Почему в качестве затравки используется фрагмент РНК, а не ДНК?

После открытия фрагментов Оказаки проблема репликации ДНК осложнилась в еще большей степени. Поскольку ДНК-полимераза не способна инициировать новую цепь, оставалось непонятным, каким образом инициируется каждый из фрагментов Оказаки? Неожиданно обнаружилось, что для образования фрагментов Оказаки в клеточных экстрактах необходимо присутствие не только dATP, dGTP, dCTP и dTTP, но также и смеси рибонуклеозид-5-трифосфатов (ATP, GTP, СТР и UTP).

Это и другие наблюдения навели на мысль, что для синтеза ДНК каким-то образом необходим синтез РНК.

Оказалось, что при синтезе фрагментов Оказаки в качестве затравок требуются короткие отрезки РНК, комплементарные матричной цепи ДНК. Эта РНК образуется с помощью фермента, называемого праймазой. К 3’-концу этой короткой одноцепочечной РНК-затравки и присоединяются друг за другом дезоксирибонуклео-тидные остатки, комплементарные цепи-матрице ДНК. Обычно РНК-затравка состоит всего лишь из нескольких рибонуклеотидных остатков, к которым затем ДНК-полимераза III присоединяет 1000-2000 дезоксирибонуклеотидных остатков, и в результате образуется фрагмент Оказаки.

После завершения синтеза фрагмента Оказаки РНК-затравка удаляется, нуклеотид за нуклеотидом, с помощью 5’-экзонуклеазной активности ДНК-полимеразы I. По мере отщепления рибонуклеотидных мономеров каждый из них замещается на соответствующий дезоксирибонуклеотид в ходе полимеразной реакции, осуществляемой ДНК-полимеразой I.

Что происходит после завершения репликации ДНК?

Сразу за репликацией следует деление клетки. У прокариот эти процессы не разобщены. Так как ДНК-бактерий прикреплена к поверхности клеточной мембраны, то параллельно с репликацией происходит синтез и деление клетки. Вместе где прикреплена ДНК начинает образовываться перетяжка и содержимое первой и второй ДНК попадает в разные клетки (рисунок 18).

Схема сегрегации дочерних молекул ДНК и оформления обособленных хромосом

Рисунок 18 - Схема сегрегации дочерних молекул ДНК и оформления обособленных хромосом

Какова роль ферментов рестрикции-модификации?

В ходе эволюции бактерии развили способность синтезировать так называемые рестрицирующие ферменты (эндонуклеазы), которые стали частью системы рестрикции-модификации. У бактерий системы рестрикции-модификации являются внутриклеточной иммунной системой защиты от чужеродной ДНК. В отличие от высших организмов, у которых распознание и разрушение вирусов, бактерий и других патогенов происходит внеклеточно, у бактерий защита от чужеродной ДНК происходит внутриклеточно. С целью защиты бактерии также развили способность «метить» собственную ДНК метилирующими основаниями на определенных последовательностях. По этой причине чужеродная ДНК из-за отсутствия в ней метильных групп в тех же последовательностях разрезается на фрагменты разными бактериальными рестриктазами, а затем деградируется бактериальными экзонуклеазами до отдельных нуклеотидов.

Система рестрикции-модификации - ферментативная система бактерий, разрушающая попавшую в клетку чужеродную ДНК. Основная её функция - защита клетки от чужеродного генетического материала, например, бактериофагов и плазмид. Для компонентов системы характерны два типа активности: метилтрансферазная (метилазная) и эндонуклеазная. После завершения репликации происходит метилирование нуклеотидных остатков вновь образованных цепей ДНК. Метальные группы присоединяются ко всем остаткам аденина в последовательности GATC, при этом образуется Иб-метиладенин, а также возможны метилирование цитозина в последовательности -GC-и образование М5-метилцитозина. Количество метилированных оснований составляет примерно от 1 % до 8 %. Модификация происходит при участии ферментов, использующих в качестве источника метильных групп S-аденозилметионин. Присоединение метильных групп к остаткам аденина и цитозина не нарушает комплементарности цепей. В течение непродолжительного времени в молекуле ДНК последовательности GATC метилированы по аденину только в матричной, но не в новой цепи (рисунок 19). Это различие используется ферментами репарации для исправления ошибок, которые могут возникать при репликации (будет рассмотрено в разделе 4)

Метилирование остатков аденина в последовательности GATC

Рисунок 19 - Метилирование остатков аденина в последовательности GATC

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >