Каква е последователността на репликацията на ДНК? Какво е репликация на ДНК. Молекулен механизъм на репликация

репликация на ДНКе процесът на неговото удвояване преди клетъчното делене. Понякога се нарича "репликация на ДНК". Удвояването се случва в S-фазата на интерфазата на клетъчния цикъл.

Очевидно е, че самокопирането на генетичен материал в дивата природа е необходимост. Само по този начин дъщерните клетки, образувани по време на клетъчното делене, могат да съдържат толкова ДНК, колкото е било първоначално в първоначалната. Благодарение на репликацията всички генетично програмирани характеристики на структурата и метаболизма се предават в редица поколения.

В процеса на клетъчно делене всяка ДНК молекула от двойка идентични отива в своята дъщерна клетка. Това осигурява точното предаване на наследствената информация.

По време на синтеза на ДНК се изразходва енергия, т.е. това е енергоемък процес.

Механизъм за репликация на ДНК

Самата ДНК молекула (без удвояване) е двойна спирала. В процеса на редупликация се разкъсват водородните връзки между двете му комплементарни вериги. И върху всяка отделна верига, която сега служи като шаблон-матрица, се изгражда нова допълваща верига. Така се образуват две ДНК молекули. За всеки от тях тя получава една верига от майчината ДНК, втората е новосинтезирана. Следователно механизмът на репликация на ДНК е полуконсервативен(една верига стара, една нова). Този механизъм на репликация е доказан през 1958 г.

В молекулата на ДНК нишките са антипаралелни. Това означава, че едната нишка върви в посока от 5" края към 3", а допълващата се движи в обратната посока. Числата 5 и 3 показват броя на въглеродните атоми в дезоксирибозата, която е част от всеки нуклеотид. Нуклеотидите са свързани чрез тези атоми чрез фосфодиестерни връзки. И където едната верига има 3 "връзки, другата има 5", тъй като е обърната, тоест отива в другата посока. За по-голяма яснота можете да си представите, че слагате ръка върху ръката си, като първокласник, който седи на бюро.

Основният ензим, който извършва удължаването на нова ДНК верига, може да направи това само в една посока. А именно: да се прикрепи нов нуклеотид само към 3" края. Така синтезата може да върви само в посока от 5" към 3".

Веригите са антипаралелни, което означава, че синтезът трябва да върви към тях в различни посоки. Ако ДНК веригите първо се разминат напълно и след това върху тях се изгради нова комплементарна, тогава това няма да е проблем. В действителност веригите се разминават в някои случаи начални точки на репликация, и на тези места на матриците веднага започва синтез.

Така нареченият репликационни вилици. В същото време в една родителска верига синтезът протича в посока на отклонението на вилицата и този синтез се извършва непрекъснато, без прекъсвания. При втората матрица синтезът протича в посока, обратна на посоката на разминаване на веригите на оригиналната ДНК. Следователно такъв обратен синтез може да протича само на части, които се наричат фрагменти от Оказаки. По-късно такива фрагменти са "зашити" заедно.

Извиква се дъщерна верига, която се репликира непрекъснато водещ или водещ. Този, който се синтезира чрез фрагменти от Оказаки - изоставащ, или изоставащзащото фрагментираната репликация е по-бавна.

На диаграмата веригите на родителската ДНК постепенно се разминават в посоката, в която се синтезира водещата дъщерна верига. Синтезът на изоставащата верига върви в посока, обратна на дивергенцията, поради което трябва да се извърши на части.

Друга особеност на основния ензим за синтез на ДНК (полимераза) е, че той не може да започне самия синтез, а само да продължи. Той се нуждае грунд или грунд. Следователно, малка комплементарна РНК област първо се синтезира върху родителската верига, след което веригата се удължава с помощта на полимераза. По-късно грундовете се отстраняват и дупките се изграждат.

На диаграмата семената са показани само на изоставащата верига. Всъщност те са начело. Тук обаче е необходим само един грунд на вилка.

Тъй като веригите на майчината ДНК не винаги се отклоняват от краищата, но в точките на инициализация, всъщност се образуват не толкова вилици, колкото очи или мехурчета.

Всеки балон може да има две вилици, т.е. веригите ще се разминават в две посоки. Те обаче могат да направят само едно. Ако въпреки това несъответствието е двупосочно, тогава от точката на инициализация на една ДНК верига синтезът ще върви в две посоки - напред и назад. В този случай непрекъснатият синтез ще се извършва в една посока, а фрагментите на Okazaki в другата посока.

Прокариотната ДНК не е линейна, а има кръгова структура и само един източник на репликация.

На диаграмата две вериги на родителската ДНК молекула са показани в червено и синьо. Новите нишки, които се синтезират, са показани с пунктирани линии.

При прокариотите самокопирането на ДНК е по-бързо, отколкото при еукариотите. Ако скоростта на редупликация при еукариотите е стотици нуклеотиди в секунда, то при прокариотите тя достига хиляда или повече.

Репликационни ензими

Репликацията на ДНК се осъществява от комплекс от ензими, т.нар репликома. Има общо повече от 15 ензими и протеини на репликация. Най-значимите са изброени по-долу.

Основният ензим на репликацията е вече споменатият ДНК полимераза(всъщност има няколко различни), което директно реализира растеж на веригата. Това не е единствената функция на ензима. Полимеразата е в състояние да "провери" кой нуклеотид се опитва да се присъедини към края. Ако не е подходящо, тя го изтрива. С други думи, частичният ремонт на ДНК, т.е. нейната корекция на грешки при репликация, се случва още на етапа на синтез.

