Информация

3.5: Специализирани външни структури на прокариотите - Биология

3.5: Специализирани външни структури на прокариотите - Биология


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

3.5: Специализирани външни структури на прокариотите

Пълната структура на процесома с малка субединица

Процесомът с малка субединица представлява най-ранния стабилен предшественик на еукариотната малка рибозомна субединица. Тук представяме крио-ЕМ структурата на Saccharomyces cerevisiae процесом с малка субединица с обща разделителна способност от 3,8 Å, което осигурява по същество пълен почти атомен модел на тази сборка. В тази нуклеоларна суперструктура, 51 рибозомни сглобяващи фактора и две РНК капсулират 18S rRNA прекурсора и 15 рибозомни протеини в състояние, което предшества предварително разцепване на рРНК на място А1. Използват се разширени гъвкави протеини за свързване на отдалечени места в тази частица. Молекулната мимикрия и стеричната пречка, както и протеин- и РНК-медиираното РНК ремоделиране, се използват по съгласуван начин, за да се предотврати преждевременното образуване на централния псевдовъзел и околните му елементи в малката рибозомна субединица.


Анатомия (всички системи на човешкото тяло)

К-2 Всички организми имат външни части, които използват за изпълнение на ежедневни функции.
3-5 Организмите имат както вътрешни, така и външни макроскопични структури, които позволяват растеж, оцеляване, поведение и възпроизвеждане.
6-8 Всички живи същества са изградени от клетки. В организмите клетките работят заедно, за да образуват тъкани и органи, които са специализирани за определени функции на тялото.
9-12 Системите от специализирани клетки в организмите помагат да се изпълняват основни функции на живота. Всяка една система в организма се състои от множество части. Механизмите за обратна връзка поддържат вътрешните условия на организма в определени граници и посредничат в поведението.

LS1.D Обработка на информация
К-2 Животните усещат и съобщават информация и реагират на входове с поведение, което им помага да растат и да оцелеят.
3-5 Различните сетивни рецептори са специализирани за определени видове информация. Животните използват своите възприятия и спомени, за да ръководят действията си.
6-8 Всеки сензорен рецептор реагира на различни входове, предавайки ги като сигнали, които пътуват по нервните клетки към мозъка. След това сигналите се обработват в мозъка, което води до незабавно поведение или спомени.


Клетъчните стени придават структура

Клетъчните стени в растенията са твърди в сравнение с други организми. Наличната целулоза в клетъчните стени образува ясно очертани плочки. В клетките с лук плочките изглеждат много подобни на правоъгълни тухли, положени в офсетни линии. Твърдите стени, комбинирани с водното налягане в клетката, осигуряват здравина и твърдост, давайки на растенията необходимата структура, за да устоят на гравитацията и натиска. Клетъчните стени и налягането от водата, съдържаща се както в цитоплазмата, така и по-специално във вакуолата, са това, което придава на лука неговата твърда субстанция и хрупкавост.


Признания

Благодарим на Y. Chen и M. Chalfie (Колумбийски университет) за предоставянето на C. elegans cDNA библиотека, Китайския национален център за протеинови науки (Пекин) за осигуряване на поддръжка на съоръженията и членове на лабораторията J. Cui, S. Siegelbaum, M. Zhou и Yang за четене и коментиране на ръкописа. Тази работа беше подкрепена от безвъзмездни средства на J.Y. от Националната ключова програма за фундаментални изследвания на Китай (2014CB910301), Националния институт по здравеопазване (R01GM085234 и RO1NS053494), Националната природонаучна фондация на Китай (31370821), Програмата за най-добри таланти на провинция Юнан (2011HA012) и High-level Отвъдморски таланти от провинция Юнан до XL от Китайската младежка програма за 1000 таланти на Държавния съвет на Китай, Пекинския център за напреднали иновации за структурна биология, Съвместния център за науки за живота Цинхуа-Пекин и Националната естественонаучна фондация на Китай (31570730) и до S.W. от Програмата за ключови изследвания на Китайската академия на науките (KJZD-EW-L03), Националната естественонаучна фондация на Китай (81302865), фондация West Light на Китайската академия на науките, Приложни фундаментални изследователски проекти на Юнан (2013FB074) и Асоциация за насърчаване на младежките иновации към Китайската академия на науките.


ОТДЕЛЕНИЯ, СВЪРЗАНИ С ПРОТЕИН

Карбоксизоми са един от най-известните примери за протеин-свързани органели в бактериите (Yeates et al. 2008). Те се срещат във всички цианобактерии, както и при хемоавтолитотрофи, където служат като място за първата стъпка от цикъла на Калвин. Основните каталитични компоненти на карбоксизомите са ензимите рибулоза-1,5-бифосфат карбоксилаза оксигеназа (RuBisCO) и карбоанхидраза. RuBisCO катализира реакцията на CO2 с рибулоза бифосфат до две молекули 3-фосфоглицеринова киселина (3PGA) и карбоанхидразата катализира превръщането на бикарбонат в CO2. Чрез увеличаване на локалната концентрация на RuBisCO и CO2 субстрат, карбоксизомите вероятно повишават ефективността на продуктивната реакция на фиксиране на въглерод (Yeates et al. 2008). Тази идея се подкрепя от скорошни проучвания с електронна криотомография, които показват, че всяка карбоксизома (с размери 80 до 150 nm) съдържа над 200 RuBisCO ензимни комплекса, подредени в концентрични слоеве (Schmid et al. 2006 Iancu et al. 2007) (фиг. 4B).

Хлорозоми на Chlorobium tepidum изглеждат като сплескани овали, разположени около периферията на клетката (А). Представяне на единична карбоксизома въз основа на CET изображения. Вътрешността на карбоксизомата изглежда е пълна с RuBisCO въз основа на приликите между известната кристална структура на ензима и образуванията с електронна плътност, наблюдавани при CET реконструкции (Б). TEM изображение на ta цианобактериална клетка разкрива, че цитоплазменото пространство е изпълнено с газови везикули, разделени в две различни ориентации (° С). (А, Препечатано, с разрешение, от Frigaard et al. 2002 [© ASM] Б, препечатано, с разрешение, от Iancu et al. 2007 [© Elsevier] ° С, препечатано, с разрешение, от Walsby 1994 [©ASM].)

Само няколко гена, открити в един или повече оперони, участват в образуването на карбоксизоми. В Halothiobacillus neopolitans, карбоксизомните гени кодират големите и малките субединици RuBisCO, три малки черупкови протеина, които споделят висока хомология, голям черупков протеин, карбоанхидраза и два неизвестни протеина, които изглежда имат регулаторна функция. Други бактерии, които образуват карбоксизоми, имат малко по-различни гени в опероните си, но всички съдържат хомолози на гените на малките черупкови протеини и гени, които кодират субединиците RuBisCO. Наскоро бяха кристализирани малки черупкови протеини както от цианобактерия, така и от хемолитоавтотрофна бактерия, което даде ценна информация за това как протеиновата обвивка на карбоксизомите може да се сглоби (Kerfeld et al. 2005 Tsai et al. 2007). Тези кристални структури разкриват, че протеините, пречистени индивидуално, се самосглобяват в хексамери, които се свързват от ръб до ръб, за да образуват монослойни листове. Предполага се, че тези белтъчини изграждат стените на карбоксизома. Кристалните структури също разкриват положително заредена пора в центъра на хексамерите. Тази пора може да позволи преминаването на отрицателно заредени молекули като бикарбонат, като същевременно блокира входа на O2 създаване на друг начин, по който карбоксизомата може да увеличи ефективността на RuBisCO и фиксирането на въглерода.

Определеният набор от протеини, открити в тези оперони, вероятно ще бъдат минималните компоненти, необходими за изграждане на карбоксизома. Въпреки това, последните резултати показват, че правилната организация и сегрегация на карбоксизоми през клетъчния цикъл изискват те да взаимодействат с други клетъчни компоненти (Savage et al. 2010). Флуоресцентните протеинови сливания с протеин на черупката или с компонент RuBisCO разкриват, че карбоксизомите са линейно разпределени в цялата клетка. Най-важната последица от това подреждане е, че по време на клетъчното делене приблизително равен брой карбоксизоми ще бъдат разделени на всяка дъщерна клетка (Savage et al. 2010). Това подреждане разчита на цитоскелетните системи като разрушаване на двете mreB (бактериален актин-подобен протеин) или ал водят до дезорганизация на карбоксизомите в клетката. В ал мутанти, някои дъщерни клетки не получават никакви карбоксизоми, което означава, че те трябва да изградят своя въглероден фиксиращ механизъм de novo, което от своя страна причинява значително удължаване на времето им на удвояване (Savage et al. 2010). Това завладяващо проучване установява ясна връзка между цитоскелета и карбоксизомната организация. Въпреки това, остават да бъдат изяснени специфичните връзки между тази органела и ParA, както и механизмите, чрез които се постига правилното разстояние на карбоксизомите.

Карбоксизомите всъщност са част от по-голямо семейство от свързани с протеини отделения, които всички са свързани чрез хомология между техните протеини в черупката. Една такава органела е Отделение за използване на 1,2-пропандиол (Pdu). намерен в Salmonella enterica. Подобно на карбоксизомите, Pdu отделенията съдържат специфични ензими, които са важни за тяхната клетъчна функция. Интересно е, че неотдавнашен доклад показа, че всички тези ензими споделят амино-терминална последователност от 20 аминокиселини, която е необходима за тяхното опаковане в отделението на Pdu (Fan et al. 2010). Освен това, тези амино-терминални последователности също са достатъчни за насочване към хетероложни протеини като GFP към Pdu отделения. Такива разширения на амино-терминалната последователност също са открити в ензими, за които се смята, че са свързани с други микрокомпартменти, което прави вероятно този начин на локализация на протеина да е универсален сред свързаните с протеин органели (Fan et al. 2010). Освен тяхното значение за разбирането на клетъчната биология на органелите, това откритие също предоставя метод за проектиране на протеинови отделения в бактериите чрез специфично насочване на хетероложни ензими.

