Белки и репликация хромосом

Как показано на рнс. 15-22, хромосома обычно подразделяется на четыре оперона короткий — продуцирующий репрессор, ранний левый, ранний правый и поздний ). Ранние опероны детерминируют в основном синтез ферментов, обеспечивающих репликацию и рекомбинацию, а также синтез регуляторных белков. Поздний оперон связан с синтезом белков, необходимых для организации вирусных частиц он должен транскрибироваться с более высокой скоростью, которая обеспечивается Продуктом гена Q. В пределах позднего оперона гены от А до F участвуют в упаковке ДНК фага Айв образовании головок, тогда как гены от 2 до / обеспечивают синтез и сборку отростков. Гены S -а. R продуцируют белки, вызывающие разрушение мембраны бактерии-хозяина и лизис клетки. На последних стадиях фазы литического развития большая часть ранних генов выключается другим репрессором фага X (кодируемым геном его). Из сказанного видно, что регуляция транскрипции даже у вирусов может представлять собой достаточно сложный процесс. [c.261]

Не исключено, что описанную стратегию регуляции репликации использует и хромосома Е. oli. В хромосомном ориджине, ori , имеется несколько участков связывания белка-инициатора dnaA. [c.67]

Репликация, транскрипция и трансляция ядерного генома. У эукариот генетическая информация, содержащаяся в ядре, распределена между хромосомами. Каждая хромосома — это нитевидная структура, содержащая ДНК, основные белки особого типа, называемые гистонами и группу негистоновых белков, которые, вероятно, играют какую-то роль в регулировании функции генов. В неделящемся, или интерфазном, ядре каждая хромосома сильно выгнута и имеет толщину всего 20-30 нм поэтому ее нельзя увидеть с помощью светового микроскопа. Интерфазное ядро содержит ядрышко — органеллу, богатую РНК и связанную со специфическим участком хромосомы — ядрышковым организатором. Ядрышковый организатор содержит множество копий генов, определяющих структуру рибосомальных РНК ядрышко служит местом синтеза высокомолекулярного РНК-предшественника, из которого затем путем расщепления образуются основные типы молекул РНК, входящих в состав цитоплазматических рибосом. Эти РНК, а также матричные РНК, синтезируемые в других участках хромосом, выходят через ядерные поры в цитоплазму, где происходит сборка рибосом и синтезируется основная масса клеточного белка. [c.48]

Цитируемые авторы в основном уделяют внимание химическому составу клетки, связывая механизм репликации хромосомы с синтезом белка и клеточных компонентов. Исследователи судят об этом процессе по таким показателям, как соотношение массы клетки с числом начальных репликационных точек, отношение белок/клетка, белок/ДНК, белок/общая РНК, белок/рибосомальная ДНК и т. д. [c.106]

Жизненный цикл фага начинается в момент соприкосновения фаговой частицы с чувствительной клеткой. Фаг прикрепляется своим отростком к клеточной оболочке. По-видимому, с помощью фермента, который имеется в отростке, или в результате механического прокола он разрушает небольшой участок клеточной стенки бактерии и через образовавшееся отверстие вводит свою хромосому в клетку. В бактериальной клетке происходит многократная репликация хромосомы фага и синтез под контролем фаговых генов белков головки и отростка. Затем образуются новые фаговые оболочки и в них пакуются фаговые хромосомы, так что сразу возникает большое количество (от 100 до 1000) фаговых частиц. Цикл заканчивается лизисом бактериальной клетки и выходом зрелых фаговых частиц в окружающую среду. [c.95]

Хотя репликация у эукариот изучена не столь подробно, как у прокариот, очевидно, что основные этапы так же, как и основные белки репликации, по своим функциям сходны у разных организмов. У эукариот скорость репликации значительно ниже (100—300 п. н. в 1 с). При этом нужно учитывать, что их хромосомы поли- [c.130]

