Репликация ДНК

Генетическая программа клеточных организмов записана в нуклеотидной последовательности ДНК. Следовательно, для сохранения уникальных свойств живые организмы должны очень точно воспроизводить свою ДНК перед каждым клеточным делением. Например, бактерия кишечной палочки должна дуплицировать без ошибок полный геном размером 4*10⁶ п.н. Одной из особенностей ДНК является то, что в ней закодирована информация о механизме ее собственного удвоения.

В процессе репликации участвует большое количество различных ферментов и белков. Очередность их действия может быть представлена следующим образом:

1.Ферменты топоизомеразаI и топоизомеразаII снимают суперсперализацию молекулы ДНК;

2.Фермент ДНК – геликаза (хеликаза) выпрямляет спираль ДНК и разделяет цепи ДНК. Он движется по одной из двух цепей ДНК и, разрывая водородные связи между основаниями, разделяет цепи. Участок, где происходит расхождение цепей ДНК получил название репликационной вилки, а точка на хромосоме, где начинается репликация, называется точкой начала репликации или ориджином;

3.Белки SSB связываются с одиночными цепями и стабилизируют их состояние, одновременно оставляя их доступными для ДНК – полимеразы.

4. ДНК – полимераза III осуществляет на этих одиночных цепях синтез комплементарных цепей ДНК.

5. ДНК – праймаза – синтезирует короткую РНК затравку для синтеза ДНК на матрице. Это необходимо, так как синтез нуклеиновых кислот идет только от 5’ конца к 3’ концу молекулы и для начала этого синтеза ДНК-полимеразе III необходимо наличие нуклеотидной затравки, от 3’-конца которой она начинает синтезировать новую цепь. Поэтому на одной из родительских цепей (рис. 11.2) синтез одной из новых цепей идет непрерывно, совпадая с движением топоизомеразы. Эта цепь получила название “ ведущая ”. А вот другая цепь (“ отстающая цепь ”) синтезируется как-бы фрагментами (фрагменты Оказаки). При этом ДНК–прймаза синтезирует РНК – праймер, который служит заправкой для действия ДНК – полимеразы III;

6. ДНК – полимераза I продолжает синтез цепи, постепенно заменяя нуклеотиды РНК умежду фрагментами Оказаки, отстающей цепи на нуклеотиды ДНК;

7. ДНК – лигаза сшивает фрагменты отстающей цепи.

ДНК-полимераза I способна реплицировать небольшие участки ДНК и кроме полимеризации ДНК обладает еще двумя активностями. Одна из них, это способность удалять неспаренный нуклеотид на 3’-конце ДНК (3’ - 5’ –экзонуклеаза), так называемая корректирующая способность, а вторая состоит в отщеплении нуклеотидов в двойной спирали ДНК с 5’-конца (5’-3’-экзонуклеаза). Эти две реакции имеет важное биологическое значение.

ДНК-полимераза I участвует в реакциях репликации и репарации. ДНК-полимераза II способна реплицировать ДНК в условиях, в которых матрица может быть повреждена.

ДНК-полимераза III это основной фермент, который ответственен за репликацию хромосомной ДНК кишечной палочки. В каждой клетке содержится всего 10-20 копий этого фермента.

3. Молекулярные основы наследственности: типы РНК, транскрипция трансляция.

Молекула рибонуклеиновой кислоты (РНК) это одноцепочечный полинуклеотид. Отличается от ДНК наличием сахара – рибозы и заменой азотистого основания тимин на урацил. РНК не формирует двойные спирали, однако комплементарное спаривание может происходить внутри и между молекулами РНК. Если за какой-то последовательностью следует комплементарная ей последовательность, то полинуклеотид цепи может сложиться и образовать антипараллельную двухцепочечную структуру. Такую структуру называют шпилькой. Она состоит из спаренных оснований, образующих двуспиральный участок – стебель, часто с петлей из неспаренных оснований. Такие взаимодействия имеют важное биологическое значение. Содержание РНК в клетке в несколько раз больше, чем ДНК.