Друга уникална свързана с протеин органела в бактериите е газова везикула (фиг. 4C). Газовите везикули са пълни с газ, свързани с протеини органели, които функционират, за да модулират плаваемостта на клетките (Walsby 1994). Те се намират в редица бактерии и археи, включително халофилни и метаногенни археи и фототрофни и хетеротрофни бактерии. Повечето бактерии и археи, за които е доказано, че образуват газови везикули, се намират във водна среда и са неподвижни. Протеиновите стени на газовите везикули са свободно пропускливи за газовите молекули. Водата също може да навлезе в газовите везикули, но не може да образува капчици на вътрешната повърхност поради силното си хидрофобно естество. По този начин всяка вода, която влиза в газовите везикули, се изпарява (Walsby 1994), а пълните с газ везикули намаляват общата плътност на клетките, позволявайки им да плуват нагоре. Чрез контролиране на образуването на газовите везикули, тези организми могат да определят позицията си във водния стълб, за да регулират излагането си на светлина, сол, хранителни вещества и други стимули от околната среда. Газовите везикули са цилиндрични или вретеновидни и размерът на газовите везикули варира при различните видове. Клетките, които растат на по-голяма дълбочина, имат газови везикули, които са по-тесни по ширина и са в състояние да издържат на по-голямо хидростатично налягане.

Десет до четиринадесет протеин от газови везикули (gvp) гените, в зависимост от вида, са идентифицирани като участващи в образуването на газови везикули. В Halobacterium halobium, поне десет gvp Установено е, че гените са необходими за образуването на газови везикули (DasSarma et al. 1994), а осем gvp гени в халофилния археон Halobacterium salinarum са необходими и достатъчни за образуване на газови везикули (Offner et al. 2000). Един от основните гени кодира GvpA, основният компонент на стената на везикулата и един от най-хидрофобните известни протеини. Кристалната структура на GvpA не е решена, главно защото GvpA се агрегира и не може да бъде разтворен без денатурация. Независимо от това, структурата на газовите везикули е изследвана чрез рентгенов анализ и атомно-силова микроскопия (Blaurock and Walsby 1976 Blaurock and Wober 1976 McMaster et al. 1996), което разкрива, че протеините образуват много подредени ребра и че протеиновите субединици се подравняват под ъгъл 54° спрямо оста на реброто. Интересно е, че 54° е близо до ъгъла, при който напречните и надлъжните напрежения са равни в стената на цилиндрична структура (Walsby 1994).

Извършена е много работа, за да се разберат физическите свойства на газовите везикули, включително тяхната структура, способността им да издържат на хидростатично налягане, способността им да изключват вода и тяхната пропускливост за газ. Въпреки това, как протеините на газовите везикули взаимодействат, за да образуват газовите везикули, и как образуването на газови везикули се регулира в отговор на сигналите от околната среда остава до голяма степен неизвестно. И накрая, възможно е подобни на газови везикули структури да се открият в други бактерии, които съществуват в неводна среда. Хомолози на гени на газови везикули също са открити в актиномицетите, които живеят в почвата, но не са наблюдавани структури, подобни на газови везикули, и фенотип на плаваемост (van Keulen et al. 2005).


ДНК полимерази

Ензимите, катализиращи синтеза на ДНК върху ДНК шаблон са ДНК полимерази. Те изпълняват две основни функции в клетката: синтез на ДНК по време на репликация на генома и повторен синтез на липсваща ДНК след увреждане на рекомбинацията и след изрязване на праймера от изоставащата верига.

Както при прокариотите, така и при еукариотите, специализираните ДНК полимерази са посветени на функциите на репликация и възстановяване, като първите понякога се наричат ДНК реплики. Всички ДНК полимерази притежават a 5′->3′ полимераза дейност. и пирофосфоролиза активност, която заедно улеснява синтеза на ДНК.


Ядро

Нашите редактори ще прегледат това, което сте изпратили, и ще решат дали да преработят статията.

Ядро, в биологията, специализирана структура, срещаща се в повечето клетки (с изключение на бактериите и синьо-зелените водорасли) и отделена от останалата част от клетката с двоен слой, ядрената мембрана. Тази мембрана изглежда непрекъсната с ендоплазмения ретикулум (мембранозна мрежа) на клетката и има пори, които вероятно позволяват влизането на големи молекули. Ядрото контролира и регулира дейностите на клетката (например растеж и метаболизъм) и носи гените, структурите, които съдържат наследствената информация. Ядрата са малки тела, които често се виждат в ядрото. Гелообразната матрица, в която са суспендирани ядрените компоненти, е нуклеоплазмата.

Тъй като ядрото съдържа генетичния код на организма, който определя аминокиселинната последователност на протеините, критични за ежедневната функция, то основно служи като информационен център на клетката. Информацията в ДНК се транскрибира или копира в набор от молекули на рибонуклеинова киселина (иРНК), всяка от които кодира информацията за един протеин (в някои случаи повече от един протеин, като например в бактерии). След това молекулите на иРНК се транспортират през ядрената обвивка в цитоплазмата, където се транслират, служейки като шаблони за синтеза на специфични протеини. За повече информация относно тези процеси, виж транскрипционен превод.

Една клетка обикновено съдържа само едно ядро. При някои условия обаче ядрото се разделя, но цитоплазмата не. Това произвежда многоядрена клетка (синцитий), каквато се среща в скелетните мускулни влакна. Някои клетки - например човешките червени кръвни клетки - губят ядрата си при узряване. Вижте също клетка.

Редакторите на Encyclopaedia Britannica Тази статия беше последно преработена и актуализирана от Кара Роджърс, старши редактор.


3.5: Специализирани външни структури на прокариотите - Биология

РЕЗЮМЕ. Нашата теория е смущаващо проста. Това, което направи днешните прокариоти и съвременните цианобактерии толкова здрави, е фактът, че в техния произход, още в архейската епоха (преди 3 милиарда години), селекцията не е играла централна роля в еволюцията, тя е имала само преходна роля. Асексуалното размножаване, мутацията, отклонението и вариацията на пробите в местните деми бяха по-важни, особено когато бяха придружени от популационни катастрофи, при които милиони загинаха. Метазоите обикновено са макроскопични, сексуално възпроизвеждащи се, екологично специализирани организми, чиято история е пълна с изчезвания и радиации, водещи до морфологични промени. От друга страна, прокариотите, благодарение на своя произход, избягват изчезването, тъй като като група те бавно са еволюирали като универсални специалисти. Специализацията изглежда е по-малко важна от екологичната гъвкавост и метаболитната неспециализираност. Съвременните цианобактерии продължават да използват тази стратегия.

Ключови думи: Прокариоти, еволюция, дарвинистка еволюция, опазване на клетъчната биология

Най-ранните известни прокариоти са открити като микрофосили от архея в отлагания на възраст 3,5 милиарда години (Schopf, 1992). Те бяха нишковидни организми, подобни на съвременните фотосинтетични цианобактерии! Това е наистина невероятно еволюционно приключение на живота, което включва разработването на сложни химически автоматични машини. За да създадем сравнителен разказ за друг едноклетъчен микроб, нека си спомним какво Е. coli е (разбира се, много по-сложен органичен оцелял от организма, който се е вкаменил преди 3,5 милиарда години). Говорим за организъм с 64 възможни “words” (ДНК кодове), всяка от които съответства на буква в протеиновия език (или знак за спиране), където някои “letter” съответстват на една и съща аминокиселина, с едноверижна РНК, която функционира като адаптери с дължина около 80 единици, усукани върху себе си по специфичен начин. Моделът на усукване се определя от последователността на буквите, като много от тях се сдвояват една с друга. Тази чиста част от машината има открит, несдвоен триплет от РНК букви. Различните парчета адаптери имат сходни форми, макар и с различни открити триплети, тъй като идеята е “plug” в различни допълващи се триплети. Всичко това работи, за да удовлетвори кодиращия механизъм, създаден в ранните дни от ДНК, за да изпрати своя код в бъдещето като адаптивно послание за организма. Въпреки че тези ранни архейски, или по-близо до нас, протерозойски бактериални отлагания по време на възхода на прокариотите, не биха могли да имат индивиди с всички елементи за оцеляване днес, като протеинов синтез, сложна мембранна сигнализация, по-сложни рибозоми, покорни на ДНК команди и модификатори на конфликти за многоклетъчно съществуване на еукариотите, те трябваше да разполагат с достатъчно химически машини, за да използват енергия от всеки източник и да я превърнат в органична храна за различните метаболитни процеси на клетъчната биология.

Тези едноклетъчни индивиди, за които микрофосилите разкриват, че са аналогични на фотосинтетичните цианобактерии, трябваше да имат най-малко автоматична химическа машина, подобна на древните протерозойски (преди 2500-550 милиона години) микробиологични агрегации.Палеомикробиологичните агрегации образуват дебели рогозки или строматолити, подобни на днешните цианобактериални съобщества в приливните зони, солените блата и лагуните, като тези, докладвани в Shark Bay, Австралия (Berry et al., 1990). За различни проценти и различни съдби вижте Schopf (1994).

Основният организъм в строматолитите, Entophysalis major, за да оцелеят в условията на естествения подбор, непременно трябваше да има това, което предполагаме, че е вече усъвършенстван рецепторен и ефекторен механизъм на клетъчната повърхност, за да се избегнат нежелани хранителни продукти, зараждаща се техника, която да се учи чрез запомняне от неприятни срещи начини да останем здрави в лицето на външното осмотично налягане и достатъчно генетична вариабилност, за да се изправим срещу физиологично мъдри, силно конкурентни индивиди, готови да популяризират собствените си послания към бъдещето. Извън работеща цитоплазмена суспензия и централизирана библиотека (направена от ДНК), има огромна рибозома, изградена както от РНК, така и от протеинови молекули. Разумно ли е да очакваме да открием сред австралийските строматолити организми с рибозоми като Е. coli, който има сложна машина, силна 270 000 атома и около 30 000 от тях работят във всеки един от тях (Cairns-Smith, 2000)? Разбира се, че не, но имаме работа с много сложна автоматична машина, която вече е в действие и е в относително добро функциониращо състояние. Химическата лаборатория в тези ранни прокариоти трябваше да бъде готова за естествен подбор, за да “improve” (можете ли наистина да подобрите система, която трябва да бъде с най-висока ефективност за условия, преобладаващи тогава? Отговорът е да!) в тези генетично променливи ДНК. -базирани предци на Entophysalis major. Дори ако естественият подбор не беше усъвършенствал машината в ДНК нишката, за да селектира �” мутанти, катастрофалните елиминации на неадаптивни мутации (мнозинството) подпомогнаха селекцията или “усъвършенстваната” машина щеше да изчезне, с огромно мутационно натоварване във враждебна среда. Тъй като това са хаплоидни и асексуални организми, мутациите трябваше да бъдат единственият източник на променливост. В онези ранни дни на прокариотите мутациите не са били положителен елемент на селекцията, а по-скоро са били най-важният инструмент за еволюционна промяна чрез масови изчезвания. Нови основатели се появиха от няколко оцелели от милиарди хора, които загинаха. Тези малцина се възползваха от изискванията на естествения подбор за “-по-добри” характеристики и непосредственото бъдеще беше осигурено отново и това продължи и продължи. Така че това, което имахме, беше селекция, от време на време, когато е възможно, и мутации и изчезвания през повечето време! Този тежък еволюционен процес непременно беше пагубен и консервативен.

Централизираният механизъм на древни клетки с произход от нуклеинова киселина трябва да съдържа основната сложност, характерна за примитивните прокариоти. С други думи, най-напредналите линии на възхода на прокариотите в късния архей и протерозой вероятно са били фотосинтетични, с ДНК послания в самия център, защото само те можели да оцелеят през поколенията, администрирайки всичко, което е изгодно за запазване на износените части от автоматични машини за клетъчна биология. Което с няколко думи се равнява на ДНК, произвеждаща ДНК, дадени нуклеотиди на ДНК и ензими, образуваща ДНК РНК, също така дадени първични РНК нуклеотиди и повече ензими РНК - РНК съобщения, РНК адаптери, РНК произвеждащи протеини благодарение на аминокиселини и повече ензими. Протеините (т.е. ензимите) правят всичко останало. За прокариот, стар колкото археите или дори за палеомикробиологична агрегация от австралийските строматолити, или от Lyngbya (Oscillatoriaceae) или Paleolyngbya в Сибир (950 милиона години находище в Сибир), или от Spirulina (Oscillatorialiconemae) (Hescillatoriaceae) Находище на 850 милиона години в Сибир) или Gloeocapsa (Chrococcaceae) или дори по-стари находища като Gloeodiniopsis (находище на 1,55 милиарда години в Южна Русия (за преглед вижте Schopf, 1992), трябва да очакваме състояние на една такава метаболитна способност много рано, въпреки че морфологично много бавно се развива след това.

Фактът, че архейските прокариоти (преди 3,5 милиарда години) са оцелели до подобни днешни цианобактерии предполага, че тези видове са постигнали невероятен химически подвиг само за 300 милиона години (като се изчисли, че за да поддържа живота, Земята, която се е образувала преди около 4,6 милиарда години, вероятно се е охладила достатъчно преди около 3,8 милиарда години), без да е претърпял морфологична еволюция до днешните форми! На снимките в книгата, редактирана от Шопф (1992), има ясни демонстрации, че старите форми и новите са много сходни, след поне 1,5 милиарда години.

Какво стана? Постигнаха ли своята оптимална външна анатомия след тези ранни бързи експерименти? Както видяхме по-рано, естественият подбор имаше малка помощ. Спорадичните интервенции на селекция са били достатъчни и ефикасни, като се прилагат към свят с изобилие от конкурентни мутанти, които са оцелели от масово изчезване? Това достатъчно ли е? Това е закон за големите числа, който е еквивалентен на това да се каже, че математиката, действаща върху кристали на нуклеинова киселина, го прави през повечето време, а селекцията от време на време!

Тези ранни прокариоти вероятно са били универсални специалисти, без истинско клетъчно ядро ​​и мембранно-обвързани органели, точно като днешните прокариоти. Прокариотите имат своята генетична информация под формата на единична кръгла ДНК молекула, лежаща в цитоплазмата, тъй като те нямат ядрена мембрана, транскрипцията и транслацията се извършват едновременно и няма обработка на транскриптите на информационната РНК. Гените са в непрекъснат низ, непрекъснат от интронни последователности в еубактериите, въпреки че интроните присъстват в архебактериите.

Бавно развиващи се генералисти?

Липсата на морфологична еволюция означава ли, че мутациите в кодовете за външен фенотип са били неутрални? Или подборът е благоприятствал опазването от самото начало? Или външният фенотипен оптимум е постигнат от самото начало?

Причините за очевидно бавния темп на морфологична еволюция в онези дни не са известни, нито знаем колко генетична вариабилност е имало за тяхната стабилна физиология и биохимия. Те бяха здрави организми, подобни на цианобактериите. Стазата, която се появява във вкаменелостите, може да се дължи на отсъствието на сексуален цикъл или парасексуален процес или други механизми, които обикновено насърчават хетерозиготността. Малко вероятно е всички те да са били хомозиготни клонове, поради факта, че са преминали през климатични промени, постоянни осмотични промени и приливни влияния, които изискват вариабилност. Източниците на изблици на генетични промени биха били дрейф и дисперсия на извадката, плюс индивидуални мутации в рамките на големи популации, пасивно и широко разпространени. Изчезването може също да бъде изключено при такива условия. В тази среда еволюционните промени бяха бавни. По този начин, ако са преминали през катастрофални елиминации, които намаляват до голяма степен числеността, създавайки изолирани популации, генетичният дрейф трябва да бъде включен сред инструментите за еволюционна промяна с мутации, когато се появят тесни места.

Стратегиите за оцеляване на тези ранни обитатели на строматолитите биха могли да бъдат различни от това, което се е случило при бактериални и метазойни видове. Докато цианобактериите съществуват около 2 милиарда години, видовете метазои средно съществуват, според някои приети оценки, само 4 милиона години. Ако прокариотите се развиваха бавно, както изглежда, те трябваше да имат евентуален селективен механизъм, работещ спорадично за усъвършенстване на всеки от елементите на вътрешната химическа машина. Застой в морфологичните характеристики на прокариотната еволюция може да бъде важно постижение за “концентриране” върху генетични кодове за бавно развиващи се вътрешни физиологични оптими (физиологична устойчивост). За да се осигури оцеляване, специализацията може да е била по-малко важна от екологичната гъвкавост и биохимичната неспециализация. Наистина съвременните цианобактерии показват тези общи черти. Те са силни, за някои видове е известно, че фотосинтезират при много ниски нива на осветеност и въпреки това могат да оцелеят в климатични и други екстремни условия, като високи температури или замръзване, други видове могат да живеят в аноксични езера или други екстремни условия, влошени от внезапни промени.

Физиологична стабилност, а не еволюция?

Няколко полиморфни локуса в еукариотите са достатъчни, за да отчетат голяма пластичност. И цял набор от условия на околната среда, дори екстремни, могат да бъдат адресирани с няколко полиморфни локуса, които имат плейотропни ефекти. Теоретично може да се спори, че една много сложна машина, която е резултат от вътрешна генетична селекция, действаща милиони години върху няколко полиморфни локуса, от вида, който предлагаме тук, не може да бъде променен, ако тези локуси засягат важни части в машината другаде. В геометрията на еволюцията (Conrad, 1990) четем, че има характеристики, които позволяват на организмите да се развиват бързо и все пак да поддържат годност. Смисълът на статията е, че една система може да удовлетвори две очевидно противоречиви условия - да е физиологично стабилна и също така лесно да се променя в еволюцията. Много автори в популационната генетика твърдят, че промените в условията на околната среда непременно означават промяна във физиологията. Освен това те продължават да казват, че генетичната стабилност и еволюционността не могат да вървят ръка за ръка, всъщност те твърдят, че истинската същност на дарвинистката селекция е, че генетичната стабилност означава живот в стабилна среда. Въпреки това, нормата на реакция на генотип допуска контрол на фенотипа, без да променя специфични генни локуси. С други думи, физиологичната стабилност не означава генетична стабилност. Организмите могат да претърпят генетични промени (дори хромозомни аберации в животинските и растителните системи) без видима фенотипна промяна при нормални условия.

Има много видове или степени на годност: 1) оптималната годност във фитнес пейзажа означава, че чрез специализиран високо адаптивен и физиологично стабилен фенотип един организъм или неговата родова група не се променя, защото промяната означава отдалечаване от оптимума , а това от своя страна означава, че по-ниската степен на възпроизводство и оцеляване ще направи линията по-малко конкурентоспособна. В този случай организмът оцелява и се конкурира успешно, докато средата остава фиксирана. 2) Когато организмът достигне до не толкова висок оптимум във фитнес пейзажа, това означава, че линията е придобила няколко генотипа (полиморфни) и в случай на метазоа няколко алтернативни ембриологични ландшафта, за да се справи с няколко среди, без да се специализира като най-добрия в дарвинисткия смисъл. Такъв е случаят с мнозина, които не са изоставили своята еволюционност. 3) Когато организмът придобие биохимична стабилност (или стабилност на развитието в случай на метазоа), това позволява (какъвто беше случаят с архейските прокариоти, които бяха успешни в продължение на много милиарди години със същия външен фенотип, дори при силно променливи условия), че те оптимизират своите общи характеристики в името на бавното развитие. Теоретично е възможно универсалните специалисти да имат физиологична адаптация, когато изместят протеините си в третото си измерение в лицето на екстремни условия. Възможно е в началото на живота, когато сексуалността не е била развита в архейските прокариоти, линиите на хомозиготни геноми (клонинги) да са били физиологично нестабилни или тяхната физиология да е реагирала в подчинение на вътрешните мандати за стабилност и бавно развитие.

