Страйер Л. Биохимия. Том 3

Подождите немного. Документ загружается.

трансфераза расположены на внутренней

стороне ЭР. Об этом свидетельствует тот

факт, что белки в цитозоле не гликозилиро-

ваны. Олигосахарид может быть присоеди-

нен только к такому аспарагину, который

входит в последовательность Asn-X-Ser или

Asn-X-Thr. В большинстве случаев два из

трех остатков глюкозы присоединенного

олигосахарида быстро удаляются, когда

гликопротеин еще связан с ЭР.

При переносе олигосахарида на белок вы-

свобождается долихолпирофосфат, ко-

торый под действием фосфатазы снова пре-

вращается в долихолфосфат. Это превраще-

ние блокируется антибиотиком бацитраци-

ном (разд. 32.6). Еще один интересный

антибиотик-ингибитор - туникамицин, ги-

дрофобный аналог UDP-N-ацетилглюко-

замина. Туникамицин блокирует первый

этап образования олигосахаридного

«ядра» - присоединение N-ацетилглюкоза-

мина к долихолфосфату.

29.32. Модификация и сортировка

гликопротеинов происходит в аппарате

Гольджи

Белки, находящиеся во внутреннем про-

странстве ЭР и в его мембране, переносятся

в аппарат Гольджи - стопку уплощенных

мембранных мешков (рис. 29.47). В этой ор-

ганелле олигосахаридное «ядро» гликопро-

теинов удаляется и к ним присоединяются

новые сахара. Кроме того, аппарат Гольджи

сортирует и упаковывает гликопротеины

для транспортировки в другие участки клет-

ки. Гликопротеины доставляются из ЭР

к выпуклой поверхности аппарата Гольджи

в пузырьках диаметром 500 А, окруженных

оболочкой, покрытой чем-то вроде щетинок

(рис. 29.48). Эта оболочка представляет со-

бой многогранную решетчатую структуру,

состоящую из субъединиц клатрина массой

180 кДа (рис. 29.49). Эти так называемые

окаймленные пузырьки отпочковываются от

ЭР и затем сливаются с аппаратом Гольд-

жи. Кроме того, они переносят мембранные

белки от вогнутой поверхности аппарата

Гольджи в лизосомы, к плазматической

мембране и в другие участки клетки. К тому

же окаймленные пузырьки переносят белки

и липиды от плазматической мембраны

к внутренним мембранам. Таким образом,

клатрин играет ключевую роль в переносе

фрагментов мембраны в пределах клетки.

Важно отметить, что во время этих процес-

сов переноса асимметрия мембран сохра-

няется. Внутренняя поверхность мембраны

Рис. 29.46. Активированное олигосаха-

ридное ядро синтезируется пу-

тем последовательного при-

соединения отдельных остат-

ков сахаров. Затем весь блок

переносится на боковую цепь

определенного остатка аспа-

рагина новообразованного

белка во внутреннем простран-

стве ЭР.

окаймленного пузырька и аппарата Гольд-

жи соответствует внутренней стороне мем-

браны ЭР. Когда окаймленные пузырьки

сливаются с плазматической мембраной, их

внутренняя поверхность становится наруж-

ной поверхностью плазматической мем-

браны. Следовательно, внутренние поверх-

29. Хромосомы и выражение

генов у эукариот

161

Рис. 29.47. Электронная микрофотогра-

фия (вверху) и схематическое

изображение (внизу) аппарата

Гольджи. В этой органелле

происходит модификация,

сортировка и упаковка глико-

протеинов. (Электронная ми-

крофотография печатается

с любезного разрешения д-ра

Lynne Mercer.)

ности мембраны ЭР и других органелл

соответствуют наружной поверхности плаз-

матической мембраны (рис. 29.50). По этой

причине углеводные группы гликопротеи-

нов плазматической мембраны всегда рас-

положены на ее наружной поверхности

(разд. 10.12).

В аппарате Гольджи происходит пере-

стройка олигосахаридных групп гликопро-

теинов. Единственная оставшаяся глюкоза

и несколько оставшихся манноз олигосаха-

ридного «ядра» удаляются. На этом форми-

рование углеводных остатков некоторых

гликопротеинов заканчивается. Более

сложные олигосахариды других гликопро-

теинов образуются путем последовательно-

го присоединения сахаров к остаткам

162

Часть IV.

Информация

Рис. 29.48. Электронная микрофотогра-

фия окаймленных пузырьков

(вверху). Схема окаймленного

пузырька. (Печатается с любез-

ного разрешения д-ра Barbara

Pearse.)

Рис. 29.49. Изображение реконструиро-

ванного окаймленного пузырь-

ка. Оно получено наложением

многих электронных микрофо-

тографий. [Woodwart M, Р.,

Roth Т. F., J. Supramol. Struc-

ture, 11, 240 (1979).]

Рис. 29.50. Асимметрия клеточных мем-

бран. Внутренние поверхности

ЭР и других органелл соответ-

ствуют наружной поверхности

плазматической мембраны.

«ядра». Например, в качестве активиро-

ванных доноров при синтезе концевого три-

сахаридного остатка, обнаруженного в не-

которых гликопротеинах, выступают UDP-

N-ацетилглюкозамин, UDP-галактоза

и СМР-нейраминидат (рис. 29.51). Этот по-

следний этап биосинтеза, протекающий

в аппарате Гольджи, получил название

окончательного гликозилирования - в отли-

чие от гликозилирования олигосахаридного

«ядра», которое происходит в ЭР.

Как происходит сортировка гликопротеи-

нов в аппарате Гольджи? Каким путем они

доставляются в места назначения? Ответа

на эти интригующие вопросы пока нет, но

ключом к пониманию проблемы может по-

служить болезнь I-клеток (ее также назы-

вают муколипидозом II). Это нарушение

функции лизосом наследуется как ауто-

сомный рецессивный признак и характери-

зуется сильной задержкой психомоторного

развития и деформацией скелета. Лизосомы

в соединительных тканях больных содержат

крупные включения (название болезни про-

исходит от англ. inclusion - включение) непе-

реваренных гликозаминогликанов и глико-

липидов. Наличие этих включений обусло-

влено отсутствием в лизосомах больных по

меньшей мере восьми ферментов, необхо-

димых для их расщепления. В то же время

огромные количества этих ферментов обна-

руживаются в моче и крови больных. Следо-

вательно, синтез активных ферментов при

болезни I-клеток происходит, но вместо то-

го, чтобы запасаться в лизосомах, они экс-

портируются из клетки. Другими словами.

при болезни I-клеток целый ряд ферментов

локализуется в неправильном месте. Эти

ферменты не содержат маннозо-6-фосфата,

который обычно с ними связан. Следова-

тельно, маннозо-6-фосфат, по всей вероят-

ности, представляет собой маркер, напра-

вляющий в норме многие гидролитические

ферменты из аппарата Гольджи в лизосомы.

Интересно выяснить, участвуют ли угле-

водные остатки других гликопротеинов

в регуляции внутриклеточных передвиже-

ний.

Заключение

Эукариотическая хромосома содержит одну

молекулу двухспиральной ДНК, которая по

крайней мере в 100 раз длиннее, чем моле-

кулы ДНК в клетках прокариот. ДНК проч-

но связана с основными белками, которые

называются гистонами. Хроматиновая нить

представляет собой гибкую цепь нуклеосом.

«Ядро» этого повторяющегося элемента

(минимальная нуклеосома, кор) содержит

фрагмент ДНК длиной 140 пар оснований,

накрученный на октамер гистонов, в состав

которого входят по две молекулы гистонов

Н2А, Н2В, Н3 и Н4. Минимальные нуклео-

сомы соединены между собой линкерной

ДНК, длина которой обычно составляет 60

пар оснований, связанной с одной молеку-

лой гистона H1. Благодаря нуклеосомам

ДНК может укорачиваться в семь раз.

Это - первый уровень конденсации ДНК.

Эукариотическая ДНК реплицируется полу-

консервативным путем и наполовину не-

прерывно (т.е. получает по одной из роди-

тельских цепей), причем репликация на-

29. Хромосомы и выражение

генов у эукариот

163

Рис. 29.51. Завершающая стадия синтеза

содержащего нейраминидат

углеводного остатка гликопро-

теина (трансферрина человека).

Эта реакция происходит в ап-

парате Гольджи.

чинается в нескольких тысячах мест. Боль-

шое число точек инициации обусловлено

огромной длиной эукариотической ДНК по

сравнению с прокариотической.

