Сельскохозяйственная биотехнология - Шевелуха Е.А.
Скачать (прямая ссылка):
Важную роль в репликации играет еще один класс белковых молекул. Они называются SSB белки, или белки, связывающиеся с ДНК- SSB белки, связываясь с одноцепочечной ДНК, делают ее более доступной для ферментов репликации и способствуют дальнейшему расплетению двойной спирали. Белки препятствуют возникновению в одноцепочечной ДНК структур, препятствующих репликации, например, шпилек.
Репликон. Процесс репликации бактериальной ДНК непрерывен. Начавшись в одной точке, репликация продолжается до тех пор, пока вся ДНК не удвоится. Таким же образом реплицируются плазмиды бактерий, бактериофаги и вирусы. В смысле репликации все они представлены как единица репликации, которая получила название репликон. Другими словами, их геномы представляют собой монорепликонные структуры.
Место, где начинается репликация, называется сайтом инициации репликации, или ориджином репликации (ori). Орид-жин репликации представляет собой определенную последовательность нуклеотидов в ДНК. Эта последовательность способствует расплетению ДНК (образуется так называемый «репликационный глаз»), и на ней собирается репликативный комплекс белков. На ориджине может образоваться одна или две репликативные вилки. В первом случае репликация называется однонаправленной, а во втором — двунаправленной. При двунаправленной репликации образуются две репликативные вилки, перемещающиеся в противоположных направлениях. Монорепликонные геномы имеют кольцевую структуру, и картина их репликации напоминает греческую букву тета. Поэтому структуры ДНК, образующиеся при репликации кольцевых молекул ДНК, называют 0-структурами.
Специфичность ориджина определяется тем, что его распознает специальный белок (или белки), с ним связывающийся и участвующий в инициации синтеза. Сама ДНК-полимераза в инициации синтеза белка не участвует. Она начинает синтез после того, как праймаза синтезирует затравку. У бактерий и некоторых вирусов длина ориджина репликации составляет около 300 нуклеотидных пар (н. п.).
Размер генома эукариот в тысячи раз превосходит размер бактериального генома и представлен несколькими молекулами ДНК, которые сложным образом компактизованы. Вместе с Тем, скорость репликации эукариотической ДНК на порядок ниже, чем у прокариот. Репликация происходит в фазе S клеточного цикла, протяженность которого составляет несколько (5—10) часов. Репликация столь большого количества ДНК за 108
столь короткий промежуток времени осуществляется посредством разделения каждой хромосомы на множество отдельных репликонов. Таким образом, в любой момент S-фазы только некоторые из репликонов вступают в репликацию.
У многих высших эукариот расстояние между соседними точками инициации составляет (1—2)* 10° н. п. Это расстояние соответствует среднему размеру репликона. Отсюда следует, что в гаплоидном геноме млекопитающих содержится 20000—30000 репликонов. До сих пор не ясно, как регулируется инициация репликации у столь большого количества репликонов. Не ясно также, как репликационный аппарат отличает уже отреплицировавшиеся репликоны от тех, которым предстоит реплицироваться, т. е. существует запрет на повторную репликацию в пределах одного клеточного цикла. Иногда этот запрет нарушается, что приводит к появлению нескольких копий одного и того же участка хромосомы. Такое явление называется амплификацией.
Итак, несмотря на принципиальное сходство механизмов репликации у прокариот и эукариот, последние представляют по-лирепликонную структуру со сложным механизмом регуляции инициации репликонов.
2.4. РЕПАРАЦИЯ ДНК
Высокая стабильность генетического материала. После рассмотрения процесса репликации ясно, что генетическая информация копируется с исключительно высокой степенью точности. Это связано с тем, что замены оснований в молекуле ДНК могут вызвать мутации, приводящие к нарушениям клеточных функций и гибели клеток. Следовательно, допустимы низкие частоты возникновения мутаций для сохранения жизни. Таким образом, как зародышевые, так и соматические клетки должны быть надежно защищены от генетических изменений.
Анализ частоты аминокислотных замен показывает, что белок среднего размера, состоящий из 400 аминокислот, изменяется случайным образом в результате одной аминокислотной замены приблизительно один раз в 200 000 лет. Некоторые белки настолько консервативны, что даже такая низкая частота изменения аминокислот неприемлема для их нормального функционирования. Например, в молекуле гемоглобина одна замена на каждые 100 аминокислот происходит за 6 млн лет. Гистон Н4 изменяется в сто раз медленнее. Особи, у которых замены происходят чаще, элиминируются естественным отбором. Это — еще одно подтверждение тому, что сохранение нук-
леотидных последовательностей — необходимое условие сохранения жизни.
Между тем нуклеотиды в составе ДНК постоянно подвергаются изменениям, вызванным тепловыми флуктуациями вследствие беспорядочных соударений с окружающими молекулами. Изменения также происходят в результате действия мутагенов, клеточных метаболитов, космической радиации и ультрафиолетового облучения (рис. 2.6). Наиболее часто происходит апури-низация — потеря остатков аденина и гуанина из-за разрыва N-гликозидной связи между пурином и дезоксирибозой. За сутки каждая клетка человеческого организма претерпевает 5000 актов апуринизации. Другое нарушение — дезаминирование цитозина в результате потери аминогруппы, которое происходит в клетке 100 раз в сутки. Дезаминированию подвергаются также другие основания. Многие канцерогены алкилируют (например, метилируют) основания. Иногда может происходить разрыв пуринового кольца. Такое нарушение препятствует репликации. Ультрафиолетовое излучение Солнца вызывает образование димеров тимина за счет образования ковалентной связи между соседними тиминами в одной из цепей ДНК. Нарушения оснований в ДНК должны исправляться. Процесс ликвидации генетических нарушений называется репарацией.
