Биологический каталог




Основы биохимии. Том 2

Автор А.Уайт, Ф.Хендлер, Э.Смит, Р.Хилл, И.Леман

63, 1410, 1969. Copyright 1969 by The American Association for the Advancement of Science).

To, что этот процесс ингибируется рифампицином, антибиотиком, ингибирующим РНК-полимеразу, которая способна инициировать полирибонуклеотидную цепь (гл. 26), дает основание предполагать, что праймер для репликации ДНК может образовываться в результате транскрипции. Дальнейшее исследование этого явления in vivo и in vitro, показало, что так оно и есть. Так, после инфицирования Е. coli фагом М13 РНК-иолимераза бактерии катализирует синтез короткого фрагмента РНК на специфическом участке фаговой ДНК.. Этот фрагмент РНК служит праймером для синтеза ДНК, катализируемого (Комплексом из ДНК-полимеразы III и некоторых дополнительных белков. Для этого процесса необходимы АТР и белки, специфически связывающиеся с одно-нитевыми ДНК- Удаление инициаторной РНК и заполнение пробела, образующегося при этом, осуществляется путем ник-транеля-ции, катализируемой ДНК-полимеразой I (разд. 25.3.2.1). Ковалентно замкнутая кольцевая двухнитевая ДНК образуется при действии ДНК-лигазы (рис. 25.9).

31—1358

1С18

III. МЕТАБОЛИЗМ

ДНК-свя-

эывающий

белок

ДНК-полимераза I, ДНК-лига ъя

Рис. 25.9. Схема превращения однонитевой ДНК фага М13 в двухнитевую ДНК при действии репликационных белков Е. coli. Показана двухнитевая шпилька в том месте, где начинается синтез РНК, по аналогии с промоторами транскрипции двуспиральной ДНК (гл. 26). Детали см. в тексте (Schenman R., Weinera Л., Romberg ?., Science, 186, 987, 1974).

Анализ репликации in vitro однонитевой кольцевой ДНК из другого бактериофага 0X174, которая является более сложным процессом, чем репликация ДНК фага М13, и не ингибируется рифампицином, показал необходимость дополнительных ферментов и факторов, которые могут также принимать участие в репликации хромосомы Е. coli.

В дополнение к ферментам, необходимым для репликации ?13, в этом случае нужны также продукты генов dnaB, С, G и некоторые из них были получены в гомогенном (физически) состоянии как и другие белки, гены которых еще не картированы. Как было отмечено выше, продуктом гена dnaE является ДНК-полимераза III. Продуктом гена dnaG является, по-видимому, РНК-полимераза, устойчивая к рифампицину, которая синтезирует фрагмент РНК, необходимый для инициации репликации ДНК фага 0X174. Так как репликация ДНК у Е. coli нечувствительна к рифампицину, то продукт гена dnaG может быть ферментом, ответственным за синтез фрагмента РНК, необходимого для синтеза растущих фрагментов ДНК-

Правдоподобная, хотя не вполне подтвержденная еше модель репликации ДНК Е. coli, которая может быть распространена и на другие, более сложные организмы, была построена на основе упомянутых выше исследований. Согласно этой модели, репликация ДНК идет путем локального прерывистого синтеза фрагментов ДНК. Инициация этих фрагментов осуществляется синтезом коротких фрагментов РНК, что катализируется dnaG РНК-полимеразой. Удлинение цепи 'катализируется комплексом ДНК-полимеразы III. Удаление инициаторной РНК и заполнение образовавшегося пробела осуществляются ДНК-полимеразой I, одной или совместно с РНазой Н, что позволяет образовавшимся фрагментам ДНК объединяться в реплицирующуюся хромосому с помощью ДНК-лигазы, чем и заканчивается весь процесс. До сих

25. ГЕНЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ МЕТАБОЛИЗМА I

1019

Рис. 25.10. Структура тиминово-го димера. Соседние тимидино-вые основания в цепи ДНК конденсируются с образованием циклобутанового кольца.

