Репликация (Биосинтез ДНК).

Центральная догма молекулярной биологии.

Пути реализации генетической информации в клетке. Эксперимент М. Мезельсона и Ф. Сталя. Механизмы репликации.

Основные принципы репликации ДНК. Условия, необходимые для протекания биосинтеза

1.Комплементарность А-Т / Г-Ц

2.Полуконсервативность Образуются 2 цепи каждая из которых сохраняет(консервирует) в неизмененном виде только одну из половин материнской ДНК.

3.Антипараллельность Фермент ДНК- полимераза может передвигаться от 3 к 5 концу. Отрезки синтезируются антипараллельно, что является причиной её спиральной формы.

4.Прерывистость Чтобы новые нити образовались, ДНК должна быть полностью раскручена, а это невозможно, поэтому синтез идет одновременно в нескольких местах.

5.Потребность в затравке Обычно в качестве такой затравки используется фрагмент РНК. Если речь идет о геноме бактерии, то там есть специальная точка называемая origin (исток, начало) репликации, в этой точке находится последовательность, которая распознается ферментом, синтезирующим РНК. Он относится к классу РНК-полимераз, и в данном случае называется праймазой. РНК-полимеразы не нуждаются в затравках, и этот фермент синтезирует короткий фрагмент РНК - ту самую «затравку», с которой начинается синтез ДНК.

ДНК. ДНК-полимеразы – ключевые ферменты репликативного процесса. Структура и типы ДНК-полимераз. Топоизомеразы и хеликазы. Роль в биосинтезе ДНК. Праймазы, ДНК-лигазы и ssb-белки. Роль в процессе репликации. Репликация ДНК осуществляется реплисомой

Реплисома – сложный и эффективно работающий мультиферментнй комплекс, формирующийся в репликативной вилке для осуществления синтеза ДНК.

Cодержит примерно 15 - 20 белков и включает:

• Хеликазу (Расплетают ДНК формируя репликативную вилку)

• ДНК–полимеразы (Ведут синтез в направлении 5' - 3' основной цепи и коротких фрагментов Оказаки отстраняющей цепи) Обладают экзонуклеазной активностью. Они вырезают недопустимые/неправильные участки.

• Топоизомеразу (Разрывает одну из нитей давай ей возможность вращаться вокруг второй цепи для снятия напряжения на сверхзакрученных участках ДНК. Она же восстанавливает целостность нити)

• Праймазу (Катализирует короткий молекулы РНК-затравки. В последствии удаляются)

• ssb-белки (single strand binding proteins) (Стабилизирует цепь ДНК-матрицу в выпрямленном состоянии)

•ДНК-лигаза - фермент катализирующий сшивание одноцепочечных фрагментов ДНК.

Образование репликативной вилки. (Инициация). Понятие репликона.

Инициация репликации ДНК у прокариот на примере E.Coli. Ориджин репликации. Убактерий инициация репликации ДНК начинается в уникальном сайте хромосомы, точке репликации - oriC, из которой репликация осуществляется двунаправлено до точки окончания (terminus). Оri C – инициирующая последовательность Е. coli длиной 245 пар характеризуется высоким содержанием АТ-пар, которые легко денатурируют. К этому участку присоединяются 10-20 молекул инициаторного белка dnaA и АТР. Это приводит к плавлению молекулы ДНК и раскрытию цепей. Далее происходит присоединение белков dnaС, dnaВ (хеликазы), ssb-белков и dnaG (праймазы). Формируется репликативная вилка. Одно- и двунаправленная репликация.

Элонгация и терминация репликации ДНК. Понятие лидирующей и отстающей цепей ДНК. Синтез запаздывающей цепи прерывистым способом, фрагменты Оказаки.

Терминация репликации.

Терминация (остановка). Когда репликативная вилка достигает соседнего участка ДНК, на котором также осуществлялась репликация, ферменты завершают свою работу.* В результате репликации образуются две молекулы ДНК, идентичные друг другу и исходной материнской молекуле. В состав каждой из них входит одна цепь материнской молекулы ДНК и одна вновь синтезированная дочерняя цепь.

Удаление праймеров и достраивание отстающей цепи (сшивание фрагментов Оказаки).

Биосинтез ДНК на РНК матрице (Обратная транскрипция)

Обратная транскрипция — синтез ДНК на молекуле РНК. Этот процесс происходит с участием РНК-зависимой ДНК-полимеразы (обратной транскриптазы, ревертазы).