Нуклеотидите, намиращи се в нуклеоплазмата (или цитоплазмата при бактериите), съществуват под формата на трифосфати, тоест те не са нуклеотиди, а дезоксинуклеозидни трифосфати (dATP, dTTP, dGTP, dCTP). Те са подобни на АТФ, който има три фосфатни остатъка, два от които са свързани чрез макроергични връзки. Когато тези връзки се разкъсат, се освобождава много енергия. Освен това в дезоксинуклеозид трифосфатите две връзки са макроергични. Полимеразата отделя последните два фосфата и използва освободената енергия за реакцията на полимеризация на ДНК.

Ензим хеликазаразделя нишките на матричната ДНК чрез разкъсване на водородните връзки между тях.

Тъй като молекулата на ДНК е двойна спирала, разкъсването на връзките провокира още повече усукване. Представете си въже от две въжета, усукани едно спрямо друго, и от едната страна дърпате единия край надясно, другия наляво. Тъканата част ще стане още по-усукана, ще бъде по-стегната.

За да се елиминира такова напрежение, е необходимо двойната спирала, която все още не се е разпаднала, бързо да се завърти около оста си, „възстановявайки“ полученото супернавиване. Това обаче е твърде енергоемко. Следователно в клетките се реализира различен механизъм. Ензим топоизомеразаскъсва единия конец, прокарва втория през процепа и отново зашива първия. Това елиминира появяващите се супернамотки.

Нишките на матричната ДНК, които са се разпръснали в резултат на действието на хеликазата, се опитват да се свържат отново с техните водородни връзки. За да предотвратите това да се случи, ДНК свързващи протеини. Те не са ензими в смисъл, че не катализират реакции. Такива протеини са прикрепени към ДНК веригата по цялата й дължина и не позволяват на комплементарните вериги на шаблонната ДНК да се затворят.

Синтезират се праймери РНК примаза. И се премахват екзонуклеаза. След като праймерът бъде отстранен, друг вид полимераза изгражда „дупката“. В този случай обаче отделните участъци от ДНК не са зашити заедно.

Отделни части от синтезираната верига са омрежени от такъв репликационен ензим като ДНК лигаза.

1. Кога се извършва репликацията?- В синтетичната фаза на интерфазата, много преди клетъчното делене. Периодът между репликацията и профазата на митозата се нарича постсинтетична фаза на интерфазата, в която клетката продължава да расте и проверява дали удвояването е настъпило правилно.

2. Ако е имало 46 хромозоми преди удвояването, колко ще бъдат след удвояването?- Броят на хромозомите не се променя, когато ДНК се дублира. Преди удвояването, човек има 46 единични хромозоми (състоящи се от една двойна верига на ДНК), а след удвояването, 46 двойни хромозоми (състоящи се от две идентични двойни вериги на ДНК, свързани помежду си в центромера).

3. Защо се нуждаем от репликация?- За да може по време на митозата всяка дъщерна клетка да получи собствено копие на ДНК. По време на митозата всяка от 46-те двойни хромозоми се разделя на две единични; получават се два набора от 46 единични хромозоми; тези два комплекта се разделят в две дъщерни клетки.

Три принципа на структурата на ДНК

полуконсервативен- всяка дъщерна ДНК съдържа една верига от родителската ДНК и една новосинтезирана.

взаимно допълване- AT/CH. Срещу аденина на една верига на ДНК винаги е тиминът на друга верига на ДНК, срещу цитозина винаги е гуанинът.

антипаралелизъмДНК веригите са една срещу друга. Тези краища не се изучават в училище, така че малко повече (и по-нататък - в дивата природа).

Мономерът на ДНК е нуклеотидът, централната част на нуклеотида е дезоксирибоза. Той има 5 въглеродни атома (на най-близката фигура долните леви дезоксирибозни атоми са номерирани). Гледаме: азотна основа е прикрепена към първия въглероден атом, фосфорната киселина на даден нуклеотид е прикрепена към петия, третият атом е готов да прикрепи фосфорната киселина на следващия нуклеотид. Така всяка ДНК верига има два края:

• 5"-край, върху него е разположена фосфорна киселина;
• Краят 3" съдържа рибоза.

Правилото на антипаралелизма е, че в единия край на двойната верига на ДНК (например в горния край на най-близката фигура), едната верига има 5" край, а другата 3" край. За процеса на репликация е важно ДНК полимеразата да може да удължи само 3" края. Една ДНК верига може да расте само в своя 3" край.

На тази фигура процесът на дублиране на ДНК протича отдолу нагоре. Вижда се, че лявата верига расте в същата посока, докато дясната верига расте в обратната посока.

Следната фигура топ нова верига("водеща нишка") се удължава в същата посока, в която се случва удвояването. Долната нова верига("изоставаща нишка") не може да се удължи в същата посока, защото има 5 "край там, който, както си спомняме, не расте. Следователно долната нишка расте с къси (100-200 нуклеотиди) фрагменти на Okazaki, всеки от които расте в посока 3". Всеки фрагмент на Okazaki расте от 3'-края на праймера ("РНК праймери" на фигурата, праймерите са червени).

Репликационни ензими

обща посока на репликацияпосоката, в която се дублира ДНК.
Родителска ДНК- стара (майчина) ДНК.
Зелен облак до "Родителска ДНК"- ензим хеликаза, който разкъсва водородните връзки между азотните бази на старата (майчина) ДНК верига.
Сиви овали върху ДНК нишки, които току-що са били разкъсани- дестабилизиращи протеини, които предотвратяват свързването на ДНК вериги.
ДНК pol III- ДНК полимераза, която добавя нови нуклеотиди към 3" края на горната (водеща, непрекъснато синтезирана) ДНК верига (водеща нишка).
Primase- ензимът primase, който прави грунда (червеното парче от Lego). Сега пребройте праймерите отляво надясно:

• първият буквар е още незавършен, тъкмо се прави от primase;
• от втория праймер ДНК полимеразата изгражда ДНК - в посока обратна на посоката на удвояване на ДНК, но в посока 3' края;
• от третия праймер ДНК веригата вече е изградена (Изоставаща нишка), тя се доближи до четвъртия буквар;
• четвъртият праймер е най-късият, защото ДНК полимераза (ДНК pol I)премахва го (известен още като РНК, няма нищо общо с ДНК, нуждаехме се само от десния край от него) и го замества с ДНК;
• петият буквар вече не е на фигурата, той е напълно изрязан, оставяйки празнина на мястото си. ДНК лигаза (ДНК лигаза)зашива тази празнина, така че долната (изоставаща) верига на ДНК да е непокътната.