Кинетика реассоциации денатурирован-

ной нагреванием ДНК показывает, что эука-

риотическая ДНК в отличие от прокариоти-

ческой содержит много повторяющихся

последовательностей оснований. ДНК

164

Часть IV.

Информация

с большим числом повторов (сателлитная

ДНК) обычно расположена вблизи от цен-

тромер. Некоторые сателлитные ДНК пред-

ставляют собой гептануклеотидную после-

довательность, повторенную более 10

раз.

Другая фракция ДНК с умеренным числом

повторов. В геноме многих эукариот гены

рибосомных РНК и гистонов присутствуют

в количестве десятков или сотен копий.

Большая часть ДНК с умеренным числом

повторов играет, по-видимому, какую-то

регуляторную роль. Третья фракция - уни-

кальная ДНК. Она состоит из последова-

тельностей, которые встречаются в га-

плоидном геноме только один или несколь-

ко раз. Многие из таких белков, как

фиброин шелка, гемоглобин и овальбумин,

кодируются уникальными генами. Эти гены

дают большие количества стабильной

мРНК. Уникальные последовательности

обычно перемежаются с умеренно повто-

ряющимися последовательностями. Кроме

того, для высших эукариот характерно на-

личие вставочных последовательностей во

многих генах, кодирующих белки.

РНК в эукариотических клетках синтези-

руется тремя типами РНК-полимераз. Пер-

вичные транскрипты претерпевают суще-

ственные изменения, прежде чем они перей-

дут из ядра в цитозоль в виде зрелых

молекул рРНК, тРНК и мРНК. Информа-

ционные РНК получаются из гораздо более

длинных первичных транскриптов (гяРНК)

путем расщепления и воссоединения фраг-

ментов. Эукариотическая информационная

РНК имеет на 5'-конце «колпачок» и на

3'-конце обычно длинную роlу(А)-последо-

вательность. Единственный транслируемый

участок мРНК обрамлен некодирующими

последовательностями, иногда очень

длинными. Набор мРНК в эукариотической

клетке зависит от избирательного процес-

синга первичных транскриптов, а также от

скорости транскрипции различных генов.

Регуляция на уровне трансляции, по-види-

мому, играет менее важную роль при детер-

минировании набора белков, синтези-

руемых каждой данной клеткой. 80S-рибо-

сома эукариот состоит из 60S- и 40S-субча-

стиц. Как и у прокариот, у эукариот имеется

особая инициаторная тРНК, но она не фор-

милирована. Инициация у эукариот регули-

руется каскадом протеинкиназ, инактиви-

рующих один из факторов инициации

(eIF-2). Митохондрии и хлоропласты содер-

жат собственную ДНК, которая не связана

с гистонами. Синтез белка в этих органел-

лах напоминает синтез белка у бактерий.

Секреторные и мембранные белки синте-

зируются рибосомами, связанными с эндо-

плазматическим ретикулумом. Многие из

этих белков содержат сильно гидрофобную

N-концевую последовательность, которая

служит сигналом для прикрепления рибо-

сомы к мембране ЭР. Затем синтезирую-

щаяся полипептидная цепь активно протя-

гивается через мембрану ЭР, а сигнальная

последовательность отщепляется на вну-

тренней стороне. Почти ко всем белкам,

синтезированным на связанных с мембрана-

ми полисомах, ковалентно присоединяется

один или несколько углеводных остатков.

В ЭР происходит перенос универсального

олигосахаридного блока с активированного

донора долихола на специфическую аспара-

гиновую боковую цепь. Гликопротеины

переносятся из ЭР в аппарат Гольджи

в окаймленных пузырьках. Эти пузырьки,

покрытые клатрином, участвуют во многих

процессах обмена между мембранными

структурами. В аппарате Гольджи происхо-

дит укорачивание и окончательное гликози-

лирование олигосахаридных остатков. Кро-

ме того, здесь гликопротеины сортируются

и отправляются по назначению. Угле-

водные остатки, по-видимому, играют важ-

ную роль в этом процессе сортировки.

Рис. 29.52. Электронная микрофотогра-

фия окаймленных пузырьков,

лежащих на плазматической

мембране клетки. (Печатается

с любезного разрешения д-ра

John Heuser.)

РЕКОМЕНДУЕМАЯ

ЛИТЕРАТУРА

С чего начать

Crick F., 1979. Split genes and RNA

splicing, Science, 204, 264-271.

DeRobertis E.M., Gurdon J.B., 1979.

