G r y g l e w s k i R. J., P r o s t a c y k lin a ... 85 S z a b u n i e w i c z B., P ow sta w a n ie potom nego g e n o m u ... 89 J a r o n i e w s k i W., W an ilia — cenna p rzyp raw a z N o w e g o Św iata . . . 94 K a ź m i e

Zalecono do bibliotek nauczycielskich i licealnych pism em M inistra O św iaty n r IV/Oc-2734/47

Wydano z pomocą finansową Polskiej Akademii Nauk

T R E S C Z E S Z Y T U 5— 6 <2221— 2222)

G r y g l e w s k i R. J., P r o s t a c y k lin a ... 85 S z a b u n i e w i c z B., P ow sta w a n ie potom nego g e n o m u ... 89 J a r o n i e w s k i W., W an ilia — cenna p rzyp raw a z N o w e g o Św iata . . . 94 K a ź m i e r c z a k o w a R., P o z n a ń s k a Z., S torczyk ow ate rezerw atu W a ły

na W y ży n ie M i e c h o w s k i e j ...96 B y c z k o w s k a - S m y k W ., S u p e r o w u l a c j a ...100

D rob iazgi przyrodnicze

B iałe tyg ry sy i lw y (A. L e ń k o w a ) ... 102 System y w chłaniania am inokw asów obojętnych (B. Szabuniewicz) . . 103 W ie lk i p rogram badań strefy cokołu kontynentalnego w n ajbliższym dziesięcioleciu (W. K araszew ski) . . ... 104 W łaściw ości lecznicze ro b in ii a k a cjow ej (M. Czekalską A . Spław a- N e y m a n ) ...105 M in i-jab łon k i (S. A . P i e n i ą ż e k ) ... 105 In terferon leu kocytów w leczeniu n o w o tw o ró w (B. Szabundewicz) . . 106 P e r ły — łzy oceanu (E. K r a s o w s k a ) ...107

R o z m a i t o ś c i ... 103 W szechśw iat przed 100 l a t y ... 109

R ecen zje

P olskie T o w a rzystw o P rzy ro d n ik ó w im. K opern ika 1875— 1975 (E. L e ­ w andow ska) ... 109 R. P e a r s o n , J. N. B a l i : Lectu re N otes of V erteb ra le Z oology (B. P ł y t y c z ) ... 110 J. Z. Y o u n g : T h e L ife of V erteb rates (B. P ł y t y c z ) ... 110 A . B l e j k e r : P rim en en ie fo to g ra fii w naukie (S. Sokół, M. Z. Szczepka) 111

K ron ik a naukowa

V I I Ogólnopolska K o n feren cja H istoryk ów K a rto g ra fii (Z. W ó jcik ) . . 112 P o m iary i system y p om iarow e w ochronie środowiska (K . R. M azurski) 112

S p i s p l a n s z

I. R A N IU S Z E K A egithalos caudatus L. — w dziobie trzym a pająka z rodzaju rozpiętek Tetraonatha sp. Fot. A . B aliński

II. P O K R Z E W K A O G R O D O W A Sy lvia b o rin (Bodd.). Fot. A . Baliński

III. K W I A T C Z W O R O L IS T U P O S P O L IT E G O P aris ą u a d rifolia L. Fot. A. Baliński rozpiętek Tetraonatha sp. Fot. A . B aliński

II. P O K R Z E W K A O G R O D O W A S y lvia b o rin (Bodd.). Fot. A . Baliński III. K W I A T C Z W O R O L IS T U P O S P O L IT E G O Paris ą u a d rijolia L. Fot.

IV . G R Z Y B IE N IE B IA Ł E N ym phaea alba L. Fot. A . B aliński

O k ł a d k a : A R A R A U N A A ra ararauna L. Fot. W . S trojn y

P I S M O P R Z Y R O D N I C Z E

ORGAN POLSKIEGO TOWARZYSTWA PRZYRODNIKÓW IM. KOPERNIKA

TOM 83 S T F R P T F Ń ZESZYT 5 6

(ROK 101) MUKTUiiN iysz (2221—2222)

R Y S Z A R D J E R Z Y G R Y G L E W S K I (K ra k ów )

PROSTACYKLINA

Claude Bernard zapisał się w pam ięci potomnych jako nieporów nany eksperym entator, k tóry z 'ironią odnosił się do w szelkich koncepcji wym yślonych z dala od stołu laboratoryjnego. Często powtarzał swoim współpracow nikom : „p o co m ędrkować, kiedy można eksperym entow ać” . A jednak ten sam prze­

korny Claude B ernard w ygłosił na jedn ym ze swo­

ich sorbońskich w y k ła d ó w najpojem n iejszą d efin icję życia, która z biegiem lat grom adzi w sobie coraz w ięcej treści. D efin icja ta brzm i: „W szystk ie żyw e

■istoty, ja k bardzo by nie ró żn iły się pom iędzy sobą, m ają jedną wspólną cechę, a m ianow icie potrafią zachować stałość w aru n k ów w sw oim w ew n ętrzn ym środowisku” . Znacznie p óźn iej d efin icję Bernarda określono jako zasadę zachowania homeostazy. K a ż ­ da żyw a kom órka, narząd czy cały ustrój nieustan­

nie muszą prow adzić grę z obojętnym św iatem ze­

w nętrznym , aby zachować sw oją w y ją tk o w ą struktu­

rę i funkcję, które odróżn iają życie od m artwoty.

K ażda grudka ż y w e j m aterii pracuje tak, ja k kom ­ puter zbierając dane n ad p ływ ające z zewnątrz, p rze­

tw arzając in form acje i w y d a ją c takie rozk azy swo­

je j m aszynerii, aby je j kontakt ze św iatem zewnę­

trznym prow adził do w y m ia n y zużytych elem entów, dostarczenia energii, zaopatrzenia w budulec, lecz nade wszystko do zachowania je j niepow tarzalnej

„osobowości” . Im bard ziej złożony ustrój, tym bar­

dziej rozbudowane są głów n e i zastępcze m echaniz­

m y homeostazy.

W p rzeciw ień stw ie dio kom putera ustrój ludzki nie pracuje na tranzystorach, nadprzew odnikach i obwodach scalonych, a odbiór, p rzek azyw an ie i w zm acnianie in form acji oraz sygnalizacja na w y j ­ ściu nie odbyw ają się w yłączn ie p rzy udziale im pul­

sów elektrycznych. W toku ew olu cji pozw oliliśm y sobie na luksus posiadania chm ary drobnocząstecz- kow ych substancji chem icznych o w yso k iej a k ty w ­ ności biologicznej, które p od zieliły m iędzy sobą zadanie utrzym ania homeostazy. N a jo g ó ln iej rzecz biorąc są to neurom ediatory, horm ony i tzw . hor­

mony tkankowe, czyli autakoidy.

Neurom ediatory takie, ja k am iny katecholow e lub acetylocholina, są ja k m ałe ogniki, które w p ra w ia ją w nieustanne rozedrganie nasz układ n erw ow y. R oz­

błyskam i ich tw orzenia i zanikania znaczy się na­

sza świadomość, życie psychiczne, fu n k cje ruchowe i w egetatyw ne.

Horm ony takie, ja k np. insulina, hydrokortyzon lub tyroksyna są w ytw a rza n e przez w ysp ecja lizow a ­ ne gruczoły i z nich w yd zielan e bezpośrednio do krw i. H orm ony regulują czynności życiow e nie tak błyskotliw ie i nie tak błyskawicznie, jak neurom e­

diatory, ale za to regu lacja horm onalna jest bardziej penetrująca w biochem iczne głębin y kom órkow e i bardziej długotrwała.

H orm ony tkankow e czy li autakoidy taikie, ja k np.

leukotrieny, bradykinina, angiotenzyna lub prosta- glandyny, są w ytw aTzane przez różnorakie tkanki,

A .

86

-COOH LOLi.

|KWAS ARACHIDONOWYl 9 *//« ^

rnnu

COOH

PGH, OH

^płytki krwi

śródbtonek\-f- tętnic

■COOH

|TXA2|

D rogi przem iany kwasu arachidonowego. P G H 8 — cykliczn y nadtlenek prostaglandynow y, k tóry jest w spólnym substratem dla biosyntezy T X A 2 w p ły t­

kach i P G I2

śródbłonku naczyń krwionośnych.

A u tooksydacja kw asu arachidonow ego p row adzi do powstania jego hydroperoksy pochodnej (1 5 -H P A A ), która grom adzi się w e fr a k c ji lipoproteidów o n i­

skiej gęstości (L D L ). 1 5 -H P A A w yb iórczo ham uje biosyntezę P G I 2

a naw et czasem tw orzą siię w płynach ustrojow ych.

