Back to chapter

6.7:

ДНК-геликазы и одноцепочечные ДНК-связывающие белки

JoVE Core
Molecular Biology
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Molecular Biology
DNA Helicases

Languages

Share

Задействованные в репликации ДНК геликазы известны как репликативные геликазы. В них шесть суб-единиц, которые окружают центральную пору, достаточно большую чтобы позволить одноцепочечной ДНК пройти через неё. Геликаза подвергается конформационным изменениям, чтобы скользить вдоль ДНК, используя энергию гидролиза АТФ.Каждая из шести субъединиц геликазы имеет сайт связывания АТФ с присущая АТФазной активностью способностью расщеплять АТФ до АДФ и неорганического фосфата. Когда геликаза расщепляет АТФ, субъединицы двигаются относительно друг друга, вызывая транслокацию ДНК. Чтобы начать раскручивать ДНК, геликаза связывается с одной цепью ДНК в начале репликации, и скользит по выбранной цепь ДНК.Как только геликаза раскручивает ДНК, в разделенных одноцепочечных молекулах ДНК могут образовываться петли со шпильками путем спаривания внутри цепей, или двухцепочечная ДНК путем спаривания между цепями. Эти цепи также уязвимы для атаки нуклеазами, которые могут переваривать ДНК. Чтобы этого не произошло, связывающиеся с одноцепочечной ДНК, или SSB, белки связываются с одноцепочечной ДНК последовательно, причём входящий SSB связывается рядом с существующим SSB.Эта совместная привязка белка SSB выпрямляет и защищает родительскую цепь ДНК, предотвращая образования петель-шпилек, или перемотка ДНК обратно на свою двухцепочечную структуру. Белки SSB плотно прикрепляются к сахарно-фосфатному остову ДНК и оставляют азотистые основания доступными для дополнительного связывания нуклеотидов, позволяя формировать дочернюю цепочку.

6.7:

ДНК-геликазы и одноцепочечные ДНК-связывающие белки

Хеликазы – ферменты, раскручивающие ДНК, являются одним из видов моторных белков. Моторные белки могут перемещаться по филаментам или полимерам, используя энергию, генерируемую гидролизом АТФ. Хеликазы участвуют во всех важных клеточных процессах, где требуется раскручивание ДНК, таких как репликация, репарация, рекомбинация ДНК и транскрипция. Они присутствуют во всех живых организмах, но различаются по своей структуре, функционированию и механизму действия. Например, у прокариот хеликаза DnaB связывается и перемещается по матрице отстающей цепи в направлении от 5' к 3'. В эукариотах белковый комплекс поддержания минихромосом (MCM) представляет собой ДНК хеликазу, которая связывается и перемещается вдоль матрицы ведущей цепи в направлении от 3' к 5'.

Хеликазы как терапевтические мишени

Являясь незаменимым компонентом механизма репликации ДНК, хеликаза становится новой мишенью для разработки лекарств против бактериальных и вирусных инфекций, а также для лечения рака. Раковые клетки характеризуются быстрой пролиферацией, что требует высокой скорости репликации ДНК и соответствующего увеличения продукции хеликазы MCM. Таким образом, ингибирование или истощение хеликазы МСМ подходящими препаратами может подавить быстрый рост раковых клеток.

Белки, связывающие одноцепочечную ДНК (SSB) – стабилизаторы и защитники одноцепочечной ДНК (оцДНК)</strong

Для успешной репликации ДНК раскручивание двухцепочечной ДНК должно сопровождаться стабилизацией и защитой отдельных одиночных цепей ДНК. Эту важную задачу выполняют белки, связывающие одноцепочечную ДНК (SSB). Они связываются с ДНК независимым от последовательности образом, что означает, что азотистые основания ДНК не обязательно должны присутствовать в определенном порядке для связывания с ней белков SSB. Связывание белков SSB выпрямляет одноцепочечную ДНК (оцДНК) и делает ее жесткой. Считается, что это повышает способность ДНК-полимеразы правильно выбирать основания, тем самым повышая точность репликации ДНК.

Постоянно растущая угроза появления устойчивых к лекарствам микроорганизмов требует разработки антибиотиков с новыми мишенями. Для этой цели исследуются белки SSB, в связи с их участием в репликации, рекомбинации и репарации ДНК.

Suggested Reading

  1. Tuteja, Narendra, and Renu Tuteja. "Prokaryotic and eukaryotic DNA helicases: essential molecular motor proteins for cellular machinery." European Journal of Biochemistry 271, no. 10 (2004): 1835-1848. https://febs.onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/j.1432-1033.2004.04093.x
  2. Seo, Yeon-Soo, and Young-Hoon Kang. "The human replicative helicase, the CMG complex, as a target for anti-cancer therapy." Frontiers in Molecular Biosciences 5 (2018): 26. https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmolb.2018.00026/full