Главная Случайная страница


Категории:

ДомЗдоровьеЗоологияИнформатикаИскусствоИскусствоКомпьютерыКулинарияМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОбразованиеПедагогикаПитомцыПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРазноеРелигияСоциологияСпортСтатистикаТранспортФизикаФилософияФинансыХимияХоббиЭкологияЭкономикаЭлектроника






Способи реплікації генома РНК-вмісних вірусів

Як відомо, у багатьох вірусів геномом служить не ДНК, а РНК (це т. н. РНК-содержащие віруси). Для реплікації таких геномів використовуються дві ферментні системи.

У одних випадках (у ретро-вирусов, в т. ч. вірусу СНІДУ і деяких онкогенних вірусів) це зворотна транскриптаза, або РНК-залежна ДНК-полімераза. Вона послідовно каталізує три процеси:

- синтез (-) -ланцюга ДНК на вірусній (+) -РНК як на матриці;

- руйнування вірусної РНК у складі утвореного гібрида РНК-ДНК;

- синтез (+) -ланцюга ДНК на (-) -ланцюга з утворенням дволанцюгової ДНК.

Остання, зазвичай, інтегрується в геном клетини господаря і служить матрицею для синтезу вірусних мРНК РНК-полімеразною системою. Отже синтез РНК тут відбувається звичайним способом; тому детальніше на цій системі ми не зупиняємось.

Поширеніший інший спосіб реплікації РНК-вмісних вірусів. В ньому використовується інший фермент - РНК-синтетаза (чи РНК-залежна РНК-полімераза). Тут на вірусній РНК як на матриці синтезується не ДНК, а РНК (див. мал.). Причому це відбувається в цитоплазмі зараженої клітини : в одних випадках - поза вірусною часткою, в інших - усередині такої.

Механізм процесу багато в чому схожий з механізмом РНК-полімеразної реакції : субстратами служать рНТФ; синтезований ланцюг антипаралельний і комплементарний матричній, а росте у напрямі 5 '→3´ (отже, матричний ланцюг зчитується у напрямі 3 '→5').

При цьому в різних вірусах з РНК синтетазним механізмом реплікації використовуються дещо відмінні схеми. Це, головним чином, залежить від того, яка саме РНК служить як геном.

(+)-РНК-вмісні віруси, що використовують РНК-синтетазу

У пікорнавірусах знаходиться т. з. (+) -РНК (див.мал.). Це означає, що вона може безпосередньо використовуватися в трансляції як мРНК.

Усередині вірусної частини РНК не асоційована з білком. Тому після того, як вірус потрапляє в клітину і втрачає свою оболонку, його РНК стає доступною для зв'язування з нею рибосом клітини.

При цьому утворюється єдиний поліпептидний ланцюг, який потім розщепляється на 7 вірусних білків. Шість з них потім увійдуть до складу нових вірусних частин, а сьомий білок - фермент РНК-синтетаза, відсутній у вірусних частинах.

Таким чином, реплікація вірусної РНК може починатись тільки після її трансляції і накопичення певної кількості РНК-синтетази.

Сама ж реплікація йде в 2 етапи - приблизно так, як це було показано на мал. попередньому. На першому етапі на (+) -РНК як на матриці утворюються (-) ланцюги РНК, а на другому етапі ці (-) -ланцюги РНК служать матрицею для синтезу (+) -ланцюгів РНК, ідентичних вірусним.

Ці знову утворені (+) -ланцюги РНК можуть використовуватися по трьох напрямах:

· в трансляції (як мРНК) для утворення вірусних білків;

· у реплікації - для утворення нових ланцюгів РНК;

· в збірці (разом з вірусними білками) нових вірусних часток.

(-) РНК-вмісні віруси

Інші віруси (наприклад, рабдовіруси і параміксовируси) містять (-) -РНК (див.мал.), до трансляції не здатні. Замість трансляції вона бере (як матриця) участь в транскрипції – утворенні п'яти моноцистронних (+) -РНК, які і виступають згодом як мРНК. Процес каталізується РНК-синтетазой, що міститься у вірусній частинці.

У зв'язку з іншою біологією вірус має і іншу, більш складну, організацію. Зокрема, (-) -РНК упакована за допомогою білків в т. з. нуклеокапсид, у складі якого залишається і після проникнення вірусу в клітину.

 

Серед білків нуклеокапсиду знаходяться два ферменти - різновиди РНК-синтетази. Один фермент здійснює вже згадувану транскрипцію (-) -РНК. Утворені при цьому вірусні про-мРНК піддаються дозріванню: у них формуються "ковпачки" і пів(А) -фрагменти. Ймовірно, лише після цього мРНК покидають матричний нуклеокапсид і зв'язуються з рибосомами зараженої клітини.

У якийсь момент нуклеокапсид перемикається на інший процес - реплікацію. Можливо, це досягається шляхом модифікації ферментів або усього нуклеокапсиду. Реплікація здійснюється іншим різновидом РНК-синтетази.

Процес знову включає 2 етапи:

- утворення на (-) -ланцюгу як на матриці (+) -ланцюги РНК і утворення на (+) -ланцюгах як на матриці (-) ланцюгів РНК.

