Льюин (Левин) - Гены - 1987 (947308), страница 192
Текст из файла (страница 192)
Репарируюшие и исправляющие системы наиболее полно охарактеризованы у Е. сой, однако их аналоги в клетках эукариот, вероятно, играют такую же важную роль. Можно предположить, что определенные болезни человека возникают в результате неправильного функционирования специфических репарирующих систем. Говоря о молекулярном уровне организации таких систем, следует отметить участие в ннх ферментов, обладающих замечательными свойствами узнавать последовательности или структурные особенности ДНК. Ферменты рестрикции связываются со специфическими последовательностями ДНК, что дает нам дополнительную информацию о природе взаимодействия белков с нуклеиновыми кислотами.
Некоторые рестриктазы связываются с ДНК в одном сайте, а разрезание производят в другом, досзаточно удаленном; это свидетельствует о способности белков перемешаться вдоль двухцепочечной ДНК. По-видимому, репарируюшие ферменты узнают поврежденные сайты в ДНК из-за искажения в этом участке молекулы правильной структуры. Ферменты, участвующие в рекомбинации, могут связывать две молекулы ДНК, стимулируя спаривание между ними. Анализ различных ферментативных активностей дает два типа информации.
С одной стороны, мы узнаем о взаимодействиях белка с ДНК, осуществляемых путем специфического узнавания последовательностей или структурных особенностей — спорном вопросе в проблеме биологии гена. С другой стороны, появляется общее представление о разнообразной природе систем, необхо- 432 Часть 1Х. Сохранение ДНК в ряду Яб~~~Я~~/ХЗ//ЧЗЯЯ~~~~ЯХ/~~ЯЯ~/~~~~ффме т н дНК мет пируетгн ( Ъо е ее х рантах - м м е н х яуымхавмА/~~Ха.лам бадъМЬ ЖЪамлжаМ поколений а%а/ъъъъъръъъъъы Чаепп онат п рова на ДНК ета ое топ попноетио д~ЯХ//ХХ~~~~/ЯЯЯ~~~~~~~~~у~~~ яЯ/ Хуг/п~~ипироеа нои АЮЪ/ тхЯ~~хфф~~ /~~ЯЯ//~ДЯ/~~фарадею дн к не нерее ипаиые гРуппы е еадтах- ,йа /ЬЪЪЪЪ 'аада~Л/'й57У--Д" одеергаете дегрепапин рируюп/ую активности.
Не существует различий среди типов ДНК, таких, как бактериальные, плазмидные или фаговые. Все ДНК, являющиеся резидентными в определенном штамме бактерий или временно находившиеся в нем, обладают одинаковым типом модификации. Следовательно, система рестрикции н модификации не препятствует обмену ДНК между бактериями одного и того же штамма. Системы модификапии и рестрикции были открыты благодаря их действию в отношении инфицирующей фаговой ДНК. Фаговая ДНК, выделяемая из бактерии, может успешно инфицировать другую бактерию того же штамма, поскольку обе клетки имеют один и тот же тип молификации.
Однако фаговая ДНК, которая переходит из одного штамма в другой, атакуется рестрикционными эндонуклеазами. Следовательно, фаг ограничен (гежнсгей) одним бактериальным штаммом, отсюда и появился термин «рестрикцияи. Следует отметить, что рестрикция не обязательна. Некоторые инфицирующие фаги избегают ее, что обусловлено либо мутациями в сайтах-мишенях, либо неточной работой системы клетки-хозяина. В этом случае они приобретают тип модификации нового хозяина. Плазмиды мокнут вносить свой вклад в штаммовую специфичность бактерий.
В ~сном некоторых плазмид (и фатов) включены гены систем рестрикции и модификации, так что бактерия, несущая один из этих элементов, и такая же бактерия, но утратившая его, будут характеризоваться как принадлежащие к разным штаммам. Во всяком случае существование систем модификации и рестрикции служит противодействием передачи бактериальных последовательносзей с помощью плазмид и фагов. Рестрикционные ферменты относятся к двум основным классам, которые в свою очередь могут быть подразделены на более мелкие группы.
Их свойства суммированы в табл. 34.1. Первый класс включает ферментативные активности типа И. Сюда относят ресгрнкционные ферменты, уже обсуждавшиеся ранее. Они обнаруживаются примерно димых для сохранения и защиты ДНК от воздействий окружающей среды или от ошибок других клеточных систем. Процессы рестрикции и модификации Все рестрнкционные эндонуклеазы бактерий узнают специфические, довольно короткие последовательности ДНК и связываются с ними. Этот процесс сопровождается разрезанием либо в самом сайте узнавания, либо в каком-то другом, что определяется типом фермента. Подробно мы анализировали реакцию разрезания при обсуждении перспектив ее использования для картнрования илн реконструирования ДНК (п Рйго (гл.
