АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Общие особенности репликации ДНК

Нативные молекулы ДНК очень велики и при экстракции из клеток обычно разрываются в результате физических или ферментативных воздействий. Мезелсон и Сталь в своих экспериментах по репликации ДНК Е. coli имели дело со сравнительно небольшими фрагментами ДНК, и полученные ими результаты относятся только к состоянию ДНК, предшествовавшему репликации и после нее. Полная репликация хромосомы Е. coli впервые наблюдалась Джоном Кейрнсом. Он разработал метод очень мягкого разрушения клеток Е. coli. В результате Кейрнсу удалось выделить интактные хромосомы Е. coli и пометить их радиоактивным ³Н-тимидином. Меченые хромосомы аккуратно переносили из раствора на твердую поверхность, которая затем покрывалась в темноте фотографической эмульсией и в течение нескольких недель экспонировалась. В это время электроны, испускаемые радиоактивной ДНК, вызывали образование зерен серебра в фотоэмульсии вдоль молекул ДНК. Последующая обработка эмульсии дает радиоавтограф хромосомы, на котором цепочка зерен серебра отслеживает конформацию молекулы ДНК. Применение метода радиоавтографии привело прежде всего к установлению того факта, что ДНК Е. coli имеет кольцевую форму (рис. 4.22). Впоследствии было показано, что такую же форму имеет ДНК всех прокариотических организмов, а также вирусов и органелл эукариотических организмов.

В настоящее время для молекул ДНК известны три основные конформации и соответственно три основных способа репликации. Кольцевые молекулы ДНК, например реплицирующаяся форма ДНК фага лямбда, могут реплицироваться способом, обнаруженным на радиоавтографах хромосом Е. coli. Репликация кольцевой молекулы ДНК начинается в определенной точке кольца и приводит к образованию «вздутия», расширяющегося в двух направлениях вдоль хромосомы по мере репликации (рис. 4.22). Этот способ репликации ДНК ведет к образованию промежуточной структуры, напоминающей греческую букву Θ. Тета-тип репликации превращает родительскую кольцевую хромосому в две дочерние кольцевые хромосомы, в каждой из которых сохраняется одна из цепей родительской молекулы ДНК, а вторая цепь заново синтезируется.

Как мы увидим в дальнейшем, жизненный цикл некоторых организмов требует превращения кольцевой хромосомы в линейную. Такое

4. Природа генетического материала 121

Рис. 4.22. А. Радиоавтограф целой хромосомы Е. coli, меченной Н3-тимидином. В большую часть кольцевой хромосомы специфическая импульсная метка включается слабо. Участки с высокой специфической активностью указаны стрелками. Они соответствуют месту окончания репликации молекулы ДНК (слева внизу) и началу нового цикла репликации (сверху справа). [ Rodriguez R.L., Dalbey M.S., Davern C.I. (1973). J. Mol. Biol., 74, 599.] Б. Начало синтеза родительской ДНК при репликации бактериофага лямбда по тета-типу. (Dr. David Dressier and Dr. John Wolsfson, Harvard University.) B. Схема двунаправленной репликации кольцевой молекулы ДНК.

122 Организация и передача генетического материала

Рис. 4.23. А. Электронная микрофотография ДНК бактериофага лямбда в период синтеза линейной дочерней молекулы при репликации по сигма-типу. [ Kiger J. Α., Jr., Sinsheimer R.L. (1971). Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 68, 112.] Б. Схема репликации ДНК сигма-типа.

4. Природа генетического материала 123

Рис. 4.24. А. Реплицирующаяся ДНК Drosophila melanogaster. Обратите внимание на множество «вздутий», соответствующих участкам репликации ДНК. Изображен фрагмент ДНК, состоящий из 119000 пар нуклеотидов и включающий 23 вздутия (раздвоения). Масштабная черточка соответствует длине последовательности 5000 пар нуклеотидов. [Kriegstein H.J., Hogness O.S. (1974). Proc. Natl. Acad. Sci. USA 71, 135.] Б. Схема двунаправленной репликации линейной молекулы ДНК.

превращение происходит при другом типе репликации ДНК, известном под названием сигма-типа (от греческой буквы σ) или «катящегося кольца». Сигма-репликация начинается с разрыва фосфодиэфирной связи в одной из цепей родительской кольцевой молекулы, в результате чего по обе стороны разрыва образуются «голые» 3'-ОН- и 5'-РО₄-концы. Затем комплементарная кольцевая цепь служит матрицей для синтеза новой цепи, ковалентно прикрепленной к 3'-ОН-концу разорванной родительской цепи. По мере того как новая цепь наращивается на 3'-ОНконце, 5'-РО₄-конец той же цепи смещается, образуя «хвост» кольца. Затем начинается синтез цепи, комплементарной этому хвосту (рис. 4.23). При таком способе репликации промежуточная структура имеет форму буквы «сигма». По мере продолжения репликации кольцевая родительская молекула превращается в две дочерние молекулы, одна из которых кольцевая, а другая -линейная. Сигма-репликация является необходимым этапом жизненного цикла некоторых бактериофагов, в частно-

124 Организация и передача генетического материала

сти лямбда и фХ174. Этот тип репликации имеет место при половой конъюгации бактерий и встречается в оогенезе некоторых эукариотических организмов.

Хромосомы некоторых вирусов и всех эукариотических организмов содержат линейные молекулы ДНК. Репликация линейных молекул начинается в определенных точках с образования репликационных вздутий. В небольших молекулах ДНК вирусов репликация может начинаться с одной точки. В больших молекулах ДНК, образующих хромосомы эукариот, иногда насчитываются сотни точек инициации репликации (рис. 4.24). После образования вздутия оно начинает увеличиваться по мере распространения процесса репликации ДНК в обоих направлениях от точки инициации. По ходу процесса соседние вздутия могут сливаться, а когда вздутие достигает конца молекулы, образуется характерная промежуточная Y-образная конфигурация. Когда репликация заканчивается, из одной линейной родительской молекулы образуются две линейные дочерние, каждая из которых, так же как и родительская, представляет собой двойную спираль.

Процесс репликации ДНК играет ключевую роль в передаче наследственной информации, записанной в последовательности пар оснований от родительской молекулы ДНК дочерним молекулам ДНК, от родительских соматических клеток - дочерним соматическим клеткам и, наконец, от родительского организма - потомкам.

Литература

4. Природа генетического материала 125

Дата добавления: 2015-12-16 | Просмотры: 656 | Нарушение авторских прав