W przeciw ień stw ie do neuiromediatorów i horm onów autaikoidy zdają się od gryw ać pierw szoplanow ą rolę w patologii, a n ie w warunkach fizjologiczn ych . Są ratunkiem dla ustroju, gdy p recyzyjn y mechanizm nerw ow o-h orm on aln y nie m oże już sobie poradzić z zagrożeniem zachw iania hom eostazy. W te d y nasze tkanki rezygn u jąc z zarządzeń odgórnych szukają pom ocy same u siebie i w y tw a rza ją z w łasnych m a­

teria łów budulcow ych — am inokw asów , peptydów , białek lub z fo s fo lip id ó w — substancje o w ysok iej aktyw ności biologiczn ej d o znaczeniu obronnym. W w ypadku krańcow ego zagrożenia ta oddolna akcja tkankow a zupełnie w ym yk a się z pod centralnej kontroli nerw ow o-h orm on aln ej i staje się na tyle przesadna, że m oże w sposób paradoksalny p ro w a ­ dzić do sam ounicestwienia się, żeby w spom nieć za­

trucie bradykininą w czasie ostrego zapalenia trzu ­ stki, lu b zatrucie histaminą i leu kotrienam i w e w strząsie uczuleniowym .

Prostacyklina n ie m ieści się w k la sy fik a cji doty-~

chczas znanych bioregulatorów . Z n ajdu je się ona gdzieś na przecięciu klasy horm onów i autakoidów P rostacyklina jest w ytw arzan a przez śródbłonek n a­

czyń krw ionośnych i działa, ja k m iejscow y hormon, k tóry lokalnie zapobiega w ytw arzan iu przyściennych zakrzepów w ew n ątrzn aczyn iow ych , lecz z dru giej strony prostacykflina jest w ydzielan a przez płuca do k rw i tętniczej i może działać jak o krążący hormon.

O dkrycie pcrostacykliny w 1976 roku b yło skut­

kiem splotu przypadków , spotkania w ła ściw ych osób w e w łaściw ej pracowni, ale też skutkiem w ytężon ej pracy w ielu grup badaczy nad zrozum ieniem p rze­

mian nienasyconych kw asów tłuszczow ych w ukła­

dzie krążenia. O dkrycie prostacykliny po prostu w i ­ siało w pow ietrzu.

R ok w cześniej odkryto, że jeden z k w a sów tłu ­ szczowych, a m ianow icie kwas arachidonow y (rys. 1) jest transform ow any w płytkach k rw i do cykliczn e­

go związku, k tóry został nazwany tromboksanem A 2 (T X A 2). T en efem eryczn y zw iązek (okres półtrw ania w k rw i 30 sekund) posiada d w a potężne działania

biologiczne: kurczy tętnice i w y w o łu je zlepianie się płytek k rw i. Bodźcem do w ytw a rza n ia T X A 2 przez p ły tk i k rw i jest podrażnienie ich błony kom órkow ej, np. przez w łókna kolagenu. W warunkach fiz jo lo g i­

cznych p łytk i k rw i n ie m ają ok azji „spotkać się” z kolagenem , k tóry w zm acniającą siatką oplata środko­

w ą i zew nętrzną w a rstw ę śoiany tętnicy. W w arun­

kach fizjo lo g iczn y ch p ły tk i k rw i ocierają się w y łą ­ cznie o jeden rodzaj kom órek — śródbłonek naczy­

niow y, k tórym jest wytapetowame całe łożysko na­

czyniow e. P ły tk i k rw i m ogą „zob aczyć” kolagen ty l­

ko w ów czas, gd y tętn ica zostanie skaleczona. Jeśli tętnica n ie jest zbyt duża, a rana n iezbyt rozległa, k rw otok zostaje szybko opanow any dzięki T X A 2, k tó ry uw alnia się z płytek podrażnionych przez ko­

lagen. T X A 2 zw ołu je p ły tk i k rw i i zmusza je do sa­

m ounicestw ienia się za cenę stworzenia galaretow a­

tego tamponu, k tóry zatyka skailecznie tętnicy. Je­

dnocześnie T X A 2 kurczy m iejscow o tętnicę (tylk o m iejscow o — T X A 2 jest przecież n ietrw a ły!), co do­

datkow o u łatw ia zatam ow anie krwotoku. T en tele- ologioznie piękn y m echanizm zafascynow ał w ielu ba­

daczy, którzy w ten czy inny sposób b y li zaintere­

sowani układem krążenia.

Zaczęto zastanawiać się, czy aby T X A 2 nie może tw o rzy ć się w zam kniętym , nieuszkodzonym mecha­

niczn ie układzie krążenia? C zy zm iany chorobowe tętnic, ja k np. blaszki m iażdżycow e, nie są w ysta r­

czającym stym ulatorem do w ytw arzan ia T X A 2 przez płytki? W ów czas pow staw anie zakrzepów na tle m iażd życy lub skurcz naczyń w ień cow ych zm ienio­

nych m iażdżyoow o (angina p ectoris) m ógłby być w y ­ tłum aczony ak tyw a cją p łytek k rw i w kierunku tw o ­ rzenia T X A 2 u tych pacjentów . Istotnie zetknięcie p łytek z w iększością m ateriałów biologicznych in­

nych niż zd row a kom órka śródbłomka p row adzi do zlepiania p łytek i tw orzen ia T X A 2. W śród te j pow o­

dzi pytań, przypuszczeń i dom niem yw ań postawiono rów n ież jedno pytanie, k tóre z pozoru m ogło w y d a ­ w ać się n iem ądrym pytaniem : dlaczego p łytk i nie zlepiają się, a k re w nie krzepnie u zdrow ego czło­

w iek a w tętnicach? P yta n ie zresztą n ie nowe, jednak odpow iedzi udzielane na n ie dotychczas n ie były zadow alające. M ów iono bow iem o „o b o ję tn e j” po­

w ierzch n i śródbłomka w stosunku do płytek, o

„gładkości” śródbłonka lub o specjalnej kom pozycji błony k o m órk ow ej śródbłonka, która uniem ożliw ia p rzy w a rcie p łytek k rw i d o śródbłonka.

A n apraw dę odpow iedź na to pytanie brzm i: ten sam kw as arachidonow y, który służy do produkcji T X A 2 p rzez płytki, jest przetw arzan y w kom órkach śródbłonka do innej n ie trw a łe j substancji, która zo­

stała nazw ana prostacykliną (P G I2) (rys. 1). P G I2 jest biologicznym antagonistą T X A 2. P G I2 hamuje zlepian ie się p łytek k rw i i rozszerza naczynia k rw io ­ nośne. W tętnicach zd row ego człow ieka płytki k rw i nie zlepiają się i n ie u w aln iają T X A 2 dlatego, że każda próba p rzyw a rcia p łytek k rw i do śródbłonka zostaje udarem niona przez P G I2, która biochem icznie

„od p ych a” p łytk ę k rw i od ściany tętnicy. Co w ięcej, p ły tk i k rw i „o ciera ją się” o tapetę śródbłonkową przekazują kom órkom śródbłonka wspólny pośredni substrat (P G H 2) do biosyntezy T X A 2 lub P G I2 (rys.

1). T a k w ię c w w arunkach fizjologiczn ych nie ma szans na tw o rzen ie się T X A 2, gd yż śródbłonek n aczy­

n io w y „p odkrada” z p łytek substrat do jego tw orze­

nia i spożytkow u je go do p rod u k cji P G I2, która in

87

loco nascendi ham uje przyw ieran ie, zlepianie się p łytek i tw orzen ie przez n ie T X A 2.

Znając rozw ój nauk biologicznych w ostatnim ćw ierćw ieczu niie będzie dla nikogo zaskoczeniem stwierdzenie, że działanie prostacykliiny na płytki k rw i i na naczynia krwionośne odbyw a - się za po­

średnictwem cyłklicznego kwasu adenozynojednofos- forow ego (c -A M P ). c -A M P jest „dru gim posłańcem”

dla w yk on yw an ia poruczeń w ielu neuromediiatarów i hormonów, które od zew nątrz kom órki uruchamiają w ew n ątrzkom órkow y generator potrzebny do w y ­ tw orzenia tego kam ienia filozoficzn ego życia.

Tak, jak adrenalina w mięśniu sercowym, a w a- zopresyna w nerkach, podobnie prostacyklina dla płytek k rw i jest sw oistym kluczem do uruchomienia produikcji c-A M P . Prostacytklina za pośrednictwem c -A M P um ożliw ia p łytce k rw i zachowanie stałości w arunków w je j wnętrzu. P ły tk a krwii, ta bezją- drzasta grudka ży w e j m aterii o kształcie dysku, jest a p rio ri przeznaczona do sam obójczej śm ierci dla ra­

towana człow ieka przed krw otokiem . Od tego sa­

m obójstwa może ją pow strzym ać w yłącznie energe­

tyczny ładunek c -A M P . O prócz śladowych ilości pe­

w nych prostaglandyn (P G E t liub P G D 2) n ie ma w ustroju człow ieka innej substancji oprócz prostacy- kliny, która m ogłaby podnieść poziom c -A M P w płytkach krw i, zapobiec ioh zlepianiu się i uw alnia­

niu T X A 2. Jest natom iast w ie le czynników aktyw u ­ jących p łytk i k rw i i obn iżających w nich poziom c-A M P , żeb y w ym ien ić kolagen, trombinę, kwas a- denozynodw ufosforow y, seroitoninę i T X A 2. Im w szy­

stkim musi opierać się prostacyliina. Stąd je j zna­

czenie dla utrzym ania hom eostazy w układzie krą­

żenia. N iedobór P G I2 musi nieuchronnie prowadzić do pow staw ania zakrzepów w ew nątrznaczyniow ych i to nie tylko ze w zględu na zlepianie się płytek (tw orzenia tzw . zakrzepu białego), lecz rów nież dla­

tego, że zlepiające się p łytk i uw aln iają czynniki a k ty­

w ujące układ krzepnięcia k rw i z fibrynogenu. P o ­ w staje w łókn ik i biały zakrzep przekształca się na zakrzep czerwony, który n ajczęściej jest w idziany post m ortem .

