А. РЕПЛИКАЦИЯ И ТРАНСКРИПЦИЯ Синтез нуклеиновых кислот можно разделить на два этапа.

1. Синтез предшественников (нуклеотидов и дезоксинуклео-тидов) из промежуточных продуктов метаболизма.

2. Ферментативная полимеризация нуклеотидов с образованием макромолекул, нуклеотидные последовательности которых определяются последовательностью оснований ДНК-матрицы.

В репликации ДНК участвует много разных ферментов. Упрощенная схема этого процесса представлена на рис. 3.10. Можно отметить следующие стадии репликации.

1. Цепи двойной спирали ДНК расплетаются под действием двух ферментов - ДНК-зависимой АТРазы и гиразы - и удерживаются в расплетенном состоянии благодаря связыванию со специфическим белком, называемым белком Албертса или белком 32.

2. Специфическая РНК-полимераза синтезирует на каждой цепи короткие фрагменты РНК, вероятно соответствующие специфическим участкам инициации синтеза.

3. Репликативная ДНК-полимераза (полимераза III уE.coli) синтезирует небольшие фрагменты ДНК (называемые фрагментами Оказаки), начиная с З'-ОН-конца РНК, используемой в качестве затравки.

4. РНКаза (у Е. coli это ДНК-полимераза I, которая помимо полимеразной активности, используемой для репаративного синтеза ДНК, обладает также нуклеотидазной активностью) деградирует фрагменты РНК. ДНК-полимераза I завершает синтез фрагментов Оказаки.

5. Лигаза соединяет вместе соседние фрагменты.

Процесс синтеза РНК исследован весьма тщательно. РНК-полимераза представляет собой фермент, состоящий из пяти белков: а, а', ?, ?' и а. Последний белок (а) необходим для узнавания участков инициации транскрипции на ДНК- РНК-полимераза выполняет следующие функции.

1. Образует комплекс с ДНК и разделяет цепи.

Рис. 3.10. Схематическая модель репликации ДНК Е. coli.

2. Включает первый нуклеотид в правильном положении относительно ДНК (инициация).

3. Включает второй нуклеотид и образует первую фосфоди-эфирную связь между первым и вторым нуклеотидами; перемещаясь вдоль молекулы ДНК, продолжает включать новые нуклеотиды и образовывать межнуклеотидные связи (элонгация).

4. Останавливает процесс, когда доходит до определенной последовательности в молекуле ДНК (терминация).

| Б. ИНГИБИТОРЫ РЕПЛИКАЦИИ И ТРАНСКРИПЦИИ Ингибиторы репликации и транскрипции можно разделить на три группы.

1. Ингибиторы синтеза предшественников.

2. Ингибиторы полимеризации, которые в овою очередь разделяются на а) ингибиторы матричных функций ДНК и б) ингибиторы ферментов (ДНК-реплицирующих ферментов или РНК-полимеразы).

Аналоги предшественников, которые могут нтрушать как синтез предшественников, та.к и полимеризацию, мы обсудим в разд. VII, посвященном антиметаболитам, а здесь рассмотрим ингибиторы матричных функций ДНК и ингибиторы полимераз (рис. 3.11).

1. ИНГИБИТОРЫ МАТРИЧНЫХ ФУНКЦИЙ ДНК Многие вещества нарушают репликацию и транскрипцию, подавляя матричные функции ДНК- Эти вещества можно разделить на две группы: 1) препараты, которые непосредственно блокируют матрицу, образуя нефункциональный комплекс с ДНК, и 2) препараты, вызывающие изменение структуры ДНК (.разрывы цепей, выщепление оснований, образование ковалентных связей между двумя цепями), так что она больше не может . служить матрицей. Эти антибиотики обладают следующими свойствами.

1. Связываются с ДНК самых разных клеток (бактерий, грибов или высших организмов). Поэтому их действие неспецифично, они подавляют рост любых клеток, в которые могут проникнуть, и, следовательно, очень токсичны. Они используются в медицинской практике не для лечения инфекционных заболеваний, а обычно в качестве противоопухолевых препаратов, поскольку являются особенно активными в отношении быстрорастущих клеток.

2. Подавляют синтез как РНК, так и ДНК, хотя при определенных условиях наблюдается избирательное подавление лишь одного из этих процессов.