Gene transplantation and the analysis

of development, Sci. Amer., 241(6),

74-82.

Beerman W., Clever U., 1974.

Chromosomal puffs, Sci. Amer., 210(4),

50-58.

Palade G., 1975. Intracellular aspects of

the process of protein synthesis. Science,

189, 347-358. (Доступная и весьма ин-

формативная Нобелевская лекция.)

Rothman J.E., Lodish H.F., 1979. The

assembly of cell membranes, Sci. Amer.,

240(1), 48-63. (Превосходное обсу-

ждение проблемы асимметрии мем-

бран.)

Хроматин

Cold Spring harbor Symposia, 1978.

Chromatin, Cold Spring Harbor

Symposia on Quantitative Biology,

vol.

42.

McGhee J.D., Felsenfeld G., 1980.

Nucleosome structure, Ann. Rev.

Biochem., 49, 1115-1155.

Kornberg R.D., 1977. Structure of

chromatin, Ann. Rev. Biochem., 46,

931-954.

Kornberg R.D., 1974. Chromatin struc-

ture: a repeating unit of histones and

DNA, Science, 184, 868-871.

Sperling R., Wachtel E.J. The histones,

Advan. Protein Chem., in press.

Репликация ДНК

Kornberg A., 1980. DNA Replication,

Freeman. (В гл. 6 идет речь об эука-

риотической ДНК-полимеразе и о ре-

пликации у эукариот.)

DePamphilis M.L., Wassarman P.M.,

1980. Replication of eucaryotic

chromosomes: a close-up of the

replication fork, Ann. Rev. Biochem., 49,

627-666.

Kriegstein H.J., Hogness D.S., 1974.

The mechanism of DNA replication in

Drosophila chromosomes: structure of

replication forks and evidence for

bidirectionality, Proc. Nat. Acad. Sci.,

71, 135-139.

Организация генома

Britten R., Kohn D., 1968. Repeated

segments of DNA, Sci. Amer., 222(4),

24-31.

Davidson E.H., Britten R.J., 1979.

Regulation of gene expression: possible

role of repetitive sequences, Science,

204, 1052-1059.

Long E.O., Dawid I.B., 1980. Repeated

genes in eucaryotes, Ann. Rev. Bio-

chem., 49, 727-766.

Schimke R.Т., Kaufman R.J., Alt F.W.,

Kellems R.F., 1978. Gene amplification

and drug resistance in cultured murine

cells, Science, 202, 1051-1055.

Kedes L.H., 1979. Histone genes and

histone messengers, Ann. Rev. Bio-

chem., 48, 837-870.

Tzagoloff A., Macino G., Sebald W.,

1979. Mitochondrial genes and

29. Хромосомы и выражение

генов у эукариот

165

translation products, Ann. Rev. Bio-

chem., 48, 419-441.

Разорванные гены, транскрипция

н процессннг РНК

Darnell J.E., Jr., 1979. Transcription

units for mRNA production in

eukaryotic cells and their DNA viruses,

Prog. Nucleic Acid Res. Mol. Biol., 22,

327-353.

Abelson J., 1979. RNA processing and

the intervening sequence problem, Ann,

Rev. Biochem., 48, 1035-1069.

Royal A., Garapin A., Cami В.,

Perrin F., Mandel J.L., LeMeur M.,

Bregegegre F., Gannon F., LePen-

nec J.P., Chambon P., Kourilsky P.,

1979, The ovalbumin gene region:

common features in the organisation of

three genes expressed in chicken oviduct

under hormonal control, Nature, 279,

438-445.

DeRobertis E.M., Olson M.V., 1979.

Transcription and processing of cloned

yeast tyrosine tRNA genes

microinjected into frog oocytes, Nature,

278,

137

143.

Shatkin A.J., 1976. Capping of

cucaryotic mRNAs, Cell, 9, 645 653.

Трансляция

Wool I.G., 1979, Structure and function

of eukaryotic ribosomes, Ann. Rev,

Biochem., 48, 719-754.

Revel M., Groner Y., 1978. Post-

transcriptional and translational

controls of gene expression in

eukaryotes, Ann. Rev. Biochem., 47,

1079-1126.

Parrenheimer A.M., Jr., 1977. Diph-

theria toxin, Ann. Rev. Biochem., 46,

69-94.

Гены гемоглобина и талассемия

Weatherall D.J., Clegg J.B., 1979.

