Главная страница
Навигация по странице:

  • PERPETUATION OF DNA: DNA REPLICATION O. O. FAVOROVA The DNA capability for

  • fl‰Û ÔÓÍÓÎÂÌËÈ. ëÚ‡Ú¸fl

  • ˆË˛ ‰‚ÓÈÌÓÈ ÒÔË‡ÎË

  • ëéïêÄçÖçàÖ Ñçä Ç êüÑì èéäéãÖçàâ: êÖèãàäÄñàü Ñçä 13

  • ëéïêÄçÖçàÖ Ñçä Ç êüÑì èéäéãÖçàâ: êÖèãàäÄñàü Ñçä 15

  • ëéïêÄçÖçàÖ Ñçä Ç êüÑì èéäéãÖçàâ: êÖèãàäÄñàü Ñçä 17

  • Репликация. репликация. 11сохранение днкв ряду поколений


    Скачать 151.75 Kb.
    Название 11сохранение днкв ряду поколений
    АнкорРепликация
    Дата12.02.2020
    Размер151.75 Kb.
    Формат файлаpdf
    Имя файларепликация.pdf
    ТипДокументы
    #108100

    îÄÇéêéÇÄ é.é.
    ëéïêÄçÖçàÖ Ñçä Ç êüÑì èéäéãÖçàâ
    11
    СОХРАНЕНИЕ ДНК
    В РЯДУ ПОКОЛЕНИЙ:
    РЕПЛИКАЦИЯ ДНК
    é. é. îÄÇéêéÇÄ
    êÓÒÒËÈÒÍËÈ „ÓÒÛ‰‡ÒÚ‚ÂÌÌ˚È Ï‰ˈËÌÒÍËÈ ÛÌË‚ÂÒËÚÂÚ,
    åÓÒÍ‚‡
    ÇÇÖÑÖçàÖ
    Способность клеток поддерживать высокую упорядоченность своей организации зависит от ге- нетической информации, которая сохраняется в форме дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК).
    ДНК – это вещество, из которого состоят гены. Раз- множение живых организмов, передача наследст- венных свойств из поколения в поколение и разви- тие многоклеточного организма из оплодотворенной яйцеклетки возможны потому, что ДНК способна к самовоспроизведению. На языке молекулярной биологии – науки, изучающей молекулярные осно- вы жизнедеятельности клетки, процесс самовоспро- изведения ДНК называется
    репликацией
    . Иногда ис- пользуют также название-синоним – редупликация.
    Представление о молекулах ДНК как о потенциаль- но вечных репликаторах привело к парадоксальной идее, что живые организмы – лишь “машины для выживания”, запрограммированные на сохранение эгоистичных молекул, известных под названием ге- нов [1]. Статья посвящена молекулярным механиз- мам, обеспечивающим репликацию ДНК. Мы уви- дим, что для репликации ДНК требуется участие множества белков. Эти белки, как и все другие, за- кодированы в последовательности ДНК. Таким об- разом, возникает важнейшая для жизни “петля об- ратной связи”: ДНК направляет синтез белков,
    которые синтезируют (реплицируют) ДНК.
    åÄíêàóçõâ ëàçíÖá Ñçä
    Как известно, генетическая информация запи- сана в цепи ДНК в виде последовательности нуклео- тидных остатков, содержащих одно из четырех гете- роциклических оснований: аденин (A), гуанин (G),
    цитозин (C) и тимин (T) (рис. 1). Предложенная
    Дж. Уотсоном и Ф. Криком в 1953 году модель стро- ения ДНК в форме регулярной двойной спирали
    (рис. 2) сразу же позволила понять принцип удвое- ния ДНК. Информационное содержание обеих це- пей ДНК идентично, так как каждая из них содержит последовательность нуклеотидов, строго соответст- вующую последовательности другой цепи. Это со- ответствие достигается благодаря наличию водо- родных связей между направленными навстречу друг другу основаниями двух цепей – попарно G и C
    или A и T. Описывая это свойство двойной спирали,
    PERPETUATION OF DNA:
    DNA REPLICATION
    O. O. FAVOROVA
    The DNA capability for
    self-reproduction (replica-
    tion) provides a conserva-
    tion of the genetic infor-
    mation from generation to
    generation. This article is
    devoted to the molecular
    mechanisms of reproduc-
    nion of DNA double heli-
    ces without mistakes. The
    complicated replication
    machinery involving vari-
    ety of proteins is described.
    ëÔÓÒÓ·ÌÓÒÚ¸ Ñçä Í
    Ò‡ÏÓ‚ÓÒÔÓËÁ‚‰ÂÌ˲
    (ÂÔÎË͇ˆËË) Ó·ÂÒÔ˜Ë-
    ‚‡ÂÚ ÒÓı‡ÌÂÌË „ÂÌÂÚË-
    ˜ÂÒÍÓÈ ËÌÙÓχˆËË ‚
    fl‰Û ÔÓÍÓÎÂÌËÈ. ëÚ‡Ú¸fl
    ÔÓÒ‚fl˘Â̇ ÏÓÎÂÍÛÎfl-
    Ì˚Ï ÏÂı‡ÌËÁχÏ, „‡‡Ì-
    ÚËÛ˛˘ËÏ Ô‡ÍÚ˘ÂÒÍË
    ·ÂÁӯ˷ӘÌÛ˛ ÂÔÎË͇-
    ˆË˛ ‰‚ÓÈÌÓÈ ÒÔË‡ÎË
    Ñçä. éÔËÒ‡ÌÓ ÒÚÓÂÌËÂ
    ÒÎÓÊÌÓÈ “ÂÔÎË͇ˆËÓÌ-
    ÌÓÈ Ï‡¯ËÌ˚”, ÒÓÒÚÓfl-
    ˘ÂÈ ËÁ ÏÌÓÊÂÒÚ‚‡ ·ÂÎ-
    ÍÓ‚.
    © ÓÓ‚‡ é.é., 1996