K ie d y niedobór prostacykliny staje się reailną gro­

źbą? Już w ch w ili odkrycia prostacykliny stw ierdzo­

no rów noległe, że jed yn ym i w ew nątrzpochodnym i truciznam i enzym u syntetyzującego prostacyklinę są lin iow e nadtlenki nienasyconych kw asów tłuszczo­

wych, tzw . nadtlenki lipidów . Jednakże przedziw ne m eandry rysuje przyroda. K w a s arachidonowy raz może być substratem dla tw orzen ia p łytkow ego T X A 2, to znów dla biosyntezy jego antagonisty, naczynio­

w e j P G I2, a w reszcie ten sam kwas, jeśli ulegnie samoutlenieniu, staje się potężnym inhibitorem bio­

syntezy ty lk o jednego członu tej pary, a m ianow i­

cie prostacykliny (rys. 1). N ad tlen k i lip id ów (w tym kwas 15 -h ydroperoksyarachidonow y) nie mogą być uważane tak, ja k T X A 2, czy P G I 2, za fizjologiczn e produkty przem iany nienasyconych kw asów tłusz­

czowych. Z patologią ich w ew n ątrzu strojow ego w y ­ tw arzania spotykam y się po przełam aniu antyoksy- dacyjn ej b ariery osocza i tkanek, w takich sytua­

cjach, ja k np. m iażdżyca, naśw ietlanie prom ieniam i jon izu jącym i lub zatracie czterochlorkiem węgla.

Ze w zględ u na powszechność choroby m iażdżyca zasługuje na szczególną uwagę. T o zw ichnięcie ho­

meostazy w układzie krążenia jest najczęstszą p rzy ­ czyną zgonów w śród osób po 50 roku życia. Tak, jak

w w ypadku chorób naw otw orow ych, podobnie w w y ­ padku m iażdżycy etiopatogeneza choroby jest n ie­

znana, aczkolw iek istnieje mnogość hipotez na ten temat. Pragm atyczni klinicyści i epidem iolodzy w y ­ liczają szereg czynników ryzyk a zapadnięcia na m iażdżycę, takich, jak np. palenie tytoniu, otyłość, w ysoki poziom cholesterolu w krw i, czynniki dzie­

dziczne i inne, co jednak nie p rzyb liżyło nas do po­

znania przyczyn y choroby. Być może, że w ielorak ie przyczyn y zagęszczone na krótkim odcinku czaso­

w ym w yw o łu ją powstanie m iażdżycy. Nas jednak, w spólnie z prof. A n d rzejem Szczeklikiem , kusi hipo­

teza robocza, zakładająca, że przyczyną m iażdżycy jest niedobór prostacykliny w yw ołan y zatruciem nad­

tlenkam i lipidów . Istotnie, w m iażdżycy dośw iad­

czalnej i w m iażdżycy ro zw ija ją c e j się spotanicznie u ludzi zdolność do w ytw a rza n ia P G I j przez tętnice (a także przez płuca) ulega drastycznemu obniżeniu.

Być może przyczyną niedoboru prostacykliny jest zatrucie śródbłonkowej biosyntezy hormonu przez nadtlenki lip id ów przenoszone tam przez jedną z fra k cji lipoproteidów osoczowych (L D L ). L D L w y ­ biórczo grom adzą nadtlenki lip id ó w u pacjentów z m iażdżycow ym i zaburzeniam i przem iany tłuszczo­

w e j (rys. 1). Bez w zględu na w y n ik dalszych prac badaw czym w tym zakresie w ażne jest to, że już postawienie hipotezy pobudziło nas do prób k lin icz­

nego zastosowania prostacykliny u pacjentów z róż­

nym i postaciami m iażdżycy.

K lin ik i A k ad em ii M edyczn ej im. M ik ołaja K o p e r­

nika w K ra k o w ie posiadają bezw zględn y p riorytet św iatow y w badaniach nad leczniczym w yk orzysta­

niem prostacykliny. T u taj w r. 1978 po raz pierw szy podano prostocyklinę człow iek ow i ustalając zakres bezpiecznych daw ek (2— 20 ng/kg/min w ciągłej kro­

plów ce dożylnej). T u taj rów n ież prow adzi się bada­

nia nad leczniczym działaniem prostacykliny w m iaż­

dżycy tętnic kończyn dolnych (arteriosclerosis o b li- terans), w niedokrw iennej chorobie serca (angina p ectoris) oraz w zakrzepicy naczyń siatków ki (th ro m - bosis vasorum retinae). Badania te nie są zakoń­

czone, jednak już teraz można przedstaw ić ich w stęp ­ ną ocenę.

Prostacyklina podana w dożylnej lub dotętniczej w lew ce nieznacznie obniża ciśnienie krw i, w y w o łu je zaczerw ienienie tw arzy, szyi, dłoni i stóp z jedno­

czesnym uczuciem ciepła w tych okolicach. Obniża się zdolność płytek do zlepiania i w ytw a rza n ia T X A 2, a także rozbiciu ulegają krążące zlepy (agregaty) płytkow e. Z nieznanych przyczyn następuje rów nież krótkotrw ała aktyw acja układu fiibrynolitycznego k rw i odpowiedzialnego za rozpuszczanie zakrzepów w łóknikow ych. U w iększości chorych czas trw ania w le w k i prostacykliny w yn osił kilkadziesiąt godzin.

Obecnie skłaniam y się do koncepcji podawania pro­

stacykliny w krótkotrw ałych w lew kach , ale za to pow tarzanych w ielokrotnie. D łu gotrw ałe w le w k i w y ­ dają się w yczerp yw ać zdolność adaptacyjną kom órek do tw orzenia „dru giego posłańca” tj. c -A M P , być m oże pod w p ły w em nieustannego bom bardow ania ko­

m órek farm akologiczn ym i stężeniam i prostacykliny.

N ajliczn iejszą, bo ponad 100-osobową grupę stano­

w ią pacjenci leczeni prostacykliną z powodu m iaż­

dżycy tętnic kończyn dolnych. N iestety nie u w szyst­

kich z nich prostacyklina w yw o ła ła popraw ę stanu

zdrowia. T ak ą popraw ę zanotowano u około 40% le ­

czonych pacjentów i o b jaw iała się ona zw iększeniem

88

dystansu, ja k i pacjen t może pokonać bez bólu w p ró­

bie m arszow ej, ustąpieniem bólów spoczynkowych, gojen iem isię ow rzodzeń niedokrw iennych. Za p ozy­

ty w n y w y n ik leczenia uważano popraw ę utrzym ującą się co najm n iej 3 miesiące od ch w ili zakończenia leczenia. U w ielu spośród pacjen tów terapię prosta- cyklin ow ą trzeba było powtarzać. A czk o lw ie k po dwu latach badań w yn ik i leczenia prostacykliną tej choroby trzeba uznać za m ierne, to jednak ten w stęp ­ n y okres badań klinicznych p ozw olił na uściślenie wskazań do leczenia prostacykliną. W y d a je się na przykład, że na korzystne skutki leczenia prostacy­

kliną nie można liczyć u pacjentów ze zm ianam i m iażdżycow ym i um iejscow ion ym i w tętnicach bio­

drow ych i udowych, u pacjen tów z n ik łym krąże­

niem obocznym.

W przyszłości, gd y zastaną jeszcze dokładniej sfor­

m ułowane wskazania do stosowania prostacyklin y w arteriosclerosis obliterans, w ów czas w skaźnik leczn i­

czego działainia prostacyklin y może ulec popraw ie.

Jednak w k ażdym przypadku n ależy pam iętać, że prostacyklina n ie jest świdrem , k tóry o tw ie ra „z a ­ m urowane” starym i zm ianam i m iażd życow ym i tętni­

ce. Prostacyklin a może tylk o zapobiegać tw orzen iu się zakrzepów p łytk ow ych i pow staw aniu zm ian m iażdżycow ych w drożnych tętnicach i tętniczkach krążenia obw odow ego. Dopóki n ie ma w aptekach analogu prostacykliny, trw a łego i o przedłużonym czasie działania, nasze doraźne ingeren cje w r o z w i­

ja ją c y się proces m iażd życow y p rzy pom ocy w le w e k dożylnych n ietrw a łego hormonu mogą tylk o w y w o ła ć bard ziej lub m n iej dłu gotrw ałe rem isje choroby. N a ­ leży dodać, że w iększość naszych p acjen tów rek ru ­ tow ała się spośród chorych, u których w ykon an o za­

b ieg ch iru rgiczn y (rekonistrucję naczyń, sym patekto- m ię) bez trw a łe j popraw y stanu zdrow ia, chorych, u których w ykon an ie zabiegu chirurgicznego zostało uznane za n iecelow e lub niewskazane oraz chorych, k tó rzy b y li dłu gotrw ale i nieskutecznie leczeni fa r ­ m akologicznie. N ad al zresztą stoim y na stanowisku, że w p ierw szym rzędzie w in n y być w yp rób ow an e znane i uznane sposoby leczenia choroby, a ty lk o w w ypadku ich nieskuteczności można podjąć próbę zastosowania n ow ego sposobu leczenia. A w ięc obec­

nie n ależy uważać prostacyklinę za u ltim u m r e fu - gium , co staw ia ją w gorszej p ozycji w stosunku do innych sposobów postępowania leczniczego. Jednak obserw acje zebrane w tym trudnym okresie dla te ­ rapii prostacyklin ow ej pozw olą w przyszłości w łą ­ czyć tę terapię do typow ych sposobów leczenia a rte­

riosclerosis obliterans, w ed łu g w yselekcjon ow an ych wskazań.