Обратная транскрипция протекает в три этапа:

На матрице вирусной РНК ревертаза синтезирует комплементарную цепь ДНК с образованием гибридной молекулы.

Вирусная РНК из комплекса гибридной молекулы разрушается под действием РНК-азы.

На матрице цепи ДНК комплементарно синтезируются новые цепи ДНК. 4

При попадании вируса в клетки хозяина ревертаза синтезирует молекулу ДНК на матрице РНК-вируса, которая способна встраиваться в ДНК клетки хозяина. В результате в них образуется ДНК, содержащая гены, обуславливающие рак.

Следует отметить, что обратная транскрипция не является универсальным процессом и может происходить только в определённых условиях.

РНК-зависимая ДНК полимераза.

РНК-полимераза — фермент, осуществляющий синтез молекул РНК. В узком смысле РНК-полимеразой называют ДНК-зависимые РНК-полимеразы, которые осуществляют синтез молекул РНК на матрице ДНК, то есть осуществляют транскрипцию. Ферменты класса РНК-полимераз очень важны для функционирования клетки, поэтому они имеются во всех организмах и во многих вирусах. Химически РНК-полимеразы являются нуклеотидил-трансферазами, полимеризующими рибонуклеотиды на 3'-конце цепи РНК.

Особенности репликации ДНК у эукариот. Типы и функции ДНК-полимераз у эукариот.

ДНК хромосом эукариот много длиннее, а сами хромосомы устроены намного сложнее, чем маленькие и простые бактериальные геномы. У высших клеток, в отличие от бактерий, ДНК в хромосомах образует комплекс с белками (гистонами), которые участвуют в сворачивании длинных нитей ДНК в серию петель, для того чтобы их можно было упаковать внутри ядра.

Репликация ДНК начинается одновременно в нескольких сайтах гигантской молекулы ДНК каждой хромосомы. Число их у эукариот может превысить 1000, поэтому большой набор ДНК- последовательностей реплицируется за 5—20 часов.

Из каждой такой точки в противоположных направлениях одновременно движутся две репликативные вилки. Репликация продолжается до полного завершения синтеза дочерних цепей и разделения новых дуплексов.Репликация ДНК начинается одновременно в нескольких сайтах гигантской молекулы ДНК каждой хромосомы. Число их у эукариот может превысить 1000, поэтому большой набор ДНК- последовательностей реплицируется за 5—20 часов. Полимераза α синтезирует праймер, (20 нуклеотидов), а затем заменяется полимеразой δ и ε. Полимераза δ является основной ДНК-полимеразой у эукариот. Роль ДНК- полимеразы ε менее ясна, однако последние данные свидетельствуют о том, что она участвует в репликации отстающей цепи ДНК. ДНК-полимераза β удаляет праймеры и застраивает бреши, образовавшиеся на месте вырезанного праймера. Фрагменты Оказаки у эукариот имеют длину порядка 150-200 нуклеотидов. Они сшиваются ДНК-лигазой. ДНК-полимераза γ реплицирует митохондриальную ДНК.

Метилирование ДНК. Репликация недореплицированных участков, действие теломеразы.

Типы повреждения ДНК. Репарация ДНК. Устранение ошибок репликации, депуринизации и дезаминирования. Удаление тиминовых димеров. Точность репликации.

1. Вырезается неправильное азотистое основание оставляя только фосфорный остаток и сахар – АП-сайт. 2. Между сахаром и азотистым основанием существует N-гликозидная связь, которую расщепляет ДНК-N-гликозидаза. 1 путь: Приходит фермент ДНК-инсертаза и без разрыва фосфодиэфирной связи вставляет правильное основание. 2 путь: Приходит АП-эндонуклеаза, вырезает неправильное основание за счет расщепление фосфодиэфирной связи и удаляет АП-сайт. (обычная эндонуклеаза вырезает большее количество нуклеотидов) Далее ДНК-полимераза застраивает брешь. ДНК-лигаза восстанавливает фосфодиэфирную связь, сшивая соседние нуклеотиды.

Транскрипция (Биосинтез РНК).

Транскрипция у прокариот. Единица транскрипции – транскриптон (оперон). Принципы транскрипции (комплементарность, антипараллельность, ассиметричность, униполярность). Сходство и отличия процесса репликации и транскрипции.

Этапы процессинга (созревания) пре-мРНК: кэпирование, полиаденилирование, сплайсинг. Характеристика сплайсосомы. Малые ядерные РНК (мяРНК). Альтернативный сплайсинг.

К 5’-концу присоединяется ГТФ в 7 положении она метилируется.