Биологический каталог




Биологическая химия

Автор Д.Г.Кнорре, С.Д.Мызина

ледних - набора вирусных белков: структурных, т. е. входящих в состав вириона, и неструктурных, необходимых на разных этапах функционирования вируса внутри клетки, в тоы числе для сборки зрелых вирусных частиц.

На минус-цепи, как на матрице, начинается производство новых плюс-цепей. Вначале они преимущественно используются для создания новых репликативных структур. Затем, по мере накопления в клетке структурных белков бактериофага, на плюс-цепях начинают формироваться новые фаговые частицы.

Механизм репликации, используемый для производства плюс-цепей, также нетрадиционен. Процесс происходит по схеме, получившей название катящегося кольца (рис. 58). Процесс начинается с образования в определенной точке в составе RF-I плюс--непи гидролитического разрыва, приводящего к появлению свободной 3 '-гид-роксигруппы и, соответственно^ '-концевой фосфомоноэфирной группы. У бактериофага ?? 174, механизм репликации которого изучен наиболее полно, разрыв происходит под действием специального, программируемого фаговой ДНК белка, известного как белок А. Разрывы, подобные тому, который образуется при дейст-в«и на репликативную ДНК белка А, часто фигурируют в литературе под названием <ник> (от англ. nick - щель, надрез).Двунитевая кольцевая ДНК с никои в плюс-цепи называется репликативной формой II или RF-II. Появившаяся гидро-Нсигруппа играет роль праймера, с которого начинается процесс элонгации. Та-Кая элонгация по своей сути означает синтез новой плюс-цепи, ковалентно связанной с исходной.

По мере синтеза новой цепи исходная цепь вытесняется из двунитевой струк-

Рис. 57. Схема образования репликативной формы ДНК фага, содержащего с зрелом вирусе однонитевую ДНК:

/ - образование РНК-праймера (жирная линия); 2 - элонгация минус-цепи ДНК-полимеразой III; 3 - застройка оставшейся бреши ДНК-полимеразой I и вытеснение рибоолиго-нуклеотидного фрагмента в результате 5 -*3 -экзонуклеаз-ной активности; 4 - ликвидация разрыва в минус-цепи с помощью ДНК-лигазы; ОН - 3 -концевая гидроксигруппа; ? — 5 '-концевая фосфомоноэфирная группа

хозяина, т.е. программировать синтез

а основание которого вместе с 3 '-концом растущей полинуклеотидной цепи вращается (катится) вокруг кольцевой минус-цепи. К моменту, когда будет завершен полный оборот вокруг минус-цепи, выступающая цепь будет по первичной структуре полностью соответствовать ДНК вириона. На этом этапе при участии белка А происходит отщепление этой цепи с замыканием ее в кольцевую молекулу. Одновременно с этим восстанавливается в первоначальном виде структура RF-II, на которой начитается создание новой плюс-цепи. Вирусы, содержащие в качестве генетического материала РНК, можно разделить на две основные группы: обычные РНК-содержащие вирусы и ретровирусы. Последняя группа представляет особый интерес, так как включает в себя вирусы, вызывающие опухолевые заболевания, и вирус HIV, вызывающий синдром приобретенного иммунодефицита, СПИД.

Большая часть обычных РНК-содержащих вирусов имеет в составе вириона РНК, которая одновременно является информационной РНК, программирующей на рибосомах хозяина синтез структурных и неструктурных вирусных белков, и генетической структурой, способной к самовоспроизведению. Для выполнения последней функции в этих РНК, которые принято квалифицировать как плюс-цепи, запрограммирован специальный фермент, катализирующий синтез РНК на матрицах РНК. Этот фермент называют РНК-зависимой РНК-полимеразой или сокращенно РНК-репликазой. Вирусные плюс-РНК, попав в клетку, прежде всего начинают функционировать в качестве мРНК, чтобы обеспечить производство необходимого числа молекул репликазы. Затем с помощью РНК-ре-пликазы на вирионной РНК производится минус-цепь, которая далее используется в качестве матрицы для создания новых плюс-цепей. У вирусов, содержащих в составе вириона плюс-РНК, репликаза является неструктурным белком, т.е. в состав вирионных частиц не входит. К числу таких вирусов относятся некоторые бактериофаги, например паразитирующие в клетках E.coli фаги MS2, R17 Аналогично устроены и функционируют многие вирусы растений, в том числе один из наиболее изученных вирус табачной мозаики. Сходным образом работают и некоторые вирусы, вызывающие тяжелые нейроинфекции у человека, -вирус клещевого энцефалита, вирус желтой лихорадки, вирус бешенства.

Даже в пределах только что описанной группы вирусов разнообразие исполь-

Рис. 58. Схема репликации по способу катящегося кольца:

1 - превращение репликативной формы RF-I в форму RF-H с разрывом (ником) в плюс-цепи; 2 - элонгация плюс-цепи с 3 -конца с вытеснением участка исходной плюс-цепи; 3 - завершение полного оборота синтеза плюс-цепи; 4 ~ отщепление в виде кольцевой молекулы плюс-цепи и регенерация формы RF-II

зуемых механизмов достаточно велико. Например, уже упомянутый фаг Q/J содержит в составе своей РНК программу только для синтеза одной субъединицы рНК-репликазы. Остальные три субъединицы, превращающие синтезированный по вирусной программе полипептид в активный фермент, берутся у клетки хозяина - это фактор элонгации биосинтеза белка EF-Tu, вспомогательный белковый фактор EF-Ts и белок малой рибосомной субъединицы S1.