Възможно ли е способността на протеините да включват вариабилност на последователността в рамките на стабилни запазени триизмерни структури да бъде произходът на запазения филотипен етап на развитие на телесния план на phyla?

Предполагам, че трябва да започнем този раздел с прокариотното опазване, което вкаменелостите рекламират толкова обилно (Schopf, 1992). Силно запазен прокариот вероятно инициира тенденцията, запазен като микрофосили от цианобактерии (за умопомрачителни снимки вижте Schopf, 1992).

Еукариотите вероятно са се появили от прокариотното потекло преди около 1,6-2,1 милиарда години (Knoll, 1992). Еволюционната диверсификация на прокариотите или прееукариотите включва дълбока компартментализация, с изобретения като органели и много по-сложни структури, суспендирани в колоидна цитоплазма. Сега около 60 вида еукариоти могат да бъдат разграничени въз основа на тяхната клетъчна организация (Patterson and Sogin, 1992 Patterson, 1994, 1999). Една от тези линии (опистоконтите) има няколко милиона вида животни и гъби, друга (Viridaeplantae) се състои от зелени водорасли и сухоземни растения. По-голямата част от линиите на еукариотите се считат за собствена група, парафилетична, от предимно едноклетъчни организми, наричани протисти. Удивителният въпрос е как микробният живот, който започна с относително прост едноклетъчен прокариот само с привидно “simple” химическа машина, суспендирана в неорганизирана вътрешна среда само с кръгова нишка от нуклеинова киселина, която кодира протеини във физиологична стабилност? функции, избират бавно развиваща се обобщена форма на живот и успяват да оцелеят при бурни приливни движения, екстремни температурни колебания и дори по-екстремни промени в осмотичното налягане?

По-рано сме предлагали, че в това ранно начало организмите са преминали през удивителна недарвинистка еволюция, с внезапни промени, предизвикани от катастрофални елиминации, мутации, отклонение и дисперсия на извадката, съчетани с много големи числа и тесни места. Ако имаме “punctuated equilibrium ” (Gould and Eldredge, 1977) с еволюция, която не се извършва постепенно, а по-скоро на тласъци, тогава “punk-eq” се отклонява значително от дарвинистката конкуренция между организмите на HHHoenigsberg, 2002 г.).

Скокът към еукариотната организация беше огромен, каквото и да го провокира за непрекъснат период от милиони години, трябваше да започне с вече добре изградена, химически сложна машина. Нека само да обобщим какво представлява еукариотът: еукариотите се отличават от прокариотите по структурната сложност на клетките, които имат много функции, разделени в автономни отделения на клетките, органелите и цитоскелета. Най-очевидната органела в повечето клетки е ядрото и от него произлиза името на еукариотите. Повечето клетки имат едно ядро, но някои имат хиляди, а други като нашите червени кръвни клетки нямат нито едно, въпреки че произлизат от клетки с ядра. Ядрата съдържат централното управление на клетката с нейния генетичен материал, но други кодове на генома се намират в митохондриите и пластидите (когато присъстват). Ядрото е ограничено от мембранна обвивка, а ядрената обвивка е част от ендомембранната система, която се простира до ендоплазмения ретикулум, диктиозомите (апарат на Голджи) и клетъчната или плазмената мембрана, която покрива цялата клетка. Ядрената обвивка е перфорирана от ядрени пори, които позволяват на съединенията да преминат към заобикалящата цитоплазма. Някои протисти са толкова специализирани, че имат повече от един вид ядро, едно от тях се използва за запазване на копие на централния геном за възпроизвеждане, а друго се използва за усилване на някои гени за регулиране на определени дейности.

Цитоскелетът на еукариотите се състои от много протеини. Основните от тях са тубулин (в микротубули) и актин (в микрофиламенти) и стотици взаимодействащи протеини, които участват в транспортирането и в скелетната архитектура на клетките. Цитоскелетът поддържа мембранните органели. Архитектурата на цитоскелета играе важна роля в поддържането на метафазни хромозоми и други елементи на клетъчното делене при митоза и мейоза.

Тъй като много функции на метаболизма се осъществяват в рамките на мембранно-свързаните органели, за общата клетъчна рамка е важно органелите да включват ендоплазмен ретикулум, диктиозоми (апарат на Голджи), лизозоми и пероксизоми. Други мембранно свързани органели включват хлоропласти (в растения, водорасли и организми, които са развили симбиотични асоциации с пластиди), митохондрии и хидрогенозоми. Протестите (предимно микробни еукариоти) имат мембранно-ограничени органели, които не се срещат при повечето други еукариоти, като контрактилни вакуоли и екструзоми. Немембранно свързани органели включват цитоскелетни елементи (тези, изградени от тубулин или филаментозни структури, понякога включващи актин), контрактилни системи (актин-миозинови системи и спасмин/центринови организации с различни размери) или други устройства за подвижност (митотични вретена, мионеми , реснички, флагели).

Въпреки че протистите са еукариоти, те представляват парафилетична група, която не са животни, гъби или зелени растения. Тези, които имат класифицирани протисти, могат да идентифицират около 60 типа, но връзките между тези линии не са ясни (Doolittle, 1995). Смята се, че има около 200 000 наименовани вида протисти. Някои от приетите групи съдържат само един или няколко рода или видове, но други включват огромно разнообразие от различни организационни типове (включително многоклетъчни). Добър пример за протисти са страменопилите, които обхващат количество фотосинтетична активност, почти толкова голяма, колкото тази на растенията, и включва подобни на гъби организми (Oomycetes), паразитни протозои (Opalines и Blastocystis), свободно живеещи протозои (хелиозои и флагелати ) и различни едноклетъчни (Chysophytes) и многоклетъчни водорасли (Келп и други кафяви водорасли). Традиционно най-известните протисти са следните немонофилетични адаптивни групи: флагелати, амеби, водорасли и паразитни протестисти.

Еволюцията се състои от селективни и неселективни механизми

Еволюцията на многоклетъчните форми е резултат от промени в развитието. Общоприето е, че за да стигнат до многоклетъчни форми, прокариотите първо са еволюирали до стадия на еукариотите, където са придобити определени клетъчни характеристики, като ядрена мембрана, по-сложна клетъчна мембрана с много различни видове молекулярни сигнали, няколко помпи за уравновесяване на осмотичното налягане и няколко вътрешни органели за извършване на транскрипция и транслация на РНК съобщения, предназначени за сглобяване на полипептиди. Повечето от тези функционални отделения са ефективно изолирани благодарение на липидните мембрани, през които повечето материали се движат избирателно.Много е вероятно това разделяне на вътрешността на клетката, както и други съпътстващи биофизични и генетични явления, функциониращи в цитоплазмата, да са били в ранните дни на вендийски, предкамбрийски или протерозойски дни преди около 1000-550 милиона години, предпоставки за развитието на сложна многоклетъчност, която произлиза от модели на развитие, от които 32 Phyla се диверсифицират (Brusca and Brusca, 1990). Съществува молекулярна филогения на метазоите, която свидетелства за монофилетичен произход (Muller, 1995). Нещо повече, генотипите, съдържащи хомеобокс, в най-примитивните метазои (Seimiya et al., 1994) показват един-единствен еукариот, който по-късно се диверсифицира в различни филетични модели на развитие (Wolpert, 2002), или може би сестра Vendobionta на Eumetazoa (Buss и Seilacher , 1994). Експерименти в клонирането Giardia lamblia предполагат произход на еукариотни клетки и ендоплазмен ретикулум (Gupta et al., 1994) и протеинова филогения на същите Giardia lamblia, протозои, лишени от митохондрии, дава надеждна оценка на ранните различия на еукариотите (Hashimoto et al., 1994). От това, което видяхме в тази статия, можем да кажем, че опазването, от прокариотите до клетъчните процеси и клетъчното поведение при развитието на метазоите, е общ принцип в клетъчната биология.

Трябва ли обяснението за запазената протеинова функция да бъде това, което Герхарт и Киршнер (1997) считат: 𠇁) опазването като отражение на оптималността 2) консервацията като отражение на множество функции, произвеждащи обширни плейотропни ефекти, ако се променят, или 3) консервацията като отражение на толерантността на протеиновата функция към промени в структурата ”. Съществуват оперативни тавани на кодове на протеини и нуклеинови киселини, които се отнасят до биофизичните или химичните сфери, до които естественият подбор не може да достигне. Физиологичната стабилност не е нищо друго освен точка на връщане на оптимума. Някои аспекти на опазването са на крачки от селекцията или още по-добре, места, където селекцията не може да достигне, освен ако ерозията на оптималните адаптивни върхове, постигнати преди това чрез селекция, за да доведе до дефекти и евентуална смърт. Запазването на протеиновата функция не трябва да бъде придружено с заместване на аминокиселини. Запазването на триизмерния структурен хемоглобин позволява голямо разнообразие от последователности и модулации на свързващите кислорода места на различни височини при популации, живеещи във високи планини (като в Богота, Хималаите, Ла Пас и др.). Голдбърг (1995) припомня, че паразитната нематода Ascaris произвежда хемоглобин, който свързва кислорода с 200 пъти по -голям афинитет от миоглобина на бозайници. Малкото количество кислород, отделен в червата, служи за епоксидиране на сквален в биосинтеза на стероли. Ascaris globin споделя само 10-15% хомология на последователността с гръбначните глобини, въпреки че има същата триизмерна структура (Gerhart and Kirschner, 1997). Няма нищо странно в глобина в мидата Lucinia pectinata, който живее изцяло от симбиотична бактерия в хрилете си. Кристалографският анализ при разделителна способност 1,5Å (Rizzi et al., 1994, цитиран от Gerhart и Kirschner, 1997) демонстрира, че триизмерната структура на полипептидния гръбнак на сулфид-реактивния хемоглобин (бактериалният хемоглобин) на сероводород като енергия) може да се наслагва почти точно върху този на миоглобина на кашалота. Въпреки това, реагиращият сулфид хемоглобин на мидата има само 18% хомология с гръбначните глобини.

