65.Характеристики процесса репликации днк
матричный — последовательность синтезируемой цепи ДНК однозначно определяется последовательностью материнской цепи в соответствии с принципом комплементарности;
полуконсервативный — одна цепь молекулы ДНК, образовавшейся в результате репликации, является вновь синтезированной, а вторая — материнской;
идёт в направлении от 5’-конца новой молекулы к 3’-концу;
полунепрерывный — одна из цепей ДНК синтезируется непрерывно, а вторая — в виде набора отдельных коротких фрагментов (фрагментов Оказаки);
начинается с определённых участков ДНК, которые называются сайтами инициации репликации (англ. origin)
66. Удвоение бактериальной хромосомы. Амплификация генов
Ведущую роль в репликации ДНК играет ДНК-полимераза. Она связывает между собой нуклеотиды в полинуклеотидную цепь. Причем, связывает только по направлению от 5' к 3'-концу. Ho так как ДНК состоит из цепей противоположной полярности (5'→3' и 3'→5’), то синтез одной цепи (5'→3') может происходить непрерывно в направлении продвигающейся репликационной вилки, а синтез второй, противоположной цепи (3'→5') должен идти в обратном направлении. Ho ДНК-полимераза неспособна инициировать синтез новой цепи ДНК. Для этого ей необходимо наличие «затравки» - полинуклеотидной цепи со свободным 3-ОН концом. Поэтому синтез ДНК начинается с образования короткого отрезка РНК (10-60 пар оснований), служащего «затравкой», или праймером. Этот процесс обеспечивает фермент ДНК-праймаза, который копирует часть матричной цепи ДНК. Затем ДНК-полимераза присоединяет свободные нуклеотиды к 3-ОН концу «затравки», образуя короткие отрезки ДНК, так называемые фрагменты Оказаки длиной в 1000-2000 нуклеотидов. По окончании образования всех фрагментов праймер удаляется экзонуклеазой, разрывы между фрагментами застраиваются ДНК-полимеразой в соответствии с матричными участками ДНК. Фрагменты Оказаки сшиваются лигазой, т. е. последовательно соединяются фосфодиэфирными связями. В результате образуются две идентичные двухцепочечные молекулы ДНК (рис. 3.20).
Известны и иные механизмы репликации. Так, удвоение кольцевой ДНК многих вирусов, некоторых фагов и плазмид осуществляется по механизму катящегося кольца. Репликация ДНК у бактерий при конъюгации также происходит аналогичным образом. Это однонаправленный процесс, осуществляющийся следующим образом. В одной из цепей ДНК образуется разрыв и синтез новой цепи начинается с 3'-конца этой разорванной родительской цепи с использованием второй в качестве матрицы. Это приводит к вытеснению 5'-конца разорванной цепи, которая впоследствии служит матрицей для синтеза новой комплементарной цепи. Репликация ДНК тесно связана с делением клетки. Расхождение образовавшихся хромосом осуществляется в результате роста клеточной мембраны между точками прикрепления хромосом. Бактериальный нуклеоид, так же как и ядро клеток растений и животных, является носителем наследственной информации, регулирует направленность белкового синтеза, специфичность белков, и, кроме того, обеспечивает функционирование всех внутриклеточных процессов.
Амплификация генов - при этом крайне необычном процессе происходят серьёзные нарушения нормального процесса репликации ДНК. В результате вместо одной копии определённого участка хромосомы образуется множество копий. Это, в свою очередь, приводит к образованию множества копий генов, которые расположены в этом районе хромосомы. Иногда образуется так много копий амплифицированного региона, что они формируют собственные маленькие псевдохромосомы, которые называются «double-minute» хромосомами.
Гены каждой копии могут транскрибироваться и транслироваться, приводя к чрезмерной продукции м РНК и белка, кодируемого амплифицированным геном, как показано ниже. Волнистые линии показывают мРНК, продуцируемую посредством транскрипции каждой копии гена.
В раковых клетках этот процесс происходит довольно часто, никогда не встречаясь в нормальных. Если в амплифицированном участке находится онкоген, то его гиперэкспрессия может привести к нерегулируемому клеточному росту. Примером этого может послужить амплификация онкогена myc, встречающаяся во многих опухолях, или амплификация онкогенов ErbB-2 или HER-2/neu при раках груди и яичников. В случае онкогена HER-2/neu, были разработаны клинические подходы для воздействия на клетки, в которых происходит повышенная выработка белкового продукта.
Амплификация генов также вносит вклад в одну из самых серьёзных проблем в лечении рака:лекарственную устойчивость. Опухоли, устойчивые к лекарствам, могут продолжать расти и распространяться даже в присутствии хемотерапевтических агентов. Гены, обычно отвечающие за это, называются MDR от multiple drug resistance (Множественная Лекарственная Устойчивость). Белковый продукт этого гена действует как помпа, встроенная в мембрану клетки. Она способна селективно выбрасывать из клетки молекулы, в том числе хемотерапевтические препараты. Это делает лекарства неэффективными.