    ëéêéëéÇëäàâ éÅêÄáéÇÄíÖãúçõâ ÜìêçÄã, ‹4, 1996
    12
    молекулярные биологи говорят, что цепи ДНК
    ком-
    плементарны
    за счет образования уотсон-криков- ских пар G–C и A–T. Поскольку две цепи имеют противоположную направленность, их называют
    антипараллельными
    . Легко представить, что удвое- ние ДНК происходит вследствие того, что цепи рас- ходятся, а потом каждая цепь служит матрицей, на которой собирается комплементарная ей новая цепь ДНК. В результате образуются две дочерние,
    двуспиральные, неотличимые по строению от роди- тельской ДНК молекулы. Каждая из них состоит из одной цепи исходной родительской молекулы
    ДНК и одной вновь синтезированной цепи. Такой механизм репликации ДНК, при котором от одно- го поколения к другому передается одна из двух це- пей, составляющих родительскую молекулу ДНК,
    получил название
    полуконсервативного
    и был экс- периментально доказан в 1958 году М. Мезельсо- ном и Ф. Сталь.
    Ñçä-ÔÓÎËÏÂ‡Á˚
    В 1957 году А. Корнберг обнаружил у кишечной палочки фермент, катализирующий процесс поли- меризации ДНК из нуклеотидов; он был назван
    ДНК
    -полимеразой
    . Затем ДНК-полимеразы выявили и в других организмах. Было показано, что субстра- тами всех этих ферментов служат дезоксирибонукле- озидтрифосфаты (дНТФ), полимеризующиеся на одноцепочечной ДНК-матрице. ДНК-полимеразы последовательно наращивают одноцепочечную цепь
    ДНК, шаг за шагом присоединяя к ней следующие звенья в направлении от 5-' к 3'-концу, причем вы- бор очередного дНТФ диктуется матрицей (рис. 3).
    Присоединение каждого нового нуклеотидного
    Рис. 1.
    Фрагмент полинуклеотидной цепи ДНК. Пуриновые основания аденин (A) и гуанин (G) и пиримидиновые основания тимин (T) и цитозин (C) являются боковыми группами, прикрепленными на одинаковом расстоянии друг от друга к полимерному остову, состоящему из чередующихся остатков фосфата и сахара дезоксирибозы;
    этот остов полярен, поскольку имеет неравноценные 5'- и 3'-концы.
    5'
    3'
    P
    O
    H
    H
    H
    H
    H
    CH
    2
    O
    O
    N
    NH
    N
    N
    NH
    2
    O
    P
    O
    H
    H
    H
    H
    H
    CH
    2
    O
    O
    N
    N
    NH
    2
    O
    P
    O
    H
    H
    H
    H
    H
    CH
    2
    O
    O
    N
    NH
    O
    O
    H
    3
    C
    P
    O
    H
    H
    H
    H
    H
    CH
    2
    O
    O
    N
    N
    N
    N
    NH
    2
    P
    G
    C
    T
    A