Сравнителната биохимия на глобините показва, че има голяма разлика в последователността между тях в животинското царство, която не засяга физиологията им в различните несвързани таксони. Независимо от това, при определени позиции, дори малки промени в аминокиселинната последователност могат да имат значително въздействие върху физиологията. За да може да се адаптира към екстремни мускулни натоварвания при много ниска концентрация на кислород над връх Еверест на височина от 9000 m, главата гъска (Anser indicus) е заменил пролина с аланин на алфа веригата. Неговите братски и сестри видове на по-ниска надморска височина (Anser anser) не трябва да прави това със своята глобинова структура. Има важни работи (Clementi et al., 1994) относно функциите на хемоглобина, които демонстрират, че при екстремни условия на живот запазените протеинови структури работят добре. В други статии за адаптирането на птичи хемоглобин към ниско кислородно налягане (Gillespie, 1991 Jessen et al., 1991), се съобщава за мутации на пролин към аланин, които причиняват, дори при хората, повишаване на афинитета на кислорода. Почти незначителни замествания в цялостната протеинова последователност и структура са достатъчни, за да произведат адаптивни промени. Следователно, не всички генетични промени в променливостта на генома могат да бъдат използвани за илюстриране на еволюцията. Еволюцията на молекулата на хемоглобина изглежда е реагирала както на неутрални, така и на селективни специфични физиологични модификации, които позволяват обратимо свързване на кислород към хема, без да се отменя запазената структура на протеина.

В това есе ние поддържаме, че съществуват генетични и химически оптимуми, които ограничават селекцията в нейната творческа роля. Изборът не може да отиде по -далеч! Тя трябва да спре, в противен случай автоматичната химическа машина ще стане пагубна за клетъчната биология. Освен това, ние обсъдихме, че недарвиновата еволюция предшества дарвиновата част на еволюционната промяна и че все още има какво да се научи от тези катастрофални масивни разрушения на ранния архейски живот (включително десеткилометровата скала, която ни удари през Креда ), което представлява предизвикателство за естествения подбор като единствената водеща сила на органичната еволюция.

Бери, П. Ф., Брадшоу, С. Д. и Уилсън, Б.Р. (1990). Изследвания в Shark Bay - Доклад на Двугодишния експедиционен комитет Франция-Австралия. Музей на Западна Австралия, Пърт, Австралия.

Бруска, R.C. и Бруска, Г. Дж. (1990). Безгръбначни. Синауер, Съндърланд, Масачузетс, САЩ.

Buss, L.W. и Зайлахер, А. (1994). Типът Vendobionta - сестринска група на Eumetazoa? Палеобиология 20: 1-4.

Cairns-Smith, A.G. (2000). Седем улики за произхода на живота. University Press, Кеймбридж, Великобритания.

Clementi, M.E., Cond & ograve, S.G., Castagnola, M. и Джардина, Б. (1994). Функцията на хемоглобина при екстремни условия на живот. Евро. J. Biochem. 223: 309-317.

Конрад, М. (1990). Геометрията на еволюцията. Биосистеми 24: 61-81.

Дулитъл, Р. Ф. (1995). Произходът и еволюцията на еукариотните протеини. Филос. транс. R. Soc. Лонд. B. Biol. Sci. 349: 235-240.

Герхарт, Дж. и Киршнер, М. (1997). Клетки, ембриони и еволюция. Blackwell Scientific, Inc., MA, САЩ.

Gillespie, J.H. (1991). Причините за молекулярната еволюция. том 2. Оксфордската серия в екологията и еволюцията. Oxford University Press, Ню Йорк, Ню Йорк, САЩ.

Голдбърг, Д.Е. (1995). Енигматичният хемоглобин на Ascaris, богат на кислород. Био есета 17: 177-182.

Гулд, С. Дж. и Елдредж, Н. (1977). Пунктуирани равновесия: Темпото и начинът на еволюция се преразглеждат. Палеобиология 3: 115-151.

Гупта, R.S., Aitken, K., Falah, M. и Сингх, Б. (1994). Клониране на Giardia lamblia Хомолози на протеин от топлинен шок HSP70: последици по отношение на произхода на еукариотните клетки и на ендоплазмения ретикулум. Proc. Nat. Акад. Sci. САЩ 91: 2895-2899.

Хашимото, Т., Накамура, Ю., Накамура, Ф., Ширакура, Т., Адачи, Дж., Гото, Н., Окамото, К. и Хасегава, М. (1994). Филогенезата на протеините дава надеждна оценка за ранните дивергенции на еукариотите: филогенетично място на протозоа без митохондрии, Giardia lamblia. Mol. биол. Evol. 11: 65-71.

Хьонигсберг, Х.Ф. (2002). Отвъд дарвинизма. In memoriam of Stephen J. Gould. Genet. Mol. Res. 1: 372-375.

Jessen, T.H., Weber, R.E., Fermi, G., Tame, J. и Брауницер, Г. (1991). Адаптация на птичи хемоглобини към голяма надморска височина: демонстрация на молекулен механизъм чрез протеиново инженерство. Proc. Nat. Акад. Sci. САЩ 88: 6519-6522.

Knoll, A.H. (1992). Ранната еволюция на еукариотите: геоложка перспектива. Наука 256: 622-627.

Мюлер, W.E. (1995). Молекулярна филогения на Metazoa (животни): монофилетичен произход. Naturwissenschaften 82: 321-329.

Патерсън, Д. Дж. (1994). Протозои: Еволюция и систематика. В: Напредък в протозоологията (Hausmann, K. and H & uumllsmann, N., eds.). Сборник доклади от IX Международен конгрес по протозоология, Берлин 1993. Густав Фишер Верлаг, Щутгарт, Йена, Ню Йорк, стр. 1-14.

Патерсън, Д. Дж. (1999). Разнообразието от еукариоти. Am. Nat. 154 (Доп.): S96-S124.

Патерсън, D.J. и Согин, М.Л. (1992). Произходът на еукариотите и разнообразието на протистан. В: Произходът и еволюцията на прокариотични и еукариотни клетки (Хартман, Х. и Мацуно, К., ред.). Световната научна кръчма. Co., Ню Джърси, САЩ, стр. 13-46.

Rizzi, M., Wittenberg, J.B., Coda, A., Fasano, M., Ascenzi, B. и Болонези, М. (1994). Структура на сулфидно-реактивния хемоглобин от мидата Лучина пектината. J. Mol. биол. 244: 86-99.

Сеймия, М., Ишигуро, Х., Миура, К., Ватанабе, Ю. и Куросава, Ю. (1994). Homeobox, съдържащ гени в най -примитивните метазои, гъбите. Евро. J. Biochem. 221: 219-225.

Шопф, J.W. (1992). Най -старите вкаменелости и какво означават те. В: Основни събития в историята на живота (Schopf, J.W., изд.). Джоунс и Бартлет, Бостън, Масачузетс, САЩ, стр. 29-63.

Schopf, J.W. (1994). Различни темпове, различни съдби: темпото и начинът на еволюция се промениха от докембрийския към фанерозойския. Proc. Nat. Акад. Sci. САЩ 91: 6735-6742.

Уолпърт, Л. (2002). Принципи на развитие. Oxford University Press, Оксфорд, САЩ.


DnaC е мономер, свързва се с Dna-B по един към един начин (1: 1). 5 Той помага или улеснява хеликазата да бъде заредена в ssDNA при вилицата за репликация по ATP зависим начин. DnaC-ATP се свързва с хеликазен хексамер и предизвиква отварянето на хеликамерния хеликамерен пръстен, така че да може да се зареди върху единична нишка и да заобиколи нишката при съединението на вилицата. След като хеликаза се зарежда, Dna-C се дисоциира от субединиците на хеликаза и хеликамера на хеликаза в комбинация с АТФ действа като моторен протеин, който се придвижва във вилката и размотава ДНК преди вилицата.

Репликацията на еукариотни и прокариотни хромозоми, вируси и бактериални плазмиди включва няколко аналогични събития и прилики в реплисомовата архитектура. За много системи, доказано е, че специфични иницииращи протеини, включително бактериален DnaA протеин, фагов λ O протеин, SV40 T антиген, протеини за иницииране на плазмидна репликация (общо наречени Rep) и комплекса за разпознаване на еукариотния произход (ORC), образуват комплекси в началото, които служат като платформи за последващи събития за иницииране на репликация на ДНК. Въпреки някои прилики, специфичният механизъм за иницииране на репликация на даден репликон зависи както от структурата на репликационния произход, така и от естеството на протеина за иницииране на репликация. Репликацията на екстрахромозомни репликони, като плазмиди, фаги и вируси, обикновено е ограничена до един-единствен гостоприемник или няколко тясно свързани гостоприемници (тесен обхват на гостоприемника). Въпреки това, безразборните плазмиди на бактериите са в състояние да се възпроизвеждат и поддържат в много отдалечени родствени бактериални видове (широк обхват на гостоприемника). Следователно, многостранните взаимодействия на плазмид-кодирани протеини и произхода на репликация със специфични за гостоприемника репликационни фактори могат да определят начина на иницииране на репликон от широк обхват на гостоприемника.

