1 курс / Химия / Биохимия для чайников

Кавказа, чьи предки прибыли туда из Северной Европы. Для получения забо-

левания необходимо унаследовать мутировавший ген от обоих родителей. Со-

гласно исследованиям такой дефектный ген есть у каждого двадцатого амери-

канца. Большинство из людей не знают, что являются носителями дефектного гена муковисцидоза. Точность генетического тестирования в случае муковис-

цидоза равна 80%.

Гемофилия

Гемофилия — это генетическое нарушение, вызванное отсутствием факто-

ра свертывания крови, возникающего вследствие мутации гена, сцепленного с Х-хромосомой. У женщин две Х-хромосомы, поэтому, если одна из них связа-

на с поврежденным геном, то вероятность того, что второй ген также имеет де- фект, очень небольшая. Но такая женщина является носителем заболевания. У мужчин, тем не менее, только одна Х-хромосома — при повреждении связан- ного гена у него развивается гемофилия. Если женщина является носителем,

то ее сыновья получат гемофилию с вероятностью 50%, а дочери с такой же вероятностью будут выступать носителями заболевания. Носителями гемофи-

лии также будут дочери болеющего мужчины. Аномальный ген определяется в результате генетических исследований.

Болезнь Тея-Сакса

Болезнь Тея-Сакса — это наследственное заболевание, при котором вслед-

ствие мутации определенного гена в тканях мозга накапливается производная жирной кислоты — липид с названием ганглиозид. Хотя этот аномальный ген распространен преимущественно среди евреев, некоторые французские канад-

цы и потомки французов из Луизианы также являются его носителями. Сим-

птомы заболевания начинают проявляться еще в младенчестве. Смерть обычно наступает до 5 лет. Хотя болезнь Тея-Сакса встречается очень редко, это одно из первых генетических заболеваний, для которого было разработано массовое и недорогое генетическое обследование. Первые скрининг-тесты были получе-

ны еще в 1970-х годах, и сразу же в Израиле была запущена программа по бес-

платному проведению генетического исследования среди населения. Благодаря

проведению интенсивного тестирования и консультированию сегодня болезнь

практически искоренена среди еврейского населения по всему миру.

Развитие биоинженерии приводит к постановке многих этических вопросов, включая дискуссии о необходимости исследования стволовых клеток, генети-

ческой модификации сельскохозяйственных культур, отбора детей по гендер-

ГЛАВА 15 Копирование ДНК 3И

“ проанализировать” результат своих действий и устранить неправильно по- добранные нуклеотиды, заменив их корректными формами. РНК-полимераза работает в отсутствие праймеразы.

Группа ОН третьего конца

Рис. 16.1.Структура АТФ

В простых организмах, таких как Е. coli, все формы РНК синтезируются с

помощью единственного вида РНК-полимеразы. У более сложных организмов,

таких как человеческий, РНК-полимераза бывает нескольких видов. Обычно в

клетках млекопитающих можно обнаружить не менее трех различных видов

РНК-полимеразы.

Создание РНК:самое главное

Область молекулы ДНК, которая кодирует белок, называется структурным геном.Активность этого гена регулируют другие области ДНК (см. далее). Что-

бы начать транскрипцию, РНК-полимераза должна обнаружить определенный

ген в длинной нити ДНК. Поиск начинается с определения ферментом места в нити ДНК, называемого сайтом инициации транскрипции и расположенного

далее по ходу самого гена — на 5 гидроксильной группе пентозы нуклеотида.

РНК-полимераза плотно связывается с этим участком, и с этого начинается сам процесс транскрипции.

Начало транскрипции РНК

В прокариотических клетках промоторные участки транскрипции сконцен- трированы в областях -35 и -10 (бокс Прибнова). У бокса Прибнова согла-

сованная последовательность ТАТААТ имеет центр в области -10. У второго

“ колпачок” (cap), а к другому концу — поли(А)хвост, что позволяет увеличить срок жизни иРНК.

Синтез РНК включает три этапа: инициация, удлинение и прерывание.

