарации тип. и игл Гс!А . ' НСЧ О иигО )!С исгв :-зи . 7и Ыи)и Р-. ысгс Лотус Функция ииг В х!В А иог С инд гли)5 ти! Н аат Субъеднннца репарационной з)шонуклеазы Репарационная зкзонуклеаза Субьелнннца репарационной зндонуклеазы Урацнл-ДНК-гликознлаза Исправление ошибок репликации Исправление о)пнбок реплнкацнн Мстнлнрованне аденина; исправление ошибок репликации Эксцизнонная репарация ДНК-полимераза 1 Субъединица репарационной знлонуклеазы Исправление о~либаи реллнкации исг !Э ро!А исг А ти! Ь функций.
После удаления поврежденных участков бреши, образовавшиеся в одной из цепей, заполняются за счет репарационного синтеза с использованием в качестве матрицы комплементарной цепи ДНК. Первым важнейшим компонентом системы репарации ДНК служит специфическая репарационная эндонуклеаза. Она узнает заметно искаженные участки двойной спирали, возникающие в результате действия повреждающих агентов. Подобные искажения могут быть вызваны днмеризацией пиримидиновых оснований, находящихся рядом в одной из цепеРЬ под влиянием ультрафиолетового излучения (рис.
13.13) илн образованием поперечных сшивок между двумя цепями ДНК за счет действия алкилирующих агентов. Репарационная эндонуклеаза у Е. сой кодируется тремя различными генами, мутации которых повышают чувствительность клетки к действию повреждающих агентов. Расположение этих генов 1иог А, иог В, иог С) на хромосоме показано на 125 13. Генетический контроль синтеза ДНК Рис.
13.13. Обраювание тиминовых димеров в одной из цепей ДНК включает формирование циклобутанового кольца (состоящего из четырех углеродных атомов) при взаимодействии атомов соседних пиримидиновых оснований. рис. 13.12. Репарационная эндонуклеаэа вносит одноцепочечный разрыв фосфодиэфнрной связи 3'-ОН15'-РО4 со стороны 5'-конца ряцом с поврежденным участком. Далее за счет действия 5' — 3'-экзонуклеазной активности, например ДНК-полимеразы 1, происходит вырезание поврежденного участка. Брешь заполняется ДНК-полимеразой 1, выступающей в роли репарационной полимеразы (рис. 13.14). Другой тип репарационных процессов основан на действии фермента, называемого ДНК-Х-гликознлазой.
Этот фермент узнает поврежденное основание и расщепляет его Х-гликозидную связь с остатком дезоксирибозы в сахарофосфатном остове цепи ДНК. Таким образом, имеет место локальная апуринизация или апиримидинизация; возникает так называемый АР-сайт, узнаваемый АР-специфической эндонуклеазой, которая расщепляет фосфодиэфирную связь рядом с АР-сайтом (рис.
13.15). Остающийся иа 5'-конце одноцепочечного разрыва остаток дезоксирибозы удаляется экзонуклеазой Н1 (продукт гена хь)зА), а брешь заполняется с помощью обычного репарационного синтеза. В бактериальных и эукариотических клетках был обнаружен целый ряд различных )ч(-гликозилаз. Один из ферментов этого типа узнает неправильную пару г(О!ЙО, возникшую в результате спонтанного дезаминирования остатка г(С из пары г(ОА(С.
Дезаминирование цитозина может привести при репликации к возникновению мутантной нуклеотидной пары дА)г(Т, поскольку с точки зрения образования водородных связей урацил ведет себя аналогично тимину. Этот фермент †урац-ДНК-гликозилаза в Е. сой кодируется геном инд. Мутации в этом гене лишают клетку способности исправлять повреждения описанного типа, что по- 126 Экспрессия генетического материала Рнс. 13.14, Этапы вы- резания и репарации поврежденного участка молекулы ДНК, Пириындвновый днмер искажает структуру ДНК Репа рандоивая эндовукпеазв разрезает поврежденную цепь С "::: Л Репарацяоннеп эксцизия прн действии экзонукяеазы Репарационный снитеа ДИК.витаза эвшввает оставшийся одноцепочечный Разрыв вышает частоту возникновения мутаций в 5 раз (рис.
