не приводит к достаточному для компенсации ?# возрастанию энтропии.

Обратный процесс образования дуплекса из двух комплементарных цепей называют ренатурацией или гибридизацией. Первый термин чаще применяют, когда речь идет о воссоединении предварительно разделенных цепей. Второй термин обычно используют, если речь идет об образовании дуплекса одпонптевой нуклеиновой кислотой, к которой извне добавлена комплементарная цепь или фрагмент такой цепи. Для функционирования биологических систем процессы ренатурации, по-видимому, большого значения не имеют, поскольку в живой природе дуплексы образуются главным образом при построении иа однопитевой ДНК или РНК комплементарной нити путем синтеза из мономеров. Однако образование двунитевых структур из предсуществующпх полинуклеотидных цепей используется в целом ряде фундаментальных и прикладных биохимических исследований.

Взаимодействие полинуклеотидных цепей начинается со встречи их фрагментов, т.е. отдельных нуклеотидиых звеньев. Подобно уже рассмотренному вкратце в предыдущем параграфе формированию полипептидных о-еппралей, образова-

Темлература, °С

Рис. 38. Кривая плавления ДНК дикого штамма фага ? (48 ООО пар нуклеотидов). Среднее содержание пар GC 50%. Буфер: Na2HP04, Na* 0,2 ммоль/л, ЭДТА 0,1 ммоль/л. рН 7 (по данным Лохова С.Г.)

нию протяженной двуспиральной структуры должно предшествовать возпикно ние зародышевой структуры из нескольких нар нуклеотидов. Отдельная компл ментарная пара, не стабилизированная стекпигом с соседними парами, неустойчива и быстро разрушается. В то же время зародыш двойной спирали благоприятствует сближению соседних комплементарных звеньев и замыканию новых пар. Это, в свою очередц, фиксирует в благоприятной ориентации следующие пары и т.п. Происходит как бы застегивание двуспиральной структуры подобно застегиванию <молнии>. Если это происходит при температуре ниже области плавления дуплекса, то процесс оказывается практически необратимым. Если же зародыш образовался на участке, где может сформироваться лишь небольшой по протяженности двунитевой фрагмент, то время его жизни при не слишком низких температурах невелико и за короткое время пройдет его разрушение, что приведет лишь к некоторой задержке в поиске надлежащего фрагмента комплементарной цепи. Следует иметь в виду, что для протяженных полинуклеотндных цепей вероятность образования таких случайных контактов между цепями достаточно велика. Например, одна и та же пентануклеотпдпая последовательность в среднем должна встречаться один раз па каждые 4-г' а 1 ООО нуклеотидов. При низких температурах у протяженных цепей Такие задержки могут оказаться довольно длительными, поэтому процессы ренатурацпн (гибридизации) проводят при температурах, не слишком далеко отстоящих от температуры плавления форм руемого дуплекса.

3.8. НУКЛЕОПРОТЕИДЫ

Среди многочисленных классов нуклеопротендов наиболее изученными яил ются три — рибосомы, хроматин и вирусы.

Рибосомы являются сложными клеточными органеллнмп. на которых происх дит биосинтез белков. Их линейные размеры имеют порядок 20 им, в связи с ч они невидимы в световом микроскопе, но отчетливо видны под алектронш микроскопом. Общей чертой всех рибосом является легкая диссоциация, ???? ходящая.при уменьшении концентрации ионов магния до Ю"3 М, на две частиц именуемые рибосомными субъединицами. Они неодинаковы но размеру и обозн чаются как малая и большая субъединицы.

Для обозначения рибосом, их субъедиииц и входящих в их состав рибонук-иновых кислот принято использовать величины их констант седиментации, пр веденные к температуре 20°С и вязкости чистой воды и, как правило, округле' ные до ближайших целочисленных значений. .Так, рибосомы прокариот обоз1 чают как 70S рибосомы, а их субъединицы — как 50S и 30S субьедппицы. Рпбос мы эукариот крупнее по размеру и их обозначают как 80S рибосомы, а две субч диницы — как, соответственно, 60S и 40S рибосомы. В митохондриях и хло| пластах имеются свои рибосомы, которые по размерам н строению близки прокариотическим. Обе субъединицы рибосом являются пуклеопротеидами, сое тоящими из одной или нескольких молекул РНК и значительного числа рибосомных белков. Малая субъединица прокариотических рибосом содержит одну молекулу РНК, обозначаемую как 16S рРНК, и 21 белок, которые обозначаются номерами с указанием, что они относятся к малой (англ. — small) субъединице с помощью буквы S, стоящей перед номером белка. Нумерация проводится в соо

ветсТВИИ С МОЛекУЛЯОНОЙ маггой белков ? nnntinic» рп vftf.TiiauiKi ? q ?., ?) ?*/-. ?? 11

большой белок — это SI, а самый маленький — S21. Большая субъединица (англ-large) содержит две молекулы РНК, 23S рРНК и 5S рРНК и 32 разных белка, обозначаемых соответственно LI, L2 и т.д. К настоящему времени для рибосом E.coli установлены первичные структуры всех составляющих их РНК и белков. Установлены первичные структуры большого числа рибосомных РНК эукариот, в том числе для рибосом человека. Быстрыми темпами развиваются работы по структуре рибосомных белков крысы и человека. Известно, что 40S субъединица содержит 18S рРНК, а 60S субъединица — три РНК, обозначаемые обычно как 28S, 5,8S и 5S рРНК. Число белков на обеих субъединицах несколько выше, чем у прокариотических рибосом. Рибосомы, как уже говорилось, являются местом трансляции информации, поступающей в виде информационной РНК, в полипептидные цепи -синтезируемых на* рибосомах белков. Этот процесс будет рассмотрен в § 5.6.