Ензимът топоизомераза не е посочен на суперкартинката, но ще се появи по-късно в тестовете, така че нека кажем няколко думи за него. Ето едно въже, състоящо се от три големи нишки. Ако трима другари хванат тези три нишки и започнат да ги дърпат в три различни посоки, тогава много скоро въжето ще спре да се развива и ще се свие в стегнати бримки. С ДНК, която е двуверижно въже, би могло да се случи същото, ако не беше топоизомераза.

Топоизомерезата разрязва една от двете ДНК вериги, след което (втора фигура, червена стрелка) ДНК се увива около една от своите вериги, така че да не се образуват тесни бримки (топологичният стрес се намалява).

Терминална недостатъчна репликация

От суперснимката с репликационни ензими става ясно, че на мястото, останало след отстраняването на праймера, ДНК полимеразата завършва изграждането на следващия фрагмент на Оказаки. (Наистина ли е ясно? Ако не друго, фрагментите на Оказаки в суперкартината са обозначени с числа в кръгчета.) Когато репликацията в суперкартината достигне своя логичен (ляв) край, тогава последният (най-ляв) фрагмент на Оказаки няма да има „следващ ”, така че няма да има кой да допълни ДНК на празно място, получено в резултат на премахването на праймера.

Ето още една рисунка за вас. Черната ДНК верига е стара, майчина. Удвояването на ДНК, за разлика от суперкартинката, става отляво надясно. Тъй като новата (зелена) ДНК има 5" край вдясно, тя изостава и се удължава на отделни фрагменти (Okazaki). Всеки фрагмент на Okazaki расте от 3" края на неговия праймер (син правоъгълник). Праймерите, както си спомняме, се отстраняват от ДНК полимераза, която завършва следващия фрагмент на Okazaki на това място (този процес е обозначен с червена точка). В края на хромозомата няма кой да затвори тази секция, тъй като няма следващ фрагмент на Оказаки, вече има празно място (пролука). Така след всяка репликация и двата 5" края на дъщерните хромозоми се скъсяват. (терминална недостатъчна репликация).

Стволовите клетки (в кожата, червения костен мозък, тестисите) трябва да се делят много повече от 60 пъти. Следователно в тях функционира ензимът теломераза, който удължава теломерите след всяка репликация. Теломеразата удължава изпъкналия 3' край на ДНК, така че да расте до размера на фрагмент на Оказаки. След това праймазата синтезира праймер върху него, а ДНК полимеразата удължава недостатъчно репликирания 5' край на ДНК.

testiki

1. Репликацията е процес, при който:
А) синтезира се трансферна РНК;
Б) възниква синтез (копиране) на ДНК;
В) рибозомите разпознават антикодони;
Г) образуват се пептидни връзки.

2. Свържете функциите на ензимите, участващи в репликацията на прокариотите, с техните имена.

3. По време на репликация в еукариотни клетки, делеция на праймери
А) извършва се от ензим само с ДНКазна активност
Б) образува фрагменти на Оказаки
B) се среща само в изоставащи вериги
Г) се среща само в ядрото

4. Ако извлечете ДНК на бактериофага fX174, ще откриете, че тя е 25% A, 33% T, 24% G и 18% C. Как бихте обяснили тези резултати?
А) Резултатите от експеримента са грешни; някъде имаше грешка.
Б) Може да се приеме, че процентът на А е приблизително равен на този на Т, което е вярно и за С и G. Следователно правилото на Чаргаф не е нарушено, ДНК е двуверижна и се репликира полуконсервативно.
В) Тъй като процентите на А и Т и съответно на С и G са различни, ДНК е една верига; той се репликира със специален ензим, следвайки специален механизъм за репликация с единична верига като шаблон.
D) Тъй като нито A е равно на T, нито G е равно на C, ДНК трябва да е едноверижна, тя се репликира чрез синтезиране на комплементарната верига и използване на тази двойноверижна форма като шаблон.

5. Диаграмата се отнася до репликация на двойноверижна ДНК. За всеки от квадратите I, II, III изберете един ензим, който функционира в тази област.

А) теломераза
Б) ДНК топоизомераза
Б) ДНК полимераза
Г) ДНК хеликаза
D) ДНК лигаза

6. Бактериалната култура от средата с лек азотен изотоп (N-14) се прехвърля в средата, съдържаща тежкия азотен изотоп (N-15) за време, съответстващо на едно деление, и след това се връща в средата с лек азотен изотоп. Анализът на състава на бактериалната ДНК след период, съответстващ на две репликации, показа:

Настроики отговор	ДНК
	светлина	средно аритметично	тежък
НО	3/4	1/4	-
б	1/4	3/4	-
AT	-	1/2	1/2
Ж	1/2	1/2	-

7. Едно рядко генетично заболяване се характеризира с имунна недостатъчност, умствена и физическа изостаналост и микроцефалия. Да предположим, че в ДНК екстракт от пациент с този синдром намирате почти равни количества дълги и много къси ДНК сегменти. Кой ензим най-вероятно липсва/дефектен при този пациент?
А) ДНК лигаза
Б) Топоизомераза
Б) ДНК полимераза
Г) Хеликаза

8. ДНК молекулата е двойна спирала, съдържаща четири различни вида азотни бази. Кое от следните твърдения относно репликацията и химията на ДНК е правилно?
A) Базовите последователности на двете нишки са еднакви.
Б) В двойната верига на ДНК съдържанието на пурини е равно на съдържанието на пиримидини.
C) И двете вериги се синтезират в посока 5'→3' непрекъснато.
Г) Добавянето на първата база на новосинтезираната нуклеинова киселина се катализира от ДНК полимераза.
Д) Коригиращата грешки активност на ДНК полимеразата е в посока 5'→3'.