Recent developments in the molecular

genetics of human hemoglobin, Cell, 12,

467-479,

Leder A., Miller H.I., Hamer D.H.,

Seidman J.G., Norman B., Sullivan M.,

Leder P., 1978. Comparison of cloned

mouse α- and β-globin genes:

conservation of intervening sequence

locations and extragenic homology,

Proc. Nat, Acad. Sci., 75, 6187-6191.

Weatherall D.J., 1978. The

thalassemias. In: Stanbury J.В.,

Wyngaarden J.B. and Fredrickson D.S.

(eds.), The Metabolic Basis of Inherited

Disease (4th ed.), pp. 1508-1523,

McGraw-Hill

Синтез мембранных белков и секрети-

руемые белки

Blobel G., Walter P., Chang G.N.,

Goldman B.M., Erickson A.H., Lin-

gappa V.R., 1979. Translocation of

proteins across membranes; the signal

hypothesis and beyond, Symp. Soc. Exp.

Biol., 33, 9-36.

Unwin P. N. Т., 1977. Three-

dimensional model of membrane-bound

ribosomes obtained by electron

microscopy, Nature, 269, 118-122.

Rothman J.E., Lodish H.F., 1977.

Synchronised transmembrane insertion

and glycosylation of a nascent

membrane protein. Nature 269,

775-780.

Waechter С.J., Lennartz W.J., 1976.

The role of polyprenol-linked sugars in

glycoprotein synthesis, Ann, Rev.

Biochem., 45, 95-112.

Kornfeld R., Kornfeld S., 1976.

Comparative aspects of glycoprotein

structure, Ann, Rev, Biochem., 45,

217-237.

Robbins P.W., Hubbard S.C., Turco

S.J., Winh D.F., 1977. Proposal for

a common oligosaccharide intermediate

in the synthesis of membrane

glycoproteins, Cell, 12, 893-900,

Pearse B.M.F., 1980, Coated vesicles,

Trends Biochem, Sci., 5, 131-134,

(Краткий обзор о структуре и функ-

ции клатрина.)

Rothman J.E., Fine R.E., 1980. Coated

vesicles transport newly synthesized

membrane glycoproteins from

endoplasmic reticulum to plasma

membrane in two successive stages,

Proc. Nat. Acad, Sci., 77, 780-784

ГЛАВА 30

Вирусы

Вирусы представляют собой инфекционные

нуклеиновые кислоты, упакованные в за-

щитную оболочку. Это - наиболее эффек-

тивные из внутриклеточных паразитов.

В отличие от клеток вирусы не способны вы-

рабатывать энергию с помощью метаболи-

ческих реакций или синтезировать белки.

Они отличаются от клеток и тем, что содер-

жат только ДНК или только РНК, но никог-

да не содержат и то и другое одновременно.

Одни вирусы содержат одноцепочечную ну-

клеиновую кислоту, другие - двухцепочеч-

ную. По сложности строения вирусы широ-

ко варьируют - от фага Qβ - PHK-содержа-

щего фага, имеющего всего 4 гена,- до

вируса оспы, геном которого насчитывает

примерно 250 генов. Готовый внеклеточный

продукт размножения вируса называется ви-

рионом (или вирусной частицей). Нуклеино-

вая кислота, входящая в состав вариона,

одета белковым капсидом, защищающим ее

от ферментативного расщепления и механи-

ческих повреждений. Именно капсид обеспе-

чивает внедрение нуклеиновой кислоты

в клетки чувствительной клетки-хозяина.

У некоторых более сложно устроенных ви-

русов животных капсид окружен оболочкой,

содержащей липид и гликопротеин.

Мы уже видели, что изучение вирусов ока-

зало глубокое воздействие на развитие мо-

лекулярной биологии. В качестве примера

можно привести открытие информационной

РНК. Неослабевающий интерес исследова-

телей к вирусам объясняется несколькими

причинами. Во-первых, размножение виру-

са - модель развития клетки, так как оно со-

провождается последовательным выраже-

нием генов и сборкой макромолекул

в весьма упорядоченные структуры. Отно-

сительно небольшое число вирусных генов,

высокая скорость репликации и легкость ге-

нетического анализа также делают вирусы

весьма привлекательной моделью. Во-

вторых, вирусы - источник представлений

об эволюционных процессах и молекулярных

аспектах взаимоотношений хозяин-пара-

зит. В третьих, некоторые вирусы вызывают

у экспериментальных животных рак. Ин-

тенсивно изучается и возможная роль виру-

сов в раковых заболеваниях человека.