Новосинтезовані (-) РНК покидають нуклеокапсид і об'єднуються з новосинтезованими ж вірусними білками в нові нуклеокапсиди.

(±) РНК-вмісні віруси

Нарешті, реовируси містять в якості генома близько 10 різних дволанцюгових молекул РНК, які можна позначити як (±) –РНК.

Принцип репродукції цих вірусів такий же, якби геномом була дволанцюгова ДНК. Тільки ключовим ферментом є РНК-синтетаза.

Неодноразово транскрибуючі (-) -ланцюги (±) РНК, цей фермент утворює (+) -ланцюги, які виступають в якості мРНК. А для накопичення нових дволанцюгових молекул (±) -РНК, очевидно, потрібне використання як матриці обох ланцюгів вірусної РНК.

Полінуклеотидфосфорилаза

У деяких клітинах (як бактерійного, так і тваринного походження) є фермент полінуклеотидфосфорилаза (ПНФаза). Він каталізує реакцію, яка може йти як в прямому, так і в зворотному напрямах.

Прямий напрямок реакції - розщеплення РНК шляхом фосфоролізу. Це означає, що як літичного агента використовується не вода, а фосфорна кислота. Завдяки цьому продуктами реакції є не нуклеозидмоно-, а нуклеозиддифосфати (рНДФ).

Очевидно, суть зворотної реакції - об'єднання рНДФ в полінуклеотидний ланцюг (з вивільненням фосфатних залишків) :

вільні рНМФ → залишки рНДФ в полинуклеотидной ланцюзі + фосфат

 

При цьому матриця не використовується, і тому склад і довжина продукту визначаються випадковими обставинами - концентрацією вільних рНДФ в середовищі і тому подібне.

Невідомо, чи грає ця реакція яку-небудь роль в клітині.

У експерименті ж ПНФаза довгий час широко використовувалась для синтезу полірибонуклеотидів необхідного складу, які потім служили як мРНК для розшифрування генетического коду.

Наприклад, синтезувавши пів(У), виявили, що в білок-синтезуючій системі цей полінуклеотид викликає утворення пептиду з одних залишків фенілаланіна. Звідси - висновок про те, що триплет УУУ кодон фенілаланіна.

Коли ж був синтезований полімер пів(УГ) із закономер­ним чергуванням У і Г, тобто що містить триплети двох видів (УГУ і ГУГ), виявилось, що під його впливом в пептид з тією ж черговістю включаються дві амінокислоти - цистеїн і валін. Отже, кодон цистеїна - УГУ, а кодон валіну - ГУГ.

І так далі: так само був розшифрований зміст усіх 64 кодонів.

РОЗПАД мРНК

Досі ми говорили про утворення РНК. Тепер же коротко обговоримо, як розпадаються РНК; найцікавіше це питання відносно матричних РНК.

Правда, на відміну від розглянутих вище процесів, розпад мРНК відбувається (у еукаріот) не в ядрі клітини, а в цитоплазмі - там, де вони функціонують. Проте зручніше звернутися до цієї проблеми зараз щоб висвітлити відразу і другу сторону обміну мРНК.

Руйнування мРНК бактерій з 5´ -конца-ефект положення

У бактерій (принаймні, у деяких їх видів) розпад мРНК може починатися з 5'- кінця, тобто відбуватися в тому ж напрямі (5 '→3'), в якому мРНК синтезується на ДНК і за тим транслюється рибосомами.

Нагадаємо також, що у бактерій немає ядра, а мРНК виявляються поліцистронними, тобто досить довгими.

Усі ці причини призводять до того, що в якісь моменти часу один і той же ланцюг мРНК може одночасно брати участь в трьох процесах (див.мал.) :

· своєму утворенні на ДНК (в ході чого продовжує подовжуватись зі свого 3'-кінця);

· своєму функціонуванні, тобто поцистронній трансляції рибосомами;

· своєму розпаді, тобто поступовому укороченні з 5 '- кінця за рахунок дії 5'-РНКази.

У свою чергу, цей феномен може призводити до т. з. ефекту положення. Суть його в тому, що кратність трансляції будь-якого цистрона (тобто кількість разів, скільки він устигає прочитуватися рибосомами) залежить від положення цього цистрона в опероні. У одних випадках при переході від першого цистрона до останнього кратність трансляції закономірно зменшується, а в інших так само закономірно збільшується.

Дійсно, допустимо, що 5'-РНКаза зв'язалася з 5'- кінцем мРНК після того, як з ним встигли зв'язатися 10 рибосом: така кратність трансляції першого цистрону.

І нехай 5'-РНКаза укорочує мРНК з 5 '- кінця швидше, ніж РНК-полімераза подовжує мРНК із 3'-конца.

Тоді кожен наступний цистрон існуватиме менший час, чим попередній. Відповідно, менша кількість рибосом встигне зв'язатися з ним і здійснити трансляцію. Тобто в цьому прикладі кратність трансляції буде в опероні закономірно зменшуватися.

Кокретні ж значення тривалості життя цистронів мРНК у бактерій дуже невеликі: зазвичай варіюють в межах 2 3 хвилин.

Последнее изменение этой страницы: 2017-08-22

lectmania.ru. Все права принадлежат авторам данных материалов. В случае нарушения авторского права напишите нам сюда...