Лекция 9. Матричные биосинтезы биосинтез нуклеиновых кислот

Биосинтез нуклеиновых кислот протекает только при наличии всех четырех видов дезоксирибонуклеозидтрифосфатов (синтез ДНК) или рибонуклеозидтрифосфатов (синтез РНК). Биосинтез идет при каталитическом воздействии ферментов - ДНК- или РНК-полимераз. Необходимо наличие затравки в виде готового полинуклеотида, который играет роль матрицы. Это обеспечивает биосинтез нуклеиновых кислот со строго заданной последовательностью нуклеотидных остатков в молекуле.

Биосинтез днк (репликация)

Общая схема биосинтеза ДНК (А. Корнберг, 1958): двойная спираль ДНК раскручивается, цепи расходятся. Одинарные цепи ДНК служат матрицей для синтеза новых цепей. В результате получаются две двухцепочечные молекулы ДНК, идентичные исходной молекуле. Последовательность нуклеотидов новых цепей определяется правилом комплементарности оснований и последовательностью нуклеотидов имеющейся цепи. Синтез ДНК называется репликацей.

Гомологическая репликация – бесконечное повторение процесса удвоения числа молекул путем прямого копирования их структуры. Такой способ удвоения молекул ДНК называется полуконсервативным. Консервативный механизм – вновь синтезируемая нуклеотидная цепь образуется прямо на двойной спирали ДНК, без ее раскручивания.

За выдающийся вклад в решение проблем биосинтеза ДНК и РНК А. Корнберг и С. Очоа были удостоены Нобелевской премии в 1959 г.

Ферменты биосинтеза ДНК. Прокариоты.

Хеликаза – раскручивает двойную спираль ДНК в репликационной вилке.

РНК-полимераза (праймаза) катализирует синтез олигорибонуклеотида (от 10 до 60 нуклеотидов), т. е. праймера, с которого начинается синтез ДНК.

Праймасома - комплекс, включающий около 20 полипептидов. Участвует в формировании специфической вторичной структуры ДНК, подходящей для узнавания праймазой.

ДНК-полимераза I катализирует отщепление затравочного праймера, удаление ошибочно присоединенных нуклеотидных остатков и заполнение образующихся пробелов (ДНК-полимеразная активность). ДНК-полимераза I в качестве матрицы использует одноцепочечные участки.

ДНК-полимераза II достраиваете поврежденные участки в молекуле ДНК, т. е. осуществляет репарацию ДНК.

ДНК-полимераза III катализирует синтез ведущей (лидирующей) и отстающей цепей ДНК при репликации. В качестве матрицы использует двухцепочечные ДНК, в которых есть короткие одноцепочечные последовательности (отличие от ДНК-полимеразы I, которая использует в качестве матрицы одноцепочечные участки).

ДНК-лигаза соединяет две цепи ДНК или замыкает два конца одной цепи в процессе репликации либо репарации.

Топоизомеразы создают или уничтожают суперспирализацию путем сшивания образующихся разрывов или разрезания ДНК.

ДНК-полимеразы эукариот – α, β, γ, , ε.

В репликации ДНК участвуют два главных типа полимераз - α и . ДНК-полимераза  катализирует синтез ведущей цепи ДНК, а ДНК-полимераза-α - отстающей цепи ДНК, являясь составной частью праймасомы. Ни одна из ДНК-полимераз эукариот, в отличие от прокариот, не обладает нуклеазной активностью.

ДНК-полимераза γ реплицирует митохондриальную ДНК.

ДНК-полимераза ε в ряде случаев заменяет ДНК-полимеразу .

ДНК-лигаза устраняет разрывы в одной из цепей ДНК, замыкает линейную молекулы ДНК в кольцевую структуру.

Белковые факторы, необходимые для биосинтеза ДНК.

ДНК-связывающий белок. Ослабляет взаимодействие цепей в молекуле ДНК. Активирует ДНК-полимеразы II и III.

ДНК-раскручивающий белок обладает нуклеазной активностью. Разрывает связь одной из цепей ДНК, что обеспечивает раскручивание ее молекулы.

ДНК-закручивающий белок вызывает суперспирализацию ДНК.

Всего в репликации ДНК участвует более 40 ферментов и белковых факторов, объединенных в единую ДНК-репликазную систему, называемую реплисомой.