Репликация, транскрипция и трансляция геномов органелл. В хлоропластах и митохондриях ДНК представлена небольшими двухцепочечными молекулами, обычно кольцевыми, и не связана с гистонами. Таким образом, генетическая информация органелл содержится в структурах, весьма сходных с хромосомами прокариот, хотя и значительно меньших по размерам. В каждой органелле имеется множество копий ДНК (до 40—50 в некоторых хлоропластах). Кроме того, хлоропласты и митохондрии содержат аппарат транскрипции и трансляции, включая специфические для органелл рибосомы, которые меньше цитоплазматических 808-рибосом и близки по величине к 708-рибосо-мам прокариот. Синтез белка в органеллах ингибируется хлорам нико-лом и некоторыми другими антибиотиками, подавляющими этот процесс и у прокариот, но не влияющими на синтез белка в цитоплазме эукариотической клетки. Таким образом, хлоропласты и митохондрии обнаруживают ряд важных черт фундаментального сходства с прокариотическими клетками. Митохондрии обладают еще одной особенностью, характерной для клеток, но не для других компонентов клетки они образуются путем деления предсуществующих органелл. Это продемонстрировано также в отношении многих типов хлоропластов у водорослей. У высших растений зрелые хлоропласты развиваются из более простых структур — пропластид на стадии пропластид и происходит воспроизводство этих органелл. [c.49]

Кроме того, известно, что гистоны подавляют синтез нуклеиновых кислот. Естественно допустить, что в тех участках хромосомы, в которых идет процесс транскрипции или репликации, структура ДНК должна быть в значительной степени свободна от белка и, следовательно, гидратирована. [c.74]

До сих пор мы рассматривали структурные изменения в хроматине, главным образом исходя из того факта, что в митотических хромосомах эухроматин обязательно должен принимать более плотноупакованное состояние. Это периодическое изменение охватывает весь эухроматин более или менее одновременно. Вероятнее всего, что этот процесс контролируется изменениями в белках, широко распределенных по всему хроматину. Изменения противоположного типа происходят при событиях двух типов, имеющих место только в таких топологических условиях, когда структура находится в растянутом состоянии. Это репликация и транскрипция. [c.376]

События, ответственные за инициацию 8-фазы, происходят во время периода 01. Известно, что в этом периоде происходит синтез белка, однако точная природа событий до сих пор остается неясной в частности, не решен вопрос относительно того, являются ли эти события внезапными или постепенно накапливаемыми. Мы мало знаем о том, каким образом на молекулярном уровне клетка принимает решение перейти к репликации генома. Возможно, это происходит в результате регуляторного события, отличающегося по природе от тех событий, которые включены в последующий синтез ДНК. Репликация большого количества ДНК, содержащейся в эукариотической хромосоме, осуществляется посредством разделения хромосомы на множество отдельных репликонов. Такие репликоны активируются не все одновременно в любой точке 8-фазы только некоторые из них вступают в репликацию. По-видимому, каждый ре- [c.402]

Принято использовать понятие репликон , предложенное в 1463 г. Ф. Жакобом, С. Бреннером и Ф. Кьюзеном для обозначения генетической единицы репликации, т. е. сегмента ДНК, который автономно воспроизводится (реплицируется) а процессе клеточного роста и деления. Каждый репликон должен иметь систему управления собственной репликацией. Хромосома Ё. oli, плазмиды, ДНК бактериофагов представляют собой репликоны разной сложности, способные к автономной репликации tf клетке и имеющие систему инициации. Репликон может содержать в себе гены, кодирующие синтез всех белков, необходимых для репликации (хромосома Е. oli), части таких белков (некоторые сравнительно крупные бактериофаги) или использовать для своей репликации практически только чужие белки (мелкие фаги М13 или G-4, содержащие однонитевые циклические ДНК). [c.407]

