5.4.2. Репарация днк
ДНК – единственный биополимер, способный устранять повреждения своей структуры. Нарушения в структуре ДНК происходят постоянно, наиболее часто случаются:
1) депуринизация (гидролиз 9-1’ N-гликозидной связи между пуриновыми азотистыми основаниями (А и Г) и дезоксирибозой (наблюдается в среднем от 5 до 10 тысяч раз в сутки при повышении температуры тела);
2) дезаминирование (-NH3) происходит до 100 раз в сутки:
Ц У
А гипоксантин (см. с. 103).
Факторы, вызывающие изменения в структуре ДНК:
- химические (азотистые соединения, алкилсульфаты, например, метилсульфат – (СН3)2SO4, нитрозомочевина, N-нитрозодиметиламин, нитрозогуанидин);
- физические: интенсивный УФ (изменяет структуру Т и Ц, образует циклобутановые димеры), ионизирующее облучение (приводит к образованию реакционноспособных свободных радикалов R).
Существует два пути репарации:
1) прямое восстановление исходной структуры специальными ферментами (у бактерий и млекопитающих обнаружены ферменты восстанавливающие модифицированный Г);
2) замена модифицированного участка новым. Идет в 4 этапа:
а) фермент эндонуклеаза «распознает» брачный участок и «надрезает» его:
б) брачный участок выстригается, образуется брешь:
в) удаленный участок синтезируется заново с 3’-ОН – конца. При этом противоположная цепь используется в качестве матрицы:
г) концы разрыва сшиваются.
5.4.3. Транскрипция
Биосинтез белка включает 2 этапа:
транскрипция (образование мРНК на ДНК),
трансляция (биосинтез белка на рибосоме с участием тРНК и мРНК).
Транскрипция – процесс, посредством которого заключенная в ДНК генетическая информация «переписывается» в одиночные цепи мРНК.
Цикл транскрипции:
инициация: РНК-полимераза взаимодействует с матричной ДНК, происходит локальная денатурация ДНК, открывается доступ к генетической информации. 3` 5` (ДНК-матрица); 5` 3` мРНК (собирается из НТФ).
Место инициации синтеза РНК определяется специальными регуляторными участками ДНК, называемыми промоторами.
Гипотеза Ф. Жакоба и Ж.Моно (модель оперона, 1961)
В настоящее время считается полностью доказанной. Ф. Жакоб и Ж. Моно изучали усвоение лактозы клетками E. coli, на основании чего предложили гипотезу о регуляции активности генов у бактерий – «модель оперона»: на каждой хромосоме можно выделить 4 участка, составляющих оперон:
1) ген-регулятор (определяет структуру белка-репрессора);
2) ген-промотор (место, которое «узнает» РНК-полимераза; начальный участок связывания РНК-полимеразы, которая катализирует транскрипцию ДНК в мРНК). Обычно промотор располагается за 10 или 35 п.н. до места инициации трансляции (зоны «-35» и «-10»), например, у E. сoli;.
3) ген-оператор (на него действует белок-репрессор);
4) структурный ген (кодирует аминокислотную последовательность).
Как работает оперон? Рассмотрим на примере E. сoli, бактерии, которая может расти на среде, единственным углеводным компонентом которой является лактоза (молочный сахар). Если клетки E. coli растут в среде, содержащей лактозу, то в них синтезируется фермент лактаза (-галактозидаза), который гидролизует этот дисахарид до глюкозы и галактозы, которые далее усваиваются клеткой. Если E. coli растет на среде с глюкозой, то лактаза не синтезируется. Таким образом, лактоза является индуктором синтеза фермента, который ее расщепляет (отсюда название lac-оперон). Рассмотрим два случая работы lac-оперона: в присутствии лактозы (положительная индукция) и в отсутствии лактозы (отрицательная индукция).