Биохимия - Химические реакции в живой клетке Том 3 - Д. Мецлер 1980

Биохимическая генетика и синтез нуклеиновых кислот и белков
Репликация ДНК
Физические и топологические проблемы

Вернемся теперь к вопросу, который в свое время казался сравнительно простым, а именно к синтезу ДНК. Сегодня мы знаем, что репликация — это сложный процесс, для осуществления которого необходимо кооперативное действие как минимум десяти продуктов различных генов, и, возможно, связывание с мембранными участками [185]. Длительное время не удавалось создать удовлетворительную систему для изучения синтеза ДНК in vitro. Проблема синтеза ДНК приобрела еще большее значение после того, как было установлено, что ферменты, принимающие участие в репликации ДНК, могут быть необходимы также для процессов генетической рекомбинации, репарации (восстановления) поврежденных молекул ДНК, а также функционирования определенных защитных систем клеток.    

В хромосоме Е. coli содержится ДНК длиной больше 1 мм, упакованная в клетке, длина которой не превышает 2 мкм. Длина диплоидной ДНК, содержащейся в клетках человека, размер которых не превышает 20 мкм, достигает 1,5 м. Расплетание двойных спиралей ДНК в репликационных вилках требует быстрого вращения цепей (разд. А, 3,а). Хотя с чисто химической точки зрения процесс расплетания 3000 оснований за одну секунду не представляет проблемы, все же трудно представить себе, как две копии реплицируемой хромосомы даже в клетках Е. coli могут разделяться, не запутываясь. Частично ответить на этот вопрос можно, если вспомнить о существовании ДНК-расплетающнх белков (разд. Д, 5, в), а также «ДНК-релаксирующих», или «раскручивающих», ферментов [185, 186] (см. также рис. 2-27). Важную роль играет при этом также организация хромосомы.

Проведенные в последнее время эксперименты подтвердили правильность уже давно выдвинутого предположения о том, что хромосома Е. coli прикреплена во многих специфических участках к мембране [187]. Спираль ДНК очень плотно упакована в форме 12—80 суперспирализованных петель. Об этом важно помнить при рассмотрении электронных микрофотографий, например, таких, как приведенная на рис. 15-26. Перед тем, как получить эти фотографии, молекулы ДНК раскручивали до открытой кольцевой или какой-либо другой некомпактной формы. Вполне возможно, что участки, в которых происходит репликация, специфично локализованы на мембране таким образом, что ДНК, передвигаясь через эти точки репликации, подвергается воздействию комплекса связанных с мембраной ферментов. Сходным образом в случае эукариотических клеток удалось показать, что ДНК связывается с ядерной мембраной [188а, 189].