Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://kodomo.fbb.msu.ru/FBB/StudentScience/themes_2007s/Drygin.doc Дата изменения: Fri Jan 26 13:35:49 2007 Дата индексирования: Tue Oct 2 12:13:22 2012 Кодировка: koi8-r

ЗАДАЧА 1

Анализом первичной структуры белков и кодирующих их генов выявить сходство
между ДНК-топоизомеразами I рода и белками-инициаторами репликации ДНК
(типа белка А бактериофага ?Х 174, релаксирующего белка плазмиды ColE1 и
т.п.), ДНК-топоизомеразами 2-го рода и транспозазами, интегразами,
рекомбиназами для объяснения подобия в химических механизмах их действия.

ДНК-топоизомеразы - белки - ферменты, катализирующие реакции
топологической изомеризации ДНК. Изменение топологии ДНК происходит во
многих процессах функционирования ДНК в клетке (репликации, рекомбинации,
транскрипции, комплексообразовании с белками и др.). Известно несколько
типов ДНК-топоизомераз, которые по механизму действия разделяются на 2
рода. ДНК-топоизомеразы 1 рода (и все типы с нечетными номерами)
катализируют реакции изменения формы ДНК, оперируя с однонитевыми ДНК или
однонитевыми участками ДНК, в то время как топоизомеразы 2 рода (и все типы
с четными номерами) - с двунитевыми ДНК.
Механизм действия ДНК-топоизомераз основан на двух реакциях
трансэтерификации: фермент атакует межнуклеотидную связь, катализирует ее
разрыв с одновременным образованием фосфодиэфирной связи между остатками
тирозина топоизомеразы и появившейся нуклеиновой фосфатной группы.
Образовавшееся ковалентное соединения белка и ДНК является активным и
промежуточным. После завершения реакции топологической изомеризации
связанный с ДНК фермент катализирует восстановление межнуклеотидной связи,
фермент при этом появляется в свободном виде.
Реакции топологической изомеризации с участием ДНК-топоизомераз 1-го
рода осуществляются в результате последовательного изменения числа
зацеплений одной нити ДНК относительно другой в правой двойной спирали ДНК
с фиксированными концами. Как следствие, меняется (падает) число
сверхвитков ДНК (через 1 сверхвиток), например, -10 -9
-8 и т.д. Топологическая изомеризации с участием топоизомераз 2 рода
происходит в результате изменения числа зацеплений одного участка двойной
спирали ДНК с фиксированными концами относительно другого сразу на две
единицы (2 витка): - 6 - -8 - 10 или -1 +1,
+1 -1, и т.п.
Реакции трансэтерификации в молекулах ДНК (и в РНК!!) катализируются
не только ДНК-топоизомеразами, но и интегразами, рекомбиназами,
транспозазами и белками-инициаторами репликации ДНК (возможно, и вирусных
РНК подобным образом!).
В основе химического механизма взаимодействия белков -инициаторов
репликации ДНК (типа белка А бактериофага ?Х 174) также лежит реакция
трансэтерификации, в которой белок вносит однонитевой разрыв одной
межнуклеотидной связи точно в точке начала репликации ДНК, при этом белок А
(и подобные ему) образуют промежуточный фосфодиэфир ДНК между остатками
тирозина и появившейся нуклеиновой фосфатной группы Следовательно, эти
белки по механизму действия подобны ДНК-топоизомеразам 1-го рода.
Для решения задач(и) необходимо провести компьютерный анализ
первичной структуры белков и кодирующих их генов, чтобы выявить гомологии,
например, между ДНК-топоизомеразами I рода и белками-инициаторами
репликации ДНК (типа белка А бактериофага ?Х 174, никказ плазмид и др.) или
ДНК-топоизомеразами 2-го рода и транспозазами, интегразами, рекомбиназами
для объяснения сходства в химических механизмах их действия. Необходимые
для такого анализа данные в литературе имеются.

Руководитель: Юрий Федорович Дрыгин
д.х.н., зав.лаб. нуклеиново-белковых взаимодействий
корпус «А», тел.939-55-29
drygin@belozersky.msu.ru

Задача 2

Анализом первичных и (доступных) третичных структур белков и кодирующих их
генов подтвердить или опровергнуть предположение о родстве природных
ковалентных комплексов 1-го и 2-го типа и возможной эволюции одного типа
комплексов во второй.
Известно, что комплексы 1-го типа образованы между остатками тирозина
белков-ферментов и межнуклеотидным фосфатом ДНК (и РНК?!). Ферменты
катализируют реакции топоизомеризации, рекомбинации и интеграции клеточных
и/или вирусных ДНК (РНК?!).
Комплексы 2-го типа образованы белками - праймерами репликации и
молекулами РНК и ДНК. Со стороны белка в образовании фосфодиэфирной связи
участвуют остатки оксиаминокислот, а со стороны нуклеиновых кислот
фосфатная группа 5'-концевого нуклеотида. Как правило, белок-праймер
репликации входит в состав белка предшественника, содержащего 2 фермента:
протеазу и НК-репликазу(полимеразу). Не исключено, что праймирование
репликации НК (присоединение первого нуклеозидтрифосфата) in vivo
происходит на уровне предшественника. Это событие может инициировать
быстрый автопротеолиз предшественника (при этом реакция праймирования
становится необратимой) и высвобождение праймера, при этом комплекс
праймер, полимераза и матрица сохраняется и способен к элонгации синтеза
НК.
Сравнение структурных данных, относящихся к комплексам 1-го и 2-го рода,
может in silico выявить сходные мотивы между белками предшественниками
инициации репликации, протеазами, полимеразами в комплексах 2-го рода и
белками ферментами 2-го рода.