Наряду с только что описанными вирусами, содержащими в составе вириона плюс-РНК,известна группа вирусов, содержащих в зрелой частице минус-РНК. К их числу относится вирус гриппа. Его дополнительной особенностью является то обстоятельство, что геном разрезан по большей части на отдельные гены - в состав вириона входит восемь разных полирибонуклеотидных цепей. Само по себе попадание в клетку минус-РНК к развитию инфекции привести не может, так как они не являются программами для синтеза вирусных белков. Для появления этих программ необходимо образование плюс-цепей, однако они не могут возникнуть в отсутствие РНК-репликазы, поскольку в клетках хозяина такой фермент не производится. Поэтому в состав вирионов этой группы вирусов наряду с минус-РНК входят ферменты репликации (у вируса гриппа таких ферментов три), т. е. у таких вирусов РНК-репликазы являются структурными белками. Эти ферменты попадают в клетку хозяина во время вирусной инфекции вместе с вирусом РНК, на которой, как на матрице, начинается синтез плюс-цепей. По мере их появления в инфицированной клетке развивается синтез вирусных белков, в том числе новых молекул репликаз, синтез новых минус-цепей на плюс-цепях, и в конечном итоге возникают новые частицы вируса.

Совершенно иначе функционируют ретровирусы. Их вирионы содержат РНК-зависимую ДНК-полимеразу (обратную транскриптазу), катализирующую обратную транскрипцию - синтез новых молекул ДНК по программе, задаваемой вирусной РНК. С помощью этого фермента в зараженной клетке производится единственная однонитевая ДНК-копия вирусной РНК, которая при участии ферментов хозяина превращается в двунитевую ДНК. По ходу обратной транскрипции в качестве промежуточных образований возникают гибридные ДНК-РНК.-структуры, одна цепь которых происходит из РНК вириона, а другая - из продукта обратной транскрипции. Постепенно вирионная РНК в этом гибриде разрушается, поскольку РНК-зависимой ДНК-полимеразе свойственна активность РНКазы ? - способность катализировать гидролиз полирибонуклеотидной цепи в составе РНК - ДНК-гибрида (см. § 5.4). По мере разрушения РНК синтезированная однонитевая ДНК становится матрицей для формирования комплементарной ДНК-цепи. Полученная двунитевая ДНК встраивается с помощью специальных рекомбинационных механизмов в ДНК хозяина, т. е. становится частью его хромосомы. В дальнейшем новые молекулы вирусной РНК и вирусных белков, необходимые для образования новых вирусных частиц и развития инфекции, производятся с участием общих систем транскрипции и трансляции клеток хозяина.

Задачи

5.1. Эксперимент Мезельсона и Сталя доказал, что репликация ДНК E.coli протекает По полуконсервативному механизму. Как выглядели бы результаты эксперимента, если бы

реПЛИИаниа т,~~------- —------------------- —

цепи ДНК-после репликации содержат в случайном порядке фрагменты как родительской, так и дочерней ДНК?

5.2. Фрагмент транскрибируемой цепи вирусной ДНК содержит последовательность: 5 '-CTTACGTACCATAAACGCAACC ^3'. Какая последовательность мРНК будет ей соответствовать? Какие аминокислотные последовательности могут транскрибироваться с этого участка мРНК при совмещении рамки считывания: а) с иницирующим кодоном, б) с ко доном-терминатором? Какой особенностью обладает этот участок вирусной ДНК?

5.3. Клетки, продуцирующие белок, содержащий фрагмент с последовательностью Gly—Set—Val—Ala—Тгр—Lys—Asp—Gly, обработали профлавином:

При взаимодействии с ДНК это соединение способно встраиваться (интеркалировать) в двойную спираль между соседними основаниями параллельно им и растягивать спираль, вызывая мутации. В данном случае получили поколение клеток, продуцирующих укороченный неполноценный белок с концевой последовательностью Gly—Set—Val—Ala. Объясните результат.

5.4. Для транскрипции in vitro в плазмиду, содержающую промотор фага Т7, был встроен ген, фрагмент которого, несущий транскрибируемую цепь с участком промотора, имеет последовательность: 5'-CGACTCGAACTTTCATCTCTCCCTATAG-3'. Для синтеза мРНК с этой ДНК к плазмиде была добавлена ДНК-зависимая РНК-полимераза фага Т7, АТФ, УТФ и ГТФ. Напишите последовательность продукта транскрипции.

5.5. Для синтеза пептида в бесклеточной прокариотической системе на мРНК с транслируемой последовательностью AUGUUCCCACGUGCCGUU в систему добавили полирибосомы, набор аыиноацилированных тРНК, ГТФ, факторы инициации в фактор Ти. Что будет представлять собой продукт трансляции?

5.6. Как следует изменить нуклеотидную последовательность ДНК, чтобы, сохранив аминокислотную последовательность, удалить сайт узнавания эндонуклеазы рестрикции ВатНГ? Считайте, что первый нуклеотид сайта узнавания совпадает с первым нуклеотидом кодона. Каким методом это можно осуществить?

5.7. В экспрессирующую плазмиду встроен ген, в котором сайт узнавания эндонуклеазы рестрикции EcoRl начинается с G, входящего в

страница 48
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109

Скачать книгу "Биологическая химия" (8.81Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(19.10.2017)