Хроматин является основным нуклеопротеидом эукариотических клеток и содержится в клеточном ядре. Он представляет собой двунитевую молекулу ДНК, по-видимому, представленную одной копией на каждую из хромосом, связанную со сложным набором белков. В структурном плане наиболее изучены белки, называемые талонами. Это сильноосновные белки, содержащие около 25% лизина и аргинина. Известно пять гистонов — HI, 1I2A, Н2В, НЗ и 114. Будучи выделен из ядер, хроматин имеет определенную структуру, которая представляет собой многочисленные агрегаты из восьми молекул гистонов (по две каждого, кроме HI), на которые навернута двунитевая ДНК, причем в контакте с каждым октамером гистонов связан участок в 140 пар нуклеотидов. Такие структуры называют нуклеосомами. Между нуклеосомами имеется соединительный участок, содержащий около 60 пар нуклеотидов, не связанный с гистонами в нуклеосомы. Кроме того, в состав хроматина входит значительное число других белков, объединяемых общим названием негистоновые белки.

Поскольку ДНК хроматина на определенной фазе жизнедеятельности клетки должна удваиваться, а кроме того, на ней, как на матрице, должны синтезироваться новые молекулы РНК, то в тесном контакте с хроматином находится весь аппарат, принимающий участие в синтезе новых молекул ДНК и РНК, а также весь аппарат, участвующий в исправлении повреждений, возникающих по тем или иным причинам в молекулах ДНК, т.е. весь аппарат репарации ДНК. Каждый из этих процессов — репликация, репарация и транскрипция ДНК в клетках эукариот — требует участия целого набора ферментов и вспомогательных белковых факторов. Поэтому полная картина функционирующего хроматина является исключительно сложной и во многих деталях еще не установленной.

Вирусы — это частицы, построенные из одной или нескольких молекул нуклеиновой кислоты и нескольких белков, иногда некоторых других дополнительных компонентов, например фосфолипидов. Вирусы представляют собой нуклео-протеиды, способные, попадая внутрь соответствующих клеток, интенсивно воспроизводиться с образованием большого числа новых вирусных частиц. Вне клеток никаких признаков жизнедеятельности вирусы не проявляют. Однако* проникая внутрь определенных клеток, которые выполняют по отношению к вирусу функции хозяина, вирусные частицы с помощью своей нуклеиновой кислоты перепрограммируют работу Клетки, и в ней начинается размножение вирус-*-н°й нуклеиновой кислоты и производство вирусных белков. Процесс, как правило, завершается формированием зрелых частиц вируса и разрушением

плазматической мембраны клетки (лизисом), после чего вышедшие наружу вирусы получают возможность инфицировать новые хозяйские клетки. Существуют вирусы, паразитирующие в растительных клетках, в животных клетках, в том числе в клетках человека, вызывая различные вирусные заболевания. Вирусы могут паразитировать и на бактериальных клетках; их называют бактериофагами или просто фагами.

Описанный наиболее типичный путь развития вирусной инфекции называют литическим. В некоторых случаях наряду с литическим типом инфекции возможен другой путь — лизогенный, при котором ДНК вируса встраивается в хромосому хозяина и на протяжении многих циклов деления клеток хозяина размножается в составе хозяйской ДНК. В некоторых специальных условиях, например при УФ-облучении или действии проникающей радиации, ДНК вируса может выйти из состава хромосомной ДНК и переключиться на литический путь развития. Наиболее детально лизогенный путь развития изучен на примере бактериофага А, паразитирующего на клетках E.coli.

Принципы построения вирусов весьма разнообразны. У всех известных клеточных организмов наследственная информация хранится, размножается и реализуется в форме двунитевых ДНК. Среди вирусов также широко распространены такие, у которых носителем наследственной информации является двунитевая ДНК. К их числу относятся многие бактериофаги, например детально изученные бактериофаги, паразитирующие на клетках E.coli, такие, как Т4, Т7, и уже упоминавшийся бактериофаг А. Для двух последних уже установлены полные первичные структуры их ДНК. К числу таких вирусов относятся и многие вирусы, вызывающие заболевания человека, например вирус герпеса и аденовирусы, вирус осповакцины (коровьей оспы), который на протяжении двух столетий использовался для вакцинации людей (придания им иммунитета) против черной оспы. Наряду с этим встречаются вирусы, у которых в состав вирусных частиц входит однонитевая ДНК. К ним относятся такие хорошо изученные и широко используемые в исследованиях вирусы, как бактериофаг ? Х174 — первый ви