30.1 Оболочка мелких вирусов состоит из

множества идентичных белковых субъединиц

Общее число аминокислот в оболочке виру-

са всегда превосходит число нуклеотидов

в его геноме. Например, белковая оболочка

Таблица 30.1. Типы вирусов (Davis В.D., Eisen H.N.,

Ginsberg H.S., Wood W.B., Jr., Microbiology, Harper and

Row., 1973)

Нуклеиновая

кислота

Одноцепочечная

днк

Двухцепочечная

днк

Однопепочечная

РНК

Двухцепочечная

РНК

Представитель

Фаг φХ174

Вирус полиомы

Аденовирус 2

Фаг Т4

Вирус коровьей ос-

пы

Фаг Qβ

Вирус саркомы Рау-

са

Вирус табачной мо-

заики

Вирус полиомиели-

та

Вирус гриппа

Реовирус

При-

мерное

число

генов

150

240

30. Вирусы

167

Рис. 30.1. Электронная микрофотогра-

фия вирионов Т4 в зараженных

клетках. (Печатается с любез-

ного разрешения д-ра Jonathan

King, д-ра Yoshiko Kikuchi

и д-ра Elaine Lenk.)

одной частицы вируса табачной мозаики

(ВТМ; рис. 30.2) содержит около 340000

аминокислотных остатков, а его РНК - все-

го 6400 нуклеотидов. В 1957 г. Френсис Крик

и Джеймс Уотсон (Francis Crick, James

Watson) обратили внимание на то, что бел-

ковая оболочка вируса не может состоять из

одной большой молекулы или набора мно-

жества различных мелких белков, так как

количество вирусной нуклеиновой кислоты

слишком мало, чтобы кодировать такое

огромное число аминокислотных остатков.

С другой стороны, белковую оболочку нель-

зя уменьшить в размере, так как она должна

закрывать всю нуклеиновую кислоту. Ви-

русы решают эту задачу генетической бед-

ности, образуя оболочку из большого числа

белковых субъединиц одного или нескольких

168

Часть IV.

Информация

видов. Например, оболочка ВТМ состоит из

2130 идентичных субъединиц (каждая дли-

ной 158 остатков).

Число способов построения вирусной

оболочки из идентичных субъединиц весьма

ограниченно. Стабильность достигается пу-

тем образования максимального числа свя-

зей и использования одинаковых контактов

между субъединицами. Образующаяся

структура должна быть симметричной. На-

иболее вероятны два способа укладки бел-

ковой оболочки: цилиндрическая оболочка,

обладающая спиральной симметрией, и сфе-

рическая оболочка, обладающая икосаэдри-

ческой симметрией (рис. 30.3). По существу,

все мелкие вирусы представляют собой па-

лочки или сферические частицы (или сочета-

ние этих двух форм). Правила, определяю-

щие структуру сферических вирусов, сфор-

мулировали Дональд Каспар и Арон Круг

(Donald Caspar, Aaron Klug). Толчком для

вдохновения им послужили архитектурные

проекты Бакминстера Фуллера (Buckminster

Fuller).

30.2. Самосборка вируса табачной мозаики

(ВТМ)

Самый простой и лучше всего изученный

процесс сборки вируса - сборка ВТМ. Этот

Рис. 30.2. Электронная микрофотогра-

фия частицы вируса табачной

мозаики (ВТМ). (Печатается

с любезного разрешения д-ра

Robley Williams.)

Рис. 30.3. Модель икосаэдра.

палочковидный вирус имеет длину 3000 А,

диаметр 180 А (рис. 30.4) и массу примерно

40000 кДа. 2130 идентичных субъединиц

белка оболочки плотно упакованы в спи-

раль вокруг одноцепочечной РНК, содержа-

щей 6390 нуклеотидов. РНК глубоко погру-

жена в белок, что делает ее неуязвимой для

рибонуклеаз. Каждая белковая субъединица

взаимодействует с тремя нуклеотидами. От-

делившись от белкового капсида, РНК весь-

ма лабильна, тогда как интактный ВТМ со-

храняет инфекционность десятилетиями.