сахар

сахар

пор неизвестно, только запаздывающая нить или обе нити дуплекса ДНК реплицируются прерывисто.

До сих пор «ет информации о. функциях остальных dna-тенов в этом процессе и о роли факторов, которые .контролируют образование репликационной вилки в уникальной точке хромосомы и, следовательно, .включение цикла репликации ДНК.

25.3.3. Репарация повреждений ДНК

Повреждения ДНК, вызванные химическими и физическими воздействиями, могут быть репарированы с помощью ряда механизмов. Наиболее изучены механизмы репарации повреждений, вызванных ультрафиолетовым облучением ДНК- При действии ультрафиолетового излучения на ДНК образуются тиминовые димеры в результате конденсации двух соседних тиминовых остатков с образованием циклобутанового кольца (рис. 25.10). Образование тиминового димера вызывает нарушение геометрии спирали, препятствует репликации, и поэтому он должен быть удален из ДНК. Предполагается, что у Е. coli это осуществляется преимущественно с помощью «темпового» процесса выщепления, который .идет в три стадии (рис. 25.11): 1) расщепление нити ДНК непосредственно возле или вблизи от димера специфической эндонуклеазой; 2) одновременное выщепление олигонуклеотида, содержащего тиминовый димер, и заполнение бреши включением нуклеотидов, что осуществляется 5'—*3'-экзонуклеазной и поли-меразной функциями ДНК-полимеразы I. Это процесс ник-тране-ляции (перемещения разрыва). У других организмов выщепление и репаративная репликация могут катализироваться отдельными полимеразэми и экзонуклеавами; 3) образование фосфодиэфириой связи между .вновь синтезированным фрагментом и остальной ДНК, катализируемое ДНК-лигазой.

31*

1020

III. МЕТАБОЛИЗМ

Так как известны жизнеспособные мутанты Е. coli, у которых делегирован ген, кодирующий специфическую эндонуклеазу, то должны быть и другие механизмы для репарации ультрафиолет-индуцированных повреждений ДНК. Один из путей включает действие фотореактивирующего фермента, который, вероятно, специфически связывается с пиримидиновым (тиминовым) димером. Поглощение видимого света хромофором, который ассоциирован с ферментом, предоставляет необходимую для расщепления цикло-бутанового кольца энергию, причем регенерируются два соседних тиминовых ядра. Фотореактивирующий фермент был обнаружен в самых разных клетках, таких, как микоплазма, Е. coli и лейкоциты человека.

Некоторые редкие наследственные заболевания человека связаны с дефектами в эксцизионной репарации. К ним относятся пигментная ксеродерма анемия Фанкони, синдром Блума и преждевременное старение. Больные ксеродермой ненормально чувстви-

i ? ? ?

ЫФ-слецифй-

ческая

знОонуклеаза

>- инцизия

мм и 11 и гггп мм 11 и ?

ДНК-лолимераза I + гприфосфаты

3' выщелление

трансляция

ДНК-лигаза+ НАД+

ТТТТТТТТГ

> сшивание

Рис. 25.11. «Темновая» репарация ДНК, содержащей тиминовые димеры. Обратите внимание на процесс /шк-трансляции (перемещение бреши), который катализируется ДНК-полимеразой (Kelly R. В., Atkinson ?. R., Huberman I. ?., Korn-

berg ?., 224, 491, 1969).

25. ГЕНЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ МЕТАБОЛИЗМА. I

1021

тельны к солнечному свету, и у «их часто возникает рак ,кожи. Если культивированные клетки кожи этих больных подвергнуть ультрафиолетовому облучению, то скорость вьнцеплення димеров тимина этих клеток будет существенно меньше, чем у клеток .кожи нормальных людей. По крайней мере у одного класса больных, страдающих этим заболеванием, неспособность «ыщепления тими-новых димеров обусловлена дефектом эндонуклеазы, которая расщепляет двуопиральную ДНК непосредственно возле или вблизи от димера. У другого класса дефектна последняя стадия процесса репарации —образование фосфодиэфириой связи между вновь синтезированным фрагментом и остальной ДНК (сшивание лига-зой).

