Ферменты репликации эукариот и их функция

Проблема репликации концов линейных молекул ДНК эукариот

Удаление РНК-праймеров после завершения синтеза линейных ДНК в виде фрагментов Оказаки и заделывание образующихся между фрагментами брешей нуклеотидами ДНК приводит к тому, что дочерние цепи ДНК оказываются короче материнских на размер первого РНК-праймера (10-20 нукл.).

Образуются 3'-оверхенги, т.е. выступающие 3'-концы материнских цепей. Они узнаются теломеразой – ферментом, содержащим помимо белковой части еще и РНК, выполняющую роль матрицы для наращивания ДНК повторами.

ДНК повторами. Теломераза последовательно наращивает материнские цепи ДНК повторами, используя 3'-оверхенги в качестве затравок. Образующиеся длинные одноцепочечные концы в свою очередь служат матрицами для синтеза дочерних цепей традиционным репликативным механизмом. Хромосомы соматических клеток человека фланкированы многократно повторенными гексамерами TTAГГГ, общая длина районов с повторами может достигать 10 тыс. пар нуклеотидов. В комплексе со специфическими белками такие тандемные повторы образуют теломеры, защищающие концы ДНК от действия экзонуклеаз, предотвращающие неправильную рекомбинацию и позволяющие концам хромосом прикрепляться к ядерной оболочке.

При каждом раунде репликации происходит укорочение теломер в среднем на 50 пар нуклеотидов. Поскольку теломерные последовательности не являются кодирующими, они выступают в роли буферной зоны - как защита от "проблемы концевой репликации". Укорочение ДНК в ходе каждого раунда репликации лишь сокращает нетранскрибируемый текст теломеры, но не приводит к утрате смысловых последовательностей - генов и регуляторов их экспрессии.

97. Транскрипция – синтез рнк: субстраты, этапы, факторы транскрипции, ферменты. Транскриптоны.

Транскрипция - это биосинтез всех видов РНК по матрице ДНК, осуществляемый ферментом ДНК-зависимой РНК-полимеразой.

Биосинтез РНК происходит в участке ДНК, который называется ТРАНСКРИПТОН с одного края он ограничен промотором (начало), с другого – терминатором (конец), как правило в транскриптон входит один ген.

Как в любом матричном биосинтезе в транскрипции выделяют 5 необходимых элементов:

1. матрица – одна из цепей ДНК

2. растущая цепь – РНК

3. субстрат для синтеза – рибонуклеотиды (УТФ, ГТФ, ЦТФ, АТФ)

4. источник энергии – УТФ, ГТФ, ЦТФ, АТФ

5. ферменты – РНК-полимеразы.

У эукариот существуют специализированные РНК-полимеразы. В ядре выделяют 3 типа РНК-полимераз:

• РНК-полимераза I - синтезирует рРНК (кроме 5S рРНК).

• РНК-полимераза II - синтезирует мРНК и некоторые sРНК.

• РНК-полимераза III - синтезирует тРНК, некоторые sРНК и 5SrРНК.

РНК-полимеразы различаются количеством субъединиц, их аминокислотным составом, и зависимостью от катионов магния и марганца. Помимо ядерных РНК-полимераз у эукариот есть еще РНК-полимеразы хлоропластов и митохондрий.

Принципы транскрипции:

1. Комплементарность.

2. Антипараллельность.

3. Униполярность.

4. Беззатравочность.

5. Асимметричность.

(РНК синтезируется комплементарно и антипараллельно транскрибируемой цепи ДНК. Рост цепи РНК идет только в направлении 5' 3' (униполярнось). Для начала синтеза РНК фермент не нуждается в поли- или олигонуклеотидной затравке. Первый нуклеотид в РНК всегда пурин в форме трифосфата).

ЭТАПЫ ТРАНСКРИПЦИИ:

Инициация.

Промотор содержит стартовый сигнал транкрипции ТАТА-бокс – определенную последовательность нуклеотидов ДНК, присоединяющий инициирующий ТАТА-фактор. Этот ТАТА-фактор обеспечивает присоединение РНК-полимеразы к той нити ДНК, которая будет использоваться в качестве шаблона для транскрипции. Так как промотор ассиметричен, то он связывает РНК-полимеразу только в одной ориентации, что определяет направление транскрипции от 5’-конца к 3’-концу (5’ → 3’). Другие факторы инициации раскручивают спираль ДНК перед РНК-полимеразой. После синтеза затравочного фрагмента РНК длиной 8-10 рибонуклеотидов σ-фактор отрывается от РНК-полимеразы. (Субъединичный состав фермента: - holo-фермент (полный фермент). Без -фактора это core-фермент . (сигма) - фактор - сменный фактор специфичности. Только holo-фермент обладает высоким сродством к специфической последовательности нуклеотидов – промотору)

Элонгация.

Белковые факторы элонгации обеспечивают продвижение РНК-полимеразы вдоль ДНК и расплетание нитей ДНК на протяжении примерно 17 нуклеотидных пар. РНК-полимераза продвигается со скоростью примерно 40-50 нуклеотидов в секунду в направлении 5’ → 3’. Используя одновременно в качестве субстрата и источника энергии АТФ, ГТФ, ЦТФ, УТФ.

Терминация.

РНК-полимераза остановится, когда достигнет терминирующих кодонов. С помощью белкового фактора терминации, так называемого ρ-фактора (греч. ρ - "ро"), от матрицы ДНК отделяются фермент и синтезированная молекула РНК, которая является первичным транскриптом, предшественником мРНК или тРНК или рРНК (после транскрипции следуют посттранскрипционные изменения пре-РНК –процессинг)