9. Повечето ДНК полимерази също имат активност:
А) лигаза;
Б) ендонуклеаза;
В) 5"-екзонуклеаза;
Г) 3"-екзонуклеаза.

10. ДНК хеликазата е ключов ензим за репликация на ДНК, който развива двойноверижната ДНК до едноверижна. По-долу е описан експеримент за изясняване на свойствата на този ензим.

Кое от следните твърдения за този експеримент е правилно?
A) Лентата, появяваща се в горната част на гела, е само ssDNA, с размер 6,3 kb.
B) Лентата, появяваща се на дъното на гела, е 300 bp белязана ДНК.
C) Ако хибридизираната ДНК се третира само с ДНК хеликаза и реакцията се доведе до завършване, подредбата на лентите изглежда като тази, показана в пътека 3 на фигура b.
D) Ако хибридизираната ДНК се третира само чрез кипене без третиране с хеликаза, разположението на лентите изглежда както е показано в пътека 2 на Фигура b.
E) Ако хибридизираната ДНК се третира само с варена хеликаза, подредбата на лентите изглежда както е показано в пътека 1 на фигура b.

Областна олимпиада 2001г
- Всеруска олимпиада 2001 г
- Международна олимпиада 2001г
- Международна олимпиада 1991г
- Международна олимпиада 2008г
- Областна олимпиада 2008г
- Международна олимпиада 2010г
Пълните текстове на тези олимпиади можете да намерите тук.

Структурата и функциите на АТФ нуклеиновите киселини

Да се нуклеинова киселинавключват високополимерни съединения, които се разлагат по време на хидролиза на пуринови и пиримидинови основи, пентоза и фосфорна киселина. Нуклеиновите киселини съдържат въглерод, водород, фосфор, кислород и азот. Има два класа нуклеинови киселини: рибонуклеинови киселини (РНК)и дезоксирибонуклеинови киселини (ДНК).

Структура и функции на ДНК

ДНК- полимер, чиито мономери са дезоксирибонуклеотиди. Моделът на пространствената структура на ДНК молекулата под формата на двойна спирала е предложен през 1953 г. от Дж. Уотсън и Ф. Крик (за изграждането на този модел те използват работата на М. Уилкинс, Р. Франклин, Е. Чаргаф).

ДНК молекулаобразувани от две полинуклеотидни вериги, спирално усукани една около друга и заедно около въображаема ос, т.е. е двойна спирала (изключение - някои ДНК-съдържащи вируси имат едноверижна ДНК). Диаметърът на двойната спирала на ДНК е 2 nm, разстоянието между съседните нуклеотиди е 0,34 nm и има 10 двойки нуклеотиди на завъртане на спиралата. Дължината на молекулата може да достигне няколко сантиметра. Молекулно тегло - десетки и стотици милиони. Общата дължина на ДНК в ядрото на човешката клетка е около 2 м. В еукариотните клетки ДНК образува комплекси с протеини и има специфична пространствена конформация.

ДНК мономер - нуклеотид (дезоксирибонуклеотид)- състои се от остатъци от три вещества: 1) азотна основа, 2) монозахарид с пет въглерода (пентоза) и 3) фосфорна киселина. Азотните основи на нуклеиновите киселини принадлежат към класовете пиримидини и пурини. Пиримидинови бази на ДНК(имат един пръстен в молекулата си) – тимин, цитозин. Пуринови основи(имат два пръстена) - аденин и гуанин.

Монозахаридът на ДНК нуклеотида е представен от дезоксирибоза.

Името на нуклеотида произлиза от името на съответната база. Нуклеотидите и азотните основи са обозначени с главни букви.

В резултат на реакции на нуклеотидна кондензация се образува полинуклеотидна верига. В този случай, между 3"-въглеродния атом на дезоксирибозния остатък на единия нуклеотид и остатъка на фосфорната киселина на другия, фосфоетерна връзка(принадлежи към категорията на силните ковалентни връзки). Единият край на полинуклеотидната верига завършва с 5" въглерод (нарича се 5" край), другият завършва с 3" въглерод (3" край).

Срещу една верига от нуклеотиди има втора верига. Подреждането на нуклеотидите в тези две вериги не е произволно, а строго определено: тиминът винаги е разположен срещу аденина на едната верига в другата верига, а цитозинът винаги е разположен срещу гуанина, две водородни връзки възникват между аденин и тимин, три водородни връзки между гуанин и цитозин. Моделът, според който нуклеотидите на различни ДНК вериги са строго подредени (аденин - тимин, гуанин - цитозин) и селективно се свързват помежду си, се нарича принципът на допълване. Трябва да се отбележи, че Дж. Уотсън и Ф. Крик разбраха принципа на взаимното допълване, след като прочетоха произведенията на Е. Чаргаф. Е. Чаргаф, след като изследва огромен брой проби от тъкани и органи на различни организми, установи, че във всеки фрагмент на ДНК съдържанието на гуаниновите остатъци винаги точно съответства на съдържанието на цитозин и аденин на тимин ( "Правилото на Чаргаф"), но не можа да обясни този факт.

От принципа на комплементарността следва, че нуклеотидната последователност на една верига определя нуклеотидната последователност на друга.

ДНК веригите са антипаралелни (противоположни), т.е. нуклеотидите на различни вериги са разположени в противоположни посоки и следователно срещу 3 "края на една верига е 5" край на другата. Молекулата на ДНК понякога се сравнява с вита стълба. "Парапетът" на тази стълба е захарно-фосфатният гръбнак (редуващи се остатъци от дезоксирибоза и фосфорна киселина); "стъпки" са допълващи се азотни бази.

