БІОХІМІЯ - Підручник - Остапченко Л. І. - 2012

Розділ 10. МЕТАБОЛІЗМ НУКЛЕЇНОВИХ КИСЛОТ

10.6.Біосинтез ДНК (реплікація)

10.6.3.Модифікація ДНК

Після завершення циклу синтезу ДНК деякі пуринові й піримідинові основи у складі молекули можуть піддаватися хімічній модифікації. Причому ступінь і характер модифікацій батьківських молекул ДНК точно відновлюється в заново синтезованих молекулах і стало успадковується.

У прокаріотичних організмів хімічної модифікації зазнають азотисті основи у складі ДНК, що містяться у вигляді метильованих, гідроксилметильованих або глюкозильованих форм.

У кожній бактеріальній клітині присутній фермент (ферменти), які визначають тип модифікації її ДНК. Особливо значимим маркеруванням є післяреплікативне метилювання ДНК, яке відбувається у специфічних місцях (сайтах) за допомогою ферментів - ДНК-метилтрансфераз ДНК-метилаз). Ці ферменти каталізують перенесення метильних груп від активної форми метіоніну - S-аденозилметіоніну на аденіновий (з утворенням N-6-метиладеніну) або цитозиновий (з утворенням 5-метилцитозину) залишки в межах сайту впізнавання.

Для кожного виду бактерій є особливим характер розподілення метильованих основ вздовж ДНК, який відрізняється від такого в інших видів. Різниця за місцем метилювання забезпечує чутливість чужорідних ДНК до дії специфічних ендонуклеаз (рестриктаз), котрі впізнають відсутність метильних груп у відповідних сайтах і розрізають таку незвичну для даної клітини ДНК, хоча остання може бути метильована за іншим сайтом.

Таким чином, ДНК-метилази, які здійснюють специфічну модифікацію, упізнають ту саму нуклеотидну послідовність (4-6 нуклеотидних пар), що й рестриктази. Подібна система рестрикції та модифікації досить поширена в бактерій і виконує захисні функції щодо внутрішньоклітинних рестрикційних ендонуклеаз, які в разі відсутності відповідної сайт-специфічної модифікації розщеплюють ДНК у цих місцях.

На відміну від прокаріотів функціональна роль метилювання ДНК в еукаріотів не пов'язана з рестрикцією немодифікованих основ.

ДНК-метилази еукаріотичних клітин локалізуються в ядрах і мітохондріях і каталізують перенесення метильних груп до всіх залишків аденіну в послідовності -ГАТЦ- (з утворенням N-6-ме- тиладеніну) і цитозину в послідовності -ГЦ- (з утворенням 5-метилцитозину). Як джерело метильних груп фермент використовує S-аденозилметіонін.

Досі остаточно не з'ясована функціональна роль метилювання ДНК в еукаріотів. Складність даної проблеми зумовлена, мабуть, поліфункціональністю метилювання ДНК, тобто воно залучене в найрізноманітніші процеси. Однією з версій значимості метилювання ДНК в еукаріотів є встановлений факт позитивної кореляції між функціональною активністю клітин і вмістом 5-метилцитозину - старіння супроводжується падінням рівня 5-метилцитозину в ДНК.

Не виключена можливість того, що наявність метильних груп у ланцюгах ДНК необхідна для формування структури хромосом. З погляду органічної хімії метилювання цитозину в складі ДНК має посилювати взаємодію з комплементарною основою - гуаніном. Це приводить до зміцнення відповідної ділянки ДНК, оскільки СН₃-групи посилюють гідрофобні властивості основ.

Заслуговує на увагу той факт, що протягом нетривалого часу в молекулі ДНК нуклеотидні послідовності -ГАТЦ- метильовані по аденіну тільки в матричному, але не в заново синтезованому ланцюзі. Ця різниця використовується ферментами репарації (відновлення) для виправлення помилок, які можуть виникати під час реплікації ДНК.

І нарешті, установлено, що ступінь метилювання ДНК неоднаковий у різних ділянках молекули й корелює з експресією генів - неактивні гени зазвичай метильовані значніше, ніж ДНК генів, які активно експресуються. Подібну залежність можна розглядати як один із можливих механізмів, що забезпечує пряме успадкування функціонального статусу генів у клітинах еукаріотів.