3 и 19). Теперь мы рассмотрим вопрос о том, как выполняют эти ферменты свои природные функции. Наряду с рестрикционной активностью (или активностями) бактериальный штамм обладает способностью метилировать ДНК; для этого процесса характерна такая же специфичность в отношении последовательностей ДНК, как и для рестрикции. Метилаза добавляет метильные группы к адениновым или цитозиновым остаткам в том же сайте, в котором связывается рестрикционный фермент. В результате метилирования сайт становится устойчивым к рестрикции. Следовательно, метилированне защищает ДНК от разрезания. При метилнровании бактериальной ДНК в соответствующих сайтах она становится иммунной к рестриктазам (рис.
34Л). Такая зашита необходима для предотвращения деградации ДНК клетки под действием ее собственных рестрнктаз. Однако этот способ защиты не распространяется на любую чужеродную ДНК, входящую в клетку. Она имеет немодифицированные сайтымишени и поэтому атакуется ферментом рестрикции. Следовательно, комбинация модификации и рестрикции позволяет клетке отличать чужеродную ДНК от своей собственной. В этом контексте термин «чужероднаян используется для обозначения любой ДНК, полученной из бактериального штамма, утратиешего модифииирун>аагую и регтри- Рис.
34.1. Метязнрованные сайты сохраняются неопределенно долго н не поврежлены рестрикцией; неметнляровднные сайты разрезаются. 34. Системы защиты ДНК Таблааа 34,! Активносзи рестрикции и метолнровааия могут быть объединены иан могут существовать отдельно Класс фермента т Тна Ц т щ ,1 Структура белка ! Саят узнавания Сайт разрезания ', Рестрикция и метилироаание ) Необходима ли АТР лля рестрикции? Бифункцнональный фермент иэ трех субьелннип Даустороинаа и асиммеэричиаа )например, ТОАХаТОСТ) последовательность Неснецифичный, примерно на расстоянии 1000 пар оснований' от сайта узнавания Взаимно исключающие Да Бифункниональиый фермент из лвух субьелиниц Асимметричная последовательность !5-7 пар оснований) Отдельно эндоиуклеаза и метилаэа Короткая последовательность 14 — 6 пар оснований), часто палиндромнаа Тот же, что и сайт узнавания илн близко от него Отделен от сайта узнавания участком а 24 — 24 пар оснований Олиоаременные Отдельные реакции Нет А5!ьтернативныс активности ферментов типа 1 эа- ! 1аа в одном из трех бактериальных штаммов.
Каждый из этих ферментов отвечает только за акт рестрикции; метилирование той же последовательности осуществляет лругой фермент. Структура белка не отличается сложностью. Наиболее подробно охарактеризованы компоненты сисземы Есой!, в которой рестрикционный фермент представляет собой димер из идентичных субъединиц, а мети- лаза является мономером. Узнавание общей мишени могло возникнуть либо путем дупликации соответствующей части белка, либо в результате конвергентной эволюции. В качестве сайтов-мишеней часто выступают палиндромы из 4 — б пар оснований. Симметрия подразумевает, что те, из них, которые должны быть метнлированы, встречаются на обеих цепях ДНК. В результате сайт-мишень может быть полностью метилирааан )обе цепи модифицированы), аалуметилирааан (только одна цепь метилирована) или неметилирааан.
Полностью метилированный сайт не подвержен ни рестрикции, ни модификации. Полуметилированный сайт не узнается ферментом рестрикции, но может быть превращен с помощью мети- лазы в полностью метилированный. У бактерий метилирование, как правило, связано с сохранением имеющегося состояния модификации. Репликация полностью метилированной ДНК ведет к образованию полуметилированной ДНК.
Вероятно узнавание полуметилированных сайтов представляет собой обычный этап функционирования метилазы 1п ч!чо. Неметилированный сайт-мишень представляет собой субстрат либо для рестрикции, либо д.и модификации )п ч!!го. В клетке немодифицированная ДНК с большей вероятностью рестрицируется. Метилаза добавляет за один раз только одну метильную группу. Так, в случае неметилированного субстрата одно метилирование сопровождается отделением мети- лазы от ДНК. Для введения второй метильной группы требуется отдельное связывание и событие метилирования.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
