Репликация днк: учебное пособие
Глава 1. Репликация – полимеразная реакция
жүктеу/скачать 2,57 Mb. Pdf көрінісі
|
|
Глава 1. Репликация – полимеразная реакция Обнародуя свою модель структуры ДНК в 1953 г., Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик писали: «Мы не могли не осознавать, что специфическое спаривание оснований, посту- лированное нами, подразумевает наличие какого-то механизма копирования теистического материала». Они первыми заметили: «Если известен точный порядок оснований в одной из цепей, то можно записать и порядок оснований в другой, поскольку спаривание оснований специфично. Таким образом, одна цепь является комплементом другой; именно это свойство наводит на мысль, что ДНК может удваивать саму себя». Уотсон и Крик предположили, что для удвоения ДНК должны произойти разрыв водо- родных связей, удерживающих вместе спиральный дуплекс, и расхождение нитей. Они также высказали мысль, что каждая нить дуплекса служит матрицей при синтезе компле- ментарной нити, и в результате образуются две пары нитей, в каждой из которых только одна является родительской. Таков механизм точного воспроизведения последовательности нуклеотидных пар в двойной спирали ДНК. Уотсон и Крик полагали, что репликация ДНК осуществляется спонтанно, без участия ферментов, но это оказалось неверно. Тем не менее, идея о том, что удвоение ДНК происходит путем последовательного соединения нуклеоти- дов в соответствии с правилом комплементарности, заданным каждой нитью спирали, раз- решила концептуальную проблему точного воспроизведения генов. Согласно общепринятой модели, репликация всех двунитевых ДНК полуконсерва- тивна. Существуют ли в природе альтернативные способы репликации двунитевой ДНК (например, консервагивный или дисперсный) – неизвестно. Таким образом, после каждого события репликации одна нить в обеих дочерних молекулах является родительской, консер- вативной, а другая – новосинтезированной, дочерней. Именно такой механизм копирования и называется полуконсервативным. Если геном представлен однонитевой ДНК (как у неко- торых вирусов), то эта единственная нить служит матрицей для образования комплементар- ной нити, с которой она образует дуплекс, а затем на этом дуплексе синтезируются либо дочерние дуплексы, либо однонитевые копии одной из матричных нитей. Уотсон и Крик уже во второй своей работе 1953 г. предположили возможный механизм копирования наследственного материала. Легко представить, что цепи молекулы ДНК рас- ходятся и каждая из них становится матрицей, на которой синтезируется новая комплемен- тарная цепь. В результате образуются две дочерние двуспиральные молекулы ДНК, не отли- чимые от родительской молекулы. В 1957 г. А. Корнберг обнаружил у бактерии Е. соli фермент, катализирующий процесс полимеризации ДНК из нуклеотидов – ДНК-полимеразу 1. В 1959 г. Артуру Корнбергу (А. Kornberg) была присуждена Нобелевская премия за открытие механизма биосинтеза ДНК. Он показал, что в основе удвоения молекул ДНК лежат обычные биохимические реакции. В общем виде реакцию присоединения 5'-дезоксинуклеотидной группы к З'-ОН- группе концевого нуклеотида праймерной цепи можно представить следующим образом: [dNMP] n + dNTP ↔ [dNMP] n+1 + РР i где dNMP– любой из четырех обычных нуклеотидов. За один акт репликации нить, содержащая 3’-конец, удлиняется на один нуклеотидный остаток, при этом одновременно происходит удаление пирофосфата. Реакция присоединения нуклеотида обратима, но так как неорганический фосфат в клетках быстро разрушается, то реакция активно направлена в сторону синтеза. Репликация ДНК всегда идет от 5’– конца нити ДНК (то есть содержащего 5’-дезоксинуклеотидную группу) к 3’-концу (то содержащему свободную 3-ОН-группу) и нуждается в наличии ранее синтезированного фрагмета нити ДНК в качестве затравки для реакции полимеризации. Такой ДНК-фрагмент, имеющий свободный 3’-конец, называ- И. М. Спивак. «Репликация ДНК: учебное пособие» 7 ется праймером. Ферменты, катализирующие праймер-зависимую, детерминируемую ДНК- матрицей реакцию присоединения дезоксинуклеотидов, называются ДНК-полимеразами. К настоящему времени выделены и охарактеризованы несколько различных классов ДНК- полимераз, детально описаны свойства этих ферментов и реакции, которые они катализи- руют. Об их строении и индивидуальных особенностях мы подробно поговорим в следую- щих главах. |