    îÄÇéêéÇÄ é.é.
    ëéïêÄçÖçàÖ Ñçä Ç êüÑì èéäéãÖçàâ: êÖèãàäÄñàü Ñçä
    13
    остатка к 3'-концу растущей цепи сопровождается гидролизом богатой энергией связи между первым и вторым фосфатными остатками в дНТФ и отщеп- лением пирофосфата, что делает реакцию в целом энергетически выгодной.
    В клетках обычно присутствует несколько типов
    ДНК-полимераз, выполняющих различные функ- ции и имеющих разное строение: они могут быть построены из различного количества белковых це- пей (субъединиц), от одной до десятков. Однако все они работают на любых последовательностях нук- леотидов матрицы; задача этих ферментов – сделать точную копию каждой матрицы.
    íÓ˜ÌÓÒÚ¸ ÒËÌÚÂÁ‡ Ñçä Ë ÏÂı‡ÌËÁÏ ÍÓÂ͈ËË
    Генетический материал живых организмов име- ет огромные размеры и реплицируется с высокой точностью. В среднем в процессе воспроизведения генома млекопитающего, состоящего из ДНК дли- ной 3 млрд пар нуклеотидов, возникает не более трех ошибок [2]. При этом ДНК синтезируется чрезвычайно быстро (скорость ее полимеризации колеблется в пределах от 500 нуклеотидов/с у бакте- рий до 50 нуклеотидов/с у млекопитающих). Высо- кая точность репликации, наряду с ее высокой ско- ростью, обеспечивается наличием специальных механизмов, осуществляющих
    коррекцию
    , то есть устраняющих ошибки.
    Суть механизма коррекции заключается в том,
    что ДНК-полимеразы дважды проверяют соответ- ствие каждого нуклеотида матрице: один раз перед включением его в состав растущей цепи и второй раз перед тем, как включить следующий нуклео- тид (см. рис. 3). Очередная фосфодиэфирная связь синтезируется лишь в том случае, если последний
    (3'-концевой) нуклеотид растущей цепи ДНК обра- зовал правильную уотсон-криковскую пару с соот- ветствующим нуклеотидом матрицы. Если же на предыдущей стадии реакции произошло ошибоч- ное спаривание оснований, то дальнейшая полиме- ризация останавливается до тех пор, пока ошибка не будет исправлена. Для этого фермент перемеща- ется в обратном направлении и вырезает последнее добавленное звено, после чего его место может занять правильный нуклеотид-предшественник.
    Иными словами, многие (но не все) ДНК-полиме- разы обладают, помимо 5'-3'-синтетической актив- ности, еще и 3'-гидролизующей активностью, кото- рая обеспечивает удаление ошибочно спаренных с матрицей нуклеотидов.
    éëçéÇçõÖ èêàçñàèõ êÖèãàäÄñàà
    Основные правила, в соответствии с которыми происходит репликация, были выяснены в опытах с бактериями, однако они справедливы также и для высших организмов.
    àÌˈˇˆËfl ˆÂÔÂÈ Ñçä
    ДНК-полимеразы не могут начинать синтеза
    ДНК на матрице, а способны только добавлять но- вые дезоксирибонуклеотидные звенья к 3'-концу уже имеющейся полинуклеотидной цепи. Такую за- ранее образованную цепь, к которой добавляются нуклеотиды, называют
    затравкой
    . Короткую РНК- затравку (см. рис. 3) синтезирует из рибонуклеозид- трифосфатов фермент, не обладающий корректиру- ющей активностью и называемый ДНК
    -праймазой
    (от англ. primer – затравка). Праймазная актив- ность может принадлежать либо отдельному фер- менту, либо одной из субъединиц ДНК-полимера- зы. Затравка, синтезированная этим неточным ферментом, не умеющим исправлять ошибки, от- личается от остальной новосинтезированной цепи
    ДНК, поскольку состоит из рибонуклеотидов, и да- лее может быть удалена. Образовавшиеся бреши за-
    3'
    5'
    2,0 нм
    3,6 нм
    0,34 нм
    Большая бороздка
    Малая бороздка
    A
    T
    G
    C
    T
    5'
    3'
    Рис. 2.
    Модель структуры ДНК по Уотсону и Крику.
    Две спиральные полинуклеотидные цепи закруче- ны вправо вокруг общей оси. Основания изобра- жены красным цветом; против каждого остатка пуринового основания (заштрихованы) одной це- пи находится остаток пиримидинового основания другой цепи. На схеме показаны размеры спира- ли, наличие большой и малой бороздок и антипа- раллельность двух цепей ДНК. Исходно предпола- галось, что на виток спирали приходится 10 пар оснований, или 3,4 нм. Последующие измерения показали, что виток соответствует 10,5 пар осно- ваний, или 3,6 нм.

    ëéêéëéÇëäàâ éÅêÄáéÇÄíÖãúçõâ ÜìêçÄã, ‹4, 1996
    14
    страиваются ДНК-полимеразой, а следовательно, с высокой точностью.
    ê‡ÒÔÎÂÚ‡ÌË ‰‚ÓÈÌÓÈ ÒÔË‡ÎË Ñçä
    Поскольку синтез ДНК происходит на одноце- почечной матрице, ему должно предшествовать обязательное разделение (хотя бы на время) двух цепей ДНК. Исследования, проведенные в начале
    60-х годов на реплицирующихся хромосомах, выяви- ли особую, четко ограниченную область реплика- ции, перемещающуюся вдоль родительской спирали
    ДНК и характеризующуюся местным расхождением двух ее цепей. Эта активная область из-за своей
    Y-образной формы была названа
    репликационной
    вилкой
    . Именно в ней ДНК-полимеразы синтезиру- ют дочерние молекулы ДНК. С помощью электрон- ной микроскопии реплицирующейся ДНК удалось установить, что область, которая уже реплицирова- на, имеет вид глазка внутри нереплицировавшейся
    ДНК. Важно отметить, что
    репликационный глазок
    образуется только в тех местах молекулы, где нахо- дятся специфические нуклеотидные последова- тельности. Эти последовательности, получившие название
    точек начала репликации
    , состоят прибли- зительно из 300 нуклеотидов. В зависимости от то- го, в одном или в двух направлениях происходит репликация (а это зависит от природы организма),
    глазок содержит одну или две репликационные вил- ки (рис. 4). Последовательное движение реплика- ционной вилки приводит к расширению глазка.
    Двойная спираль ДНК весьма стабильна; для то- го чтобы она раскрылась, необходимы особые бел- ки. Специальные ферменты ДНК
    -хеликазы
    быстро движутся по одиночной цепи ДНК, используя для перемещения энергию гидролиза ATФ. Встречая на пути участок двойной спирали, они разрывают во- дородные связи между основаниями, разделяют це- пи и продвигают репликационную вилку. Вслед за этим с одиночными цепями ДНК связываются спе- циальные
    дестабилизирующие
    спираль
    белки
    , кото- рые не позволяют одиночным цепям ДНК сомк- нуться. При этом они не закрывают оснований
    ДНК, оставляя их доступными для спаривания.
    Не следует забывать, что комплементарные це- пи ДНК закручены друг вокруг друга в спираль.
    Следовательно, для того чтобы репликационная вилка могла продвигаться вперед, вся еще не удво- енная часть ДНК должна была бы очень быстро вра- щаться. Эта топологическая проблема решается
    P
    P
    P P P
    T
    A
    C
    G
    A
    U
    A
    U
    A
    T
    C
    G
    G
    C
    T
    G
    T
    OH OH OH OH
    OH
    OH
    X
    +
    HO
    3'
    5'
    5'
    3'
    P
    P
    P P
    T
    A
    C
    G
    A
    U
    A
    U
    A
    T
    C
    G
    G
    C
    T
    G
    T
    OH OH OH OH
    +
    HO
    3'
    5'
    5'
    ДНК-матрица
    РНК-затравка
    Растущая цепь ДНК
    Удлинение цепи
    Присоединяемый дНТФ
    X
    =
    G
    P
    P
    T
    A
    C
    G
    A
    U
    A
    U
    A
    T
    C
    G
    G
    C
    T
    G
    T
    OH OH OH OH
    OH
    OH
    X
    +
    HO
    3'
    5'
    5'
    3'
    OH
    3'
    G
    (

    )
    Отщепленный
    В цепь ДНК вклю- чился неправильно спаренный нуклеотид пирофосфат
    Вырезание
    “неправильного”
    нуклеотида
    (
    2
    )
    P
    P
    T
    A
    C
    G
    A
    U
    A
    U
    A
    T
    C
    G
    G
    C
    G
    T
    OH OH OH OH
    OH
    HO
    3'
    5'
    5'
    3'
    (

    )
    Удлинение цепи
    X
    =
    A
    T
    A
    P P
    +
    Отщепленный пирофосфат
    Цепь ДНК удли- нилась на 1 звено
    Цепь ДНК укоро- тилась на 1 звено
    Отщепленный нуклеотид
    P
    Рис. 3.
    ДНК-полимеразы катализируют при наличии РНК-затравки синтез ДНК из дезоксирибонуклеозидтрифос- фатов (дНТФ), комплементарных нуклеотидам ДНК-матрицы, наращивая цепь по одному звену (стадия

    ). Они проверяют правильность подбора последней пары оснований и в случае присоединения неправильно спаренного нуклеотида (стадия

    ) вырезают его (стадия
    2
    ). РНК-затравка отличается от ДНК структурой сахарного остатка
    (содержит вместо 2'-дезоксирибозы рибозу, что схематически отражено как наличие ОН-группы) и присутствием основания урацила (U) вместо тимина (T).

    îÄÇéêéÇÄ é.é.
    ëéïêÄçÖçàÖ Ñçä Ç êüÑì èéäéãÖçàâ: êÖèãàäÄñàü Ñçä
    15
    путем образования в спирали своего рода “шарни- ров”, позволяющих цепям ДНК раскрутиться. При- надлежащие к особому классу белки, называемые
    ДНК
    -топоизомеразами
    , вносят в цепь ДНК одно- или двухцепочечные разрывы, позволяющие цепям
    ДНК разделиться, а затем заделывают эти разрывы.
    Топоизомеразы участвуют также в расцеплении за- цепленных двухцепочечных колец, образующихся при репликации кольцевых двунитевых ДНК. С по- мощью этих важных ферментов двойная спираль
    ДНК в клетке может принимать “недокрученную”
    форму с меньшим числом витков; в такой ДНК лег- че происходит расхождение двух цепей ДНК в реп- ликационной вилке.
    èÂ˚‚ËÒÚ˚È ÒËÌÚÂÁ Ñçä
    Легко вообразить, что репликация происходит путем непрерывного роста нуклеотида за нуклеоти- дом обеих новых цепей по мере перемещения реп- ликационной вилки; при этом, поскольку две цепи в спирали ДНК антипараллельны, одна из дочерних цепей должна была бы расти в направлении 5'–3', а другая в направлении 3'–5'. В действительности, од- нако, оказалось, что дочерние цепи растут только в направлении 5'–3', то есть всегда удлиняется 3'-ко- нец затравки, а матрица считывается ДНК-полиме- разой в направлении 3'–5'. Это утверждение на пер- вый взгляд кажется несовместимым с движением репликационной вилки в одном направлении, со- провождающемся одновременным считыванием двух антипараллельных нитей. Разгадка секрета за- ключается в том, что синтез ДНК происходит не- прерывно только на одной из матричной цепей. На второй матричной цепи ДНК синтезируется срав- нительно короткими фрагментами (длиной от 100
    до 1000 нуклеотидов, в зависимости от вида), на- званными по имени обнаружившего их ученого
    фрагментами Оказаки
    (рис. 5). Вновь образованная цепь, которая синтезируется непрерывно, называ- ется
    ведущей
    , а другая, собираемая из фрагментов
    Оказаки,
    отстающей
    . Синтез каждого из этих фраг- ментов начинается с РНК-затравки. Через некото- рое время РНК-затравки удаляются, бреши застраи- ваются ДНК-полимеразой и фрагменты сшиваются в одну непрерывную цепь ДНК специальным фер- ментом.
    äééèÖêÄíàÇçéÖ ÑÖâëíÇàÖ ÅÖãäéÇ
    êÖèãàäÄñàéççéâ Çàãäà
    До сих пор мы говорили об участии отдельных белков в репликации так, как будто бы они работа- ют независимо друг от друга. Между тем в действи- тельности большая часть этих белков объединена в крупный комплекс, который быстро движется вдоль ДНК и согласованно осуществляет процесс репликации с высокой точностью. Этот комплекс сравнивают с крошечной “швейной машиной”:
    Родительская ДНК
    Точка начала репликации
    Репликационный глазок с одной вилкой
    Репликационная вилка
    Репликационный глазок с двумя вилками
    Репликационная вилка
    Репликационная вилка
    Точка начала репликации
    Точка начала репликации
    Рис. 4.
    Образование репликационного глазка с одной или двумя репликационными вилками.
    Стрелки показывают направление, в котором расплетается родительская ДНК. Красным обо- значены новосинтезированные цепи дочерних молекул ДНК.
    3'
    3'
    5'
    3'
    5'
    5'
    5'
    5'
    3'
    3'
    Ведущая цепь
    РНК-затравки
    Отстающая цепь
    Рис. 5.
    Строение репликационной вилки. Направ- ление синтеза ДНК совпадает с направлением расплетания двойной спирали лишь для одной из новосинтезированных цепей (ведущей). Вторая цепь (отстающая) синтезируется прерывисто, в виде коротких фрагментов Оказаки. В результате обе дочерние цепи растут в направлении от 5' к 3'.