B ard ziej poznaw cze niż leczn icze znaczenie m ają badania nad zastosowaniem p rostacyklin y w n iedo­

krw ien n ej chorobie serca (angina pectoris). Około 30 pacjentów te j grupy otrzym ało w le w k ę prosta­

cykliny. N ie w chodząc W zaw iłości m etodyczne na­

leży stw ierdzić, że pacjenci cierpiący na w ysiłk o w ą postać choroby n ied ok rw ien n ej serca nie odnoszą żadnych korzyści z podawania prostacykliny. Są to ci chorzy, u których bóle zam ostkowe p o ja w ia ją się po przekroczeniu pew nego progu w ysiłku fizyczn ego.

Jak się przypuszcza, przyczyną tych bóli jest fakt, że stw ardniałe tętnice w ień ców e n ie mogą rozsze­

rzyć się i doprow adzić w ięk sżej ilości utlenow anej k rw i do serca, k tó re b ije częściej i siln iej po doko­

naniu w ysiłku fizyczn ego. Nie-stosunek pom iędzy za­

potrzebow aniem na tlen przez serce a m ożliw ością jego podaży podczas w ysiłk u w y w o łu je napad bólu.

W y d a je się logiczne, że w tej sytuacji prostacykli­

na jest nieskuteczna — nie może przecież rozszerzyć stw ardniałych naczyń w ieńcow ych, płytki k rw i nie o d gryw a ją ro li w etio lo gii tej postaci anginy, a pro­

stacyklina per se nie w p ły w a na pracę serca, ani na zu życie tlenu przez mięsień. Z dru giej strony prostacyklina przynosiła ulgę n iektórym pacjentom cierpiącym na tzw , spoczynkową postać choroby n ie­

d ok rw ien n ej serca. U tych chorych ból zam ostkowy p o ja w ia się okresowo lub trw a ciągle nawet, jeśli pacjen t pozostaje w łóżku i nie w ykon u je żadnego w ysiłku. P o d e jrze w a się, że u p ew n ej grupy tych p acjen tów przyczyną w ystąpienia bólu jest nagły skurcz tętnicy w ień cow ej, co zm niejsza dopływ k rw i z tlenem do m ięśnia sercowego. P rzyczyn a nagłego skurczu tętnicy w ień co w ej pozostaje nieznana. Otóż skuteczność prostacyklin y w przeryw an iu i zapobie­

ganiu w ystąpien iu bólu w tej postaci choroby nie­

d ok rw ien n ej serca m oże św iadczyć o tym , że czyn­

n ik iem etiologiczn ym w y w o łu ją cy m skurcz tętnicy w ień co w ej jest T X A 2 uw alniany m iejscow o przez p ły tk i k rw i zlepiające się w ok ół drobnego uszkodze­

n ia śródbłonka w tętnicy w ień cow ej. Prostacyklina

„rozp ęd za” zlep p łytk ow y, daje czas na reparację uszkodzenia i tak, jak to obserw ow ano u kilku pa­

cje n tó w po trzyd n io w ej w le w c e prostacykliny, bóle zam ostkow e ustępują na przeciąg kilku tygodni. Je­

śli to leczenie prostacykliną m iałoby mieć znaczenie praktyczne, to m usimy doczekać się trw ałego che­

m icznie i długo działającego analogu tego hormonu, k tó ry m ógłby być podaw any doustnie.

I w reszcie grupa 11 pacjen tów z zakrzepem żyły środkow ej siatków ki, którzy zostali poddani leczeniu prostacykliną. U zyskane w y n ik i są bardziej n iż obie­

cujące. Choroba p o ja w ia się nagle i ob jaw ia się jednostronną utratą wzroku. Dotknięci tą chorobą są zw y k le ludzie w w iek u ponad 50 lat. P rzyczyn ą cho­

rob y jest nagła utrata drożności środkow ej ży ły siat­

k ów k i. D otychczasow e leczenie polegało na podaw a­

niu heparyny, streptokinazy, lek ó w naczyniorozsze- rzających , w itam in, lek ó w przeciw zapalnych. P o m i­

mo tego leczenia większość pacjentów traciła uży­

teczny w zro k bądź bezpośrednio po napadzie cho­

roby, bądź w p óźn iejszym okresie w zw iązku z ta ­ k im i pow ikłaniam i, ja k w tórn a jaskra, makulopatia czy zanik tarczy nerw u w zrokow ego. Jeśli zdążono podać prostacyklinę w pierw szych trzech dniach od c h w ili w ystąpien ia choroby, w szyscy pacjenci odzy­

skali w zrok. P o p ra w a następowała zw y k le ju ż w czasie trw an ia w le w k i prostacykliny, a po miesiącu zn ikały w yb ro czyn y i ohrzęk dna oka. W idać było rów n ież udrożnienie zablokow anego naczynia k rw io ­ nośnego. P o roku obserw acji nie w ystąpiły u tych p acjen tów późne pow ikłania. W późniejszym okresie trw an ia choroby leczenie prostacykliną n ie jest już tak skuteczne i n a leży się zastanowić, czy w p rzy ­ szłości n a leży je podejm ow ać. I znowu, obok w a r ­ tości czysto praktycznych, te badania kliniczne w y ­ kazały e x iu vantibus, że pierw otną przyczyną n ie­

drożności ży ły środ k ow ej siatków ki jest zatkanie je j przez zlep y płytkow e.

B adania kliniczne nad nową substancją o p rze w i­

d yw a n ym działaniu leczniczym m ają inny w y m ia r

n iż badania nad tą samą substancją w pracow ni

badaw czej. Pom im o tego że o b jaw y choroby są po­

89

dobne, każdy z pacjen tów stanowi niepow tarzalny złożony obraz n ieprzystający do innego o tym sa­

m ym rozpoznaniu choroby. Nieustannie analizujem y przyczyny, dla których prostacyklina nie zawsze i nie u w szystkich pacjentów jest skuteczna. Szu­

kam y błędów w koncepcji, postępowaniu, doborze

chorych. Jednak radość tych kilkudziesięciu pacjen­

tów , u których po podaniu prostacykliny zagoiły się owrzodzenia, ustąpiły bóle lub pow rócił w zro k są przeciw w agą dla niepokojów , które muszą być udzia­

łem i tych zza stołu laboratoryjnego i tych pełnią­

cych swój obow iązek p rzy łóżku chorego.

B O Z Y D A R S Z A B U N IE W IC Z (Gdańsk)

POWSTAWANIE POTOMNEGO GENOMU

Młoda, rosnąca kom órka ak tyw n ie pobiera z oto­

czenia w yb ran e składniki m aterii, przetw arza je i układa w e własnych strukturach w edług swego specyficznego systemu. P ra w a w ew n ętrzn ej organi­

zacji kom órki ogran iczają je j rozm iary i wzrost.

Dalsza propagacja je j strukturalno-czynnościowego systemu staje się m ożliw a tylk o drogą produkcji jednostek potomnych. P odstaw ow y, genetycznie prze­

kazyw any, w zorzec kom órkow ego systemu układania m aterii jest p rzech ow yw an y w kom órce jak o je j ge­

nom. A b y w yprodukow ać jednostkę potomną, ko­

m órka przede w szystkim tw o rzy n ow y egzem plarz własnego genomu, przeprow adza jego syntezę.

W naturze genom nie p o ja w ia się oddzielnie, a tylko w otoczeniu w ielu m olekuł satelitowych. Z e­

spół genomu z jeg o satelitow ym otoczeniem daje się dojrzeć pod m ikroskopem jako łatw o b arw liw a sub­

stancja chrom atynowa. Z a w a rty w niej genom jest u prokariotów jedną m olekułą polinukleotydu dezo- ksyrybozow ego (D N A ). U eu kariotów genom ma po­

stać kompleksu takich m akrom olekuł, mieszczących się w chromosomach.