Другая система репарации выщепляет урацил из ДНК. Дефект дезоксиуридинтрифоофатфоафогидролазы (гл. 24) приводит к увеличению внутриклеточного пула dUTP, что .может сопровождаться включением урацила в ДНК. Урацил ,может возникнуть также при дезаминировании цитозиновых остатков. Были обнаружены ?-гли-козидаза, .которая гидролизует связь между урацилом и дезокси-рибозой в ДНК, а также нуклеазы, которые гидролизуют фосфо-диэфирную связь около того места, где выщеплено основание*. ДНК-полимераза I .может завершить процесс репарации такого рода, как и в случае аксдизионной репарации ультрафиолет-инду-цированных димеров тимина.

25.3.4. Модификация и рестрикция ДНК

Как было описано в гл. 7, ДНК может содержать метилированные и модифицированные иным образом основания. Одним из первых оснований такого рода, обнаруженных в ДНК, был 5-оксиме-тилцитозин, который замещает цитозин в ДНК бактериофагов Т2, Т4 и Т6. Оксиметилцитозин модифицируется далее путем глюкози-лирования, степень и характер которого специфичны для каждой из этих ДНК (табл. 25.2).

Замещение цитозина глюкозилированным оисиметилцитозином обусловлено рядом ферментов, которые индуцируются в клетках Е. coli после инфицирования их бактериофагами Т2, Т4 или Т6 (гл. 28). Эти ферменты включают: 1) аСМР-окзсиметилазу, которая превращает dCMP в 5-оксиметил^СМР; это соединение далее может быть превращено в соответствующий дезоксинуклео-зидтрифосфат; 2) dCTP-пирофоофатазу, которая расщепляет dCTP

* Недавно обнаружена также гликозидаза, расщепляющая связь между гипо-ксантином н дезоксирибозой в ДНК. Дезоксиинозиновое звено может образоваться в результате дезаминирования дезоксиаденозннового. Кроме того, обнаружен фермент — инсертаза, который образует связь между свободным гликозидным центром, возникающим в результате ферментативного или химического расщепления ?-гликозидной связи, н свободным нуклеиновым основанием.—Прим. перев.

1022

Ш. МЕТАБОЛИЗМ

Таблица 25.2

Глюкозилирование оксиметилцитозиновых остатков в ДНК фагов Т2, Т4 н Т6

Количество глюкозилиро энных оксиметилцитозиновых остатков. % от общего количества Т2 Т4 Т6

^Неглюкозилированный 25 0 25

1 а-Глюкозил 70 70 3.

ф-Глюкозил 0 30 0

а- Генциобиоз ил 5 0 72

(а-глкжозо-? -глюкозил)

(и dCDP) до сЮМР, предотвращая использование dCTP для репликации ДНК и образуя dCMP — субстрат для dCMP-оксимети-лазы; 3) серию глюкозилтрансфераз, которые катализируют перенос глюкозильного остатка с уридиндифосфатглюкозы на оксиме-тилцитозин в составе ДНК.

UDP-глюкоза -4- ОМЦ-ДНК -г—* ?-глюкознл-ОМЦ-ДНК + UDP UDP-глюкоза + ОМЦ-ДНК <—?-глюкозил-ОМЦ-ДНК + UDP UDP-глюкоза -f- ?-глюкозил-ОМЦ-ДНК <—*¦ генциобиозил-ОМЦ-ДНК + UDP

Модификация ДНК фагов Т2, Т4 и Т6 путем замещения цитозина на

страница 97
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126

Скачать книгу "Основы биохимии. Том 2" (8.40Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(20.11.2019)