Методичка по мол биологии (там не все)

Ретропозоны являются не только ДНК-копиями иРНК, но и ДНК-копиями других типов РНК: тРНК, мяРНК, участвующих в сплайсинге, 7S РНК, участвующей в секреции белков. Например, повторяющиеся последовательности Alu-семейства человека (3•105 повторов, 5 – 6 % всей ДНК) гомологичны отдельным участкам 7S РНК, по-видимому, являются ретропозонами.

Подытоживая, следует отметить, что МГЭ весьма неоднородны по своей структуре и функциям и широко представлены в живой природе. На их долю приходится значительная часть генетического материала в геномах многих организмов. МГЭ могут вызвать разнообразные генетические эффекты. Они способны регулировать экспрессию генов, вызывать в районе их локализации перестройки генетического материала, переносить гены от одной бактерии к другой и т.д..

Обычно перемещения МГЭ происходят весьма редко. В тоже время при определенных условиях они могут значительно учащаться. Возможны так называемые транспозиционные взрывы, ведущие к одновременным перемещениям нескольких разных МГЭ.

Не смотря на то, что к настоящему времени много известно о МГЭ, их биологическая сущность полностью установлена будет не скоро.

171

Глава 11. ОРГАНИЗАЦИЯ ГЕНОМОВ

«Геном – это совокупность носителей генетической информации, определяющих ее передачу от материнской биологической субстанции к дочерней, что является основой подобия структур и функций родственных биологических объектов. Основным носителем генетической информации является молекула ДНК и меньшей мере РНК (РНК-вирусы).

Возможна передача признаков в ряду поколений и через белковые структуры, например, прионы.»

А.В. Романюк

Размеры генома различных живых организмов значительно разнятся. При этом с увеличением их организации, как правило, увеличивается и размер генома (таблица).

172

ОРГАНИЗАЦИЯ ГЕНОМА ВИРУСОВ

Ви́русы(от лат. virus – яд) – внеклеточная форма жизни. Они представляют собой молекулы нуклеиновых кислот, заключённые в белковую оболочку, которая носит название капсид. Капсид обычно построен из белков одного или нескольких видов, что позволяет вирусу экономить место в геноме. Нуклеиновая кислота в комплексе с белками образует структуру, которая называется нуклеокапсид. Некоторые вирусы имеют внешнюю липидную оболочку. В составе вирусной частицы (вирионе) могут содержаться ферменты, необходимые для протекания жизненного цикла вирусов. Размеры различных вирусов колеблются от 20 до 500 и более нанометров.

Вирусы, являясь внутриклеточными паразитами, используют для своего размножения репликативный и белоксинтезирующий аппарат клетки-хозяина. Вне клетки они не способны размножаться. Одни из них паразитируют в клетках эукариот, другие в прокариотических клетках. Последних обычно называют бактериофагами.

Процесс взаимоотношения вируса и клетки можно разбить на несколько стадий.

Стадия 1. Адсорбция вируса на клеточной мембране. Обычно для ус-

пешной адсорбции является необходимым наличие на поверхности клетки специфического белка-рецептора, обеспечивающего присоединение вируса к мембране и последующее его проникновение внутрь нее.

Стадия 2. Проникновение вируса в клетку. На этой стадии вирус дос-

тавляет внутрь клетки свой генетический материал. Некоторые вирусы вместе с НК привносят в клетку также собственные белки, необходимые для обеспечения своего жизненного цикла.

Стадия 3. Перепрограммирование метаболизма клетки. В это время осуществляется преодоление противовирусной защиты клетки и создаются благоприятные условия для размножения вируса. Некоторые вирусы могут переходить в латентное состояние (интегрироваться в геном хозяина), практически не вмешиваясь в метаболизм клетки, и при определённых условиях активироваться и приступить к активной стадии инфекции.

Стадия 4. Синтез вирусных компонентов. На этой стадии происходит синтез вирусспецифических белков и репликация генома.

173

Стадия 5. Созревание вирусных частиц и выход их из клетки. Репли-

цированные геномные НК покрываются белками и сформировавшиеся вирионы выходят из клетки. Выход вируса из клетки часто сопровождается ее лизисом. Однако в некоторых случаях вирусы отпочковываются от плазматической мембраны, не вызывая её разрыва.