M akrom olekuła D N A genomu jest linearna w swej istocie. Jest zbudowana z dwóch kom plem entarnie ze sobą sparowanych nici, które można um ownie oznaczyć znakam i ( + ) i (— ). K ażda z tych moleku­

larnych nici może być uważana za łańcuch połączo­

nych ze sobą m ono-dezoksyrybonukleotydów . Z ko­

lei nukleotydow e ogn iw o jest zw iązkiem złożonym z fosfodezoksyrybozy (pd) i z organicznej zasady pu- ryn o w ej albo p irym id yn o w ej (N ). Nukleotyd można by w ięc oznaczyć sym bolem pdN, zaś w ycin ek p oli­

nukleotydu zapisać ...pdN-pdN-pdN... Istotą w zorco­

w e j specyficzności in fo rm a cyjn ej nici D N A jest w tym łańcuchu kolejność n u kleotydów (zasad), czyli ich sekwencja. D aje się to porównać do kolejności lite r w napisanym słowie. N u k leotyd ow ych „lite r”

jest tylk o cztery, za to poszczególne in form acyjn e zapisy-,,słowa” są n iekiedy bardzo długie, osiągając często rozm iary setek i tysięcy znaków.

W e w zo rco w ej p ojed yn czej nici D N A nukleotydy są m iędzy sobą połączone w iązan iam i k o w a len cyj­

nym i (chem icznym i). Całość takiego łańcucha stano­

w i w ięc tw ór m olekularny. N atom iast obie kom ple­

m entarne nici (plus i minus) są m iędzy sobą połą­

czone bardzo liczn ym i n iek ow alen cyjn ym i w iązania­

m i w odorow ym i.

W pojedyn czej nici D N A , oznaczanej sym bolem SS (single strand) D N A , kom binują się, jak nadm ienio­

no, cztery rod zaje nukleotydów (zasad): dwa pury- nowe, A (adeninow y) i V (guaninow y), oraz dwa pirym idyn ow e, C (cytozyn ow y) i T (tym inow y).

W kom plem entarnym parow aniu (ryc. 1) w iązaniam i w odorow ym i łączą się ze sobą zawsze te same pary:

T z A oraz C z G. Obie kom plem entarne nici są spiralnie okręcone około wspólnej osi.

Synteza potom nego genomu, jak stwierdzono, w y ­ m aga lokalnego rozerw ania m iędzyzasadow ych w ią ­ zań w odorow ych, czy li ich „stopienia” . Dochodzi w ted y do lokalnego oddzielenia się partnerów. T w o -

• • -7^

• 7 “ - A / * ' y f f - . A

Ryc. 1. Schem at w ycin ka dw uniciow ego D N A i re- plikacyjnego rozw idlenia, w zorow an y na rycin ie ze str. 211 J. D. Watsona Th e D ou ble H e lix , 1968. S ym ­ bole zasad (A , T, G, C) jak w tekście. Strzałki w ska­

zują kierunek asym etrii obu sparowanych nici.

90

5' I ^{P = CH} .CO

^ . C H - N - Ć g ) y Ht\ ( f ) W - W >

N0 ? ^ CH p y O C ^ I ^ t T J u

f v ~ v 4 f =cw o 1

^(2) a * °\ © P O , O ^ CH-C'Ną -O C -C '\ ’ 1 f V \ “ ź ® ; 1 « ' 0 c - / "

r - @ ; - . ? ® - . - ;

sCHjZ-CH 3‘ | J ™ 'CW

5'

D ts o k s y ry b o fo s ta ra ­ n o w y .k rę g o s łu p

n i c i DNA

S fe ro dzia ła n ia enzym ów a p lik a c y jn y c h

Ryc. 2. Schem at podobny do tegoż z ryc. 1 w po­

w iększon ej skali. U g ó ry w z ó r strukturalny odcinka zaw ierającego d w ie p ary nukleotydów . P — grupa fosforanow a, P (w kółku) — grupa trójfosforan ow a.

P a r y zasad A T są połączone dwom a, p ary G C trze ­ ma w iązan iam i w od orow ym i

G ru p a n u k le o z y d o w o

* c

N C s- §

o 2-5 5 ę i «, 3

G rupa p i'o fo s fo r a n o w a (o d s z c ? e p ia n a )

K o n d e n s a c j a

HO ,— P — 0 -

r r n.

s - ° — i ~ °

o o

G r u p a t r ó j f o s f o r a n o w a

CH*

" n "

o

- ę - < r o

Ryc. 3. Schemat dołączania grupy fo sfo ra n o w ej nu- kleotydu do końca 3’ łańcucha nukleotydow ego. C, T (w kółkach) — zasady. Fragm ent tej ry c in y pa­

suje do końca 3’ nici w iodącej z ryc. 2. N o w y nu- k leotyd C (w kółku) zostaje tu dołączany jako p art­

ner nukleotydu G oznaczonego X na ryc. 2

rz y się rep lik acyjn e rozw idlenie. W dalszym ciągu każda z nici staje się rep lik acyjn ym w zorcem (m a­

trycą). System y enzym atyczne odkładają na nich n ow e pojedyncze nukleotydy. Zaw sze na n ukleoty- dzie A w zorca rep lik acyjn ego dołączany byw a nu- kleotyd T , w zględ n ie T na A . O dpow iednio na G w zorca p oja w ia się nukleotyd C, i przeciw n ie (ryc. 2).

W ten sposób, na każdej z oddzielonych m acierzy­

stych nici narasta kom plem entarna nić now o biosyn- tetyzow an ego partnera: nić minus narasta na nici plus, i przeciw n ie. Proces posuwa się w zdłuż nici genom u i pow stają dw a potomne dw uniciow e ukła­

dy plus/minus. K a żd y z nich zaw iera nić SS D N A m acierzystą oraz now ą, kom plem entarną w zględem m acierzystej. T a k i sposób rep lik acji nazwano sem i- kom serwatywnym . Specyficzność sekw en cji nukleo­

tyd ó w w potom nych strukturach odpowiada dokład­

n ie m acierzystem u dw uniciow em u D N A .

Dołączanie now ych kom plem entarnych nukleoty­

d ów na SS D N A ma w zasadzie charakter egzo- ergiczn y, tj. przebiega zgodnie ze spadkiem term o­

dynam icznym , jedinak pod w aru nkiem pojaw ian ia się „w o ln y c h ” n u k leotyd ów odpow iedniego rodzaju w odpow iedn im miejscu. Enzym atyczne otoczenie g e ­ nomu zabezpiecza doprow adzanie nukleotydów, któ­

ry m zostaje p rzy tym nadawana przysw ajaln a po­

stać trójfosforan o-n u k leotyd ów pppdN.

P a ry zasad, leżące w spirali SS D N A jedne nad d ru gim i (ryc. 1), nie są ze sobą chem icznie połączo­

ne bezpośrednio. K o w a len cy jn y ciąg ogn iw każdego z p artn erów jest uw arunkow any przez estrow e po- łącznia fosforan o-dezoksyrybozow e. N ić fosforano- -d ezoksyrybozow a jest „kręgosłu pem ” cząsteczki. Z a ­ sady są rod zajem „boczn ych ” odgałęzień pojedyn cze­

go łańcucha (ryc. 2 i 3). K o w a le n c y jn y ciąg elem en­

tó w fo sfora n ow ych i dezoksyrybozow ych nie cechu­

je się lin iow ą sym etrią. K ieru n ek odnośnej asym e­

trii p rzy jęto oznaczać strzałkam i skierow anym i od ryb ofosfora n ow ego połączenia d(5’)-p ku połączeniu p-d(3’) (ryc. 2). K ieru n ek asym etrii jest u obu jedno- n iciow ych partn erów przeciw ny. O bie nici m ają bieg n azyw an y antyparalelnym . G dy w ięc w stępnie do rep lik a cji obie nici D N A zostają od siebie odsepa­

row ane, dołączanie n ow ych n ukleotydów nie jest u obu jednakow e. S tw arza to specjalne w arunki pra­

c y dla en zym ów replikujących.

Do satelitarnych m olekuł otaczających D N A g e­

nomu należą białka, m ające często charakter en zy­

m ów w yposażonych w energię. Obok białek, nader istotną ro lę pełnią m oleku ły polin u kleotydów rybo- zow ych (R N A ). T e ostatnie, podobnie ja k w p rzy ­ padku D N A , są zbudowane łańcuchowo z 4 rodzajów n u kleotydów , m ian ow icie A , G, C i U (urydyinowych, będących odpow iednikam i nu kleotydów tym inow ych w D N A ). Zasadniczą różnicą budow y D N A i R N A są nie zasady, lecz składnika w ęglow od an ow e: dezo- k syryboza (beta-D -2-dezoksyfuranoza) albo ryboza (beta-D -rybofu ran oza).

F o lin u k leotyd y R N A i D N A reagu ją m iędzy sobą.

