Подовження кінців еукаріотичної хромосоми

Ще одна характерна відмінність еукаріотичної хромосоми полягає в тому, що вона є, на відміну від прокаріотичної, лінійною – має два кінці. Внаслідок цієї простої обставини на 3'-кінцях матричних ланцюгів ДНК залишаються одноланцюгові хвости (рис. 9.21): два РНК-праймери на 5'-кінцях ланцюгів, що синтезовані, видаляються, а прогалина не може бути заповненою, оскільки немає 3'-кінця, який міг би бути використаним у якості праймера. Одноланцюгові хвости піддаються швидкій нуклеазній деградації, і, таким чином, після кожної реплікації хромосома має вкоротитися.

Рис. 9.22. Подовження кінців хромосоми за допомогою теломерази.

Кінцеві ділянки ДНК еукаріотичної хромосоми – теломери – складаються з невеликих елементів послідовності, що тандемно повторюються – теломерних повторів. Подовження теломер після реплікації здійснюється за допомогою спеціального ферменту – теломерази, яка є РНК-залежною ДНК-полімеразою. РНК-матриця входить до складу самого ферменту і містить ділянку, комплементарну теломерному повтору (рис. 9.22). Використовуючи цю ділянку як матрицю і 3'-кінець як праймер, теломераза покроково добудовує до 3'-кінця кілька копій теломеразного повтору. Далі подовжений одноланцюговий хвіст використовується як матриця для синтезу іншого ланцюга за звичайним реплікативним механізмом. Видалення РНК-праймера після цього не є проблемою, оскільки хромосома вже є подовженою.

Теломераза є неактивною у диференційованих соматичних клітинах вищих еукаріотів. Відповідно, певне критичне скорочення теломерів, яке відбувається у таких клітинах після кількох десятків клітинних поділів, є одним з ключових механізмів активації програми їх загибелі.

Репарація днк

Репарація (repair) ДНК – один із загальних біологічних процесів, який спрямований на виправлення помилок синтезу ДНК при реплікації, а також численних пошкоджень, що виникають в ДНК унаслідок дії хімічних та фізичних факторів. До таких пошкоджень відносять різноманітні хімічні модифікації азотистих основ, ковалентні зшивки сусідніх піримидинів (утворення піримидинових, найчастіше тимінових, димерів) під дією ультрафіолетового випромінювання, одно- та дволоанцюгові розриви під дією іонізуючої радіації та вільних радикалів тощо. Часто системи репарації працюють під час або відразу після реплікації. Більшість репараційних процесів передбачає видалення пошкодженої одноланцюгової ділянки з наступним синтезом ДНК за допомогою ДНК-полімераз. Але є й такі процеси, що пов'язані з безпосереднім “виправленням“ пошкодженого елементу за рахунок прямої дії певних ферментів.

Пряма репарація

Найбільш очевидним випадком прямої репарації є зашивання одноланцюгового розриву ДНК лігазою (див. рис. 9.13).

Іншим спільним для усіх живих організмів (за винятком ссавців) шляхом прямої репарації є так звана фотореактивація – руйнування піримидинових димерів (рис. 9.23),

Рис. 9.23. Тиміновий димер.

що були індуковані ультрафіолетовим світлом, ферментом фотоліазою. Фотоліаза (або її власні амінокислотні залишкі, або зв'язані з білком простетичні групи) здатна поглинати світло, що призводить до активації ферменту. Тобто світло, яке викликає утворення піримидинових димерів, одночасно активує фотоліазу, яка каталізує розрив ковалентних зв'язків між сусідніми піримидинами (рис. 9.23) і, таким чином, відновлення структури ДНК.

Одним з найбільш загальних пошкоджуючих впливів на ДНК є алкілування азотистих основ – ковалентне приєднання метильних чи етильних груп до атомів О або N. Пряма репарація таких пошкоджень є можливою за рахунок активності специфічних метилтрансфераз, що відщеплюють метильні групи (зокрема, таким шляхом репаруються О⁶-метилгуанін та О⁴-метилтимін). Строго кажучи, ці метилтрансферази не є ферментами: вони відщеплюють метильну групу та необернено ковалентно приєднують її до залишку Cys у своєму активному центрі – для нового акту деметилювання необхідна нова молекула білка.