Структура и отваряне на произхода

Произходът на прокариотни и някои еукариотни репликони като ДНК вируси и Saccharomyces cerevisiae притежават характерни функционални елементи, включително специфични места на свързване за подходящия иницииращ протеин и an AT-богат регион, където настъпва дестабилизация на ДНК дуплекс. Произходът на плазмидите обикновено съдържа множество свързващи места (итерони) за плазмид-специфичния протеин за иницииране на репликация, както и едно или повече места за свързване на протеина за иницииране на репликация на гостоприемника, DnaA (кутии DnaA, фиг. 1).
Фигура 1
Структурна организация с някакъв прокариотен произход. Показани са многократните повтарящи се последователности (iterons), AT-богати и GC-богати региони и секвенции на кутия DnaA. (Картите не са начертани в мащаб.)
Няколко доказателства показват, че тези структурни елементи от произхода се използват за репликация и поддържане на плазмид от широк спектър от гостоприемници в различни видове бактерии гостоприемници. Например, минималният произход на плазмида RK2 с широк обхват на гостоприемника (oriV Фиг. 1) притежава пет итера и е функционален вЕшерихия коли. Въпреки това, наличието на три допълнителни итера стабилизира поддържането на RK2 плазмид в Pseudomonas putida (Шмидхаузер и др, 1983). В допълнение, регионът с четири кутии DnaA е от съществено значение за репликацията на RK2 в Е. coli, но е незаменим за репликация на плазмида в Pseudomonas aeruginosa(Шах и др., 1995 Доран и др, 1999). В Е. coli хромозома, произходът на репликацията (oriC) съдържа пет последователности на DnaA кутия (фиг. 1).




Структурна организация с някакъв прокариотен произход. Посочени са многократните повторни последователности (итерони), богати на AT и GC региони и последователности на кутия DnaA.

Свързването на множество молекули DnaA в присъствието на хистон-подобен HU протеин и специфичния за мястото ДНК-свързващ протеин IHF (интегриращ гостоприемник фактор) води до дестабилизиране на дуплексната ДНК в близките AT-богати последователности на oriC на Е. coli (Месер и др, 2001). Произходното отваряне на плазмидите с тесен гостоприемник P1, F, R6K и pSC101 изисква, в допълнение към Е. coli DnaA, HU и/или IHF протеини, свързването на плазмидно кодирани протеини за иницииране на репликация (Mukhopadhyay и др., 1993 Kawasaki и др., 1996 Lu и др., 1998 Парк и др., 1998 Крюгер и др., 2001 г. Шарма и др, 2001). По същия начин, образуването на отворен комплекс в началото на репликацията на плазмида с широк обхват на гостоприемника RK2 от плазмид-кодирания протеин за иницииране на TrfA изисква Е. coli HU и се стабилизира от Е. coli DnaA (Konieczny и др., 1997).
За разлика от хромозомните oriC, но подобно на бактериофаг λ, произходът на плазмидите не изисква АТФ за образуване на отворен комплекс (Schnos и др., 1988 Мухопадхяй и др., 1993 Кавазаки и др., 1996 Lu и др., 1998 Парк и др., 1998). Основа за тази липса на зависимост от ATP може да бъде вътрешната кривина на ДНК на тези произходи, както и огъването на произхода, индуцирано в ATP-независим режим, от комплекса на плазмид-кодирания Rep протеин и гостоприемника HU или IHF (Stenzel и др., 1991 Доран и др., 1998 Лу и др., 1998 Комори и др., 1999 Шарма и др., 2001).

DnaB и други репликативни хеликаси

DnaB протеинът, основната репликативна ДНК хеликаза в Е. coli (LeBowitz & McMacken, 1986), е член на семейството на хексамерна ДНК хеликази, което включва ДНК хеликазите Т4 и Т7 и плазмида RSF1010-кодиран RepA, както и SV40 T антигена и човешкия MCM (поддържане на минихромозоми) протеин ( Patel & amp Picha, 2000). Въпреки че все още не е определена идентичност на последователността, тези хеликази образуват пръстенна структура с централен отвор и са свързани с комплекси за репликация на ДНК. МСМ хеликаза на бозайници е комплекс от няколко различни, но сродни пептиди. Интересното е, че наскоро беше показано, че Methanobacterium thermoautotrophicum MCM протеинът може да образува хептамерни пръстени (Yu и др, 2002). Няколко доказателства показват, че ДНК преминава през централния отвор на хеликазния пръстен, въпреки че е предложен и алтернативен модел на ДНК, обвиващ външната страна на хеликазния пръстен (Patel & amp Picha, 2000).
Е. coli DnaB е многофункционален ензим с редица различни дейности, включително свързване на ДНК, хидролиза на АТФ, размотаване на ДНК и стимулиране на DnaG примата за синтез на праймер, който е необходим за стартиране на реакцията на полимеризация от ДНК полимеразата холоензим. DnaB взаимодейства с редица протеини, вкл Е. coli DnaA (Marszalek & amp Kaguni, 1994), DnaC (Wickner & amp Hurwitz, 1975), DnaG primase (Lu и др., 1996 Tougu & amp Marians, 1996) и τ субединицата на ДНК полимераза (Kim и др., 1996), както и кодираните от плазмид протеини за иницииране на репликация RepA на pSC101 (Datta и др., 1999), π от R6K (Ратнакар и др., 1996) и TrfA на RK2 (Pacek и др, 2001). The Е. coli Присъства хексамер DnaB in vivo в протеинов комплекс с шест мономера на протеина DnaC и шест молекули АТФ (Wickner & amp Hurwitz, 1975 Lanka & amp Schuster, 1983 Фиг. 2).
Фигура 2




Модели за набиране и зареждане на хеликаза при плазмиден, фагов и бактериален хромозомен произход. Изобразени са изискванията за протеини и взаимодействията, необходими за набирането и натоварването на хеликаза. Дебелите стрелки показват решаващите взаимодействия, пунктираните стрелки показват посоката на репликация.
(А) Физическото взаимодействие между E. coli DnaA и DnaB хеликаза, както и активността на допълнителна DnaC АТФаза са от съществено значение за доставянето на хеликаза до E. coli oriC.
(Б) По време на бактериофагната λ репликация, ролята на DnaC се изпълнява от протеин λP, който свързва ДНКВ хеликаза E. coli и го доставя до oriλ чрез взаимодействие с протеин λO.
(° С) В допълнение към протеините на E. coli DnaA и DnaC, набирането на хеликаза при произход на плазмидите от тесен гостоприемник изисква плазмид-специфични протеини за иницииране на репликация (Rep).
(д) Алтернативни механизми за набиране и зареждане на хеликаза в произхода на плазмида RK2 с широк обхват на гостоприемника. Специфичното за гостоприемника DnaA-DnaB взаимодействие, използвано за набиране на хеликаза в кутиите на DnaA от произхода на плазмида RK2, е приложимо за плазмидна репликация в E. coli. При P. aeruginosa хеликазата се набира и зарежда в произхода на RK2 в DnaA- и DnaC-независим режим, чрез специфично взаимодействие с плазмида TrfA-44 иницииращ протеин на репликация.

Модели за набиране и зареждане на хеликаза при плазмиден, фагов и бактериален хромозомен произход. Изобразени са изискванията за протеини и взаимодействията, необходими за набирането и натоварването на хеликаза. Дебелите стрелки показват важните взаимодействия пунктирани стрелки .

Е. coli Набиране и зареждане на DnaB хеликаза

The Е. coli DnaB хеликаза се свързва с едноверижна ДНК (ssDNA) по АТФ-зависим начин. Въпреки това, тази активност сама по себе си не е достатъчна за натоварване на хеликаза в началото на репликацията, тъй като DnaB хексамерът сам по себе си няма афинитет към ssDNA, свързана от SSB (едноверижен свързващ протеин). По този начин навлизането на DnaB хеликазния комплекс в развитата oriC зависи от допълнителни протеинови фактори, и механизмът зад това събитие не е напълно изяснен. Химичното омрежване, ензимно-свързаните имуносорбентни изследвания и интерференционните изследвания на моноклонални антитела показват, че физическото взаимодействие между Е. coli DnaA и DnaB са от съществено значение за доставянето на хеликазата до oriC (Marszalek & amp Kaguni, 1994). Зареждането на DnaB вероятно зависи не само от свързването на DnaA с DnaA кутиите, присъстващи в Е. coli oriC последователност (фиг. 2А), но също и при свързване на DnaA към отворената област на произхода, която след това се стабилизира за последващо зареждане с хеликаза (Speck & amp Messer, 2001). Специфично физическо взаимодействие между DnaA и DnaB също се оказа решаващо по време на инициирането на репликация на плазмид RK2 в Е. coli (Konieczny & amp Helinski, 1997 Фиг. 2D). Този комплекс DnaA – DnaB е намерен в района на кутията DnaA на oriV, който е отделен от повече от 200 базови двойки (bp) от отвора на произхода на RK2 и има строго изискване за последователност на DnaA кутия за стабилно образуване (Pacek и др., 2001).
В допълнение към взаимодействието между DnaB и DnaA, хеликазният аксесоар протеин АТФаза, DnaC, също е необходим за образуване на хеликазен комплекс и зареждане с хеликаза при E. coli oriC, както и в няколко източника на плазмиди, включително RK2 (Konieczny & amp Helinski, 1997), R6K (Lu и др., 1998) и pSC101 (Datta и др, 1999). T4 gp59 и B. subtilis DnaI протеините имат роля, подобна на тази на DnaC, като служат като фактори за зареждане с хеликаза по време на бактериофаг Т4 и B. subtilisИницииране на репликация на ДНК, съответно (Kreuzer & amp Morrical, 1994 Imai и др., 2000). Два еукариотни протеина, Cdc6 и Cdt1, последният наскоро идентифициран като нов компонент на предрепликационния комплекс, са предложени за набиране на MCM комплекса в Ксенопус и Saccharomyces (Baker & Bell, 1998 Bell & Dutta, 2002). По време на репликацията на бактериофаг λ, ролята на DnaC се изпълнява от протеин λP, който също е АТФаза, но няма сходство на последователността с DnaC. протеинът λP се свързва с Е. coli DnaB хеликаза и я доставя до λ произход (или азλ) чрез взаимодействие с протеина λO (Dodson и др., 1985 Фиг. 2В). След образуването на хеликазния комплекс при или азλ, той трябва да бъде преработен чрез съгласуваните действия на Е. coli придружители DnaK, DnaJ и GrpE (Konieczny & amp Zylicz, 1999). На тази стъпка DnaB се освобождава от тясно взаимодействие с λP. Изискването за молекулни шаперони се намалява от мутация в λП ген, който отслабва взаимодействието между λP протеина и DnaB хеликаза (Konieczny & amp Marszalek, 1995).
Подробният молекулен механизъм на зареждане на хеликаза върху ssDNA не е напълно изяснен. Доказано е, че ssDNA-свързващата активност на λP и DnaC участва в зареждането на DnaB (Научете и др, 1997), както и че DnaC се освобождава при съпътстваща хидролиза на АТФ по време на зареждане с хеликаза oriC (фуния и др., 1987 Allen & amp Kornberg, 1991). Наскоро беше предложено това DnaC е двоен превключващ протеин ATP/ADP, с DnaB и ssDNA, задействащи АТР хидролиза от DnaC (Дейви и др, 2002). Изненадващо, ATP не е необходим за зареждането на DnaB от DnaC върху ssDNA и моделът предлага DnaC -ATP да зарежда хеликаза върху oriC, но това превръщане в DnaC-ADP е необходимо, преди хеликазата да е активна (Davey и др., 2002).
По време на репликационното иницииране на плазмид RK2 в Е. coli, протеинът DnaA насочва DnaB, в комплекс с DnaC, към кутиите DnaA в oriV на RK2. Въпреки това, комплексът на хеликаза не успява да размотае матрицата, освен ако не присъства и плазмидният иницииращ протеин TrfA (Konieczny & amp Helinski, 1997). Предложено е хеликазата да бъде преместена от кутиите DnaA в богатата на AT област чрез директен контакт с TrfA (Pacek и др, 2001). Зареждането на DnaB върху ssDNA зависи от точното позициониране на DnaA кутиите при oriV, както беше показано от нарушаването на натоварването на хеликаза чрез вмъкване на 6 bp между кутиите на DnaA и итероните при oriV, въпреки че отварянето беше нормално (Doran и др., 1998). Взаимодействия между Е. coli DnaB и плазмидни Rep протеини също са докладвани за плазмидите R6K (Ratnakar и др., 1996) и pSC101 (Datta и др., 1999) и те се оказаха решаващи за образуването на първоначален хеликазен комплекс при тези източници на плазмид. Мутантна форма на DnaB протеина, която не взаимодейства с pSC101 RepA, не успява да активира инициирането на репликация в този произход. Въпреки това, мутантът запазва способността си да поддържа иницииране на репликация при oriC (Дата и др, 1999). Показано е също, че плазмидът R6K π протеин и pSC101 RepA взаимодействат с Е. coli Инициатор на DnaA (Lu и др., 1998 Шарма и др., 2001), което предполага комплексно взаимодействие, включващо плазмидния протеин Rep при образуването на предварително подготвящия комплекс, зареждане с хеликаза и активиране.