Функция на ДНК- съхранение и предаване на наследствена информация.

Репликация (редупликация) на ДНК

репликация на ДНК- процесът на самоудвояване, основното свойство на ДНК молекулата. Репликацията принадлежи към категорията на реакциите на матричен синтез и включва ензими. Под действието на ензимите молекулата на ДНК се развива и около всяка верига, действаща като шаблон, се завършва нова верига според принципите на комплементарност и антипаралелизъм. Така във всяка дъщерна ДНК една верига е майчина, а втората е новосинтезирана. Този вид синтез се нарича полуконсервативен.

"Строителният материал" и източник на енергия за репликация са дезоксирибонуклеозид трифосфати(ATP, TTP, GTP, CTP), съдържащи три остатъка от фосфорна киселина. Когато дезоксирибонуклеозид трифосфатите са включени в полинуклеотидната верига, два крайни остатъка от фосфорна киселина се отцепват и освободената енергия се използва за образуване на фосфодиестерна връзка между нуклеотидите.

Следните ензими участват в репликацията:

1. хеликази ("размотаване" на ДНК);
2. дестабилизиращи протеини;
3. ДНК топоизомерази (нарязана ДНК);
4. ДНК полимерази (избират дезоксирибонуклеозид трифосфати и ги прикрепват комплементарно към шаблонната верига на ДНК);
5. РНК прайми (формират РНК праймери, праймери);
6. ДНК лигази (зашиват ДНК фрагменти заедно).

С помощта на хеликази ДНК се разплита в определени региони, едноверижни ДНК региони се свързват от дестабилизиращи протеини и вилица за репликация. При несъответствие от 10 двойки нуклеотиди (едно завъртане на спиралата) молекулата на ДНК трябва да извърши пълен оборот около оста си. За да предотврати това въртене, ДНК топоизомеразата разрязва една ДНК верига, позволявайки й да се върти около втората верига.

ДНК полимеразата може да прикрепи нуклеотид само към 3"-въглеродния атом на дезоксирибозата на предишния нуклеотид, така че този ензим може да се движи по шаблонната ДНК само в една посока: от 3" края до 5" края на тази шаблонна ДНК , Тъй като веригите в майчината ДНК са антипаралелни, тогава на различните й вериги сглобяването на дъщерните полинуклеотидни вериги се извършва по различни начини и в противоположни посоки.На веригата 3 "–5" синтезът на дъщерната полинуклеотидна верига протича без прекъсване; тази дъщерна верига ще се нарича водещи. На веригата 5 "–3" - периодично, на фрагменти ( фрагменти от Оказаки), които след завършване на репликацията от ДНК лигази се сливат в една верига; тази дъщерна верига ще бъде извикана изоставащ (изоставащ).

Характеристика на ДНК полимеразата е, че тя може да започне своята работа само с "семена" (буквар). Ролята на "семена" се изпълнява от къси последователности на РНК, образувани с участието на ензима праймаса на РНК и сдвоени с матрична ДНК. РНК праймерите се отстраняват след завършване на сглобяването на полинуклеотидни вериги.

Репликацията протича по подобен начин при прокариоти и еукариоти. Скоростта на синтез на ДНК при прокариотите е с порядък по-висока (1000 нуклеотида в секунда), отколкото при еукариотите (100 нуклеотида в секунда). Репликацията започва едновременно в няколко области на ДНК молекулата. Част от ДНК от един източник на репликация до друг образува единица на репликация - репликон.

Репликацията се извършва преди клетъчното делене. Благодарение на тази способност на ДНК се осъществява прехвърлянето на наследствена информация от майчината клетка към дъщерните клетки.

Поправка ("ремонт")

репарациие процес на възстановяване на увреждане на нуклеотидната последователност на ДНК. Осъществява се от специални ензимни системи на клетката ( ремонтни ензими). Могат да се разграничат следните етапи в процеса на възстановяване на структурата на ДНК: 1) нуклеазите, възстановяващи ДНК, разпознават и премахват увредената област, което води до празнина в ДНК веригата; 2) ДНК полимеразата запълва тази празнина чрез копиране на информация от втората („добра“) верига; 3) ДНК лигаза „омрежва” нуклеотидите, завършвайки възстановяването.

Три механизма на възстановяване са изследвани най-много: 1) фоторепарация, 2) акцизна или предрепликативна поправка, 3) пост-репликативна поправка.

Промените в структурата на ДНК настъпват постоянно в клетката под въздействието на реактивни метаболити, ултравиолетова радиация, тежки метали и техните соли и др. Следователно дефектите в системите за възстановяване увеличават скоростта на мутационните процеси и са причина за наследствени заболявания (ксеродермия пигментоза, прогерия и др.).

Структура и функции на РНК

РНК- полимер, чиито мономери са рибонуклеотиди. За разлика от ДНК, РНК се образува не от две, а от една полинуклеотидна верига (изключение - някои РНК-съдържащи вируси имат двойноверижна РНК). РНК нуклеотидите са способни да образуват водородни връзки помежду си. РНК веригите са много по-къси от ДНК веригите.

РНК мономер - нуклеотид (рибонуклеотид)- състои се от остатъци от три вещества: 1) азотна основа, 2) монозахарид с пет въглерода (пентоза) и 3) фосфорна киселина. Азотните бази на РНК също принадлежат към класовете пиримидини и пурини.

Пиримидинови бази на РНК - урацил, цитозин, пуринови бази - аденин и гуанин. РНК нуклеотидният монозахарид е представен от рибоза.

Разпределете три вида РНК: 1) информационен(матрична) РНК - иРНК (иРНК), 2) транспортРНК - тРНК, 3) рибозомнаРНК - рРНК.