    ëéêéëéÇëäàâ éÅêÄáéÇÄíÖãúçõâ ÜìêçÄã, ‹4, 1996
    16
    “деталями” его служат отдельные белки, а источни- ком энергии – реакция гидролиза нуклеозидтрифос- фатов [2].
    На рис. 6, где изображена репликационная вил- ка, показано, как работают отдельные части такой
    “репликационной машины”. Спираль расплетается
    ДНК-хеликазой; этому процессу помогают ДНК- топоизомераза, раскручивающая цепи ДНК, и мно- жество молекул дестабилизирующего белка, связы- вающихся с обеими одиночными цепями ДНК. В
    области вилки действуют две ДНК-полимеразы –
    на ведущей и отстающей цепи. На ведущей цепи
    ДНК-полимераза работает непрерывно, а на отста- ющей фермент время от времени прерывает и вновь возобновляет свою работу, используя короткие
    РНК-затравки, синтезируемые ДНК-праймазой.
    Молекула ДНК-праймазы непосредственно связа- на с ДНК-хеликазой, образуя структуру, называе- мую
    праймосомой
    . Праймосома движется в направ- лении раскрывания репликационной вилки и по ходу движения синтезирует РНК-затравку для фрагментов Оказаки. В этом же направлении дви- жется ДНК-полимераза ведущей цепи и, хотя на первый взгляд это трудно представить, ДНК-поли- мераза отстающей цепи. Для этого, как полагают,
    последняя накладывает цепь ДНК, которая служит ей матрицей, саму на себя, что и обеспечивает раз- ворот ДНК-полимеразы отстающей цепи на 180
    градусов. Согласованное движение двух ДНК-по- лимераз обеспечивает координированную реплика- цию обеих нитей. Таким образом, в репликацион- ной вилке одновременно работают около двадцати разных белков (из которых мы назвали только часть), осуществляя сложный, высокоупорядочен- ный и энергоемкий процесс [3].
    ëéÉãÄëéÇÄççéëíú èêéñÖëëéÇ
    êÖèãàäÄñàà Ñçä à äãÖíéóçéÉé ÑÖãÖçàü
    Независимо от того, содержит клетка только од- ну хромосому (как у прокариот) или много хромо- сом (как у эукариот), за период времени, соответст- вующий одному клеточному делению, весь геном,
    то есть вся ДНК клетки, должен быть реплицирован только один раз [4]. Сигналом к удвоению репликона служит связывание со специфической последова- тельностью точки начала репликации особого регу- ляторного белка, получившего название
    инициатор-
    ного
    ; только после этого становится возможным формирование репликационной вилки (см. рис. 4).
    Процесс репликации хромосомы бактерий на- чинается, как уже говорилось выше, в одной опре- деленной области ДНК (в точке начала реплика- ции) и продолжается до тех пор, пока не удвоится вся ДНК хромосомы. Поэтому можно сказать, что бактериальная хромосома представляет собой еди- ницу репликации, получившую название
    репликон
    Начало репликации неизбежно влечет за собой дальнейшее деление клетки, однако происходит оно только после завершения репликации. Удвоен- ные геномы разделяются по одному в каждую до- чернюю клетку.
    Эукариотическая клетка перед каждым делением должна синтезировать копии всех своих хромосом.
    Репликация ДНК эукариотической хромосомы осу- ществляется посредством разделения хромосомы на множество отдельных репликонов. Такие репликоны активируются не все одновременно, однако клеточ- ному делению должна предшествовать обязательная однократная репликация каждого из них. Из ска- занного ясно, что по хромосоме эукариот в каждый момент времени может двигаться независимо друг
    Топоизомераза
    ДНК-полимераза на ведущей цепи
    ДНК-полимераза, заканчивающая синтез фрагмента Оказаки на отстающей цепи
    Матрица для синтеза отстающей цепи
    Праймаза
    Дестабилизирующий белок
    ДНК-хеликаза
    Синтез следующего фрагмента
    Оказаки начинается здесь
    Направление движения репликационной вилки
    Матрица для синтеза
    Новосинтезированная цепь ведущей цепи
    РНК-затравка
    Рис. 6.
    Схематическое расположение в репликационной вилке основных белков, осуществляющих репликацию
    ДНК. В действительности ДНК-хеликаза и ДНК-праймаза на отстающей цепи образуют комплекс, получивший на- звание праймосомы.

