ДНК-полимеразы эукариот.

В клетках эукариот имеются по мень­шей мере шесть различных ДНК-зависимых ДНК-полимераз, четыре из них непосредственно участвуют в репликации хромосомной ДНК.

ДНК-полимераза α — первая ДНК-полимераза, обнаруженная в клетках эукариот. Она находится в комплексе с ДНК-праймазой — ферментом, осуществляющим синтез РНК-затравок, и способен инициировать синтез ДНК de novo.

ДНК-полимераза β является наименьшей по размеру и самой простой по строению ДНК-полимеразой в клетках эукариот. Она осуществляет репарацию ядерной ДНК.

ДНК-полимераза δ — гетеродимер, состоящий из двух субъединиц (125-130 кДа и 48-55 кДа). Обеспечивают синтез ДНК.

ДНК-полимераза ε, тоже состоит из двух субъединиц (261 кДа и 55 кДа) участвует в синтезе отстающей цепи.

ДНК-полимераза γ локализована в митохондриях, ее функция связана с репликацией и репарацией митохондриальной ДНК, она кодируется ядерным геномом.

Другие ДНК-полимеразы участвуют в репарации ДНК.

ДНК-полимеразы эукариот функционируют в составе много­компонентных репликативных и репаративных комплексов с белками. Спи­сок белков, взаимодействующих с ДНК-полимеразами, постоян­но растет и включает не только известные факторы PCNA, RFC и RPA, но и ключевые факторы регуляции клеточного метаболиз­ма, такие, как белки группы МСМ (minichromosome maintenance factors), факторы узнавания участков ori репликации ORC (origin recognition complex) и др.

Инициация репликации у эукариот. Инициация репликации у эукариот происходит на специфи­ческих множественных последовательностях нуклеотидов — реп­ликаторах, или ориджинах репликации.

Например, у млекопитающих области начала репликации располагаются на расстоянии ~ 100 тыс. н.п. друг от друга. Установлено, что синтез ДНК в отдельных репликонах происходит по двум направлениям, причем перемеще­ние репликативной вилки осуществляется предпочтительно в од­ном направлении, которое может изменяться в зависимости от стадии развития организма. Инициация репликации строго регулируется. Полирепликонная организация требует, чтобы в каждом цикле клеточного деления каждый репликатор «сработал» только один раз, в противном слу­чае на хромосоме образуются разветвленные структуры.

Элонгация репликации. ДНК-полимераза α образует функциональные комплексы с рядом ферментов и вспомогательных белков. В комплексе, осуществляющем реплика­цию лидирующей цепи, ДНК-полимераза α связана с ДНК-полимеразой δ, а в комплексе, синтезирующем отстающую цепь, — с ДНК-полимеразой ε.

Эукариотическая ДНК-праймаза в отличие от аналогичного белка прокариот образует постоянный комплекс с ДНК-полиме­разой α, роль которого ограничивается синтезом праймеров при репликации обеих цепей ДНК.

Меха­низмы репликации ДНК про- и эукариот существенно различа­ются в том отношении, что во втором случае синтез лидирующей и отстающей цепей ДНК осуществляют разные ДНК-полимеразы, тогда как у Е. coli обе цепи ДНК синтези­руются димером ДНК-полимеразы III. Созревание фрагментов Оказаки у эукариот требует удаления РНК-затравок с помощью 5'—>3'-экзонуклеазы и РНКазы H1. ДНК-полимераза β заполняет бреши, равные вырезанным праймерам, а ДНК-лигаза I соединяет фрагменты отстающей цепи.

Терминация репликации. Продвижение репликативной вилки прекращается только при столкновении с другой вилкой, движу­щейся в противоположном направлении, или по достижении конца хромосомы.