Всички видове РНК са неразклонени полинуклеотиди, имат специфична пространствена конформация и участват в процесите на протеинов синтез. В ДНК се съхранява информация за структурата на всички видове РНК. Процесът на синтез на РНК върху ДНК матрица се нарича транскрипция.

Трансфер РНКобикновено съдържат 76 (от 75 до 95) нуклеотиди; молекулно тегло - 25 000–30 000. tRNA представлява около 10% от общото съдържание на РНК в клетката. tRNA функции: 1) транспорт на аминокиселини до мястото на протеиновия синтез, до рибозомите, 2) транслационен медиатор. В клетката се срещат около 40 вида тРНК, всяка от които има характерна само за нея нуклеотидна последователност. Въпреки това, всички тРНК имат няколко вътрешномолекулни комплементарни области, поради което тРНК придобиват конформация, която наподобява по форма листа от детелина. Всяка тРНК има бримка за контакт с рибозомата (1), антикодонна бримка (2), бримка за контакт с ензима (3), акцепторен ствол (4) и антикодон (5). Аминокиселината е прикрепена към 3' края на акцепторното стебло. Антикодон- три нуклеотида, които "разпознават" иРНК кодона. Трябва да се подчертае, че определена тРНК може да транспортира строго определена аминокиселина, съответстваща на нейния антикодон. Специфичността на връзката на аминокиселините и тРНК се постига благодарение на свойствата на ензима аминоацил-тРНК синтетаза.

Рибозомна РНКсъдържат 3000–5000 нуклеотида; молекулно тегло - 1 000 000–1 500 000. rRNA представлява 80–85% от общото съдържание на РНК в клетката. В комплекс с рибозомните протеини рРНК образува рибозоми - органели, които извършват протеиновия синтез. В еукариотните клетки синтезът на рРНК се извършва в ядрото. рРНК функции: 1) необходим структурен компонент на рибозомите и по този начин осигуряващ функционирането на рибозомите; 2) осигуряване на взаимодействието на рибозомата и тРНК; 3) първоначално свързване на рибозомата и инициаторния кодон на иРНК и определяне на рамката на четене, 4) образуване на активния център на рибозомата.

Информационна РНКварират по съдържание на нуклеотиди и молекулно тегло (от 50 000 до 4 000 000). Делът на иРНК представлява до 5% от общото съдържание на РНК в клетката. Функции на иРНК: 1) прехвърляне на генетична информация от ДНК към рибозоми, 2) матрица за синтеза на протеинова молекула, 3) определяне на аминокиселинната последователност на първичната структура на протеинова молекула.

Структурата и функциите на АТФ

Аденозин трифосфорна киселина (АТФ)- универсален източник и основен акумулатор на енергия в живите клетки. АТФ се намира във всички растителни и животински клетки. Количеството АТФ е средно 0,04% (от суровата маса на клетката), най-голямото количество АТФ (0,2–0,5%) се намира в скелетните мускули.

АТФ се състои от остатъци: 1) азотна основа (аденин), 2) монозахарид (рибоза), 3) три фосфорни киселини. Тъй като АТФ съдържа не един, а три остатъка от фосфорна киселина, той принадлежи към рибонуклеозид трифосфатите.

За повечето видове работа, протичаща в клетките, се използва енергията на хидролизата на АТФ. В същото време, когато крайният остатък от фосфорна киселина се отцепи, АТФ преминава в ADP (аденозин дифосфорна киселина), когато вторият остатък от фосфорна киселина се отцепи, в AMP (аденозин монофосфорна киселина). Добивът на свободна енергия по време на елиминирането както на крайния, така и на втория остатък от фосфорна киселина е 30,6 kJ всеки. Разцепването на третата фосфатна група е придружено от освобождаване само на 13,8 kJ. Връзките между терминала и втория, втория и първия остатък на фосфорната киселина се наричат ​​макроергични (високоенергийни).

Резервите на АТФ непрекъснато се попълват. В клетките на всички организми синтезът на АТФ възниква в процеса на фосфорилиране, т.е. добавяне на фосфорна киселина към ADP. Фосфорилирането протича с различна интензивност при дишане (митохондрии), гликолиза (цитоплазма), фотосинтеза (хлоропласти).

АТФ е основната връзка между процесите, придружени от освобождаване и натрупване на енергия, и процесите, които изискват енергия. В допълнение, ATP, заедно с други рибонуклеозидни трифосфати (GTP, CTP, UTP), е субстрат за синтеза на РНК.

Репликацията е механизъм за самокопиране и основно свойство на наследствения материал, който представлява ДНК молекулите.

Характеристика на ДНК е, че обикновено нейните молекули се състоят от две допълващи се вериги, образуващи двойна спирала. В процеса на репликация веригите на родителската ДНК молекула се разминават и върху всяка се изгражда нова допълваща се верига. В резултат на това от една двойна спирала се образуват две двойни спирали, идентични с оригинала. Тоест две ДНК молекули се образуват от една ДНК молекула, идентични на матрицата и една на друга.

Така възниква репликация на ДНК по полуконсервативен начинкогато всяка дъщерна молекула съдържа една родителска верига и една новосинтезирана.

При еукариотите репликацията се извършва в S фазата на интерфазата на клетъчния цикъл.

Описаният по-долу механизъм и основните ензими са характерни за по-голямата част от организмите. Има обаче изключения, главно сред бактериите и вирусите.

Дивергенцията на веригите на оригиналната ДНК молекула осигурява ензим хеликаза, или хеликаза, който на определени места в хромозомите прекъсва водородните връзки между азотните бази на ДНК. Хеликазите се движат през ДНК, използвайки ATP енергия.

За да се предотврати повторното свързване на веригите, те се държат на разстояние една от друга. дестабилизиращи протеини. Протеините се подреждат отстрани на пентозофосфатния скелет на веригата. В резултат на това се образуват репликационни зони, т.нар репликационни вилици.