Набиране и зареждане на специфични за вида хеликази?

Интригуващ въпрос, свързан с репликацията на ДНК, е дали механизмът за набиране и зареждане на хеликаза е описан за Е. coli oriC също е отговорен за инициирането на репликация на хромозомни и плазмидни източници при други бактериални видове. Е. coli традиционно се използва като модел на организъм, но не е ясно дали тези изследвания наистина предоставят универсални правила за всички прокариоти. Това ограничение може да бъде преодоляно чрез изучаване на безразборни плазмиди, които осигуряват уникални системи за изследване на механизми на репликация, зависими от видовете. Генетичните и биохимичните изследвания предполагат, че тези репликони са разработили две основни стратегии за улесняване на репликацията на ДНК в различни генетични среди: (1) иницииране, независимо от факторите на иницииране на репликация на ДНК гостоприемник, и (2) иницииране, зависимо от гъвкавата комуникация между плазмид и гостоприемник- Фактори за иницииране на репликация на ДНК. Плазмидите с широк обхват на гостоприемника, принадлежащи към групата на несъвместимост на IncQ (например RSF1010), използват първата стратегия чрез кодиране на три репликационни протеини, които премахват необходимостта от определени протеини гостоприемници. Продуктът на repAУстановено е, че генът на RSF1010 има ssDNA-зависима АТФаза и ДНК хеликаза (Scherzinger и др., 1997), в repC продуктът се свързва с итераните и отваря началния регион, създавайки входното място за RepA хеликаза (Scherzinger и др, 1991 г.) и repB продукт кодира примаза.
Плазмидите с широк обхват на гостоприемника, принадлежащи към групата на IncP (например RK2), разчитат на репликационни протеини от клетката гостоприемник и следователно могат да използват механизъм за зареждане на хеликаза, адаптиран към генетичния фон на специфичната бактерия гостоприемник. Последните резултати показват, че това е така (Caspi и др., 2001). Инвитроексперименти с пречистена хеликаза от Е. coli, P. putida и P. aeruginosaразкри, че за разлика от Е. coli DnaB хеликаза и двете Pseudomonas хеликази могат да бъдат доставени и активирани в RK2 oriV в отсъствието на DnaC-подобен ATPase допълнителен протеин (фиг. 2D). Допълнителна гъвкавост се осигурява от две форми на иницииращия протеин RK2 (TrfA 44 и 33 kDa), които се генерират от алтернативни транслационни начални места в рамката (Kornacki и др., 1984 Shingler & Thomas, 1984). Изискването за всяка от тези форми е специфично за хоста. Всяка форма на протеина TrfA се свързва с итероните, разположени в oriV (Пери и др., 1991) и открива произхода в богатия на AT регион (Caspi и др, 2001). И двете са функционални в Е. coliи P. putida, но само протеинът 44-kDa е активен в P. aeruginosa (Durland & amp Helinski, 1987 Fang & amp Helinski, 1991). В съответствие с тези наблюдения са инвитро експерименти, показващи това Е. coli или P. putida DnaB е активен или с TrfA-33, или с TrfA-44, докато P. aeruginosa DnaB специално изисква TrfA-44 за образуване на хеликазен комплекс и развиване на шаблон (Caspi и др, 2001). Молекулярната основа за тази разлика наскоро беше изяснена (Y. Jiang, M. Pacek, D.R. Helinski, I.K. и A. Toukdarian, непубликувани наблюдения). Хроматография с изключване на размера и анализи на активност на хеликаза с променени oriVшаблоните показват, че нито DnaA, нито последователностите на кутията DnaA не са необходими за формирането и активността на Pseudomonas хеликазен комплекс в RK2 oriV. Освен това анализът на биоспецифичното взаимодействие с BIAcore разкри, чеPseudomonas хеликазите образуват комплекси с TrfA-44, но не и с TrfA-33, свързан с oriV iterons. Изтриването на предполагаема спирална област в амино края на TrfA-44 е напълно премахнато Pseudomonas образуване на хеликазен комплекс на итераните (Z. Zhong, D. Helinski и A. Toukdarian, непубликувани наблюдения).
Тези резултати предполагат, че в зависимост от бактериалния гостоприемник, RK2 използва или DnaA-зависим, или DnaA-независим път за набиране и активиране на хеликаза (фиг. 2D). DnaA-зависимият път е специфичен за иницииране на репликация на RK2 в Е. coli. Вторият път, използван в P. putida и P. aeruginosa, включва набиране на хеликаза чрез взаимодействието му с TrfA-44, свързано с итераните. Нещо повече, за Pseudomonas sp. хеликази, протеинът гостоприемник DnaA не е от съществено значение за образуването и активността на хеликаза комплекс oriV.

Структурата на комплекса за зареждане на хеликаза и хеликаза разкрива прозрения за механизма на сглобяване на бактериална примозома 1

По време на сглобяването на зависимата от бактериалния товарач примозома, протеините за зареждане на хеликаза се свързват с хексамерния хеликазен пръстен и го доставят върху или азC ДНК и след това се дисоциират от комплекса. Тук, за да осигурим по -добро разбиране на този ключов процес, ние докладваме кристалната структура на

570-kDa предварителен грундиращ комплекс между Bacillus subtilis протеин за зареждане и Bacillus stearothermophilus хеликаза, както и хеликазно-свързващия домен на примазата с моларно съотношение 6:6:3 при резолюция 7,5 Å. Цялостната архитектура на комплекса показва трислойна пръстеновидна конформация. Освен това структурата, комбинирана с предложения модел, предполага, че преминаването от „отворен пръстен“ към „отворена спирала“ и след това „затворено-спирално“ състояние на хеликазния пръстен поради свързването на едноверижна ДНК може да бъде причината за освобождаването на товарача.

Репликацията на бактериалната хромозома започва при или азC, където инициаторният протеин DnaA се свързва, за да започне сглобяването на ензимната реплизомна машина 1. Ранните етапи на този процес включват сглобяването на примозомата и формирането на функционална примозома 2, 3. Вследствие на ремоделирането на произхода на репликация, индуциран от DnaA, сглобяването на зависимата от бактериалния товарач примозома се осъществява на дискретни стъпки и включва най-малко четири различни протеина (DnaA, хеликаза, товарач на хеликаза и примаза), които действат координирано и последователно.
В Ешерихия коли система, протеинът за зареждане на хеликаза, DnaC, комплексиран с АТФ, се свързва с хексамерна хеликаза DnaB и образува комплекс DnaB6 – DnaC6, което е потвърдено от изследвания с крио-електронен микроскоп (крио-ЕМ) 4, 5. Зареждащият протеин доставя хеликаза върху разтопената ДНК единични нишки на DnaA -или азС нуклеопротеинов комплекс в началото на репликацията 2,6.

