Современная генетика. Том 2 - Айала Ф.
ISBN 5-03-000495-5
Скачать (прямая ссылка):
является эндонуклеазой, узнающей участок ori на ДНК фХ174 (расположенный
внутри самого цистрона А) и вносящей разрыв в (+ )-цепь. Таким образом,
возникает З'-ОН-затравка, на которой инициируется репликация по механизму
катящегося кольца, направляемого ДНК-полимеразой III. Одна из двух
идентичных субъединиц димерного белка cis А образует ковалентную связь с
5'-Р04-концом одноцепочечного разрыва. По окончании одного цикла
репликации (рис. 13.11) образуется двухцепочечная кольцевая ДНК,
содержащая новообразованную ( + )-цепь, связанную с белком cis А, и
отделяется дочерняя одноцепочечная фаговая ДНК. Ковалентное замыкание
этой одноцепочечной ДНК в кольцо осуществляется самим белком cis А.
Интересно отметить, что подобно тому, как у фага фХ174 участок ori
находится внутри гена А, так и у фага X участок ori находится внутри
последовательности гена О, кодирующего белок, необходимый для репликации
фаговой ДНК.
Неизвестно, насколько универсален описанный механизм инициации
репликации, основанный на действии ori-специфичной эндонуклеазы. Участие
в инициации репликации хромосомы Е. coli топоизомеразы II (ДНК-гиразы)
позволяет предположить возможность существования альтернативного
механизма инициации, не связанного с участием особой эндонуклеазы. ДНК-
гираза направляет ATP-зависимый процесс расплетания двойной спирали,
вводя отрицательные супервитки. Это может приводить к необходимому
экспонированию матричных нитей без внесения одноцепочечного разрыва в
точке начала репликации.
Синтез ДНК у эукариот
Подходы, разработанные при изучении процесса синтеза ДНК в
прокариотических клетках, были применены и для анализа репликации
эукариотических ДНК. Знание типов генетических функций, необходимых для
репликации прокариотических ДНК, способствовало выявлению с помощью
биохимического анализа сходных функций и в эукариотических клетках.
Геномы вирусов эукариот, такие, как двухцепочечная кольцевая ДНК вируса
SV40, послужили удобной моделью для изучения эукариотических
репликативных функций, подобно тому как небольшие фаговые геномы
оказались весьма полезными для анализа процесса репликации у Е. coli. До
настоящего времени генетический анализ процесса репликации у эукариот не
играл столь существенной роли, как это было в случае прокариот.
В эукариотических клетках были обнаружены три вида ДНК-поли-меразной
активности. Фермент Pola служит основной полимеразой, вовлеченной в
синтез ДНК в репликативной вилке. Фермент Роф, судя по всему, участвует
главным образом в репарационных процессах, a Poly-это единственная
полимераза, обнаруженная в митохондриях, используемая, вероятно, для
репликации митохондриального генома. Для функционирования всех трех видов
полимераз требуется наличие З'-ОН-затравочного конца. Было показано также
участие РНК-затравок в репликации эукариотических ДНК. В то же время были
выявлены весьма существенные различия в том, как прокариотические и
эукарио-
13. Генетический контроль синтеза ДНК
121
тические ДНК-полимеразы осуществляют процесс исправления ошибок
репликации (см. следующий раздел). В эукариотических клетках были
обнаружены и выделены в чистом виде ферменты, обладающие хеликаз-ной и
топоизомеразной активностями, а также белки, специфически связывающиеся с
одноцепочечными участками ДНК. Несмотря на отсутствие исчерпывающей
информации о протекании процессов синтеза ДНК, есть все основания
полагать, что они в основных чертах являются общими как для
прокариотических, так и для эукариотических клеток.
Точность синтеза ДНК
Частота ошибочного включения нуклеотидов в новообразующуюся при
репликации цепь ДНК, порождающая спонтанные мутации, крайне низка (10-8-
10~ 10). В то же время на основании физико-химического рассмотрения
специфичности образования системы водородных связей между основаниями
может быть предсказана значительно более высокая частота ошибочного
включения-вплоть до 10 ~2. Таким образом, в обеспечении точности
репликации ДНК помимо непосредственного образования водородных связей
между комплементарными основаниями участвуют и дополнительные факторы
контроля. Некоторые из этих дополнительных факторов, как оказалось,
обусловлены функциональными особенностями самих полимераз.
Изучение ДНК-полимеразы I Е. coli позволило выявить три фактора, вносящие
вклад в обеспечение точности функционирования этого фермента. Считают,
что при подходе и связывании очередного дезоксири-бонуклеозидтрифосфата с
трифосфатным центром (рис. 13.7) фермент осуществляет контроль общего
размера новой пары оснований, возникающей при взаимодействии с основанием
в матричной цепи, прежде чем запустить реакцию полимеризации. Только
благодаря такому контролю частота возникновения ошибок снижается до 10-4-
10-5. Связавшийся нуклеотид затем перемещается к центру связывания
концевого участка затравки, где вновь происходит проверка правильности
образования водородных связей между основаниями. Для образования
