В 1985 році він був виявлений у равноресничной інфузорії Tetrahymena thermophila , а згодом - у дріжджах, рослинах і тваринах, у тому числі в яєчниках людини й иммортализованни х ( безсмертних) лініях ракових кліток HeLa . Теломераза є Днк-полимеразой, що добудовує 3′-кінці лінійних молекул ДНК хромосом короткими ( 6-8 нуклеотидов) повторюваними послідовностями (у хребетних TTAGGG). Відповідно до номенклатури, цей фермент називають ДН До-К- уклеотидилекзотрансферазой або теломерной термінального трансферазой . Крім білкової частини теломераза містить РНК, що виконує роль матриці для нарощування ДНК повторами. Довжина теломеразной РНК коливається від 150 нуклеотидов у найпростіших до 1400 нуклеотидов у дріжджів, у людини - 450 нуклеотидов. Сам факт наявності в молекулі РНК послідовності, по якій іде матричний синтез шматка ДНК, дозволяє віднести теломеразу до своєрідної зворотного транскриптазе, тобто ферменту, здатному вести синтез ДНК по матриці РНК.

У результаті того що після кожної реплікації дочірні ланцюги ДНК виявляються коротше материнських на розмір першого Рнк-Праймера (10-20 нуклеотидов), утворяться виступаючі однонитевие 3′-кінці материнських ланцюгів. Вони-Те й упізнаються теломеразой , що послідовно нарощує материнські ланцюги (у людини на сотні повторів), використовуючи 3′- Він-Кінці їх як запали, а РНК, що входить до складу ферменту, як матриця. Образующиеся довгі одноцепочечние кінці, у свою чергу, служать матрицями для синтезу дочірніх ланцюгів по традиційному репликативному механізму

Поступове вкорочення ДНК хромосом під час реплікації є однієї з теорій “старіння” клітинних колоній. Ще в 1971 році вітчизняний учений А.М. Оловников у своїй теорії маргинотомии (від лат. marginalis -крайовий, tome - перетин) припустив, що це явище лежить в основі обмеженого потенціалу подвоєння, спостережуваного в нормальних соматичних кліток, що ростуть у культурі in vitro , так званого “ліміту Хейфлика “. Американський учений Леонард Хейфлик на початку 60-х років показав, що якщо для культивування взяти клітки новонароджених дітей, то вони можуть пройти 80-90 розподілів, у той час як соматичні клітки від 70-літніх діляться тільки 20- 30 разів. Обмеження на число клітинних розподілів і називають лімітом Хейфлика .

Розплітання подвійної спіралі ДНК

Оскільки синтез ДНК відбувається на одноцепочечной матриці, йому повинне передувати обов’язковий поділ (хоча б на час) двох ланцюгів ДНК. Дослідження, проведені на початку 60-х років на реплицирующихся хромосомах, виявили особливу, чітко обмежену область реплікації, що переміщається уздовж батьківської спіралі ДНК і характеризующуюся місцевою розбіжністю двох її ланцюгів. Ця активна область через своєї Y-Образної форми була названа репликационной вилкою. Саме в ній Днк-полимерази синтезують дочірні молекули ДНК. За допомогою електронної мікроскопії реплицирующейся ДНК удалосьустановить , що область, що уже реплицирована, має вигляд вічка усередині нереплицировавшейся ДНК. Важливо відзначити, що репликационний вічок утвориться тільки в тих місцях молекули, де перебувають специфічні нуклеотидние послідовності. Ці послідовності, що одержали назву крапок початку реплікації, складаються приблизно з 300 нуклеотидов. Залежно від того, в одному або у двох напрямках відбувається реплікація (а це залежить від природи організму), вічко містить одну або два репликационние качани. Послідовний рух репликационной качани приводить до розширення вічка

Подвійна спіраль ДНК досить стабільна; для того щоб вона розкрилася, необхідні особливі білки. Спеціальні ферменти Днк-хеликази швидко рухаються по одиночному ланцюзі ДНК, використовуючи для переміщення енергію гідролізу AT Ф. Зустрічаючи на шляху ділянка подвійної спіралі, вони розривають водневі зв’язки між підставами, розділяють ланцюга й просувають репликационную вилку. Слідом за цим з одиночними ланцюгами ДНК зв’язуються спеціальні дестабілізуючу спіраль білки, які не дозволяють одиночним ланцюгам ДНК зімкнутися. При цьому вони не закривають підстав ДНК, залишаючи їх доступними для спарювання

Не слід забувати, що комплементарні ланцюги ДНК закручені друг навколо друга в спіраль. Отже, для того щоб репликационная вилка могла просуватися вперед, вся ще не подвоєна частина ДНК повинна була б дуже швидко обертатися. Ця топологічна проблема вирішується шляхом утворення в спіралі свого роду “шарнірів”, що дозволяють ланцюгам ДНК розкрутитися. Приналежні до особливого класу білки, називані Днк-топоизомеразами , вносять у ланцюг ДНК одноабо двухцепочечние розриви, що дозволяють ланцюгам ДНК розділитися, а потім зашпаровують ці розриви. Топоизомерази беруть участь також у розчіплюванні зачеплених двухцепочечних кілець, що утворяться при реплікації кільцевих двунитевих ДНК. За допомогою цих важливих ферментів подвійна спіраль ДНК у клітці може приймати ” недокручену ” форму з меншим числом витків; у такий ДНК легше відбувається розбіжність двох ланцюгів ДНК у репликационной вилці

Переривчастий синтез ДНК

Легко уявити, що реплікація відбувається шляхом безперервного росту нуклеотида за нуклеотидом обох нових ланцюгів у міру переміщення репликационной качани; при цьому, оскільки два ланцюги в спіралі ДНК антипаралельні , один з дочірніх ланцюгів повинна була б рости в напрямку 5′-3′, а інша в напрямку 3′-5′. У дійсності, однак, виявилося, що дочірні ланцюги ростуть тільки в напрямку 5′-3′, тобто завжди подовжується 3′-кінець запалу , а матриця зчитується Днк-полимеразой у напрямку 3′-5′. Це твердження на перший погляд здається несумісним з рухом репликационной качани в одному напрямку, що супроводжується одночасним зчитуванням двох антипаралельних ниток. Розгадка секрету полягає в тім, що синтез ДНК відбувається безупинно тільки на одній з матричної ланцюгів. На другому матричному ланцюзі ДНК синтезується порівняно короткими фрагментами (довжиною від 100до 1000 нуклеотидов, залежно від виду), названими по ім’ю їхнього вченого, що виявив, фрагментами Оказаки ). Знову утворений ланцюг, що синтезується безупинно, називається провідної, а інша, що збирається із фрагментів Оказаки , що відстає. Синтез кожного із цих фрагментів починається із Рнк-Запалу . Через якийсь час Рнк-Запали віддаляються, пролому забудовуються Днк-полимеразой і фрагменти зшиваються в один безперервний ланцюг ДНК спеціальним ферментом

Кооперативна дія білків репликационной качани

Дотепер ми говорили про участь окремих білків у реплікації так, начебто б вони працюють незалежно друг від друга. Тим часом у дійсності більша частина цих білків об’єднана у великий комплекс, що швидко рухається уздовж ДНК і узгоджено здійснює процес реплікації з високою точністю. Цей комплекс порівнюють із малюсінькою “швейною машиною” : “деталями” його служать окремі білки, а джерелом енергії - реакція гідролізу нуклеозидтрифос фатів. Спіраль розплітається Днк-хеликазой ; цьому процесу допомагають ДН До-К- топоизомераза , що розкручує ланцюга ДНК, і безліч молекул дестабілізуючого білка, що зв’язуються з обома одиночними ланцюгами ДНК. В області вилки діють дві Днк-полимерази - на провідному й відстаючому ланцюзі. На провідному ланцюзі Днк-полимераза працює безупинно, а на відстаючий фермент час від часу перериває й знову відновляє свою роботу, використовуючи короткі Рнк-Запалу , синтезовані Днк-праймазой . Молекула Днк-праймази безпосередньо пов’язана із Днк-хеликазой , образуя структуру, називану праймосомой . Праймосома рухається в напрямку розкриття репликационной качани й по ходу руху синтезує Рнк-Запал для фрагментів Оказаки . У цьому ж напрямку рухається Днк-полимераза провідного ланцюга й, хоча на перший погляд це важко представити, Днк-полимераза відстаючого ланцюга. Для цього, як думають, последня накладає ланцюг ДНК, що служить їй матрицею, саму на себе, що й забезпечує розворот Днк-полимерази відстаючого ланцюга на 180 градусів. Погоджений рух двох Днк-полимераз забезпечує координовану реплікацію обох ниток. Таким чином, у репликационной вилці одночасно працюють біля двадцяти різних білків (з яких ми назвали тільки частину), здійснюючи складний, високоупорядоченний і енергоємний процес

Погодженість процесів реплікації ДНК і клоеточного розподілу

Pages: 1 2 3