T w o rzą kom plem entarne pary, w rezultacie czego p ow stają „h y b ry d y ” D N A / R N A . Polinu kleotyd R N A m oże narastać na w zorcu D N A , i przeciw nie. Istn ie­

ją oddzielne en zym y katalizu jące syntezę D N A — p olim era zy D N A , i oddzielne polim erazy R N A . W y ­ k ry to p ew n e ogólne zasady p o lim eryzacji nu kleoty­

d ó w na takich w zorcach (R. Schekman i wsp.,

Science 186, 1974, 987):

91

1. Substratem dla polim eraz (D N A i R N A ) są z jedn ej strony grupy hydroksylow e 3’ pentoz, z dru­

g iej strony grupy fosforan ow e trójfosforano-m ukleo- zyd ów (ryc. 3). Fosforanow a grupa połączona z w ę ­ glem 5 nukleotydu zostaje estrow o dołączona do hydroksylu w ę g la 3 dezoksyrybozy polinukleotydo- w ego ciągu. W ten sposób w zrost łańcucha postępuje w kierunku od końca 3’ OH. P rz y tym kierunek sym etrii n ow ej nici jest antyparalelny w zględem nici w zorca (ryc. 2 i 3).

2. Selekcja zasad w trakcie syntezy zależy od ko­

piow anego w zorca. Do nukleotydu A w zorca dołą­

czany b y w a nukleotyd T (w przypadku R N A nukle- otyd U), i przeciw nie. Odpow iednio, do G wzorca dołączany byw a nukleotyd C, i przeciw nie.

3. Istn ieje zasadnicza różnica pom iędzy polim era- zami R N A i D N A odnośnie in icja cji kopiowania.

P o lim era zy R N A m ogą zapoczątkow yw ać syntezę łańcucha n u kleotydów de novo na wzorcu. Pod tym w zględ em polim eraza R N A zależy od regionu tzw.

prom otora, tj. sekw encji n ukleotydów w e wzorcu.

Sekw encja ta znam ienie działa na polim erazę R N A , która „rozpozn aje” sekw encję prom otora, łączy się z nicią w zorca w okolicy tej sekw encji i rozpoczyna kopiow anie. W przeciw ień stw ie do tego, polim erazy D N A (liczne są znane) są odnośnie zapoczątkowania, w edług określenia A . K orn berga, „ślepe” w odnie­

sieniu do w zorca. E nzym y te w iern ie kopiują w zo ­ rzec, jednak tylk o już napoczęty. Inaczej mówiąc, w yd łu żają one w zorzec, nie potrafią natomiast za­

początkować n ow ej nici. Dotąd poznane polim erazy D N A , zgodnie z punktem 1 w yłuszczonych zasad, do­

łączają nukleotydy zaw sze do końcowego hydro­

ksylu 3’ .

Skoro polim erazy D N A nie są zdolne zapoczątko­

wać, inne jakieś en zym y muszą doprowadzić do tego efektu. Proces u m o żliw iający polim erazie D N A w y ­ dłużanie nazw ano prym ow an iem (S. H. W iokner, A nn. Rev. B iochem . 47, 1978, 1163). N a w ie lu p rzy ­ kładach w ykazano, że prym ow an ie polega na syn­

tezie krótkiego odcinka polinukleotydu R N A , n azw a­

nego prym erem . Zakładanie p rym erów R N A na w zo r­

cow ych niciach D N A byw a, ja k się okazuje, p rze­

prow adzane przez różne p olim erazy R N A . Zgodnie z tym trucizny ham ujące aktyw ność polim eraz R N A (rifam picyna, streptolidigina) zatrzym u ją in icjację (nie elongację) replikacyjn ą. W w ielu przypadkach stw ierdzono też, że dla in ic ja c ji rep lik a cyjn ej n ie­

zbędne są tró jfo sfo ra n y R N A , nie zaś D N A . M ateriałem do badań zja w isk rep lik a cji pow in ­ ny być naturalnie genom y kom órek. G enom y euka- rion tów są dla obecnych m etod pod tym w zględem jeszcze zb yt złożone. W dodatku ich genom składa się z szeregu odcinków m ieszczących się w chro­

mosomach. K o m ó rk i b ak teryjn e m ają natomiast genom y m niejsze, w postaci jed n ej m akrom olekuły.

D w u n iciow a struktura D N A genomu jest u nich za­

m knięta w tw ó r pierścieniow y. Genom bakterii liczy m iliony par nukleotydów . Jest to w ięc struktura rów n ież bardzo złożona. A b y uprościć badanie, po­

służono się w iru sam i p ew n ej kategorii, m ianow icie bakteriofagam i posażytującym i na pałeczce okrężnicy Escherichia coli, m ającym i genom o postaci jednoni- ciow ego D N A (M13, G4, St-1, PhiX174, fd). Genom ich jest stosunkowo m ały, ma łańcuch złożony z około 6000 nu kleotydów i koduje tylk o kilka rod za jów bia­

łek, przew ażn ie białek otoczki w irion ów . R eplikacja

tych w irusów odbyw a się w cytoplazm ie bakterii i u w ielu z nich b yw a przeprowadzana przez en zy­

m y produkowane w kom órce gospodarza i norm al­

nie służące do rep lik acji jego własnego genomu.

W in fek cji w iru sow ej zatrzym ane zostają procesy fizjologiczn e bakterii. Substratem dla je j rep lik a cyj- nych enzym ów, zamiast genomu bakterii, staje się genom wirusa.

G d y genom takiego bakteriofaga dostanie się do cytoplazm y bakterii ma on postać jednoniciow ego D N A zam kniętego w pierścień. Jego SS D N A p rzy ­ jęto jako nić plus. E nzym y gospodarza pow odują konw ersję postaci SS na replikacyjn ą form ę D N A , oznaczaną sym bolem RF. N a nici plus genomu syn­

tetyzu ją one kom plem entarną nić minus, w rezu l­

tacie czego w cytoplazm ie zakażonej E. c o li poja­

w ia ją się dw uniciow e egzem plarze genomu wirusa (ryc. 4). W dalszym ciągu dochodzi w bakterii do rep lik acji pierścieni R F, ja k też do syntezy now ych in fek cyjn ych jednoniciow ych postaci D N A plus, ko­

piow anych w edłu g nici minus egzem plarzy R F. Po w ytw orzen iu odpow iedniej ilości in fek cy jn ej fo rm y genom ów, kom órka ulega b ak teriolizie i m łode w i- riony zostają uwolnione.

Ustala się obecnie przekonanie, że procesy pom na­

żania się genom ów niektórych jednoniciow ych bak­

terio fa g ó w zachodzą w sposób analogiczny do rep li­

k acji chromosomu kom órki b akteryjn ej. Istnienie ta­

k iej analogii oparte jest przede w szystkim na m nie­

maniu, że elem entarne zjaw iska przekazyw ania ge­

netycznych cech są podobne w całej ożyw ion ej p rzy­

rodzie. Z dru giej strony, replikacja odnośnych bak­

terio fa gó w b yw a przeprowadzana przez enzym y bak­

terii. E nzym y te znajdują się w norm alnych nie za­

każonych bakteriach i co najm niej niektóre z nich na pewno są czynne w procesie rep lik acji chrom o­

somu bakterii. W obec tego rep lik ację genomu n ie­

których w iru sów p rzy jęto za „m o d el” rep lik acji chromosomu bakterii i poddano je w n ik liw y m po­

szukiwaniom . W naszej rela cji nie m ożem y ująć ca­

łości w y k ry ty ch zjaw isk. P rzed sta w im y tu tylk o w y ­ n ik i uzyskane przez szkołę A . K orn b erga i niektóre zw iązane z nim laboratoria. Postaram y się nawiązać te dane do znanych fa k tó w z zakresu rep lik acji bakterii. O bok w tekście cytow anych pozycji, do­

kładniejsze dane o rep lik acji w spom nianych bakte­

rio fa g ó w można znaleźć w dużym kom pleksie ekspe­

rym entalnych prac w J. B iol. Chem. 256, 1981, 5233—

5398.

Ryc. 4. Schem at zja w isk kon w ersji genomu jedno­

niciow ego D N A bakteriofaga w cytoplazm ie bakterii

E. co li na w irusow ą form ę replikacyjn ą R F, oraz

produkcji nowych genom ów potomnych. ( + ) i (— ) —

umowne oznaczenie kom plem entarnych nici D N A

92

Ryc. 5. Schem at zja w isk rep lik acji chromosomu bak­

te rii w yp ro w a d zo n y dow olnie w edług zja w isk w y ­ k rytych w badaniach dośw iadczalnej rep lik a cji bak­

terio fa ga PhiX174. H e — zespół enzym atyczny roz­

w ija ją c y d w u n iciow y D N A i tw orzący rozw id len ie replikacyjn e. SSB — region SS D N A p o k ryty przez białko w iążące się z pojedynczą nicią D N A , P o ’ — polim eraza D N A , P o ” — holoenzym polim eraza I I I D N A , w yd łu żająca prym er. W zespole prym osom u znajdują się białka produkow ane przez bakterię.

