Современная генетика. Том 1. - Айала Ф.
Скачать (прямая ссылка):
эукариот. Характер иерархической конденсации хромосомы Е. coli не вполне
понятен, но хромосома в целом может быть выделена в виде компактной
структуры, называемой нуклеоидом.
Не вся ДНК эукариотических клеток находится в ядрах клеток. Митохондрии и
недифференцированные хлоропласты растений, так называемые пластиды,
представляют собой самореплицирующиеся орга-неллы и содержат собственные
кольцевые молекулы ДНК. Эти молекулы очень невелики и кодируют
ограниченное количество информации, необходимой для осуществления
органеллами их функций. Так же как и хромосомы прокариот, они не связаны
с гистонами и образуют внутри органелл нуклеоиды.
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
0. 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
(? 8
,_У х ^ХХ'^ОООГУ Гу V-~
:ссоо^:' а' k
рск^' \ ?? ^ ^ \
Вращение ft ^ ^ ^ $ 6 $ ^
вокруг оси О -") о 0 v
V J
'сц J-' -ЧэоооС^
^-7-. / . / J М
f К. /""Л
9 -V X Я 9
4> ^ ? H
4 -я i I
W- v> о
Чо-Х"
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
С.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. A., Jr., Sinsheimer R.L. (1971). Proc. Natl. Acad. Sci. USA,
68, 112.] Б. Схема репликации ДНК сигма-типа.
I * I ' • *
¦vV-r' Щ
-V
Специфичная эндонуклеаза разрезает одну из цепей
5'
(
?
? Специфическая нуклеаза ?
?
<>
?
г~>
5'
ДНК-полимераза присоединяет нуклеотиды к 3'концу разомкнутой цепи,
сдвигая 5'-конец
возникает двойная спираль
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 Н. J., Hogness D.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