Первые указания на то, что в системе репликации ДНК участвует целый ряд важных генетических функций, были получены благодаря выделению широкого набора условно-летальных температурочувствительных мутантов Е. соН (dna ), комплементационный анализ которых позволил соотнести их с мутациями в ряде различных генов. Среди них можно выделить два класса мутантов, которые при рестриктивной температуре (1) немедленно прекращают синтез ДНК или (2) в течение относительно протяженного временного интервала постепенно прекращают синтезировать ДНК (рис. 13.5). Первый фенотип связан с нарушением процесса синтеза ДНК в репликативной вилке, а второй-с исчезновением способности инициировать новый цикл репликации хромосомы. (В несинхронизированной культуре индивидуальные клетки мутантов второго класса, находящиеся на различных стадиях репликации, начавшейся еще при пермиссивной температуре, не прекращают синтезировать ДНК после повышения температуры до полного завершения цикла репликации хромосомы.) После сопоставления выделенных мутаций с определенными белками, на которых сказываются эти мутации, можно начать изучение функциональной роли этих белков in vivo. Локализация генов, ответственных за репликацию ДНК, на хромосоме Е. соИ показана на рис. 13.6. [c.112]

Необычной особенностью репликации ДНК фага Ми является то, что, во-первых, все вновь синтезированные копии фагового генома оказываются в состоянии профага (т. е. включены в клеточную хромосому) и, во-вторых, фагоспецифическая последовательность нуклеотидов, которая послужила матрицей для образования дочерних геномов, остается в клеточной хромосоме на том же месте, где она находилась до репликации. Другими словами, репликация идет без выщепления резидентного профага и, по существу, представляет собой репликативную транспозицию. Вероятная схема этого процесса представлена на рис. 152. Фагоспецифические белки обеспечивают сближение концов профага, интегрированного в клеточную хромосому (аналогично тому, как они это делают с проникшей в клетку молекулой ДНК фага). Участок хромосомы, в котором сближены концы прсфага, контактирует с другим участком этой же хромосомы или с какой-либо другой находящейся в клетке молекулой ДНК. В этом свежем участке появляется ступенчатый разрыв (два однонитевых разрыва на расстоянии 5 п. н.) возникают однонитевые разрывы и по обеим границам резидентного профага. Выступающие 5 -концы клеточной ДНК соединяются с З -концами вирус-специфических последовательностей, а З -концы клеточной ДНК выполняют роль затравки. Таким образом, инициация раунда репликации представляет собой в этом случае вариант рекомбинационной инициации- В результате Полуконсервативной репликации и последующих процессов репарации в клеточной хромосоме оказывается две копии профага в каждой из них одна чз цепей пронсходнт из резидентного профага, а вторая синтезирована заново. При повторении этого процесса Количество профагов в клеточной хромосоме может достигать сотни. [c.287]

Различают строгий и нестрогий контроль репликации плазмид. При строгом контроле репликация плазмид сопряжена с репликацией хромосомы хозяина так, что в каждой бактериальной клетке присутствует лишь одна или немного копий плазмиды. Число копий плазмид, находящихся под ослабленным контролем, составляет 10—200. Это число можно увеличить до нескольких тысяч, если подавить синтез белков бактериальной клетки (например, обработав клетки хлорамфениколом). В отсутствие синтеза белка репликация плазмид с ослабленным контролем продолжается, а репликация хромосомной ДНК и плазмид, находящихся под строгим контролем, прекращается. [c.144]

Количество информации, которую вирус привносит в инфицируемую клетку, чтобы обеспечить себе воспроизведение, различается у разных вирусов весьма заметно. Так, в ДНК сравнительно крупного бактериофага Т4 закодировано не менее 30 различных ферментов, обеспечивающих избирательную и быструю репликацию хромосомы бактериофага Т4 в ущерб репликации ДЕЖ клетки-хозяина, т. е. Е. oh (рис. 5-72). Эти белки участвукл в непрерывных циклах репликации Т4-ДЕЖ и осуществляют избирательное включение 5-гидроксиметилцитозина, который в Т4-ДЕЖ замещает цитозин. В геноме бактериофага Т4 закодированы также и нуклеазы, избирательно разрушающие ДЕЖ Е. oh (геном самого бактериофага из-за необычного состава оснований не подвержен действию этих нуклеаз). Кроме того, в нем закодированы белки, изменяющие молекулы бактериальной РНК-полимеразы таким образом, что они на разных стадиях инфекции транскрибируюгт различные группы генов бактериофага. [c.316]