Геномы вирусов могут быть представлены либо ДНК, либо

РНК:

Геномы

вирусов

Около 95 % генома вирусов кодируют белки. Среди белков вирусов выделяют: структурные белки, ферменты, белки-

регуляторы. Число генов в геноме вирусов колеблется от нескольких до нескольких сотен: фаг Q – 4 гена, вирус оспы – около 250 генов.

Около 5 % генома приходятся на регуляторные последовательности. К таким последовательностям относятся промоторы, операторы и терминаторы, участки, обеспечивающие интеграцию вирусного генома в хромосому клетки-хозяина и липкие концевые последовательности линейных вирусных ДНК, обеспечивающие замыкание линейной молекулы в кольцевую форму. Гены, кодирующие рРНК и тРНК, в геномах вирусов обычно отсутствуют. Однако в геноме фага Т4 имеются гены, кодирующие несколько тРНК. В геномах вирусов гены могут находиться в пределах других генов или перекрываться. Некоторые гены вирусов могут транскрибироваться с разных промоторов. Гены вирусов эукариот имеют интрон-экзонную организацию. После синтеза белки вирусов в некоторых случаях подвергаются посттрансляционным модификациям, в результате которых они приобретают биологическую активность.

ДНК-СОДЕРЖАЩИЕ ВИРУСЫ

ДНК-геномы вирусов могут быть как одноцепочечными, так и двухцепочечными, кольцевыми или линейными:

174

ДНК-геномы

Линейные

Кольцевые Одноцепочечные Двухцепочечные

(Парвовирусы) (Т-фаги, лямбда фаг, аденовирусы)

У линейных двуцепочечных геномов не бывает «невыразительных» концов:

a)концы могут иметь прямые концевые повторы;

b)концы могут быть липкими;

c)некоторые вирусы имеют инвертированные повторы;

d)к 5’-концу могут быть присоединены вирусоспецифические белки;

e)комплементарные цепи могут быть ковалентно соединены между собой.

При репликации ДНК-геномов возникают трудности, связанные с тем, что синтез ДНК происходит в направлении от 5’- к 3’-концу, и ДНК-полимераза нуждается в затравке. Проблема возникает с заполнением бреши, образовавшейся в результате удаления РНК-затравки (рис. 11.1). ДНК-полимераза не может ее заполнить, потому что способна наращивать цепь ДНК только в направлении от 5’- к 3’-концу.

175

Репликации фага λ

Геномная НК фага λ представлена двухцепочечной линейной ДНК с липкими концами. В клетке линейная ДНК фага λ за счет липких концов образует кольцо и превращается в ковалентнозамкнутую форму. Точка начала репликации распознается фагоспецифическими белками. Затем клеточная праймаза осуществляет синтез затравки и происходит синтез дочерних цепей. На следующей стадии происходит разрыв одной из материнских цепей ДНК. В результате образуется, так называемая, -молекула ДНК. На поздних стадиях репликации молекула ДНК содержит множественные копии фагового генома. На заключительной стадии фагоспецифическая эндонуклеаза вносит ступенчатые разрывы в строго определенных местах, в результате образуются зрелые геномные молекулы ДНК фага λ (рис. 11.4).

Рис. 11.4. Схема репликации фага λ

Репликация фага Т-7

ДНК фага Т-7 – линейная двухцепочечная молекула (40 т.п.н.) с прямыми концевыми повторами. Инициация синтеза ДНК происходит внутри молекулы и протекает в двух направлениях. В результате образуются две молекулы ДНК с недостроенными 5’-концами.

178

3’-концы этих молекул комплементарны и между ними может возникнуть комплементарное взаимодействие (рис. 5) и затем цепи ДНК могут быть ковалентно соединены. На следующей стадии вносится ступенчатый разрыв. Вследствие этого образуются две молекулы ДНК с недостроенными 3’-концами, которые затем достраиваются (рис. 11.5). Таким образом, образуются полномерные геномные ДНК.

Рис. 11.5. Схема репликации фага Т-7

Репликация генома вируса гепатита В

ДНК вируса гепатита В образована полномерной (–) цепью ДНК (около 3,2 т.н), к 5’-концу которой присоединен белок, и ей комплементарной более короткой (+) цепью (1,7 – 2,8 т.н). (+) Цепь комплементарна обоим концам (-) цепи, и поэтому замыкает (-) цепь в кольцо (рис. 11.6.).

179