В процессе их прохождения РНК-полимераза выполняет ряд задач. Сначала она перемещается по цепочке ДНК до тех пор, пока не найдет промоторный сайт. Прилипая к нему, РНК-полимераза разматывает короткий сегмент двой-

ной спирали ДНК и разделяет нити, чтобы достичь шаблона. Затем присоеди- няет соответствующий рибонуклеозидтрифосфат, получая энергию для этой

реакции из гидролиза фосфата.

Каждый следующий рибонуклеозидтрифосфат включается в процесс по

мере продвижения РНК-полимеразы по цепочке ДНК. (ДНК разматывается при прохождении фермента и обратно переплетается после ухода фермента.) Транскрипция продолжается до тех пор, пока РНК-полимераза не встретит сигнал к завершению. Фермент также взаимодействует с транскрипционными факторами или транс-активными факторами для регулирования скорости инициирования транскрипции — белками, которые действуют как активаторы или репрессоры.

Понимание принципов работы РНК-полимеразы стало возможным благо- даря исследованиям прокариотических клеток кишечной палочки. Эукарио- тические клетки ведут себя подобным, хотя и более сложным образом. Одно из главных различий между ними заключается в том, что в прокариотических клетках транскрипция и трансляция (белковый синтез) могут происходить

почти одновременно, тогда как в эукариотических наблюдается разрыв между этими двумя процессами во время движения иРНК от ядра к рибосоме. Другое важное отличие состоит в том, что в эукариотических клетках синтезирован- ная РНК почти всегда подвергается процессингу, тогда как прокариотическая РНК готова к выполнению своих обязанностей сразу после синтеза. Во время процессинга к молекуле добавляется колпачок, поли(А)хвост и, практически

всегда, выполняется сплайсинг для удаления интронов (сегментов, не кодиру-

ющих белок).

Прокариотические клетки

РНК-полимераза Е. coli содержит четыре субъединицы, которые объединя-

ются в голофермент, обозначенный как а2(ЗР'а. Субъединица о обеспечивает

нахождение промотора и инициацию синтеза РНК. После запуска синтеза эта субединица оставляет напоминание о себе в виде минимального фермента.

Каталитический участок минимального фермента содержит два двухвалент-

ных иона металла, один из которых остается с ядром, а другой проникает в

рибонуклеозидтрифосфат и соединяется с отщепленным пирофосфатом. Три аспартатных остатка способствуют связыванию ионов металла. Хотя

Удлинение нити продолжается до тех пор, пока РНК-полимераза не получит

сигнал о завершении, который инициирует ряд новых действий. На этом эта-

пе прекращается образование новых фосфатных диэфиров, гибридная струк-

тура РНК-ДНК разделяется, часть цепи ДНК все еще остается открытой, но

РНК-полимераза отделяется от ДНК.

Сигналы к завершению бывают разные. Один из самых простых — это па-

линдромная (одинаковая в обоих направлении) метка с высоким содержани-

ем оснований ГЦ, сопровождающаяся областью с высоким содержанием ос-

нований АТ. Палиндромная область всегда самокомплементарная, а высокая

концентрация водородных связей в ней вызывает образование петли в виде шпильки. Богатая основаниями АТ область обуславливает появление ряда пар

Урнк-Аднк с менее сильными взаимодействиями на уровне водородных свя-

зей. Формирование такой “ шпильки” и АТ-области приводит к дестабилиза-

ции общей структуры гибрида РНК-ДНК и отщеплению зарождающейся РНК

(рис. 16.4).

Рис. 16.4.Петля"шпилька" и часть

последовательности РНК

Не все сигналы завершения представлены петлей в виде шпильки и бога-

тым на основания У сегментом. В отдельных случаях РНК-полимеразе нужно

оказать помощь в прекращении работы. Об этом свидетельствуют наблюде-

ния, показывающие, что нити in vitro часто длиннее нитей ш vivo у одной и

той же РНК. Это говорит о том, что РНК-полимераза in vitro не способна са- мостоятельно прервать процесс удлинения молекулы. Все дело в отсутствии

320 ЧАСТЬ 5 Генетика: почему мы такие, какие есть