Искусственные дрожжевые хромосомы (YA ) предназначены для клонирования больших фрагментов ДНК (100 т. п. н.), которые затем поддерживаются в дрожжевой клетке как отдельные хромосомы. УАС-система чрезвычайно стабильна. С ее помощью проводили физическое картирование геномной ДНК человека и анализ больших транскриптонов, создавали геномные библиотеки, содержащие ДНК индивидуальных хромосом человека. YA -вектор напоминает хромосому, поскольку он содержит последовательность, функционирующую как сайт инициации репликации ДНК (автономно реплицирующуюся последовательность), сегмент центромерной области дрожжевой хромосомы и последовательности, образующиеся на обоих концах при линеаризации ДНК и действующие как теломеры, обеспечивающие стабильность хромосомы (рис. 7.3). При встраивании чужеродной ДНК в YA может происходить нарушение рамки считывания маркерного дрожжевого гена. В результате продукт этого гена не образуется, и при выращивании клеток на специальной среде можно наблюдать цветную реакцию. Кроме того, некоторые YA -векгоры несут селективный маркер, независимый от сайта клонирования. Несмотря на все преимущества, YA пока не использовались для промышленного синтеза гетерологичных белков. [c.137]

С механизмом клеточной дифференцировки связан интересный вопрос сохраняется ли на уровне структуры хроматина память об активном или неактивном состоянии гена при клеточном делении и транскрипции При клеточном делении хроматин, видимо, сохраняет особенности своей структуры, например гиперчувстви-тельные участки в хроматине некоторых генов сохраняются в метафазных хромосомах в тех же местах, что и в интерфазном хроматине. Очевидно, это определяется тем, что регуляторные белки, связанные с промоторными участками генов, ассоциированы с ДНК и в составе метафазной хромосомы. Однако судьба регуляторных белков в процессе репликации ДНК неизвестна. [c.258]

Продукт гена N делает возможной также и правостороннюю транс-, крипцию через гены О, и Q и далее уже с меньшей скоростью вдод ь остальной хромосомы до точки а. Гены О и детерминируют синтез белков, позволяющих репликационной системе бактерии-хозяина начать образование новых молекул фаговой ДНК. Репликация начинается в точке ori и протекает в обоих направлениях, как это описано в разд. Д. Ген Q детерминирует синтез белка, который значительно ускоряет транскрипцию поздних генов, начиная с промотера Pr. [c.261]

Если тот факт, что репликация ДНК У Е. соИ начинается процессом специфической инициации, за которым следует элонгация вдоль хромосомы в двух направлениях, установлен вполне надежно, то вопросы, касающиеся терминирования процесса репликации, изучены значительно хуже. В результате ряда экспериментов было установлено, что терминация каким-то образом запускает синтез специфической мРНК и белка, необходимых для деления клетки [200]. Таким образом, клеточный цикл состоит как бы из серий последовательно протекающих событий, каждое из которых включает следующее событие. [c.276]

Так же как у прокариот, репликация состоит из трех основных стадий инициации, элонгации и терминации. Реп.1икация эукариотической ДНК происходит одновременно во многих областях хромосомы и, по-вндимому. инициируется на определенных последовательностях ДНК, которые хорошо идентифицированы у ряда вирусов. Инициация, как и у прокариот, требует участия специфических белков. [c.411]

Плазмиды и фаги обеспечивают перенос чужеродной ДНК в качестве инертной части генома, поэтому их называют еще клонирующими векторами В биологической технологии выгодны мультикопийные плазмиды (10-20 на клетку) Если же плазмиды находятся под ослабленным контролем репликации, когда прекращается размножение бактерий, то они (плазмиды) накапливаются числом до 1000 на клетку — в результате больше образуется целевого продукта В отличие от хромосомы репликация плазмиды в пермиссивной клетке может происходить при остановке синтеза белка Вот почему, например, при добавлении левоми-цетина к культуральной жидкости сопровождается заметным возрастанием числа копий плазмиды (увеличение степени клонирования) [c.201]