а. Антибиотики, образующие комплексы с ДНК

al. Дауномицин (рубомицин) и адриамицин. Это антрацик-линовые антибиотики, молекула которых состоит из четырех шестиуглеродных колец, расположенных в одной плоскости. Благодаря плоской структуре такая молекула может встраиваться между парами оснований двойной спирали ДНК, стабилизируя ее и в результате этого подавляя репликацию ДНК, необходимым условием которой является расплетание цепей. Подавление

Рис. 3.11. Схема механизмов действия антибиотиков, подавляющих синтез нуклеиновых кислот. [Из работы Vergnano М., Sassella D. (eds), Rassegna Ме-dica, Milan, Italy, Gruppo Lepetit, Spa., 1973, p. 117, с изменениями.)

синтеза РНК, вероятно, связано с тем, что молекулы антраник-линов интеркалируют между основаниями и подавляют связывание РНК-полимеразы с ДНК. Вещества, которые действуют так же, как дауномицин, называют интеркаляторами. Дауноми-цин и его аналог адриамицин не используют для лечения инфекционных заболеваний, а применяют только в химиотерапии опухолей.

а2. Актиномицин И. Это один из первых антибиотиков; он очень важен с исторической точки зрения, но слишком токсичен, чтобы его можно было использовать где-либо еще, кроме химиотерапии опухолей. Актиномицин О обратимо связывается с двухцепочечной ДНК, о чем свидетельствует изменение его спектра поглощения в видимой области в присутствии ДНК, а также изменение плавучей плотности, вязкости, кривых плавления ДНК в присутствии актиномицина. Известны два типа моделей его взаимодействия с ДНК. В моделях первого типа предполагается, что хромофор актиномицина встраивается между плоскостями оснований, как в случае дауномицина, а в моделях второго типа - что молекула антибиотика располагается в малой бороздке двойной спирали ДНК- В любом случае образование комплекса актиномицина с ДНК препятствует перемещению РНК-полимеразы вдоль ДНК-матрицы и, следовательно, подавляет синтез РНК. Подавление репликации ДНК может быть связано с тем, что ДНК в комплексе с актиномицином становится более стабильной и хуже расплетается.

аЗ. Митомицины. Эти антибиотики ковалентно связываются с ДНК, сшивая цепи молекулы и препятствуя их разделению. Благодаря природе образующейся химической связи с ДНК действие митомицинов необратимо, и эти антибиотики обладают бактерицидным действием. Очевидно, что они слишком токсичны, и их нельзя использовать в медицине в качестве антимикробных препаратов.

б. Вещества, модифицирующие ДНК

61. Блеомицины. Эти соединения образуют комплексы с ДНК, но в отличие от других ингибиторов их первичное действие, по-видимому, состоит в разрыве полинуклеотидных цепей. Блеомицины используются только в химиотерапии некоторых типов опухолевых заболеваний.

2. ИНГИБИТОРЫ РНК-ПОЛИМЕРАЗЫ Ингибиторы РНК-полимеразы распространены значительно меньше, чем ингибиторы матричных функций ДНК. Они имеют следующие общие свойства.

1. Поскольку РНК-полимеразы прокариот и эукариот различаются, эти ингибиторы обычно обладают избирательным действием. Они подавляют рост или только бактериальных клеток, или только клеток животных.

2. Они специфически подавляют синтез РНК в растущих бактериях и не оказывают какого-либо прямого влияния на синтез ДНК. Остановка синтеза РНК приводит через несколько минут к остановке синтеза белка из-за отсутствия мРНК.

3. Временная остановка синтеза РНК сама по себе не является гибельной для клетки. Поэтому ингибиторы РНК-полимера-зы обладают бактериостатическим действием, если только их связывание с ферментом не является практически необратимым; R таком случае их действие будет бактерицидным.

а. Антибиотики - ингибиторы РНК-полимеразы

al. Анзамицины. Анзамицины - антибиотики, молекула которых включает ароматическую часть с прикрепленным к ней мостиком, представленным алифатической цепью и называемым «ручкой». Анзамицины, содержащие нафталиновое ароматическое ядро (рифамицины, стрептоварицины, толипомицины, гало-мицины), являются ингибиторами бактериальной РНК-полимеразы.