Репликационните вилици не се образуват никъде в ДНК, а само в начални точки на репликация, състоящ се от специфична последователност от нуклеотиди (около 300 броя). Такива места се разпознават от специални белтъци, след което т.нар репликационно ококъдето две вериги на ДНК се разминават.

От мястото на произход репликацията може да протича както в една, така и в две посоки по дължината на хромозомата. В последния случай нишките на ДНК се разминават напред и назад и от едно око на репликация се образуват две репликационни вилици.

репликон- единица на репликация на ДНК, от точката на нейното начало до точката на нейния край.

Тъй като нишките в ДНК са спирално усукани една спрямо друга, разделянето им от хеликаза предизвиква появата на допълнителни завъртания пред вилицата за репликация. За да облекчи стреса, молекулата на ДНК би трябвало да се завърти около оста си веднъж на всеки 10 двойки нуклеодиди, които са се разделили, т.е. колко двойки образуват едно завъртане на спиралата. В този случай ДНК ще се върти бързо с разхода на енергия. Но това не се случва, защото природата е намерила по-ефективен начин да се справи с напрежението на спиралата, което възниква по време на репликацията.

Ензим топоизомеразаразкъсва една от ДНК веригите. Прекъснатата секция се завърта на 360° около втората цяла верига и се свързва отново към нейната верига. Това облекчава напрежението, т.е. супернамотките се елиминират.

Всяка отделна ДНК верига на старата молекула се използва като шаблон за синтеза на нова допълнителна верига. Добавянето на нуклеотиди към растящата дъщерна верига осигурява ензима ДНК полимераза. Има няколко вида полимерази.

В репликационната вилица свободните нуклеотиди, разположени в нуклеоплазмата, се прикрепват към освободените водородни връзки на веригите според принципа на комплементарност. Прикрепените нуклеотиди са дезоксирибонуклеозид трифосфати (dNTP), по-специално dATP, dGTP, dCTP, dTTP.

След образуването на водородни връзки ензимът ДНК полимераза свързва нуклеотида с фосфоестерна връзка с последния нуклеотид от синтезираната дъщерна верига. Това отделя пирофосфата, който включва два остатъка от фосфорна киселина, който след това се разделя на отделни фосфати. Реакцията на елиминиране на пирофосфат в резултат на хидролиза е енергийно благоприятна, тъй като връзката между първите, които влизат във веригата, и вторите фосфатни остатъци е богата на енергия. Тази енергия се използва от полимеразата.

Полимеразата не само удължава растящата верига, но също така е способна да отделя грешни нуклеотиди, т.е. има коригираща способност. Ако последният нуклеотид, който трябва да бъде прикрепен към новата верига, не е комплементарен на шаблона, тогава полимеразата ще го премахне.

ДНК полимеразата може само да добави нуклеотид към -OH групата, разположена при 3-тия въглероден атом на дезоксирибозата. Така веригата се синтезира само от своя 3' край. Тоест, синтезът на нова ДНК верига протича в посока от 5' към 3' края. Тъй като веригите в двуверижната ДНК молекула са антипаралелни, процесът на синтез по родителската, или шаблонна, верига протича в обратна посока - от 3' към 5' края.

Тъй като ДНК веригите са антипаралелни и синтезът на нова верига е възможен само в посока 5´→3´, дъщерните вериги в репликационната вилица ще бъдат синтезирани в различни посоки.

В матрицата 3´→5´, сглобяването на нова полинуклеотидна последователност се извършва предимно непрекъснато, тъй като тази верига се синтезира в посока 5´→3´. Антипаралелната матрица се характеризира с посока 5´→3´, така че синтезът на дъщерната нишка по протежение на движението на вилицата не е възможен тук. Тук ще бъде 3'→5', но ДНК полимерът не може да се прикрепи към 5' края.

Следователно, синтезът върху матрицата 5´→3´ се извършва на малки участъци - фрагменти от Оказаки (наречени на учения, който ги е открил). Всеки фрагмент се синтезира в обратна посока на образуване на вилица, което гарантира, че правилото за сглобяване се спазва от 5' до 3' края.

Друг "недостатък" на полимеразата е, че тя не може сама да започне синтеза на част от дъщерната верига. Причината за това е, че той се нуждае от -ОН-края на нуклеотида, който вече е свързан към веригата. Следователно е необходимо семе, или буквар. Това е къса РНК молекула, синтезирана от ензима РНК примазаи се сдвоява с шаблонната верига на ДНК. Синтезът на всяко място на Okazaki започва със собствен РНК праймер. Веригата, която се синтезира непрекъснато, обикновено има един праймер.

След като праймерите се отстранят и празнините се запълнят с ДНК полимераза, отделни участъци от дъщерната ДНК верига се зашиват заедно от ензима ДНК лигаза.

Непрекъснатите компилации са по-бързи от компилациите на парчета. Следователно една от дъщерните вериги на ДНК се нарича водещи, или водещ, вторият - изоставащ, или изоставащ.

При прокариотите репликацията протича по-бързо: приблизително 1000 нуклеотида в секунда. Докато еукариотите имат само около 100 нуклеотида. Броят на нуклеотидите във всеки фрагмент на Оказаки при еукариотите е до около 200, при прокариотите - до 2000.

При прокариотите кръговите ДНК молекули са един репликон. При еукариотите всяка хромозома може да съдържа много репликони. Следователно синтезът започва от няколко точки, едновременно или не.

Ензимите и другите репликационни протеини работят заедно, за да образуват комплекс и да се движат по ДНК. Общо в процеса участват около 20 различни протеина, тук са изброени само основните.