K onstrukcja prym osom u jest tu w zorow an a na sche­

macie K . A r a i d wsp., 1981. P o ró w n a j tekst

W . . ; - m

Dwuniciowy DNA Rozwijanie helisy,

3' 1 --- 5' ookryw anie

- I I I 11

—---

sse

5'

Prymosom A «—

SSB

SS DNA przez SSB

Gromadzenie prym osom u

' 3 ‘

5’ RNA

3- — u 111111 rrn:

sss

/ _{-O H}

5'

H e --- 3‘

S‘

Nic nowa

RNA DNA

Synteza

— 5' p rym e ra (p r y m a z a )

E lo n g a c fa

^ (h o lo e n zy m

’ ■ mu. i iim im m

I 111 I " r m,M •' --* ł - 5' ^ 3 '

DNA nić macierzysta

S‘ RNA DNA 3' 5‘ DNA 3'

.mm i::

D N A n ić m a c ie r z y s ta

Ugaza

RNA DNA

Polimeraza l DNA N ić no w o/ J DNA riiiiiinTuiTim iiiiiiiimiiiimiim

D N A )

Term inacjar ek scyz ja RNA , (p o lim e ra za I

D N A )

Terminacja:

D NA n ic m a cierzysta

| " Zlepienie (poli- m e ra z a l DNA, lig a za )

Ryc. 6. Schem atycznie przedstawione fa z y odcinko­

w e j rep lik a cji D N A w procesie k on w ersji SS D N A faga PhiX174 na fo rm ę RF. Sym bole ja k w rycinach

poprzednich. Por. tekst

P ie rw s zy m aktem re p lik a c ji genomu bakterii jest, ja k nadmieniono, rozszczepienie sparowanych nici D N A . W procesie tym czynne są en zym y ro z w ija ­ jące helisę (u nw inding enzymes), nazyw ane helika- zam i (J. F. Scott i A . K orn berg, J. B iol. Chem . 253, 1978, 3292 i K . A ra i i wsp. tam że 256, 1981, 5281 i 5287). R ozszczepienie jed n ej p ary nukleotydów za­

chodzi kosztem en ergii przeistoczenia dwóch m ole­

kuł A T P na A D P . O ddzielone od siebie nici D N A są natychm iast p okryw an e przez specjalny rodzaj białka w iążącego się z SS D N A . Białko to jest znane pod sym bolem SSB (single strand binding protein).

Jedna m olekuła SSB m oże osłonić przed pow rotnym zespoleniem na d w u n iciow y D N A ciąg około 40 p oli- nu kleotydow ych ogniw .

N a obu oddzielających się niciach narastają nici kom plem entarne. N a jed n ej z nich (5’ -> 3’ z ryc. 2), n a zyw a n ej nicią w iodącą (leading strand), narasta­

ją c y kom plem entarny partner ma stale na swym końcu dezoksyrybozę z hydroksylem doczepionym do w ę g la 3. W obec tego, zgodnie z zasadami w yłuszczo- n ym i p o w y żej, p olim erazy D N A mogą być przeszkód go w ydłużać. N ić jego m oże rosnąć w sposób ciągły, postępując w ślad za procesem rozw idlania.

In a czej jest w przypadku d ru giej nici (3’ ■«- 5’), na­

zy w a n e j nicią w lokącą się (lagging strand). N arasta­

ją c y partn er ma tu na sw ym końcu grupę fo sfo ra ­ now ą (w zględ n ie trójfosforan ow ą), połączoną z w ę ­ glem dezoksyrybozy 5. Polim eraz D N A , które po­

tra fiły b y dobu dow yw ać n u kleotydy do takiego koń­

ca, dotąd nie w yk ryto. Synteza musiałaby w ięc po­

stępować w kierunku przeciw n ym niż proces ro zw i­

jan ia d w u n iciow ego D N A . N ie m ogłaby też odbyw ać się w sposób ciągły, a tylk o przeryw any, odcinkowo.

P o oddzieleniu się dostatecznie długiego odcinka nici w lo k ą c e j się, m usiałoby dojść do in icja cji i nara­

stania n u k leotyd ów w kierunku przeciw n ym proce­

sow i rep lik a cji. B ieg te j syntezy m usiałby za trzy­

mać się przed już w cześn iej utworzoną dw uniciow ą fo rm a cją (ryc. 6). W m iarę posuwania się replika- cyjn ego rozw idlen ia, na oddzielającej się nici w lo ­ k ącej się m usiałyby pow staw ać coraz now e odcinki, k tóre potem u leea łvb y łączeniu się („zlep ian iu ” , sealing) na n iep rzerw an y ciąg syntetyzow anego p art­

nera. Zgodn ie z tym , w ykazano, że w procesie rep li­

k a c ji genomu E. c o li pow stają odcinka D N A liczące po około 1000 n ukleotydów , znane obecnie pod na­

zw ą fra g m en tó w O kazaki (W ickner, l.c.). W edług K o m b e rg a , anologiczny proces odcinkow ej syntezy re p lik a c y jn e j zachodzi w przypadku kon w ersji fo r ­ m y SS na fo rm ę R F u bakteriofaga PhiX174 (S. H.

W ick n er, l.c., A r a i i K orn berg, P ro c. N at. A c. Sci 78, 1981, 69).

Jak w skazaliśm y, p olim erazy D N A n ie kopiują kom plem entarnej nici bez je j zaprym ow ania. W p rzy­

padku k o n fo rm a cyin ej syntezy SS -*■ R F u faga P h iX l7 4 , p rym ow an ie jest rezultatem złożonego p ro­

cesu, w k tórym rozpoznać można szereg fa z '(r y c . . 5

i 6). P rym otoan ie jest tu przeprow adzane- p rzez spef

cjaln ą (n ie w ra żliw ą na rifam P icyn e) polim erazę R N A

iw a n ą p ry m a zą ,; będącą składnikiem w ieloen zym ó-

w e g o n u k'eoorotein ow ego zespołu (L ow en i K o m -

berg, J. B iol. Chem . 253, 1978, 758 i 770). P rvm aza

działająca w zespole syntetyzuje krótkie odcinki

R N A prym erów , które nastepnie zostają w ydłużone

przez dalszy en zvm kom órki b akteryjn ej,’ holoenzym

p olim erazę I I I D N A . W ielo en zy m o w y zespół prym u-

‘g CQ

o

OJ ar CO a

o ' n

£

CJ C*

CS

w W N C/3

£

£

< Pś

II. P O K R Z E W K A O G R O D O W A S ylvia borin (Bodd.) Fot. A . Baliński

93

ją cy zaw iera ją cy prym azę, został przez K ornberga nazwany prymosomem.

N a jp ierw , w stadium preprym ow ania, na nici D N A grom adzą się składniki białkow e produkowane przez bakterię, m ianow icie białko n’, dalej białka n, n” , i, dnaC oraz dnaB. T w o rzą one w ieloenzynow ą

„fo rm a cję pośrednią” (in term ed ia te ), dającą się izo­

lować na m olekularnych filtrach . W tej form acji, białko n’ jest czynnikiem rozpoznającym m iejsce w łaściw e dla in icja cji (zapew ne drugorzędową fo r ­ m ację pętlicow ą, p. ryc. 7), znajdujące się w nici w zorcow ej jako specjalna sekwencja nukleotydów.

Do pow yższej „p ośred n iej” fo rm a cji przyłącza się prymaza, będąca białkiem kodow anym u bakterii przez gen dna G. W rezultacie tego pow staje kom ­ pleks prymosomu, rozpoczynający syntezę prym era.

W przypadku faga PhiX174 p rym ery m ają długość kilku do kilkudziesięciu ogn iw R N A . G d y prym er osiągnie odpow iednią długość, holoenzym polim eraza I I I D N A ru gu je prym osom z jeg o połączenia z w zo r­

cem D N A i sama rozpoczyna elongację napoczętej nici. Podczas tych procesów sukcesywnie uwalniane są cząsteczki białka SSB, co stwierdzono znakując je izotopami. W yru gow a n y kom pleks prymosomu ulega m igracji, m ian ow icie przenosi się na n ow y odcinek SS D N A w kierunku postępującej replikacji.

K o m b e rg i jego w spółpracow nicy, posługując się licznym i mutantami Ts (w ra żliw y m i na tem pera­

turę) i ekstraktam i b ak terii norm alnych i zm uto­

wanych, zdołali za pomocą oczyszczonych enzym ów przeprow adzić in v itro k on w ersję SS D N A faga PhiX174 na dw uniciow ą form ę RF.

Ryc. 6 przedstaw ia schemat zjaw isk odcinkow ej syntezy w lok ącej się nici dw u niciow ego D N A , jaki można sobie odtw orzyć w ed łu g badań na fagu PhiX174. P o rozdzieleniu obu sparowanych nici, zo­

stają one natychm iast pokryte białkiem SSB. W m ie j­

scu rozpoznaw anym przez białko n’ rozpoczyna się grom adzenie elem entów w ieloen zym ow ego zespołu prymosomu, k tóry zakłada prym er R N A na nici D N A . Z araz potem w łącza się holoenzym polim eraza I I I D N A , k tóry w ydłu ża łańcuch now ego partnera odpowiednio do w zorca „w lo k ą cej się” nici. Podczas tego procesu helikaza rozszczepia dalej dw u niciow y D N A genomu, odsłaniając n o w y odcinek SS D N A . W yru gow an y prym osom p oja w ia się tam i przepro­

wadza syntezę now ego prym era. G dy dojdzie do pro- lon gacji także tego odcinka, następuje usunięcie (excision) w cześniej utw orzonego prym era R N A . Jest to u fa g a PhiX174 dokonyw ane przez polim erazę I D N A . T en sam enzym w yp ełn ia lukę, podstaw iając nukleotydy D N A na m iejsce R N A . P olim eraza I D N A nie jest zdolna połączyć tak utw orzonego ciągu nu­

k leotyd ów z ciągiem w ydłu żon ym sukcesywnie od­

cinka założonego „ w g ó rę” replikow an ej nici. Z le ­ pienie to (sealing) zachodzi pod działaniem enzymu ligazy, rów nież produkow anego przez bakterię. Od­

cinki pow stające w ten sposób sukcesywnie zostają łączone na n ieprzerw an y ciąg now ego partnera. P rz e ­ niesienie się prym osom u na nową pozycję w ym aga energii, k tórej źródłem jest przetw arzan ie A T P na A D P . K o m b e rg określa prym osom jako „ruchom y prym u jący prom otor” .