Наиболее известны среди них рифамицины, в особенности рифампин - полусинтетическое производное, широко используемое в клинике. Действие рифамицинов обусловлено практически необратимым связыванием их с РНК-полимеразой, о чем свидетельствуют 1) влияние этих антибиотиков на синтез макромолекул в целых клетках (рис. 3.12); 2) подавление in vitro бактериальной РНК-полимеразы и отсутствие эффекта в случае ДНК-полимеразы и РНК-полимеразы эукариот; 3) образование комплекса РНК-полимераза - рифамицин, который можно выделить хроматографическими методами; 4) отсутствие такого комплекса с РНК-полимеразой, полученной из бактерий, устойчивых к рифампину.

Дополнительные исследования показали, что антибиотик связывается с р-субъединицей фермента. Рифампин, очевидно, подавляет инициацию, а не элонгацию РНК, поскольку длина немногих цепей РНК, образованных в присутствии антибиотика, такая же, как и в его отсутствие. Более точно, рифампин, по-видимому, блокирует синтез РНК немедленно после образования первой фосфодиэфирной связи.

а2. Стрептолидигин. Этот антибиотик обладает слабой активностью и поэтому не используется в клинике. Стрептолидигин, как и остальные анзамицины, подавляет активность бактериальной РНК-полимеразы. Однако его механизм действия отличается от механизма действия рифамицинов, поскольку стрептолидигин подавляет и элонгацию, и инициацию синтеза РНК.

3. ИНГИБИТОРЫ ДНК-ПОЛИМЕРАЗЫ Налидиксовая кислота (Нал) подавляет репликацию ДНК в точке роста, но не подавляет репаративный синтез при рекомбинации или при залечивании радиационных повреждений. Это заключение основано на следующих наблюдениях.

Рис. 3.12. Влияние рафампина на включение радиоактивных предшественников в ДНК, РНК, белок и клеточную стенку растущих бактерий. Сплошные кривые - контроль, штриховые-включение метки в культуре, к которой добавлен антибиотик. Время добавления антибиотика отмечено стрелкой.

1. После добавления Нал к культуре чувствительных бактерий синтез ДНК останавливается раньше синтеза других макромолекул.

2. Нерепликативный синтез ДНК не подавляется. Не затрагиваются такие процессы, как интеграция ДНК из донорских клеток в реципиентные клетки Е. coli при конъюгации и при трансформации В. subtilis, а также синтез ДНК после облучения Е. coli УФ-светом (даже при высоких концентрациях Нал).

3. Нал не влияет на биосинтез нуклеотидов, поскольку бесклеточная система синтеза ДНК, использующая экзогенные нуклеозидтрифосфаты, подавляется Нал.

4. Недавно показано, что мишенью для Нал является гираза.

В присутствии Нал чувствительные к этому препарату клетки удлиняются, наблюдается сильная деградация ДНК и клетки погибают. Нал оказывает бактерицидное действие только на те бактерии, которые активно- синтезируют ДНК и белой. Синтез этих двух макромолекул необходим для деградации ДНК. При отмывании клеток, обработанных Нал, синтез ДНК восстанавливается, а затем восстанавливается и рост бактерий. Следовательно, Нал непрочно связывается со своей мишенью.

Относительно механизма действия двух близких антибиотиков - новобиоцина и кумермицина - сведения были весьма противоречивыми. В настоящее время, однако, установлено, что первичным действием этих антибиотиков на растущие клетки является подавление синтеза ДНК, а их мишенью является гираза. Налидиксовая кислота и новобиоцин подавляют активность двух разных субъединиц гиразы, и поэтому не наблюдается перекрестной устойчивости к этим антибиотикам.

4. НЕСПЕЦИФИЧЕСКИЕ ИНГИБИТОРЫ ПОЛИМЕРАЗ Недавно получены некоторые полусинтетические рифамици-ны, которые, очевидно, утратили специфичность, характерную для исходных рифамицинов. Они подавляют примерно с одинаковой эффективностью функционирование как ДНК-полимера-зы, так и РНК-полимеразы самого разного происхождения: вирусов, бактерий, животных клеток. Механизм действия этих рифамицинов пока неясен. Известно, однако, что они, по-видимому, сильнее подавляют инициацию синтеза полинуклеотидных цепей, чем их элонгацию.

Мы благодарны автору и издательствам, которые не противодействует, а способствует образованию медицинских работников.
В случае нарушения авторских прав, пожалуйста, напиши нам и материалы будут незамедлительно удалены!