13.15). Другие )ч(- гликозилазы проявляют специфичность к повреждениям, вызванным действием алкилируюших агентов, таких, как сильный канцероген — диметилнитрозамин. Известны также )ч)-гликозилазы, ответственные за репарацию тиминовых димеров, образование которых индуцируется ультрафиолетовым излучением. Некоторые люди, гомозиготные по мутантному гену, вызывающему пигментную ксеродерму (Хегойегта р!дтепгазит), обладают повышенной чувствительностью к солнечному свету, склонны к аномальной пигментации кожи и подвержены заболеванию раком кожи. Известно несколько различных генетических форм этой болезни, и по крайней мере некоторые из них связаны с неспособностью клеток к вырезанию тими- новых димеров.
127 13. Генетический контроль синтеза ДНК с А т с с Рис. 13.15. Удаление поврежленного основа- ния при действии ура- цил-ДНК-гликозилазы и АР-зндопуклсазы сопровожлается в дальнейшем репара- ционным синтезом ДНК с использованием л качестве матрицы комплементариой цепи (не показана). — ~ЫИ-- с л т с — Р,1 Р,~ Р~ Р ~ р~ р~он~ Р-'з ~ Р ~ Р ~ ОН Р.~ А т с с — ~ М.М-- дсзамнлнроаанлс Раилсллсннс глнкознлной салан АР-зндолуклсаза Экзлнуклсаза и1 Рсларалнонный синтез Лнгнронаннс (устранение разрьеа) Каждый день появляются все новые данные, свидетельствующие о большом разнообразии систем репарации ДНК, функционирующих как в прокариотнческих, так и в эукариотических клетках.
Эволюция этих систем несомненно обусловлена особым значением метаболических путей, обеспечивающих сохранность и точность передачи наследственной информации. В то же время ясно, что никакая система передачи информации не может быть совершенной и допускает возникновение мутаций, которые могут выступать в роли «сырья» для естественного отбора. А1Ьегт В., Егеглд1алв К. (1977). Кесеп! ехсйетепг ш йе РХА гер!кабоп ргоЫеш, Хайте, 269, 655 †6. Ага! К;1,, КоглЬегд А. (1979), А вепегв! рппппя вувгет етр!оуш8 оп1у длаВ ргоге!и аш! ргипаве Гог РХА гер!юабоп, Ргос. Хай. Асад.
Ес1 (ЛА, 76, 4308 — 4312. Ага! К.-!., Ага1 А!., ЕЬ!осла! !., КоглЬевд А. (1980). Кер!кабан оГ дир!ех РХА оГ рьаке <рХ!74 гесопвг!гигед вдй роббе!1 епхутез, Ргос. Ха!1. Асад. Ес). ()ЕА, 77, 3322 — 3326. Ага! К.-!., Гол К. ! КоглЬегд А. (1981). Моветепг апд вне ве1есгюп Гог рппппв Ьу 1Ье рпшоюте!и рЬаяе грХ174 РХА гер1юа1юп, Ргос. Ха1!. Асад. Есз ()ЕА, 78, 707 — 711. ЕешЬг А.и.
(1979). Е!де!!!у оГ гер1!сабоп оГ рЬаве гр Х174 РХА Ьу РХА ро!угпегаве 111 Ьо1оепгуте: зропгапеоив пппабоп Ьу тишсогрогаг!оп, Ргос, Ха11. Асад. Ес!. ()ЕА, 76, 4946-4950. Сг!с)ггаал В. ГЕ, Еадгаал М. (1980). ЕзсЬеыгдда со!1 пт1агог ппиапвз дебс(епг )п гпегЬу- Белок, связываюшийся с одноцепочечной ДНК (ЗЯВ-белок) Ведущая цепь Гены дла ДНК-Х-гликозилаза ДНК-лнгаза ДНК-полимеразы и, () и 7 ДНК-полимеразы 1, П и П1 (Ро11, РоН1, Ро!П1) Затравка (праймер) Исправление ошибок репликации Одноцепочечный разрыв Отстающая цепь ог! (точка начала репликации) 13Л. Перечислите основные отличия ДНК-полнмераз и РНК-полимераз. Каковы общие свойства этих ферментов7 13.2. Объясните, каким образом генетический анализ можно использовать для Экспрессия генетического материала 1абоп!пв1гис1ед РХА ппзша1сЬ соггесбоп, Ргос.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