Субъединицы ВТМ не связаны между со-

бой ковалентно. Можно вызвать диссоциа-

цию ВТМ на белок и РНК с помощью, на-

пример, концентрированной уксусной кис-

лоты. В 1955 г. Хайнц Френкель-Конрат

и Робли Уильяме (Heinz Fraenkel-Conrat,

Robley Williams) показали, что в соответ-

ствующих условиях диссоциированные субъе-

диницы оболочки и РНК ВТМ спонтанно ре-

ассоциируют и образуют вирусные частицы,

неотличимые от исходного ВТМ по струк-

туре и инфекционности. Это был первый

пример самосборки активной биологиче-

ской структуры. Процесс самосборки - это

такой процесс, при котором в подходящих

условиях среды происходит спонтанная ас-

социация компонентов и образуется специ-

фическая структура.

30.3. При сборке вирусной частицы ВТМ

белковые диски присоединяются

к петле РНК

A priori простейший механизм сборки ВТМ

заключался бы в ступенчатом присоедине-

нии отдельных белковых субъединиц

к РНК. Трудность, однако, состоит в этом

случае в том, что скорость нуклеации будет

чрезвычайно мала. Прежде чем комплекс за-

мкнется сам на себя, образовав один оборот

спирали, и таким образом стабилизируется,

к гибкой молекуле РНК должно присоеди-

ниться примерно 17 субъединиц оболочки.

Эта проблема может быть решена присое-

динением к РНК сразу целого комплекса из

многих субъединиц. Действительно, белок

оболочки легко образует двухслойный диск

из 34 субъединиц. Каждый слой диска пред-

ставляет собой кольцо из 17 субъединиц;

примерно столько субъединиц (16

) при-

ходится на один оборот спирали ВТМ. Клуг

и его сотрудники исследовали трехмерную

структуру диска (рис. 30.5) и показали, что

он представляет собой главный промежу-

точный продукт при сборке ВТМ. Важней-

шее свойство диска состоит в том, что его

субъединицы скользят относительно друг

друга и образуют спираль их двух оборотов,

так называемую «запорную шайбу»

(рис. 30.6).

Диск гораздо быстрее взаимодействует

с РНК ВТМ, чем с чужеродной ДНК. Следо-

вательно, РНК ВТМ, по-видимому, содер-

жит последовательность оснований, кото-

рую специфически узнает диск и которая

Рис. 30.4. Модель части ВТМ, на которой

показана спиральная укладка

белковых субъединиц вокруг

одноцепочечной молекулы

РНК. [Klug A., Caspar D. L. D.,

Advan. Virus Res., 7, 274 (1960).]

30. Вирусы

169

Рис. 30.5. Карта электронной плотности

белкового диска ВТМ. Показан

слой толщиной 6 А. (Печатает-

ся с любезного разрешения

д-ра Aaron Klug.)

инициирует сборку. Эта область инициации

была выделена следующим образом.

К РНК ВТМ добавляли несколько дисков,

чтобы покрыть область инициации, и затем

расщепляли остальную РНК нуклеазой. За-

щищенный фрагмент содержит примерно 65

нуклеотидов, которые прочно и специфично

связываются с дисками. Последователь-

ность оснований в этой области инициации

дает все основания думать, что этот фраг-

мент РНК образует структуру шпильки со

стеблем, состоящим из спаренных основа-

ний, и петлей (рис. 30.7). Самое интересное.

что петля содержит в каждом третьем поло-

жении G. Такое расположение оснований

в триплетах соответствует стехиометрии

170

Часть IV.

Информация

субьединиц оболочки вируса - одна субъе-

диница на три нуклеотида. Следовательно,

по всей вероятности, петля связывается

с первым диском, и с этого начинается сбор-

ка вирусной частицы.

Неожиданно оказалось, что петля инициа-

ции расположена далеко от обоих концов

РНК. Точка начала сборки расположена на

расстоянии 5300 нуклеотидов от 5'-конца

и примерно 1000 нуклеотидов от 3'-конца

РНК. Другой неожиданностью было то, что

оба конца РНК выходят с одной и той же

стороны растущей частицы ВТМ (рис. 30.8).

Длина 3'-конца на протяжении процесса

сборки остается более или менее постоян-

Рис. 30.6. Схема превращения белкового

диска ВТМ в спиральную фор-

му «запорной шайбы». [Klug

A., Fed. Ргос., 31, 40 (1972).]