Биохимия клеточного цикла - Вольпе П.
Скачать (прямая ссылка):
что при отсутствии таких ферментов любые мутации могли бы приводить клетку к гибели или изменять ее дальнейшее развитие.
9. Два митохондриальных цикла в одном клеточном цикле!
В клетке ДНК имеется не только в хромосомах, но и в митохондриях.
Для полного представления обо всем синтезе ДНК необходимо также учесть и процесс репликации митохондриальной ДНК на протяжении клеточного цикла и срав-нить его с синтезом, происходящим в ядре [34].
Как видно из рис. 11, в то время как синтез хромосомной ДНК в ядре происходит в фазе S (см. также рис. 10) v митохондриальная ДНК синтезируется на двух различных этапах клеточного цикла: в первый раз в той же фазе S одновременно с ядерной ДНК, а второй раз — в фазе G2, когда синтез ядерной ДНК уже закончен и, как показывает рис. 10, идет только репаративный синтез [35]., Когда это выяснилось, прежде всего возникла мысль,, что в клетке могут существовать два класса генетически: различных митохондрий, каждый со своей особой ДНК и своим временем репликации. При изучении физико-хими-ческих свойств митохондриальной ДНК, выделенной в.
Рис. 10. Отношения между репликативным и репаративным синтезом ядерной ДНК на протяжении митотического цикла клеток HeLa. А. В фазе S ДНК реплицируется, в остальной части интеркинеза-. происходит ее репарация (или ее амплификация). Эти процессы прослежены по включению 3Н-тимидина в ядерную ДНК в Течение 30-минутных периодов [30]. Б. Схема репликации двух цепей ДНК с образованием фрагментов Оказаки, растущих в направлении 5'—*3' [33]. В. Схема репарации ДНК в участке, поврежденном, например, в результате облучения ультрафиолетом. 1 — индукция димера Т—
2 — разрыв цепи с одной стороны димера под действием специфической эндонуклеазы; 3 — элиминация участка, содержащего димер, с помощью экзонуклеазы; 4 — новообразование этого участка в направлении 5'—^3' с помощью ДНК-полимеразы; 5 — сшивка с восстановлением пар оснований при участии ДНК-лигазы [4].
Рис. 11. Сравнение времени синтеза ядерной и митохондриальной ДНК в течение митотического цикла клеток HeLa [34]. Биосинтез прослеживали по включению 3Н-тимидина в течение 30-минутных
периодов.
фазе S и в фазе G2, было установлено, что действительно существуют различия между этими двумя препаратами [34, 35]. Таким образом, гипотезу о том, что в эукариотической клетке существуют разные типы митохондриальной ДНК и, следовательно, генетически различные митохондрии, можно считать правдоподобной.
В связи с этим возникают новые интересные вопросы: может ли какой-либо класс митохондрий при репликации своей ДНК находиться под влиянием того же механизма, который регулирует репликацию хромосомной ДНК? А с
другой стороны — может ли репликация митохондриальной РНК быть независимой от такого механизма, независимой от факторов, регулирующих репликацию ДНК в ядрах? Нельзя ли, например, представить себе, что существуют два жизненных цикла митохондрий, один из которых синхронизирован с дупликацией ядерной ДНК, а другой сдвинут относительно жизненного цикла клетки?
10. Модифицируется ли ДНК!
Известно, что молекула ДНК не только удваивается и репарируется, но может также подвергаться модификации [36—38]. Необходимость репарации могла бы быть, в частности, связана и с физиологической модификацией ДНК [1,39].
Путь метилирования
S-AM-
(S-адтозил-метионин)
H2N“CH—соон
Ядро
щессы окисления)
Путь
~дШ=^дТМФ=^§Т№
J
I -
Пуриновое кольцо -
Аденин=^дАТФ~-
^'1уанин=*~дГТ(?= Путь биосинтеза
Цитоплазма
Рис. 12. Схема одновременных процессов синтеза и метилирования ядерной ДНК по данным экспериментов с использованием ^С-метил)-метионина на целых клетках [39]. Группа 14СНз метионина целиком переносится на цитозины ДНК-полимера (путь метилирования); наряду с этим меченый атом 14С метильной группы метионина включается в аденин, гуанин и тимин, которые служат предшественниками ДНК (биосинтетический путь). В изолированных ядрах биосинтетический путь не осуществляется из-за отсутствия пула нуклео-
зидтрифосфатов.
Под модификацией подразумеваются какие-либо изменения в последовательностях пуриновых и пиримидиновых оснований, например замена одного основания другим.
Для модификации ДНК существуют особые ферменты [40, 411. К наиболее важным из них относится ДНК-ме-тилаза [42, 43]. Этот фермент переносит метальную груп-
пу от донора (S-аденозилметионина) на один из цитозинов, находящихся в ДНК-полимере [44]. В результате цитозин ДНК превращается в 5-метилцитозин. Этот процесс очень важен, так как ясно, что любая небольшая модификация в молекуле ДНК — носителе генетической информации— может иметь исключительное значение не только для индивида, но и для вида в целом. Ниже этот вопрос будет рассмотрен более подробно.
11. Когда и какие цепи ДНК метилируются!
Первый вопрос, который был подвергнут исследованию, заключается в следующем: в каких временных отношениях находятся синтез и метилирование ДНК?