    îÄÇéêéÇÄ é.é.
    ëéïêÄçÖçàÖ Ñçä Ç êüÑì èéäéãÖçàâ: êÖèãàäÄñàü Ñçä
    17
    от друга множество репликационных вилок. Оста- новка продвижения вилки происходит только при столкновении с другой вилкой, движущейся в про- тивоположном направлении, или по достижении конца хромосомы. В результате вся ДНК хромосо- мы в короткий срок оказывается реплицированной.
    После сборки на молекуле ДНК хромосомных бел- ков каждая пара хромосом в процессе митоза упоря- доченно разделяется по дочерним клеткам.
    áÄäãûóÖçàÖ
    Процесс репликации ДНК согласован с клеточ- ным делением и требует совместного действия мно- гих белков. В нем участвуют:
    1. ДНК-хеликаза и дестабилизирующие белки;
    они расплетают двойную спираль родительской
    ДНК и формируют репликационную вилку.
    2. ДНК-полимеразы, которые катализируют син- тез полинуклеотидной цепи ДНК в направлении
    3'–5, копируя в репликационной вилке матрицу с высокой степенью точности. Поскольку две цепи двойной спирали ДНК антипараллельны, в направ- лении 5'–3' непрерывно синтезируется лишь одна из двух цепей, ведущая; другая цепь, отстающая,
    синтезируется в виде коротких фрагментов Оказа- ки. ДНК-полимераза способна к исправлению соб- ственных ошибок, но не может самостоятельно на- чать синтез новой цепи.
    3. ДНК-праймаза, которая катализирует корот- кие молекулы РНК-затравки. Впоследствии фраг- менты РНК удаляются – их заменяет ДНК.
    4. ДНК-топоизомеразы, помогающие решить проблемы кручения и спутывания спирали ДНК.
    5. Инициаторные белки, связывающиеся в точке начала репликации и способствующие образова- нию нового репликационного глазка с одной или двумя вилками. В каждой из вилок вслед за иници- аторными белками к расплетенной ДНК сначала присоединяется белковый комплекс, состоящий из
    ДНК-хеликазы и ДНК-праймазы (праймосома).
    Затем к праймосоме добавляются другие белки и возникает “репликационная машина”, которая и осуществляет синтез ДНК.
    ãàíÖêÄíìêÄ
    1.
    Докинз Р.
    Эгоистичный ген. М.: Мир, 1993. 316 с.
    2.
    Албертс Б.
    ,
    Брей Д.
    ,
    Льюис Дж.
    ,
    Рэфф М.
    ,
    Робертс К.
    ,
    Уотсон Дж.
    Молекулярная биология клетки. М.: Мир,
    1994. Т. 2. С. 287 – 301.
    3. Молекулярная биология. Структура и биосинтез нуклеиновых кислот / Под ред. акад. А.С. Спирина.
    М.: Высшая школа, 1990. С. 44 – 73.
    4.
    Льюин Б.
    Гены. М.: Мир, 1987. С. 396 – 431.
    * * *
    Ольга Олеговна Фаворова, доктор биологичес- ких наук, профессор, зав. кафедрой молекулярной биологии и медицинской биотехнологии медико- биологического факультета Российского государ- ственного медицинского университета им. Н.И. Пи- рогова. Автор 105 научных работ.


    написать администратору сайта