Процессы репликации pBR322 и oIEl, с одной стороны, к хромосомы Е. соН — с другой, различаются тем, что первый нет подавляется хлорамфениколом, который блокирует синтез белка. В присутствии этого соединения репликация хромосом прекращается по завершении уже начавшегося раунда репликации. Такого подавления репликации pBR322 не происходит, к плазмиды накапливаются в обработанных хлорамфениколом. [c.305]

Рис, 4.13. Жизненные циклы умеренного фага (на примере фага лямбда). После инфекции Es heri hia oli фагом лямбда происходит либо репродукция фага с последующим лизисом литический цикл), либо лизогенизация бактерии. ДНК фага представлена линейной двойной спиралью. В бактерии она замыкается в кольцо. Это кольцо может оставаться автономным или интегрироваться в бактериальную ДНК. В первом случае раззвертывается литический цикл. Замкнутая в кольцо ДНК реплицируется. В результате репликации по способу катящегося кольца получается цепочка из четырех копий фаговой ДНК. Гены фага запускают синтез и сборку белков головки и отростка и упаковку по одной копии ДНК в каждую головку фага. Головки спонтанно соединяются с отростками. При лизисе клетки-хозяина высвобождается около сотни зрелых фагов, которые в свою очередь могут инфицировать клетки. Однако кольцевая ДНК фага может также потерять свою автономию и включиться (интегрироваться) в ДНК хозяина, В этом случае клетка становится лизогенной. Латентный фаг, или профаг , реплицируется совместно с хромосомой клетки-хозяина. Лизогенная бактерия может неограниченно делиться, не подвергаясь лизису. Исключение (из хромосомы) фаговой ДНК, приводящее к лизису клетки, может произойти спонтанно или под действием индуцирующего фактора-облучения или мутагена. [c.149]

Итак, мы располагаем многочисленными данными о том, что ДНК является носителем генетической информации. Благодаря своей комплементарной структуре ДНК замечательно подходит к этой роли. Ее способ репликации, при котором материнская молекула дает начало двум идентичным дочерним молекулам, гарантирует, что каждая клетка, образовавшаяся путем митоза, получает точно такой же по количеству и качеству набор хромосом, какой содержался в материнской клетке. Постоянство количества ДНК во всех покоящихся соматических клетках данного вида, удвоение этого количества перед делением, наличие половины его в клетках спермы, имеющих половинный набор хромосом,— все эти данные подтверждают основной вывод, хотя сами по себе отнюдь не являются решающими доказательствами. Основной вывод опирается и на хорошо известное соотношение между содержанием ДНК в клетке и числом хромосом, а также на твердо установленный факт локализации ДНК в хромосомах. Дальнейшие подтверждения базируются на данных по метаболитической стабильности и на ряде наблюдений, показавших, что ДНК в отсутствие белка может действовать как инфекционный агент (стр. 157), передающий биологическую информацию. Однако наиболее убедительные доказательства были получены, безусловно, при изучении бактериально трансформации. [c.314]

Продуктом, образующимся путем копирования структурного гена, является ИРНК. Она и несет дальше информационную эстафету . Как говорилось ранее, ИРНК может иметь константу седиментации 30—40 з, т. е. молекулярный вес порядка 10 , что по сути де.па составляет размер целого оперона, который считывается непрерывно, т. е. без занятых нри репликации ИРНК на ДНК. Между разными онеронами должны существовать разделяющие занятые . Молекулярный вес бактериальной ДНК — порядка 10 . В хромосоме несколько сот молекул соединены в одну линейную последовательность с помощью белка. Можно полагать, что скрепляющие звенья белка и являются запятыми , химически разделяющими опероны друг от друга. [c.498]