Прочетете също: Аналогови електромеханични уреди за измерване на ток и напрежение. Електростатични измервателни механизми Антидоти: определение. Основните механизми на антидотното действие Б.63. Диагностика на механизмите за несъстоятелност на финансовата стабилизация на проекта. Най-важните принципи на разделяне на функциите за управление на инфраструктурата и ресурсите на териториите и механизмите за тяхното ефективно функциониране. Взаимодействие на местните власти с предприятия от различни форми на собственост: цели и механизми. Волевата регулация, нейните критерии, функции и психологически механизми. Въпрос 4. Спомагателни механизми за отделяне на частици от потока.

репликация на ДНК- това е процесът на синтез на дъщерната молекула на дезоксирибонуклеиновата киселина, който възниква в процеса на клетъчно делене върху матрицата на родителската ДНК молекула.

В същото време генетичният материал, кодиран в ДНК, двойкии се дели между дъщерните клетки.

Репликацията на ДНК се извършва от ензим ДНК полимераза.

Механизмът на репликация се основава на ензимен синтездезоксирибонуклеинова киселина (ДНК)

Строгата специфичност на сдвояването на азотните бази в молекулата на ДНК определя взаимно допълванебазови последователности в две нишки и осигурява висока точност

Според Уотсън и Крик репликацията на ДНК включва:

1) празнинаводородни връзки и разплитане на нишкидвойна спирала;

2) синтезвърху единични вериги на комплементарни вериги.

В резултат на това две подобни молекули възникват от една двойноверижна ДНК и във всяка от дъщерните молекули една полинуклеотидна верига е родителска, а другата е новосинтезирана ( полуконсервативен механизъм на репликация).

редупликационен процес:

Развиване на спиралата на молекулата - разделяне на една верига от друга на части от молекулата на ДНК

Ефектът на ензима ДНК полимераза върху молекулата

Прикрепване към всяка ДНК верига на комплементарни нуклеотиди

Образуване на две ДНК молекули от една.

Функционалната единица на репликацията е репликон (начало - начало, край - завършек). Веднъж стартирана, репликацията продължава, докато всички репликонняма да се дублира (удвоява).

Растежът на полинуклеотидната верига става само от нейния 3 "край, т.е. в посока 5": 3. Ензимът, катализиращ тази реакция, е ДНК - полимераза.

вилица за репликация асиметричен. От двете синтезирани дъщерни вериги на ДНК едната се изгражда непрекъснато, а другата периодично. Първият се нарича лидер, или водещи, верига, а втората - изоставащ.

Късите РНК сегменти, комплементарни на матричната ДНК верига, служат като зародиши за синтеза на фрагменти от изоставащата верига. Тези РНК праймери (праймери), състоящи се от приблизително 10 нуклеотида, се синтезират на определени интервали върху матрицата на изоставащата верига от рибонуклеозидни трифосфати в посока 5 ": 3", използвайки ензима РНК праймаси.

РНК праймерислед това те се удължават с деоксинуклеотиди от 3' края от ДНК полимераза, която продължава да расте, докато изграждащата се верига достигне РНК праймера, прикрепен към 5' края на предишния фрагмент. Така образуваните фрагменти (т.нар. фрагменти от Оказаки) изоставащата верига има 1000-2000 дезоксирибонуклеотидни остатъци в бактериите; в животинските клетки тяхната дължина не надвишава 200 нуклеотида.

За да се гарантира образуването на непрекъсната верига от ДНК от много от тези фрагменти, се включва специална система за възстановяване на ДНК, която премахва праймера на РНК и го заменя с ДНК. Ензимът завършва целия процес ДНК лигаза, катализирайки образуването на фосфодиестерна връзка между 3"-OH групата на нов ДНК фрагмент и 5"-фосфатната група на предишния фрагмент.

Развиване на двойната спирала и пространствата. разделянето на веригата се извършва с помощта на няколко специални протеина. хеликази разплитане на къси участъци от ДНК точно преди вилицата за репликация.

Няколко молекули са прикрепени към всяка от разделените вериги. ДНК свързващи протеиникоито предотвратяват образуването на допълващи се двойки и обратното събиране на веригите.

Кога пръстен репликон(напр. в плазмид) описаният процес се нарича. q-репликация. Кръговите молекули на ДНК са усукани върху себе си (суперспирали), когато двойната спирала се развива в процеса на репликация, те трябва непрекъснато да се въртят около собствената си ос. В този случай възниква напрежение на усукване, което се елиминира чрез скъсване на една от веригите. След това двата края веднага се свързват отново един с друг. Тази функция се изпълнява от ензима ДНК топоизомераза .

ДНК - полимераза

ДНК полимеразата е ензим, участващ в репликацията на ДНК. Ензимите от този клас катализират полимеризацията на дезоксирибонуклеотиди по нуклеотидната верига на ДНК, която ензимът "чете" и използва като матрица. Типът на нов нуклеотид се определя от принципа на комплементарност с шаблона, от който се извършва четенето. Сглобената молекула е комплементарна на шаблонната моноспирала и е идентична с втория компонент на двойната спирала.

Изолира се ДНК-зависима ДНК полимераза, като се използва една от ДНК веригите като матрица и РНК-зависима ДНК полимераза, която също е способна да чете информация от РНК (обратна транскрипция).

ДНК полимеразата започва репликация на ДНК чрез свързване към сегмент от верига от нуклеотиди. Средният брой нуклеотиди, прикрепени от ензими на ДНК полимераза в един акт на свързване/дисоциация с шаблона, се нарича процесивност.

ДНК - хеликази

ДНК хеликази - ензими, които развиват двойноверижната спирала на ДНК с изразходване на енергия от хидролизата на NTP трифосфати. Получената едноверижна ДНК участва в различни процеси като репликация, рекомбинация и възстановяване. ДНК хеликазите са от съществено значение за репликацията, възстановяването, рекомбинацията и транскрипцията. Хеликазите присъстват във всички организми.