Основы биохимии Том 3 - А. Ленинджер 1985

Молекулярные механизмы передачи генетической информации
Еще о генах: репарация, мутации, рекомбинация и клонирование
Спонтанное дезаминирование цитозина с образованием урацила может быть исправлено

В ДНК могут также происходить изменения, обусловленные химической лабильностью цитозина в водной среде. Остатки цитозина очень медленно самопроизвольно теряют свою аминогруппу в результате гидролиза и превращаются в остатки урацила, которые обычно отсутствуют в ДНК (рис. 30-3). Если цепь ДНК, содержащая остаток урацила, реплицируется, то урацил оказывается не в состоянии образовать достаточно прочные водородные связи с остатком гуанина (G), который служит нормальным партнером цитозина. Вместо этого урацил стремится к образованию пары с аденином. Когда новая цепь ДНК, несущая в своем составе неправильный остаток А, в свою очередь реплицируется, то в комплементарной цепи на этом месте появляется, естественно, Т. В результате дочерняя двухцепочечная ДНК будет содержать пару А-Т в том положении, где в исходной родительской ДНК до повреждения находилась пара G-C.

Репарация этого вида повреждений осуществляется весьма оригинальным путем (рис. 30-4). Сначала особый репарирующий фермент - урацил-ДНК - гликозидаза - удаляет с помощью гидролиза неправильное основание, т.е. урацил из поврежденной цепи, после чего фосфодиэфирная связь с 5'-стороны от потерявшего основание дезоксирибозофосфатного остатка расщепляется ДНК-полимеразой I. Далее ДНК-полимераза I присоединяет в это место к открывшемуся 3'-концу репарируемой цепи правильный остаток цитидина, который образует комплементарную пару с гуаниловым остатком, находящимся в неповрежденной цепи. Завершает репарацию ДНК-лигаза, которая ковалентно сшивает исправленную цепь.

Рис. 30-3. Спонтанное превращение цитозина ДНК в урацил; такое изменение, если его не исправить, может вызвать мутацию.

Гликозидаза, удаляющая из ДНК урацил, должна обладать высокой специфичностью; в противном случае она бы принесла гораздо больше вреда, нежели пользы. К счастью, этот фермент действительно не выщепляет урацил из РНК и не вырезает тимин из ДНК. Это обстоятельство позволяет высказать предположение, которое может помочь понять, почему ДНК вместо урацила содержит тимин. Все дело в том, что если бы в состав нормальной ДНК входил и цитозин, и урацил, то отличить остатки урацила, исходно присутствовавшие в ДНК, от остатков урацила, появившихся в результате спонтанного дезаминирования цитозина, было бы невозможно; и только потому, что ДНК в норме содержит не урацил, а тимин, система репарации может узнавать и удалять остатки урацила, образовавшиеся при спонтанном гидролизе цитозина.

Рис. 30-4. Репарация спонтанного превращения цитозина в урацил. Урацил может быть удален при помощи ферментов, после чего лишенный основания дезоксирибозофосфат замещается на правильный остаток дезоксицитидинфосфата.