S ekw encja w zorca, na k tórej p ow staw ałyby w ielo - enzym ow e zespoły prym osom u, nie została dotąd ustalona. C iekaw e spostrzeżenia w tej m ierze do­

tyczą sekw encji rozpoznaw anych przez niektóre inne

prym ujące polim erazy R N A . U niektórych fa gó w (M13, G4, fd ) prym ow anie zachodzi w typow ych m iejscach o dość znam iennej strukturze. Odnośny odcinek SS D N A posiada tam szereg krótkich po­

dobnych sekwencji, u m ożliw iających form ow an ie się

„w ew n ętrzn ych ” dw uniciow ych form a cji i tzw. pętli (hairpin). Jako lep iej scharakteryzowany przykład, przedstaw iam y tu (ryc. 7) pętlę tw orzoną przez nić faga fd, oraz ciąg prym era R N A , który zdołano otrzym ać i ustalić w nim sekw encję nukleotydów (K . G eid er i wsp., P ro c. Nat. Ac. S ci 75, 1978, 645).

D rugorzędow ą struktura pętli jest tu praw dopodob­

nie elem entem rozpoznaw anym p rzez prym azę, wzgl.

polim erazę R N A . W przypadku fa ga fd synteza p ry ­ m era rozpoczyna się nukleotydem A dołączanym do nukleotydu T nici w zorcow ej. Następuje to w m iej­

scu położonym o k ilk a ogn iw przed (w kierunku 3’) pierw szą w ew n ętrzn ie sparowaną parą zasad pętli (T A , ryc. 7). W edług danych pu blikacji Geidera Ryc. 7. Struktura pętli (h a irp in ) bakteriofaga fd roz­

poznawana przez polim erazę R N A syntetyzującą prym er na genomie bakteriofaga fd, w edług K . G ei­

der i wsp., oraz sekwencja R N A prym era

94

i wsp., okolica p ę tli jest w olna od białka SSB. S yn ­ teza dokonyw ana przez polim erazę R N A posuwa się ku p ętli w kierunku 3’ -> 5’ i dochodzi do regionu sparowanych zasad. W iązania w od orow e zostają w ów czas stopione i na odseparowanym SS D N A syn­

teza p rym era kończy się po założeniu 25— 30 nukleo­

tydów . Długość p rym era b yw a różna. G eid er i wsp.

p rzyjm u ją, że jest to zależne od dwóch czynników.

P o oddzieleniu sparowanych zasad, polim eraza R N A przesuwa się w kierunku 5’. P rzeciw n ie postępuje p ok ryw an ie nici SS D N A przez SSB. Długość p ry ­ mera m iałaby zależeć od prędkości ruchu obu tych czynników.

P ę tle podobne do tejże u fa ga fd istn ieją także u PhiX174 (J. Shlom ai i K orn berg, P ro c. N at. A c. S ci 77, 1980, 799 i A r a i i wsp., J. B io l. Chem ., 256, 1981,

5283) i u jego bliskiego krew niaka faga G4 (J. P.

Bouchć i wsp., J. B io l. Chem . 253, 1978, 765), ale sekw en cji odnośnych p rym erów dotąd nie ustalono.

P rzedstaw ion e w y ż e j w y n ik i nie dają jeszcze n ie­

zaprzeczonego obrazu zja w isk rep lik a cji genom ów kom órkow ych. O dsłaniają one raczej tylko fragm en ­ ty tego procesu u niektórych bakteriofagów . Istnieją w p ra w d zie dane św iadczące o analogiach rep lik acji gen om ów b ak terii i w irusów , ale z dru giej strony różnorodność tych zja w isk jest w ie lk a i m ało jeszcze zbadana. W każdym razie zjaw iska tw orzenia geno­

m ów potom nych żyw ych jednostek przestają być ta­

jem nicą. O kazują się one w yd arzen iam i m olekular­

nym i, dającym i się naw iązać do w ielu innych z ja ­ w isk przyrody.

W A C Ł A W J A R O N IE W S K I {Ł ó d ź )

W A N IL IA — CENNA PR Z YPR AW A Z NOWEGO ŚWIATA

K on tyn en t am erykański dostarczył w ie lu roślin leczniczych i u żytk ow ych nie znanych w Europie przed w y p ra w a m i Kolum ba. N a le ży do nich m iędzy innym i w an ilia V a n illa p la n ifo lia A n d rew s z rod zi­

n y Orchidaceae — S torczykow ate. W a n ilię jak o p rzy ­ p raw ę zapachową do potraw znali i stosow ali daw ni m ieszkańcy M eksyku A z te k o w ie i T o lte k o w ie na długo przed od k ryciem A m eryk i. Z innych roślin am erykańskich dostarczających p rzyp ra w kuchen­

nych i rów n ież ja k w an ilia u żyw anych d a w n iej lub obecnie w leczn ictw ie na uw agę zasługują p iep rzo­

w iec roczny (p apryka) Capsicum annuum L . z ro ­ dziny Solanaceae — Psiankow ate i angielskie ziele P im e n ta o fficin a lis Lin dl. z rodziny M yrtaceae — M irtow ate.

Zm ieniało się w ciągu w ie k ó w zastosowanie ró ż­

nych surow ców leczniczych, a jed n ym z nich b ył owoc w a n ilii F ru ctu s V a nillae, ceniony niegdyś jako lek pobudzający, a dzisiaj rzadko u żyw an y ja k o do­

datek zapachowy i sm akow y do leków , częściej zaś jako p rzyp raw a w gastronom ii, cukiern ictw ie d li- kiern ictw ie. W szędzie tam b yw a jednak pow szech­

nie zastępowany znacznie tańszą w an ilin ą produko­

w aną syntetycznie.

Do czasu odkrycia A m e ry k i ow oce w a n ilii n ie b y ły znane w S tarym Ś w iecie. Jak się w y d a je, p ierw szy napisał o tym surowcu franciszkanin B ern - hardino de Sahagun w latach 1560— 1575 w trzy - tom ow ej pracy H istoria generał de las cosas de N ueva Espańa, w yd a n ej jednak drukiem dopiero w 1829 r. w M eksyku. N astępnie przed 1598 r. F ra n ­ cisco Hernandez, lekarz z Toledo, dał k rótk i opis łaciński w a n ilii pod indiańską nazw ą T lilx o c h itl, która w edłu g niego w y w o d zi się od ciem n ej b a rw y ow oców , oraz pod łacińską nazw ą A ra cu s a rom a - ticus. Zam ieścił też rycinę om aw ian ej rośliny, a na­

w et podał przepis na sporządzanie napoju z o w o ­ ców w a n ilii i nasion kakaowca.

Do Europy sprowadzono owoce w a n ilii w I I po­

łow ie X V I w ieku. W następnym X V I I stuleciu słu­

ży ły już one jako stały dodatek do czekolady, a ta k ­ że do arom atyzow ania tytoniu. N iegd yś w an ilia osiągała w ysoką cenę i była bardzo ceniona jako

rzekom o doskonały środek pobudzający, orzeźw ia­

jący, rozgrzew a ją cy, moczopędny oraz zw iększający popęd p łciow y. A . H ofm an w sw ej pracy Dissertatio de potu chocolatae (1769) zaliczał ten napój do gru­

p y lek ó w zw iększających sprawność płciow ą dzięki obecności w a n ilii. Podobnie sądzili inni autorzy.

Stąd w y n ik a ły ówczesne przepisy kościelne zabra­

n iające duchow nym spożyw ania czekolady.

W cennikach aptecznych p o ja w iła się w an ilia do­

p iero w X V I I I w iek u pod rozm aitym i nazw am i v a i- n iglia e (B ru nśw ik 1706), ba n illia (tam że 1721), b ani- glia e s. vaniglia e (M on astyr 1739), v a n illa (Lubeka 1770). W y w o d zą się one od hiszpańskiej n azw y ro ­ śliny im in illa , u tw orzon ej w fo rm ie zdrobniałej od w yra zu vaina — pochwa. Do farm akopei londyńskiej w p row ad zon o ow oc w a n ilii w 1721 r. Z n alazł się on także w farm ak op ei w irtem b ersk iej z 1750 r., jak rów n ież w p ierw szej farm akopei polskiej P h a rm a - copoeia R eg n i Polon ia e z 1817 r. oraz w Farm akopei P o ls k ie j I I z 1937 r. N ie w szedł jednak do F a rm a -

W a n ilia Y a n illa p la n ifo lia A n drew s