Гистоны-основные структурные белки ядра. В хромосомах всех (по-видимому) эукариот имеется пять типов гистонов гистон Н1, составляющий в молярном выражении половину каждого гистона, и гистоны Н2А, Н2В, НЗ и Н4, присутствующие в эквимолярных количествах (гл. 29). Суммарная масса гистонов примерно равна массе самой ДНК. В делящихся соматических клетках синтез гистонов происходит одновременно с репликацией ДНК сразу же после окончания репликации цепи ДНК гистоны уже могут связываться с ней. Это означает, что за короткий период синтеза ДНК должно синтезироваться большое количество гистонов. Необходимость синтеза соматическими клетками всей массы гистонов за относительно короткое время, по-видимому, является основной причиной повторяемости гистоновых генов. [c.289]

Рассмотрим ген, который активирован (или репрессирован) путем связывания с ДНК какого-то специфического регуляторного белка и (или) каким-то изменением структуры хроматина. Каким путем это конкретное состояние будет унаследовано дуплицированными хромосомами дочерних клеток, образовавшихся в результате деления Если во время репликации все белки отделяются от ДНК, специфическое состояние должно заново устанавливаться в каждом цикле клетки. Однако возможно, что определенный механизм сегрегации используется для того, чтобы передать информацию о состоянии экспрессии генов. Одна возможность заключается в том, что специфическая структура может быть увековечена путем сегрегации и дупликации в процессе репликации ДНК. Например, образец, формально эквивалентный полунуклеосом-ной сегрегации, показан на рис. 29.20 (безотносительно к тому, используется ли такой тип сегрегации самими гистонами). Таким образом, комплекс негистоновых белков может сформироваться на ДНК, затем расщепиться на полукомплексы при репликации и вновь достроиться до полных комплексов на каждом дочернем дуплексе [c.371]

В этом метаболизме активную роль играют комплементарные взаимодействия между основаниями. Феномен комплементарности обеспечивает такие процессы, как полуконсервативная репликация, контроль точности считывания, исправление ошибок и репарация повреждений структуры, возникающих под действием различных факторов окружающей среды. Комплементарные взаимодействия играют также важнейшую роль в процессах общей и сайт-специфической рекомбинации. И в то же время их влияние на различные аспекты метаболизма ДНК не является абсолютным. Так, в случае особенно сильных повреждений ДНК действие репарационной SOS-системы может направляться по пути поддержания общей целостности хромосомы, даже в ущерб требованиям принципа комплементарности, и таким образом приводить к закреплению некоторых мутационных изменений. Участие белка Re A Е.соИ как в общей рекомбинации, так и в активации репарационного действия SOS-системы является поистине удивительным примером эволюционного нововведения , связующего воедино два различных аспекта метаболизма ДНК. [c.163]

Белок Сго в свою очередь также способен связываться с операторами и Or. При этом с Or ОН связывается таким образом, что подавляет транскрипцию гена с1 с Prmt но в то же время допускает транскрипцию правого оперона с Pr. Таким образом, белки Сго и с1 обладают реципрокными свойствами, которые, как показано на рис. 15.15, проявляются в виде двух взаимно исключающих вариантов транскрипции. В варианте включения с1 и выключения его происходит рекомбинация фаговой ДНК с хромосомой хозяина, и клетка становится лизогенной. В обратном варианте с/ выключен, его включен происходит интенсивная репликация фаговой ДНК, начинается III стадия транскрипции поздних генов и клетка лизирует. Детали взаимодействия белков с1 и Сго с областью Or обсуждаются в Дополнении 15.1. [c.188]

Изображая спираль ДНК так, как мы это делали до сих пор, т.е. неправильно, в виде плоской лестницы , мы игнорировали проблему закручивания (winding problem). Между тем на каждые 10 пар оснований, образующихся в репликационной вилке, родительская двойная спираль должна соверщить один полный оборот вокруг своей оси. Следовательно, для того чтобы репликационная вилка могла продвигаться вперед, вся хромосома впереди нее должна быстро вращаться (рис. 5-51), что для длинных хромосом потребовало бы больщой затраты энергии. При репликации ДНК эта проблема решается иначе путем образования в спирали своего рода шарнира , особого класса белков, называемых ДНК-топоизомеразами. [c.297]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология