Современная генетика. Том 2 - Айала Ф.
ISBN 5-03-000495-5
Скачать (прямая ссылка):
счет проявления 5' -> З'-экзонуклеазной активности ДНК-полимеразы (рис.
13.1, ? и 13.3). После удаления РНК-затравки и ее замещения на фрагмент
ДНК, инициация синтеза которого происходит на следующей РНК-затравке,
расположенной ближе к области репликативной вилки, между дву!ия соседними
синтезированными фрагментами ДНК остается разрыв. Этот разрыв (отсутствие
ковалентной связи между З'-ОН- и 5'-Р04-концами фрагментов цепи)
устраняется при участии фермента-ДНК-лигазы,-направляющего образование
фосфоди-эфирной связи (рис. 13.4).
Синтез ведущей и отстающей цепей происходит по мере продвижения
репликативной вилки вдоль двойной спирали родительской ДНК (см. рис.
13.1). Процесс расплетания двойной спирали и экспонирования
Экспрессия генетического материала
з'
РРР
5' 3'
ДЛ31Л_ПЗШШШииШ1Л-ПЗШШи1Ши1Ж
5'
Синтез РНК-затравки в направлении 5' -* Ус последующей диссоциацией
праймазы
/ ?
Праймаза /
^ ч/
5' У
РРРсШШШ)Ш
пДЗЦШШТЛЛДЛЯШиШЛЯДДЛЛЛЛЛЛЛАД^^
Присоединение дезоксирибонуклеотидов к РНК-затравке направляет ДНК-полиме
-раза HI
5'
РРР
ДНК-попимераза III
Объединение фрагментов Оказаки с помощью ДНК-лигазы
°°°)mwinnnririnnimnnmnnnnnnmirimnnnnnmrimr^^
"""дзшишииииииигшшиииишл^^_____________________________
Рис. 13.3. Синтез отстающей цепи ДНК инициируется праймазой, при действии
которой образуются короткие РНК-фрагменты, комплементарные
соответствующим участкам матричной цепи ДНК. З'-ОН-концы этих фрагментов
выступают в качестве затравки для синтеза ДНК, направляемого ДНК-
полимеразой III. ДНК-полимераза I удаляет РНК-зат-равку, начиная с 5'-
конца. При этом
З'-ОН-конец предшествующего фрагмента цепи ДНК служит затравкой для
проявления 5'-"З'-экзонуклеазной активности (удаление РНК) и полимеразной
активности (заполнение бреши) ДНК-полимеразы I. После замены участка РНК
на соответствующий участок ДНК между двумя соседними фрагментами цепи ДНК
остается разрыв, который закрывается ДНК-лигазой.
двух матричных цепей ДНК происходит при участии трех типов белков (см.
табл. 13.1) и сопровождается значительными энергетическими затратами.
Белок первого типа, хеликаза, осуществляет собственно расплетание
спирали, а необходимая для этого энергия поставляется за счет гидролиза
АТР. Белок второго типа (SSB) специфически связывает-
13. Генетический контроль синтеза ДНК
109
Е + - Е-АМР+Никотинамидмононуклеотид (NMP)
АМР
Е-АМР +
О
II
•ч
он / \ о, -о о-
о
II
'он /со.
0 о-
1
-о-р=о
+ Е
Аденозин
О II
'он /со,
- О О- 5'
I
-о-р=о
I
Аденозин
Рис. 13.4. ДНК-лигаза (Е) "зашивает" одноцепочечный разрыв в цепи ДНК,
используя энергию, поставляемую за счет гидролиза никотинамидаденин-
динуклеотида (NMP-PMA). Реакция протекает через образование
промежуточного комплекса фермент-АМР. Остаток АМР переносится на 5'-
фосфатную группу в ме-
+ АМР
/-о-
сте разрыва. Образовавшийся дифос-фатный остаток гидролизуется за счет
атаки З'-ОН-группы следующего нуклеотида с образованием ковалентной
фосфодиэфирной связи. ДНК-лигаза фага Т4 для образования интермедиата
(фермент-АМР) вместо ни-котинамидадениндинуклеотида предпочтительно
использует АТР.
ся с одноцепочечной ДНК, предотвращая преждевременную реассоциацию цепей.
Расплетание двойной спирали родительской ДНК без вращения приводит к
образованию дополнительных витков или узлов на участках ДНК впереди
репликативной вилки, аналогичных узлам, которые возникают при быстром
разъединении скрученных нитей волокна. Белок третьего типа,
топоизомераза, способствует релаксации сверх-скрученных участков ДНК,
внося одноцепочечные разрывы фосфоди-эфирных связей и раскручивая узлы в
области родительской двойной спирали перед репликативной вилкой. После
такого раскручивания и снятия напряжения, связанного с образованием
дополнительных витков спирали, топоизомераза вновь замыкает разорванные
фосфоди-эфирные связи и восстанавливает структурную целостность
родительской ДНК. Схема действия трех названных белков в процессе
репликации представлена на рис. 13.1, В.
Генетический анализ репликации ДНК
Генетический анализ, который сыграл весьма существенную роль в изучении
энзимологии и молекулярного механизма процесса репликации ДНК, основан на
выделении и исследовании мутантов, характеризующихся либо полной утратой,
либо повреждением той или иной суще-
Время (мин) при 42,5°
Элонгация
Инициация
Репликационный i
-V / WrilkifTlTTAWl' Ў
Терминации
Рис. 13.5. А. Включение 3Н-тимина (черные кружки) и 14С-лейцина (цветные
кружки) в клетки температурочувствительного мутанта dnaE при
рестриктивной температуре. После температурного сдвига до 42,5° синтез
ДНК практически немедленно прекращается, в то время как синтез белка
продолжается с нормальной скоростью. Сравните это с поведением клеток
температурочувствительного мутанта dnaA (включение 3Н-тимина-черные
квадратики; включение 14С-лейцина-цветные
квадратики), которые в течение 15 мин после повышения температуры до
42,5° продолжают синтезировать ДНК. (По Wechsler J. А., Gross J.D., 1971.