Бактериалният DnaC Helicase Loader е DnaB Ring Breaker 4


Комплексът DnaB-DnaC образува топологично отворен, тристепенен тороид. ► DnaC ремоделира DnaB, за да произведе цепка в хеликазния пръстен, подходящ за преминаване на ДНК. ► Сгъването AAA+ на DnaC не е необходимо за зареждане и активиране на DnaB. ► DnaB притежава авторегулиращи елементи, които контролират зареждането и развиването на хеликаза


Това, което виждаме тук, са силно координирани, целенасочени задачи със специфични движения, предназначени да осигурят конкретен резултат. Авторегулация и контрол, които изглеждат необходими освен постоянното захранване с енергия чрез АТФ увеличава трудността да накара целия механизъм да работи по правилния начин. Всичко това вдъхновява страхопочитание и свидетелства за мъдрото напътствие и интелигентност, необходими, за да се случи всичко това по правилния начин.


Фигура 5.
DnaB N-терминалната домейна яка се ремоделира от DnaC
(А) N-крайните хомодимери на DnaB в отсъствието на нуклеотид образуват широка, затворена триъгълна яка (PDB 2R6A Bailey et al., 2007b). DnaB RecA домейните са показани като повърхности, докато N-терминалните домейни и линкерните спирали са показани като светлосини/оранжеви цилиндри.
(В) N-крайните домейни на DnaB в комплекса DnaBC претърпяват забележимо позиционно изместване от състоянието на затворен пръстен, образувайки нови подредби за опаковане между димерите. Домените DnaB RecA образуват напукана спирала (вмъкната в кутия) DnaC е пропусната за по -голяма яснота. Схема на разположението на димерите на N-терминалния домен е показана в горния ляв ъгъл на всеки панел.
Стрелките в (A) показват движението на DnaB NTD до състоянието, показано в (B). Вижте фигури S5, S6 и Филми S2 и S3.


Фигура S6.
Сравнение на конформационните състояния на DnaB, свързана с едноверижна ДНК и в DnaBC комплекса, свързано с Фигура 5
(A) Стъпката на DnaB RecA ATPase домените се различава значително между DnaBC (горна) и когато е свързана с ДНК и нуклеотид (долна) (PDB ID 4ESV (Itsathitphaisarn et al., 2012)). Всяка субединица е показана като повърхностно представяне и оцветена по различен начин. ДНК не е показана за яснота.
(В) Конформационни различия между хексамери на DnaB, свързани или с DnaC (отгоре), или с едноверижна ДНК и нуклеотид (отдолу, (Itsathitphaisarn et al., 2012)). Показват се изглед отгоре (вляво) и отстрани (вдясно). Всяка субединица е показана като повърхностно представяне и оцветена по различен начин, като N-крайните домейни (цилиндри) са изобразени като по-ярки нюанси от свързаните с тях RecA домени (повърхности). Позициите на линкерната спирала, която свързва всеки N-терминален и С-терминален домен в рамките на субединица, също са показани и обозначени. Линкерната спирала е видима във всички кристални структури на DnaB и служи за закрепване на RecA домейна на всяка субединица към RecA домейна на съседен протомер (Bailey et al., 2007b Itsathitphaisarn et al., 2012 Lo et al., 2009 Wang et al ., 2008) в EM модела, позицията му се извежда въз основа на известни кристалографски подреждания. В комплекса DnaB⋅ssDNA, N-терминалната яка на хеликаза се отваря на един интерфейс на субединицата, но опаковката между хомодимерите в други точки използва същите повърхности, наблюдавани в състояния на затворен пръстен (вляво, вижте също Фигура 5), и следователно се различава от това, наблюдавано в DnaBC. RecA домейните в DnaB⋅ssDNA комплекса също се разделят в една точка, но разделянето се случва между различна двойка субединици (оцветена в оранжево и червено), отколкото в DnaBC (оцветена в жълто и оранжево). Тази разлика се дължи на топологичните връзки между N-крайните хомодимери (които се подчиняват на диадична симетрия) и съответните им С-крайни домени (които следват циклична симетрия), и на способността на N-крайните домейни да се изместват между двете състояния- седнали или върху собствените си RecA гънки (както в DnaBC), или върху RecA домейна на съседна субединица (DnaB⋅ssDNA). Поради позиционното изместване в DnaB⋅ssDNA комплекса и относително плитката стъпка на състоянието на отворен пръстен на тази частица, линкерната спирала между всеки N-терминал и C-терминален домейн може да се сдвои с партньорска субединица, преодолявайки едната празнина в пръстенът за топологично затваряне на системата (двойка оранжеви/червени субединици). Обратно, конфигурацията на N-терминалния домейн, наблюдавана в DnaBC, в съчетание с голямото покачване от субединица до субединица, очевидно в комплекса, създава празнина, която е твърде голяма, за да бъде обхваната от линкерната спирала на една субединица (показана в жълто). В резултат на това хеликазният пръстен в комплекса DnaBC е топологично нарушен.


Фигура 7.
Механизъм на действие на DnaC
(A) DnaC отваря и ремоделира DnaB, за да улесни зареждането и размотаването на ДНК. DnaB със затворен пръстен не може да ангажира топологично затворен ДНК субстрат. DnaC се свързва с хеликазата, ремоделирайки яката с N-терминал и задейства отварянето на хеликаза. В присъствието на АТР, DnaC AAA+ домейните допълнително се събират в спирална конформация, която стабилизира комплекса с отворен пръстен и подпомага свързването с ДНК. Хидролизата на АТФ чрез DnaC и/или DnaG помага за освобождаването на товарача (Davey et al., 2002 Makowska-Grzyska и Kaguni, 2010), оставяйки активна хеликаза, обградена около ДНК.
(Б) Хипотетичен модел, показващ как DnaC е свободен да се свързва с DnaA нишка, дори когато е свързан с DnaB (както е предложено в Mott et al., 2008). Моделът е генериран чрез подравняване на нишка DnaA, свързана към ssDNA (PDB 3R8F Duderstadt et al., 2011)-която носи открит аргининов пръст в 5 ′ края на комплекса-с достъпната за разтворителите нуклеотидна свързваща страна на терминала DnaC протомер в DnaBC по начин, съобразен с типичните взаимодействия AAA+/AAA+. Суперпозицията подравнява порите на трите протеина, позиционирайки ДНК, свързана от централния канал на DnaA, за да влезе в комплекса хеликаза/товарач.

In vivo, това доставяне е свързано с инициаторния протеин DnaA 2, 7, чийто амино-терминален домен (NTD) се смята, че има роля при зареждането на комплекса за зареждане на хеликаза и хеликаза или азC чрез взаимодействие с хеликаза DnaB 8. След като протеинът за зареждане се дисоциира от хеликазния пръстен, NTD на хеликаза взаимодейства с карбокси-крайния домен (CTD) на примата и образува функционална примозома, която синтезира РНК праймери 9. Сглобяването на примозома в грам-положителните бактерии е различно в детайлите, включително че съответната хеликаза се нарича DnaC в някои бактерии, като напр. Bacillus subtilisи зареждащият протеин е DnaI сглобяването на хеликазата и зареждащия протеинов комплекс върху произхода на репликацията се подпомага от двойка съзареждащи протеини DnaB и DnaD в B. subtilis 10, 11, 12, 13 .


Механизмът на зареждане с хеликаза в бактериите 2

( а ) Инициаторът DnaA се свързва с oriC, като по този начин води до стопяване на ДНК.
( б ) DnaB се сглобява с DnaC, което води до отваряне на DnaB пръстена.
( ° С ) DnaA набира комплекса DnaB – DnaC до произход, където се сглобява около ssDNA.
( д ) ДНК-индуцираната хидролиза на АТФ насърчава разглобяването на DnaC, като по този начин оставя DnaB обграждаща ДНК. P i , неорганичен фосфат.

При свързване на ATP, скобният товарач преминава от плоска конформация в дясна спирална конформация.
( а ) Затягащият товарач се свързва с ATP и променя конформацията.
( б ) Формата, свързана с ATP на товарача на скоби, взаимодейства и принуждава отварянето на скобата.
( ° С ) Комплексът от скоба и скобен товарач се свързва с шаблон за грунд.
( д ) Веднъж свързан с ДНК, зареждащият скоба претърпява хидролиза на АТФ, което води до дисоциация от скобата и оставя скобата да обгражда ДНК.

( а , б ) ORC се свързва с ДНК ( а ) и набира Cdc6
( б ). ( ° Сз ) Два механизма за набиране на MCM2–7. Вдясно, ако MCM2–7 – Cdt1 е в затворена конформация, той трябва да образува частичен контакт с ORC – Cdc6, за да отвори пръстена MCM2–7
( ° С ), така че ДНК да може да влезе в пръстена MCM2-7, като по този начин позволява на MCM2-7 да се подрежда коаксиално с комплекса ORC -Cdc6 за образуване на OCCM
( д ). Вляво, ако MCM2–7 – Cdt1 е нормално отворен, той може да побере ДНК в централния си канал
( д ) и след това плъзнете към ORC-Cdc6 за образуване на OCCM
( е ).
( g ) АТР хидролизата насърчава дисоциацията на Cdt1 и превръщането на OCCM в OCM.
( з ) Втори комплекс MCM2-7 се свързва с OCM за образуване на MCM2-7 двоен хексамер, детайлите на който са описани на Фигура 4.

( ад ) Пет възможни модела за образуване на двоен хексамер. Първият модел
( а ), в който два MCM2-7 комплекса се зареждат едновременно, не включва междинното съединение OCM. Останалите четири модела
( бд ) включват превръщане на OCM в двоен хексамер. Комплексите са изобразени както на фигура 3. Вижте основния текст за подробности.

1) http://www.nature.com/ncomms/2013/130919/ncomms3495/full/ncomms3495.html
2) http://www.nature.com/nsmb/journal/v21/n1/fig_tab/nsmb.2738_F1.html
3) http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1315803/
4) http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867413002924
5) http://mol-biol4masters.masters.grkraj.org/html/Prokaryotic_DNA_Replication3-E_coli_DNA_Replication.htm

Последно редактирано от Admin на 23 ноември 2015 г., 7:30 ч., Редактирано общо 3 пъти