ТРАНСКРИПЦИЯ

Транскрипцией называют биосинтез РНК на матрице ДНК. Это первая стадия реализации генетической информации, в процессе которой определенные участки нуклеотидной последовательно­сти ДНК «переписываются» в комплементарные одноцепочечные молекулы РНК. В результате транскрипции образуются мРНК, ко­дирующие аминокислотные последовательности белков, а также тРНК, рРНК и другие виды РНК, выполняющие структурные, регуляторные и каталитические функции. В основе транскрипции лежит принцип комплементарности азотистых оснований полинуклеотидных цепей ДНК и РНК, а сам процесс осуществляется с участием соответствующих ферментов — РНК-полимераз, и большой группы белков — регуляторов транскрип­ции.

Поскольку ДНК у подавляющего большинства организмов пред­ставляет собой двуцепочечные молекулы, составленные из комп­лементарных (но не идентичных) цепей, транскрипции подвер­гается обычно одна из них, носящая название матричной цепи (матрицы):

Синтез РНК на матрице ДНК ведут РНК-полимеразы (ДНК-зависимые), которые, как и ДНК-полимеразы, относятся к груп­пе нуклеотидилтрансфераз, использующих в качестве субстратов нуклеозид-5'-трифосфаты. Так же как ДНК-полимеразы, РНК-полимеразы активны только в присутствии ионов Mg²⁺, для свя­зывания которых в их молекуле существует консенсусная амино­кислотная последовательность из 10 аминокислотных остатков. РНК-полимеразы в отличие от ДНК-полимераз не нуждаются в праймере и используют рибонуклеозид-5'-трифосфаты (ATP, GTP, СТР, UTP). Рост цепи РНК происходит путем последовательного присоединения рибонуклеозид-5'-монофосфатов к 3'-гидроксильной группе рибозы предшествующего нуклеотида (т.е. в направле­нии 5'-»3').

У эукариот разные виды РНК синтезируются различны­ми РНК-полимеразами. У бактерий один фермент син­тезирует все виды РНК.

У всех без исключения организмов процессу транскрипции под­вергается единовременно не вся молекула ДНК, а только опреде­ленные ее участки — транскриптоны. Они ограничены двумя по­следовательностями, которые называются промотором (зона нача­ла транскрипции) и терминатором (зона остановки транскрипции).

Транскриптоны бактерий (их структура рассмотрена ниже) назы­вают оперонами. Опероны обычно включают в себя нуклеотидные последовательности, кодирующие структуру нескольких белков, называемые цистронами, или структурными генами. Поэтому син­тезируемая на оперонах бактерий мРНК является полицистроновой и может быть использована для синтеза нескольких белков, в отли­чие от моноцистроновых мРНК высших организмов, служащих мат­рицами для синтеза одного определенного белка.

На интенсивность транскрипции существенное влияние ока­зывает пространственная структура ДНК, в которой наблюдаются изгибы, петли (домены), а также сверхспирализованные участки. Все эти мотивы структуры ДНК нередко способствуют усилению транскрипции, поскольку создают дополнительные возможности для присоединения к ДНК разнообразных белков регуляторов транскрипции. Эти белки способны связываться определенными нуклеотидными последовательностями ДНК, расположенными как в самих транскриптонах, так и в других, не редко достаточно удаленных от зоны транскрипции областях, но­сящих название энхансеров (усилителей) и адапторных элементов. В последнем случае воздействие регуляторных элементов генома может опосредоваться особыми белками, способствующими уси­лению или ослаблению интенсивности транскрипции.

Сами белки-регуляторы транскрипции приобретают или утра­чивают функциональную активность в результате модификаций вызываемых либо каталитически активными белками-фермента­ми, либо возникающих при соединении с веществами небелко­вой природы, модулирующими их регуляторные свойства. У при­митивных форм жизни в регуляции транскрипции непосредственно участвуют различные клеточные метаболиты (углеводы, амино­кислоты, нуклеотиды и др.). У эукариот транскрипция непосред­ственно связана с изменением структуры хроматина — белково-нуклеинового комплекса, в котором постоянно пребывают их ДНК. Переход этого комплекса в активную (транскрибируемую) форму представляет собой дополнительный элемент регуляции транскрип­ции у высших организмов.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: